食品冷冻保鲜原理与设备(课件)第七章.ppt

第七章 其它形式的速冻方法及装置 7-1 强迫风冷冻结装置 一.工作原理: 强迫风冷冻结装置是利用冷气流与食品之 间的强迫对流换热来实现食品速冻的。一般采用的空气温 度范围在30 40之间。 最佳风速:取决于冻结方式，冻结器的类型，工作温度， 食品厚度等条件，通常为2-7m/s范围内。 空气循环的方向: 影响到压降及温升，在纵向（水平方向 ）循环的冻结隧道中所需风速可用最小气流量取得，但压 降与温升最大。横向（垂直方向）循环恰恰相反，因此在 纵向循环的冻结器中，为了得到均匀的冻结时间，应周期 地改变空气流向。 空气流量: 要根据气流通过食品的最佳速度及热负荷来确定， Collin的建议用于强迫风冷速冻器的风量范围为0.551.25m3/kcal。 图7-1 不同空气温度下气流速度对不同厚度肉块冻结时间的影响 二. 强迫风冷速冻装置的型式。 1. 半连续式隧道速冻机 图7-2 半连续、全自动横向 吹风式冻结器示意图 (a). 剖面图，（b）平面图 隔热围护结构；2、轴流风扇； 3、风道；4、翅片管蒸发器； 5、均压空间；6、小车； 7、小车的滚轮装置 2. 连续式隧道冻结器 连续式风冷速冻装置中，要求采用横向气流循环，这样可迅速带 走大量的冻结热，若采用纵向气流循环，将会导致空气温升过高。 (1) 食品作规律间断行进的冻结器。 图7-3 林德滑动板冻结器 1、轨道；2、载货盘；3、将冻结的产品；4、支架；5、蒸发器；6 、风扇 该冻结器设有三种可以互相替换的冻品载货盘，一种是特制的，用 于有包装的食品的货盘；另一种是双面带翅片的盒子，用于无包装 的鱼块或肉块的冻结。 图7-4 冻结块状食品的带翅片的金属盒子 a. 盖子打开时的模子；b. 盖子闭上时的模子 (2) 食品连续运动的冻结器 （A）链式传送带冻结器 图7-5 L.B.H自动吹风冻结器结构示意图 （B）带式传送带冻结器- 吉罗冻结器 1. 进料；2、出口； 3、转筒； 4、皮带张紧装置； 5、风扇； 6、翅片蒸发器； 7.分隔气流通道用 的顶板； 8、保证转筒旋转 的液压装置； 9、电器控制屏； 10、清洗带子系统； 图7-6 “吉罗冻结”速冻器的结构示意图 11、吹干带子的风扇 该速冻装置可用于各种有包装食品和无包装食品的冻结，也可用于 有包装的冰淇淋的硬化。 7.2 金属表面接触式冻结器 原理: 接触式冻结器是靠食品与金属表面的换热来冻结食品的， 而金属表面可用制冷剂的蒸发或循环的载冷剂来冷却。 形式: 接触式冻结器分为带式冻结器、板式冻结器和筒式冻结器 三种 一、带式接触冻结器（半接触式吹风冻结器） 1、冻结器的结构及性能 这种冻结器装有一条环状的厚约1mm的钢质传送带，传送带上 放有被冻结的食品，而在传送带下方采用载冷剂（如氯化钙盐水、 丙二醇溶液等）喷淋冷却，或使其滑过固定的冷却面进行冷却。这 种冻结器除了通过钢带与食品之间的接触换热外，还装有对流空气 冷却器，通过冷气流与食品换热，以缩短冻结时间，所以这种冻结 器其实属于半接触式吹风冻结器。 图7-7 钢带接触式冻结器 1 1、进料；2、钢带；3、出口；4、对流空气冷却器；5、隔热围护 结构、盐水入口； 7、盐水收集器；8、盐水出口； 9、洗涤钢带用 的水入口； 10、洗涤水出口 钢带冻结器的优点是：可连续运行，便于连续清洗和保持卫生，冻 品干耗少，能用于几种不同温区及不同类型的食品的冻结。 2、半接触式吹风冻结器的热模拟分析 在进行这种冻结器的热模拟分析之前，必须先有如下的假设： （1）装食品的铝盘与平板蒸发器之间的接触是理想的，即食品的 下表面温度 tf 近似等于平板蒸发器的表面温度 tr ； （2）忽略风机系统（包括电机）的发热量； （3）不考虑冻结过程中的质量传输； （4）进入冻结器的漏热不随环境温度而变； （5）冷气流的温度用平均温度表示： 式中：食品表面温度； 制冷剂的蒸发温度。 根据图7-8可得到下面的 热平衡方程： （7-1） 式中：Qc制冷剂的吸热量； Qf食品的放热量； Qa空气的放热量； Qr平板蒸发器的放热量； 图7-8 半接触强迫吹风冻结器 QL漏热量。 的热模拟图 假定食品中心向平板蒸发器放热过程中，食品内部的温度分布近似 线性，则有下式成立： （5-2 ） 同理，对于平板蒸发器，热平衡方程为： （7-3） 对于冷气流，则有下式成立： （7-4） 式中：mf食品的质量； Cpf食品的比热； tf食品中心温度； tf1、tf2分别为食品的上表面温度与下表面温度； A1、A2分别为平板蒸发器和食品的表面积， ； ta空气的平均温度； Kf食品的导热系数； tr平板蒸发器的表面温度； ha空气的放热系数， Ua为空气流速； 食品中心至下表面的距离， ； 食品中心至上表面的距离， 。 为食品厚度； 为系数，由实验确定。 当 ， 时， 测得 。 K平板蒸发器至食品的传热系数； （7-5） 式中， 平板蒸发器的管壁厚度； 食品托盘底部的厚度； K1、K2分别是平板蒸发器材料的导热系数和食品盘的导热系数 ； Rc接触热阻； hg制冷剂在蒸发器管内的放热系数。 （7-6） 式中，qi为热流量； m为制冷剂的质量流率； d为管径； P0为制冷剂蒸汽压力； Pcr为临界压力。 设由食品中心传入冷气流中的热流为q，则 ，积分后可 得： （7-7） 而q又可以表示为： （7-8） 联列求解（77）和（78），可得食品中心温度tf与食品上表面 温度tf1之间的关系为： （7-9） 将（72）、（73）、（74）代入（71），经整理得： （7-10） 式中：L制冷剂的气化潜热。 因为， ，式（72）可改写成： （7-11） 将 tf1 用 tf 表示；上式可变为： （7-12） 式中： （7-13） （7-14） 二、平板冻结器 工作原理：平板冻结器是将食品紧压在两平板之间，通过平板与食 品之间的换热使其冻结。 结构特点：平板可以是钢制的或铝 合金制造。平板的内部装有可通入 制冷剂的铜管。 a.钢质冻结平板；b.铝质冻结平板 1、循环制冷剂的钢管通道； 2、薄钢板；3、真空层； 4、循环制冷剂的通道； 5、冲压的铝合金平板 图7-9 平板结构图 平板冻结器有三种主要型式：卧式、立式和旋转式。 1、卧式平板冻结器 卧式平板冻结器的金属板是水平放置的，食品被压在平板之间，这 种冻结器适用于冻结矩形的或尺寸规则的包装食品，通常厚度为 2575mm，最大厚度可达127mm。对于50mm厚的食品，冻结时间 比吹风式冻结可减少一半。 a. 平板分开时的位置； b. 平板夹紧时的位置； 1、 冻结用的平板； 2、链环螺栓；3、支架； 4、液压杆件；5、液压缸； 6、金属盘内的包装产品； 7、木垫块 图7-10 卧式非连续式平板冻结器 图7-11 自动卧式平板冻结器的结构及工作原理图 1、装货位置的容器；2、放盖子；3、冻结前预先压紧工序； 4、升降机；5、将容器推入冻结器；6、用于分开和压紧冻结平 板的液杆件装置；7, 使容器降落的装置；8、使容器向前移动 的液压臂；9、容器翻转；10、冻块坠落；11、承接冻块的传送带 ；12、容器复位；13、盖子的线路 2、立式平板冻结器 结构特点：平板是竖直安装的。 优点：便于装货操作的机械化，食品从冻结器的顶部装入，因为 是散装食品，省去了金属盒和金属盘，所以大大地节省了空间。 缺点：不如卧式灵活，一般只能生产一种厚度的块状产品。 适宜加工的食品：散装冻结无包装的块状食品，如整鱼、剔骨肉 和内脏，但也可冻结包装食品，如袋装的奶油、鸡蛋液、果浆或放 在纸箱内的鱼片。 3、圆筒式冻结器 工作原理：食品在圆筒的内表面或外表面冻结，冻结后的食品被连 续地从圆筒表面刮下，因此换热效率高，冻结速度快。 适宜加工的食品：液体食品， 工作过程：混合物由转子泵或齿轮泵送入圆筒内，冻结后的冰淇淋 被带有刀片的搅拌器刮下然后从出口流出。 1、混合物进入阀； 2、混合物吸入泵； 3、空气吸入处的过滤器； 4、空气压缩机；5、压力表； 6、空气压力控制阀； 7、止回阀；8、夹套式金属 圆筒（制冷剂在夹套内蒸发)； 9、具有刮削刀片的搅拌器； 10、冰淇淋泵； 11、冰淇淋出口 图7-12 冰淇淋冻结器 7.3 低温液体喷淋速冻装置 一、液氮喷淋速冻装置 1、基本原理 液氮喷淋速冻装置是将液体氮直接喷淋到食品上，由于液氮的迅速 气化将食品的热量带走。因为液氮的蒸发温度很低（-196）所以 冻结速度快，冻品的质量好。 2、液氮喷淋速冻器的种类 （1）非连续式通常做成柜式，在冷柜内一边向食品喷淋液氮，一 边用风机使柜内的空气形成强迫对流以增强换热效果，当食品达到 设定温度后，液氮自动停止喷淋，这时可取出冻品。这种冻结器的 冻结量很小，所以在工业上很少采用。 （2）连续式液氮速冻器，连续式液氮冻结器又分为卧式和螺旋 带式两种。卧式液氮冻结器如图5-13所示，液氮喷头装在靠近冻品 的出口端，吹风的方向是向着食品入口端，这样不仅利用了液氮的 气化潜热，还充分利用了冷氮气的显热。 图7-13 液氮速冻机结构示意图 1、进料；2、出口；3、传送带；4、氮蒸汽；5、风扇；6、喷嘴； 7、液氮隔热箱的供液管线；8、氮蒸汽出口；9、产品的中心温度 ； 10、产品的表面温度；11、氮蒸汽的温度 二、液体二氧化碳喷淋冻结器 液体二氧化碳喷淋冻结器类似于液氮喷淋冻结器。与液氮 不同的是二氧化碳是被回收后重新使用的，而氮气则直接 排入大气中不回收。 图5-14是液体二氧化碳喷淋冻结装置的系统流程图。图b 中除了喷淋液体二氧化碳外还增加了强化对流冷却盘管， 用以降低二氧化碳气流的温度，提高换热效率。 液体二氧化碳喷淋冻结装置也分为卧式和螺旋带式两种， 根据不同的型式，产量从225到4500公斤/小时，冻结每公 斤食品液体二氧化碳的损耗量为12公斤。由于它的蒸发 温度比液氮高得多，所以耗量比液氮大。 图7-14 液体二氧化碳喷淋冻结器系统流程 1、冻结器围护结构；2、螺旋带；3、二氧化碳压缩机；4、成对的 二氧