真空冷却装置设计说明书

1、VAC-0.8真空冷却装置设计摘要真空预冷是一种理想的预冷技术，它是目前降温速度最快的一门制冷技术。它具有冷却速度快，冷却效果均匀，清洁无污染等众多优势，因此被广泛应用于食品保鲜中的预冷环节。它可在蔬菜、水果和花卉收后第一时间内消除其田间热等生理活动和生化变化，使产品在短时间内迅速均匀冷却，减少和抑制微生物，并能保持原有产品的色、香、味和营养成分等。该技术已在蔬菜、果品和鲜花等农产品以及肉类，鱼类,烘焙类，熟食等众多食品加工领域得到了广泛的应用。但是，目前对熟肉的真空冷却的专用设备产品却较少。本装置是在真空原理和制冷原理以及产品的加工工艺的基础上进行设计的，通过对不同阶段的计算进行真空泵的选型

2、和压缩机的选型；以及与压缩机相适配的冷凝器进行设计计算，选取合理的风机；对捕水器进行结构计算，隔热层厚度计算，以及设计计算；对真空箱进行结构计算和形状设计；通过对装置的各部件设计后，对装置的整体布局进行设计，使装置整体结构布局合理，紧凑。对于不同的产品，由于其加工工艺不同，对真空冷却装置的设计有一定的影响。本设计以熟牛肉为设计产品而进行设计，在实际选用产品时应加以注意。关键词真空冷却、预冷、制冷系统、食品工业VAC-0.8VacuumcoolingdeviceABSTRACTPre-coolingvacuumisanidealpre-coolingtechnology,itisnowthefa

3、stestcoolingarefrigerationtechnology.Itiscoolingfast,uniformcoolingeffect,cleannon-polluting,andmanyotheradvantages,itiswidelyusedinfoodpreservationinthepre-coolingsectors.Itcanbevegetables,fruitsandflowerstothefirsttimetoeliminatethehotfieldactivitiesandphysiologicalandbiochemicalchanges,theproduct

4、sinashortperiodoftimecoolingquicklyandevenly,reduceandinhibitmicrobial,andmaintainstheoriginalcolorproducts,smellandtasteandnutritionalcomposition.Thetechnologyhasbeeninvegetables,fruitandflowers,andotheragriculturalproductsaswellasmeat,fish,bakingcategory,cookedfood,andmanyotherareasoffoodprocessin

5、ghasbeenwidelyused.However,atpresent,themomentthevacuumcoolingproductsarelessspecializedequipment.Thisdeviceisinavacuumprincipleandtheprincipleofrefrigerationandprocessingtechnologyproductsonthebasisofdesign,throughthedifferentstagesofthecalculationofvacuumpumpsandcompressorsSelectionandcompressoran

6、dthecondenserofaAdapterdesign,selectionandreasonablefan;catchwateronthestructure,thethicknessofinsulationlayer,aswellasthedesigncalculationofthevacuumboxshapestructuralcalculationanddesignthroughinstallationofthevariouscomponentsofthedesign,theoveralllayoutofthedevicedesign,makingtheoverallstructure

7、ofarationallayoutandcompact.Fordifferentproducts,becauseoftheirdifferentprocessingtechnology,thedesignofthevacuumcoolingdevicetoacertainextentaffected.Thedesignforthedesignofcookedbeefproductsforthedesign,intheactualselectionofproductsshouldbeaddressed.KEYWORDSVacuumcooling,Pre-cooling,refrigeration

8、systems,Foodindustry目录中文摘要I英文摘要n1真空冷却装置设计概述，,，1.1 真空冷却装置设计过程中的难点1.2 实验装置的基本要求及存在的问题1.2.1 实验装置的基本要求，,，1.2.2 实验装置设计中存在的问题，,1.3 国内外研究现状，,，1.4 本论文研究的内容和目标，,2真空制冷装置简介，,，3.1.0 真空制冷的原理，,，3.2.0 真空冷却的工艺流程，,，3.3.0 真空制冷的特点，,，3.4.0 真空制冷装置，,，241拈皆谷木J.r.Iu，弋,2.4.2真空制冷装置主要部件,3.5.0 真空制冷技术的广泛应用,3真空制冷装置的设计计算,1.1.2.0

9、真空泵的选型,1 真空泵抽速的计算,1 真空室的极限真空,1.2.2.0 压缩机选型,1 热负荷计算,2.2.2压缩机选型及其校验,冷凝器设计计算及风机选型,冷凝器设计计算，,风机选型，,捕水器设计计算,i.I,结束语致谢参考文献郑州气象参数北纬34°43?东经113°39?海拔110.4m年平均温度14.2C室外计算（干球）温度冬季采暖-5C空气调节-7C最低日平均-11.4C通风0c夏季通风32C空气调节35.6C空气调节日平均30.8C计算日较差9.2C夏季空气调节室外计算湿球温度27.4C最热月平均温度27.3C室外计算相对湿度最冷月月平均60%最热月月平均76%最

10、热月14时平均45%1真空冷却装置设计概述真空冷却装置设计过程中的难点在真空冷却装置的设计中，真空冷却室和捕水器的设计都是难点。在真空冷却室的设计中，由于在布置测温和测压点时，连接导线需要通过真空冷却室壁，而要保持真空冷却室内的低压，严格的密封是非常重要的。本文在设计时对密封性进行处理，通过加工特殊的连接件焊接于真空冷却室壁上，采用密封胶使导线通过连接件的地方得以密封，实验证明其密封性很好。捕水器的捕水效果对蔬菜的真空冷却影响很大，本文中在对捕水器进行设计时，将捕水器盘管布置于真空冷却室的底部，在盘管的选择上留有余量，相当于将水过冷防止凝结水的再蒸发。同时在盘管的布置上，为了增大水蒸汽与盘管的

11、碰撞几率，将盘管布置于气流通过的正下方，从而大大提高了捕水器的捕水效率。在真空冷却的过程中，冷却终了牛肉的温度及真空冷却室的压力对冷却效果及能耗有直接影响，在真空冷却系统的控制中，本文利用计算机测控技术和相关仪器的综合配置，对真空冷却过程各关键点进行严格的检测与控制，对能耗进行实验分析以寻找合理配置的途径。在真空冷却的过程中，主要耗能部件为制冷压缩机和真空泵，这两项约占总能耗的90%以上。其中制冷机的负荷与水分的蒸发量有关，而真空泵的负荷由真空室内所含空气的量及水分的蒸发量来决定。在实验过程中先开制冷机降温的过程中，控制捕水器的盘管温度降到不同的温度再开真空泵，整个过程的能耗是不同的。由于叶菜

12、类和根茎类比表面积的不同，其冷却过程中的相对能耗及降温速率是不同的，因此本实验中我们分别选取熟牛肉为研究对象，对捕水器的盘管温度降到不同温度时开真空泵的整个过程中的相对能耗和降温速率进行了实验研究，并发现盘管降到不同温度时开真空泵，相对能耗和降温速率是不同的，且能耗存在最小值。在抽真空的过程中，各段时间的降温速率是不同的，同时在系统中通过实时称重系统检测冷却过程中的失水量，通过分析各时间的失水量，来控制压缩机和真空泵的负荷可以达到节能的目的。实验装置的基本要求及存在的问题实验装置的基本要求实验装置的基本要求：第一，要从食品加工和贮藏对微生物安全性方面来考虑，使设备使用者和广大消费者对该项保鲜技

13、术放心满意。国外工厂是通过良好的作业规范和加工过程中最关键步骤的分析以减少被加工食品的危险，即通过称为“危害分析和关键控制点”的HACCP管理方式来实现。所谓HACCPHazardAnalysisandCriticalControlPoint一危害分析和关键点控制）要求是：对于确证有危害的环节，建立关键控制点，鉴别出某个关键控制点以后，必须确定该控制点的限度，建立检测控制点的具体措施，采取纠正措施的行动方案，并有完全的文挡记录，包括测量个别关键点的记录。目前，我国食品加工业中已有相当数量的企业采用了HACC管理方式并收到一定成效。真空预冷是食品加工和冷藏链工程的第一环，应该特别重视食品的贮藏、

14、加工源头的安全控制，实施HACC蕾理方式，建立与之相配套的硬件设施，通过计算机监测和管理，有助于实现这类设备的最佳使用。第二，应根据目前产品的使用情况，通过进行各种实验测试，寻找降低设备初投资和运营成本有效途径。让多数用户买得起、用得起。真空冷却系统的单位能量消耗低于常规的冷风冷却及冷水冷却系统3,4,过去由于技术和制造水平的限制，往往实际选用的真空冷却设备能耗较大，这些能量损失环节是多方面的，如对冷却温度、压力控制不到位；制冷、真空部件配备不合理、凝水器（冷阱）传热不完善等。第三，注重与之相配套的后续冷链环节的多样性，为开发适合食品企业使用的各种容量系列的真空冷却设备做准备，扩大产品的适用面

15、。实验装置设计中存在的问题真空处理室的最低真空度一般要求比0c水对应的饱和蒸汽压力低半个到一个数量级，它是真空室箱体强度计算的重要依据。真空处理室必须是真空密封的，可承受1.01325X105Pa的外压。形状一般是因桶形或长方体，用钢板焊接而成。桶形加工较方便，长方体可最大限度地利用其空间。在箱体外部有几道加强圈，以减小箱体壁厚。预冷室门的设计，根据箱体的形状可设计成圆形封头和平盖形封。水汽凝结器是用来捕获从预冷物品中蒸发出的水蒸汽（约可除去95%勺水），它可以内置于真空处理室内，也可置于真空处理室外。水汽凝结器的冷却盘管的表面温度应比相当于容器内操作压力的饱和温度低，即：相当于盘管表面温度对

16、应的饱和压力必须保持低于操作压力。然而，如果操作压力降低至一定程度后，无论如何再降低，也不会使水蒸气的捕集率上升很多。国内外研究现状据文献19报道，早在二十世纪40年代末，西方国家就已进行了真空预冷技术的系统研究，现在其技术和设备已达到了相当成熟的水平。日本从1966年开始真空预冷技术的研究，并已在全日本的果蔬生产基地中得到了应用。我国从80年代中期才开始进行真空预冷技术和设备的研究工作，对真空冷却先后进行的研究主要有：中国农业大学对切花的研究，华南农业大学对菜心、芥兰的真空冷却过程研究，闽西大学对子芋真空冷却保鲜的研究等等2°,21。国内高校和某些研究单位对真空冷却的研究重点是对设

17、备的设计和开发。国外学者22,23认为，多叶类蔬菜和蘑菇适宜用真空预冷来去除田间热（田间热会引起果蔬等物质迅速腐败），延长保存期和提高其质量。国外学者正积极探索真空冷却技术在农产品和食品中的应用效果，其中具有代表性的是爱尔兰国立大学食品学院孙大文等人对切花和烤肉真空冷却的系统研究。他们研究的内容主要是真空冷却相对于普通冷却方法优越性，包括不同的处理措施和工艺参数对冷却效果的影响；真空冷却对产品品质造成的影响；真空冷却机理和热质传递过程的分析研究；建立不同产品真空冷却过程的数学模型24,25,26。Noble27认为果蔬的外表面积与其体积之比、果蔬本身组织构造的粗密、自由水含量的多少决定了其真空

18、冷却的效果。也就是说，外表面积与体积之比越大，组织构造越粗糙，自由水含量越高，就越适合于用真空冷却。真空冷却果蔬的研究还表明，一般大部分水都在外表面蒸发，但也有可能一部分水（自由水）在细胞之间蒸发。重量每损失1%,温度下降5.5-6C,当果蔬水分蒸发掉5%以上时，它的商品价值将下降，因此在真空冷却过程中必须对真空度加以控制，同时这还可以避免因真空度过低而引起果蔬的冻伤。为了防止水分的过多减少，提高冷却效率，在真空冷却前可以预先加湿果蔬表面，这种工序称为预湿润（prewetting）,也可以采用在抽真空时加水的方法。国外研究人员经过试验后，认为以下果蔬适合真空预冷：草莓、西瓜、卷心菜、菠萝、稻谷

19、、萝卜、黄瓜、蘑菇、离芭等28oBroton等人研究表明蘑菇真空冷却后可以贮藏102h,比其他冷却方法要延长24h29。国外一些研究表明，熟肉制品和新鲜肉都能够用真空冷却进行快速冷却。文献30对烹调肉在真空（预）冷却中的传热传质过程作了初步分析，从热平衡角度得出了真空冷却速率的关系式，证实了真空预冷却速率是风冷、水冷、冰冷冷却速率的816倍。JameS31在研究中分别用真空冷却和强制通风冷却把6.87.3kg的火腿从70C降温到10C,前者仅需要30min,后者需要424min,而且真空冷却更清洁卫生。试验说明，真空冷却（跟其它冷却方法相比）能够大大减少有害微生物的含量。真空冷却能加速烘焙产品

20、的冷却速度。例如，在意大利有一种精美的节日糕点，用真空冷却只需4min,而在空气中冷却需要24h,这使意大利生产这种节日糕点的许多生产商纷纷采用真空冷却32。Everington32报道过采用可调真空（预）冷却器来冷却面包类制品，对面包类制品用真空冷却时，可减少霉菌污染，延长保存期，且质量损失比强制性风冷冷却要小。真空预冷在鱼类产品中的应用较少，国外曾有人对金枪鱼进行真空冷却32,效果尚可。也有人对海上甲壳类鱼（如，虾鱼等）进行了真空预冷的研究工作倒，效果也可以，只是重量损失高达21%。调味料和肉汤料的真空冷却操作在冷冻和冷却快餐生产时是很常见的，真空冷却可快速减低浆液态食品物料的温度，而且冷

21、却均匀。传统的冷却方法对肉酱食品很难冷却，James研究表明，1100kg的肉酱从85c降到10C,真空冷却要30min,而通风冷却要6h以上。但是浆液态食品真空冷却时，设备的清洗和连续生产等诸多问题急待解决29。现在许多研究工作证明，真空预冷是一种能较好地保持被采摘鲜花新鲜度的方法。中国农业大学在花卉的真空预冷方面作了许多研究工作34,提出了一些较好的保鲜工艺。国外的有不少人对花卉的真空预冷作了许多研究工作，也说明了真空预冷对大多数花卉来说是一种较好的保持和延长其新鲜度的方法。有文献报道，真空冷却可用于化工生产的冷却结晶工艺。施友立对氯酸钠的真空冷却结晶工艺研究表明，真空冷却对氯酸钠结晶比其

22、他方法有更好的效果36o文献37对预先烹调的固体食品进行了真空冷却质量传递实验。他定义了一个质量传递参数（质量传递系数和质量传递表面的乘积）-KS,发现KS与样品体积关系很小或无关。并对不同产品的平均KS值进行了报道。为数学模拟、工程计算等提供J参考0文献38建立了数学模型分析了真空冷却器的性能。以水为实验对象对该模型进行了有效性验证。发现预测和实际测量的真空压力之间的最大偏差在110Pa之内，预测和实际测量的水温之间的最大偏差小于2co因此此模型可用于分析食品真空冷却过程时预测瞬时真空冷却压力。文献26利用有限单元法对真空冷却过程中的烹调肉进行了三维、短暂的、热质传递模型。该模型考虑了真空冷

23、却过程中肉的物理特性和收缩性。在文献中给出每一成分的热导率、密度和比热，他们看作是温度的函数，此函数是基于实验数据回归得出的39,40,41。对真空冷却过程中的砖块形状的5.3KG的肉关节从74c降到10c预测和实验的中心、表面和平均温度之间最大偏差在2.5C之内。两者的重量损失的最大偏差大约为7.5%。模拟表明对大的烹调肉关节真空冷却，可获得很快的冷却速度。文献24以烹调牛肉为实验对象，研究了真空冷却过程中抽真空速率对质量损失、单位重量损失温降、冷却速率、温度分布和最终产品质量的影响。样品在实验设备的真空冷却器内从从72c降到4C。实验过程中控制6种不同的抽真空速率。结果显示：真空冷却速度非

24、常快。但是冷却损失很高，总的产品产量比通常用的冷却方法低。最终的抽真空速率对冷却损失和总的产品产量有重要影响，抽空速度慢总的产品产量高，冷却损失小。但是抽空速度慢冷却时间增长。在文献42对真空冷却过程中多孔渗水性食品同时发生的热质传递进行了CFD模拟。其同时预测了真空冷却过程中低饱和压力下肉的温度分布、重量损失和含湿量。本模拟也能说明食品的依赖性变量如压力、温度、密度、水含量、热缩性和各向异性的影响。并通过在实验性真空冷却器中对圆柱形烹调肉进行真空冷却实验对该模型进行了校正。就中心温度和重量损失来说预测结果和实验结果吻合性很好。在真空冷却过程中，食品中的蒸汽蒸发和传递主导着热质传递，而食品和蒸

25、汽的物理特性、冷却过程中的历史压力都是冷却速率的决定参数。要获得更精确的模拟结果，就需要将各向异性、热缩性和表面辐射效应考虑进去。本论文研究的内容和目标综合真空冷却在国内外的研究现状，本文主要进行了以下几方面的研究工作：(1)对真空冷却装置进行了设计和搭建，利用计算机测控技术和相关仪器的合理配置，对真空冷却过程各关键点进行严格的检测与控制，对能耗进行理论分析以寻找合理配置的途径。(2)选择熟牛肉为研究对象，对启动真空泵时的捕水器温度进行控制，研究温度不同时启动真空泵对相对能耗的影响，寻找相对节能的控制点。(3)选择熟牛肉为研究对象，对启动真空泵时的捕水器温度进行控制，研究温度不同时启动真空泵对

26、降温速率的影响，寻找降温效果好的的控制点。2真空制冷装置简介真空制冷的原理食品中含有大量的水，按其和食品材料的结合情况，水大致可分为两类：一类是束缚水(boundwater),以强氢链的形式和食品材料结合，很难分离；另一类是自由水(freewater),容易除去。水的物理性质：在一个标准大气压下，水的沸点是100C,蒸发热为2256kJ/kg,而当压力下降到610Pa时，水的沸点是0C,蒸发热为2500kJ/kg。可见，随着压力的降低，水的沸点温度降低，蒸发单位质量的水所消耗的热量反而增加。真空冷却(VacuumCoo1ing)的基本原理是利用抽真空降压的方法，使物料内水分在低压状态下蒸发；在

27、吸收自身热量的同时，使食品内能减少和品温下降的一种冷却方式。真空冷却就是食品自身中的自由水在低压、低温下快速汽化的相变过程，和传统的冷却方法不同，真空冷却过程不需要外界传热介质参与，它是靠食品自身水分而降温的过程，所以真空冷却又被称为“自我冷却”。在真空制冷过程中，食品中水分蒸汽压与真空冷却室压力之差是被冷却物体中水分蒸发的驱动力。真空制冷的工艺流程真空冷却的具体工艺流程是：物料放入真空室后密封，开始阶段真空泵从真空室里抽走空气，真空室压力不断降低，在压力达到产品的饱和压力之前，产品中水分不能大量蒸发，真空泵的运行还不能对产品制冷。随着压力降低，真空室里达到一定真空度后，产品中水分开始大量汽化

28、，与此同时从产品中吸收热量，使得产品迅速降温，此时的状态称为闪发点(flashpoint)。从产品中蒸发出来的水蒸汽被真空泵抽出，通过冷凝器制冷蛇管时绝大部分水蒸汽被冷凝排出，剩下少量蒸汽由真空泵抽走。当温度降到某一特定温度区域时，温降速度减缓，直至温度平稳，即达到产品的冷却终温。真空冷却的优点表现为：(1)经冷却后运输、储藏的产品与未经过冷却的相比，其鲜度味道好，有利于销售。与未冷却的产品相比，由于鲜度保持的时间长，可通过冷藏方式运输到更远的地方，扩大了市场的服务范围。(2)冷却速度快，冷却时间短。(3)冷却均匀、清洁，不会受到污染。真空冷却不需要外来传热介质参与,产品不易被污染，而且真空环

29、节可以杀菌或者抑制细菌的繁殖。(4)操作方便，真空冷却不受包装限制，用纸箱，塑料等包装的产品在真空冷却时，其冷却速度与不包装的产品几乎没有差别，在生产中极为方便。(5)运行过程中能量消耗少。真空冷却不需要冷却介质，是自身冷却的过程，没有系统与环境之间的热传递，其能量利用系数COE(显热/电能)是2.65,而水冷为1.20,风冷为0.52。但是，真空冷却也有缺点：(1)真空冷却装置的一次性投资大，成本高，设备价格昂贵。(2)真空冷却技术的商业化应用受到一定限制。真空冷却不是适应于所有食品，它要求食品单位质量比表面积大，表面水蒸汽渗透率和内部的有效湿扩散系数大，水分含量相对较高，而且不会因水分蒸发

30、和真空环境的存在使食品结构和品质受到大的损害。(3)冷却过程中水分损耗是不可避免的。真空冷却技术就是依靠物料中水分蒸发吸热而制冷，水损是与真空冷却过程相伴的现象。(4)真空冷却是一个批处理过程，不能够连续操作，生产效率低。总得来说，真空冷却的冷却速度快，冷却均匀，能够取得很好的效果，具有很好的经济效益和社会效益，应用前景比较广泛。真空制冷装置装置分类真空制冷装置可以分为间歇式、连续式、移动式和喷雾式4种。间歇式真空预冷装置的特点(1)优点：适合多品种小批量生产，特别适用于季节性强的食品生产；单机操作，如果一台设备发生故障，不会影响其它设备的正常运行；便于控制物料干燥时不同阶段的加热温度和真空度

31、的要求；便于设备的加工制造和维修保养。(2)缺点：装料、卸料、起动等操作占用时间，故设备利用率低；生产效率低。连续式真空预冷装置的特点连续式真空预冷装置的特点是适用于品种单一而产量大，原料充足的产品生产，特别适合浆状、颗粒状制品的生产；连续式设备容易实现自动化控制，简化了人工操作和管理。移动式真空装置的特点移动式真空装置由于其一体化，组装在汽车上机动灵活，可以异地使用。喷雾式装置的特点喷雾式装置用于表面水分较小的果实类、根茎类食品预冷。真空冷却装置图如下：真空制冷装置主要部件真空冷却装置一般主要由真空箱、捕水器、真空泵、制冷机组、装卸机构、控制柜等部件组成。真空箱中一定的真空度的建立和维持依赖

32、真空泵，当物品中呈过热状态的水蒸气骤然闪发后，捕水器将其迅速重新冷凝成水，以保证室内必要的真空度。系统中压力和温度的控制是实现节能和避免物品出现冷冻伤害的有效保证。真空制冷装置中的部件：(1)真空箱。真空箱一般由Q235BI冈材或I-CY18M9r1不锈钢制作。小型真空箱一般采用圆筒形，并加装加强筋增强。所有焊口均采用坡口焊，并进行X光探伤检验。采用Q235BI冈材时，内侧应进行防腐处理，外侧喷涂高强度防锈材料。箱体门的密封性能要好。(2)捕水器。捕水器又称冷阱，用于冷凝空气中的水分，以防止水分进入真空泵而乳化润滑油损坏真空泵组件。(3)真空泵。真空泵为真空系统的关键部件，选用时应根据不同规格

33、的真空冷却装置及具体情况进行确定。(4)制冷机组。对于小型间歇式或连续式真空冷却装置制冷机组应选择水冷或风冷氟利昂冷凝机组，大型装置采用氨系统。制冷机组与真空泵组、控制柜等组装在一个公用底盘上。真空制冷技术的广泛应用真空制冷技术在蔬果类保鲜领域的应用中国是世界上最古老和最大的农业国，是东方农业文化的发源地。改革开放30来，农业生产发展迅猛，已做到供求总量基本平衡，丰年有余，开始出口。粮食、肉类、蔬菜、水果的总产量均居世界的首位。到2000年，水果的种植面积达867万公顷，占世界总种植面积的18%,总产量6237万吨，占世界产量的13%;蔬菜种植面积达1467万公顷，占世界总种植面积的35%,总

34、产量4.4亿吨，占世界的66%,连续5年居世界首位，总产值（1997年）2500亿元，蔬菜、水果已成为仅次于粮食的第二和第三大产业。果蔬生产的快速发展，已经成为农村经济的支柱产业。虽然中国的果蔬产品在国际上具有一定的竞争优势，但受到保鲜储藏能力的制约。2000年果蔬生产和出口量仅占世界总出口量的3.9%。果蔬作为生鲜食品，其本身含有大量人体不可缺少的营养物质。许多国家和地区已将新鲜果蔬消费者的日摄入量作为衡量该地区人民健康水平的重要指标。我国地域辽阔，果蔬生产存在地区性不平衡，运输量大，运输时间长。由于新鲜果蔬含有大量的水分，对于春夏秋高温季节采收的果蔬，本身带有大量的田间热，呼吸作用又很强，

35、在采收后仍然是一个活的生命体，会发生一系列的生理生化变化，因而，采摘后的果蔬在常温下储藏，运输容易失水腐烂，甚至失去食用价值。果蔬的储运保鲜问题日益受到重视。长期以来，在果蔬生产中通常主要重视采摘前的栽培及生产设施的改进和建设，却忽视采后的保鲜技术及设施。由于产地基础设施和保鲜条件缺乏，不能很好地解决产地果蔬采后处理和分选、分级、清洗、预冷、冷藏运输等整套“冷链”保鲜问题，致使它们在采后储运过程中的损失相当严重。发达国家果蔬的产后损耗只有1.7%5%,保鲜储藏能力可高达商品量的70%80%左右。据不完全统计，我国果蔬每年的腐烂损耗严重，蔬菜损耗率高达25%50%,水果损耗率为20%25%,折合

36、人民币一年约750亿元。几乎可以满足两亿人口的基本营养需求，这距离国务院提出的19812000年全国食品工业发展纲要中规定的果蔬损失率要降到5%左右的目标还相差很远。这些不仅造成资源的浪费，环境的污染，而且直接损害了广大菜农和果农的利益，严重地制约了经济的发展。另一方面，水果蔬菜的产量要增长百分之几都很困难，需要各级政府和广大农民的艰苦努力。目前正由于果蔬的保鲜问题制约，在国内市场既不能完全解决“旺季烂，淡季断”的问题；在国际市场上也因保鲜技术落后，影响果蔬品质，缺乏竞争力。由此可见果蔬的产后处理、保鲜、运输等综合技术及设备已成为制约中国果蔬产业发展的瓶颈。因此改善储运条件，减少损失，不仅具有

37、经济意义也具有重要的社会意义。低温储藏可以有效地抑制新鲜果蔬的呼吸作用，减少新鲜果蔬在储藏过程中温度波动对果蔬品质的影响，较好地保持果蔬的鲜度。但低温储藏的前提必须是“新鲜”，如果果蔬在采摘之后，储藏之前较长时间内不经过任何处理，再进行储藏则已毫无意义，因为此时果蔬品质已经下降。因此，要想真正保持从采收到销售时果蔬的鲜度就必须在产地及时、快速地进行预冷处理。而真空制冷技术可以提供高品质的预冷效果，因而该技术已广泛应用于果蔬的预冷处理。表1-1一些水果的真空冷却效果5品种真空度/Pa冷却时间/min品温水分损失/%初温/C终温/C苹果5702117.58.51.255017216.51.5金橘6

38、1018237.50.5荔枝6102029.86.31.3杨梅5701829.65.21.6桃子65022287.51.8葡锢6002026.57.31.5芒果57520286.82.5草莓6002223.75.20.8龙眼5802129.58.30.7表1-2一些蔬菜的真空冷却效果5品种效果处理量/kg最低压力/Pa处理时间/min品温水分损失/%初温/C终温/C产笋B-5304019.010.02.6豆荚B44002628.08.0-毛豆B-665-22.416.42.0花菜B86002020.48.31.7卷心菜G15600914.32.52.2黄瓜D54001722.219.20.7萝

39、卜B1560071710.31.3豌豆G4530722.60.02.5鲜蘑菇G2530624.20.55.1甜玉米G456002432.01.54.1芹菜G10600811.44.22.1长萝卜B-670-21.25.31.8塌菜G5600616.20.82.4番茄D104001724.622.00.6胡萝卜B104001015.510.00.7茵苣B10600817.43.52.6大葱G7600717.50.02.4大白菜G156001719.22.53.8四井G4600718.80.34.6青椒D2400918.012.61.8菠菜G10600720.00.53.4三叶芹G4600616.

40、53.52.7小包菜G106001521.02.12.4生菜G10530917.53.52.6注：G真空冷却效果大；B效果大，要有操作技巧；D效果较小真空制冷技术在鲜花保鲜领域的应用鲜花与果蔬产品一样，为鲜活商品，易于腐败。鲜花从采收变为商品，到实用价值的消失的过程比果蔬快的多。在数量和质量上的变化，由观感到色彩的变异，给使用价值带来极大的损耗。各国鲜切花的采后损失率约为20%,高于果蔬的一般损失。我国的花卉业与水果和蔬菜相比，是一个新兴产业，我国花卉业起步于20世纪80年代初期。在前5年，花卉还没有形成一定的商品量，在种植业中所占的比重极小。进入国民经济发展的第七个五年计划时期，我国花卉业开

41、始迅速恢复和发展，至今大致经历了恢复发展阶段（19861990年），快速发展阶段（19911995年）及巩固和提高阶段（1996年以后），取得令人瞩目的成就，为现代花卉业的形成和发展奠定了较好的基础。截至1998年，生产规模在3.3公顷以上的企业，全国有3700多个，全国已有200多个科研单位设立了花卉科研机构，有100多个教学单位开设了花卉园林专业。花卉消费呈逐年上升趋势。我国要成为花卉出口大国，不仅要在花卉的引种、育种和栽培技术上下功夫，而且要在花卉采后处理保鲜技术上提高水平，才能使花卉符合进口国的质量要求。与制冷技术在其他园艺产品的应用上相比，在花卉工业里使用制冷技术是一种相对较为新兴的

42、研究。即使制冷在工业上的应用差不多与整个园艺工业建立的历史一样长，最早的关于采摘后的鲜花冷藏研究的报道是由Lutz和Hardenburg（1968）乍的。到了1978年，一系列关于采摘的鲜花冷却保存步骤称之为“冷藏链”，得到了很大的发展。冷藏链的概念是基于对采摘后的鲜花进行冷却从收获、包装、储藏运输及销售直到它们最终达到消费者的手中的过程。自那以后，在鲜花工业中出现了大量旨在抑制采摘后的鲜花腐坏的研究项目。由于鲜花极易腐坏，抗热能力差，采摘的鲜花在产地温度下极易腐坏。预冷成为在采摘后的鲜花冷藏和运输前，迅速降温的极其重要的步骤。由于未经预冷的鲜花温度下降的十分缓慢，需要两天或更长时间，冷却率通

43、常不到0.5C每小时，预冷是至关重要的。把鲜花预冷到冷藏的温度将可以减少呼吸热，防止来自冷凝作用的湿气，减少微生物作用的危险，降低包装中乙烯的含量。而在冷藏之前的真空预冷对保鲜期有着巨大的影响。这非常重要，因为大多数的鲜花都要在冷藏的条件下经过长距离的运输到达市场。真空冷却可以在冷藏时，及以后在保鲜期中，保持鲜花的品质。真空冷却可以提高鲜花的价值，而且可以使鲜花相对于未经预冷的鲜花有着绝对的优势。真空制冷技术在肉制品保鲜领域的应用20世纪90年代后期国际食品界针对肉制品、水产品等食品安全问题，在肉制品的加工过程中采用真空冷却技术，可以降低肉制中污染菌的含量，提高肉制品的食用安全性。James研

44、究发现，重6.87.3kg的火腿从70c降到10C,传统的空气冷却法需要10h以上，而真空冷却仅需要3min（2h）,微生物含量减少了2.01gcfu/g在短时间内通过细菌容易繁殖的危险温度区域。同时有利于原料肉中肌球蛋白的释放，提高原料的粘合作用，改善火腿的品质。欧洲国家和日本制定了一系列的生产规范，再结合气调保鲜，保证了食品的营养、卫生和鲜度。真空制冷技术在调味品保鲜领域的应用肉制调味品、肉泥、果酱等调味品的预冷已普遍采用真空冷却技术。真空冷却可以快速而有效地降低调味品的温度，节省能源。据报道，1100kg的肉制调味品，采用真空冷却预冷，30min内可以将其从85c降到10C,而空气冷却则

45、需6h以上。据Dirisiol报道，3785L调味番茄酱，18min内将其加热至93c灭菌后，采用真空冷却，仅需14min即可以将其冷却至7C。3真空制冷装置的设计计算真空泵选型真空泵抽速的计算及选型真空技术中，使用的压强范围很宽，人们常常把它划分成几个区域，各真空区域真空度范围如下真空度范围(Pa)1000001001000.10.10.00001<0.00001真空区域低真空中真空局真空超图真空常压下1.013>d05pa,水的沸点为100C,随着压力的降低，其沸点也降低。而当压力降低到613.28Pa时，水的沸点为0C,此时水的汽化潜热为2499.52KJ/Kg。因为熟肉主要

46、由水分组成，所以可近似地以饱和水蒸气、水的热力性质的数值来进行计算。真空冷却过程中取熟肉的失水量为10%,则真空冷却后40kg熟肉的失水量为：m=40x10%=4(kg)(2-1)熟肉的密度计算时取P=1093kg，m3,M4kg的熟肉容积v2=0.0365m3=36.5L,由于真空室容积为0.4m3,即Vi=400L装好熟肉后，真空室内的空气量可估算出：v=v1-v2=40036.5=363.5(L)(2-2)油封机械泵在大气压到100Pa阶段抽速近似于常抽速。在这一抽气过程中，系统内的压强较高，排气量很大，即使系统内有些微小的漏气和放气，影响也不大，可以忽略不计。则不考虑系统的管道影响和漏

47、放气时真空泵的抽速计算公式：S=KVln包(2-3)tP式中：S泵的名义抽速；L/sPi初始时间又t应的压强；PaP终了时间又t应的压强；PaT抽气时间；sV被抽容器的体积；LK经验系数，其与压强的关系见下表不同压强下的经验系数P(Pa)1051.33乂1041.33乂1041.33乂1031.33父1031.33父1021.3310213.313.31.33K11.251.524真空冷却整个过程可分为三个阶段。第一阶段，真空冷却室内压力从大气压降至食品初温所对应的饱和压力，约需总冷却时间的很少一部分。在这一阶段真空室中压力尚未低到使食品中的水分闪发的程度，被冷物体因温差缓慢放热，真空泵要尽快

48、使真空室压力降到闪点，以缩短冷却时间。第二阶段，闪发开始，食品中的水分从食品本身吸收大量热量而迅速汽化，止匕时，冷却盘管必须及时将大量水汽重新凝结成液体，制冷压缩机与真空泵均处于全负荷运行，以保证冷却室内必要的真空度。第三阶段，即闪发后约20分钟，食品含水量下降，水分蒸发明显减慢。这一阶段，真空泵用以维持真空冷却室内的低压，使被冷却物各部分达到均匀降温。(1)第一阶段：真空室内压力从大气压降至初温70C时所对应的饱和水蒸气压力31620Pa,若按抽气时间5分钟计算，忽略管道中原有的空气量，则泵的名义抽速：S二KVlnR=1堡51ng56031620=1.41(Ls)(2-4)(2)第二阶段：熟

49、肉从70c降温到30C,真空室内压力从31620Pa降至4246Pa,约需20分钟。由于该阶段蒸发的水汽量比较大，故忽略第一阶段未抽完的空气量，水汽量按5%未凝结计算：整个过程中蒸发的水汽总质量为4kg,该阶段蒸发的水汽总质量(由于汽化潜热变化不大，通过温度用差分法计算)为:m=470-3070-10=2.67(kg)(2-5)(2-6)(2-7)水蒸气比容按30c时计算，30c水蒸气白比容为32.93m3/kg,则未凝结的水蒸气总量V=2.675%32.93103=436323(L)S-KVln艮=1.2543ln.=9.12(Ls)Tp20604246(3)第三阶段：熟肉从30c降温至10

50、C,真空室内压力从4246Pa降至1266Pa,约需40分钟。该阶段水分蒸发明显减缓，水汽总质量：(2-8),30-10m=4=1.33(kg)70-10水蒸气比容按10c时计算，10c水蒸气的比容为106.3m3/kg,则未凝结的水蒸气总量(2-9)V=1.335%106.3103=7175.25(L)则所需泵的名义抽速:S-1.253ln些=4.52(Ls)40601266(2-10)由上述计算结果可知，第二阶段的水分蒸发量大，且比较集中，抽气负荷比其他两阶段要大的多，所以按该阶段的负荷进行真空泵的选型:选用陕西百诚真空设备工程有限公司生产的旋片式油封真空泵，型号为2X-15,抽气速率为1

51、5L/S,极限压力0.06Pa,电机功率为2.2KW,泵的法兰进口内径40mm,总重202kg，外形尺寸(长X宽X高)为79X53X57(mm)Se=KS真空泵通过管道接上之后，在管道中各截面的抽速是不同的，具在真空室排气口处的抽速，叫做真空泵的有效抽速。泵的有效抽速Se与名义抽速S的关系式为：(2-11)对于低真空泵：K=0.80.9,取K=0.85,则泵的有效抽速为:(2-12)Se=KS=0.8515=12.75(Ls)3.1.2真空室的极限真空真空装置空载时，经过长时间抽气后，真空室中达到的稳定的最低压力，叫做真空装置的极限真空，对于低真空装置:(2-13)式中：Pj真空室中白极限压力

52、；PaPo真空泵中白极限真空；PaQi漏气室；Pa.L/sSe泵的有效抽速；L/s工艺生产过程中引入真空室中的气体量（Pa.L/s）45%32931034246Qg=4365：600=717036(Pa.L/s)_11一般：Ql=-0Qg7170.3=717.03(PaLs)所以，真空室的极限真空为：(2-14)(2-15)P-PQL-006717，03_563(P)Pj一POs-0.061275-56,3(ra)(2-16)3.2压缩机选型3.2.1热负荷计算由上部分的计算可知，水分蒸发主要集中在第二阶段闪发开始后的20分钟，此时的热负荷最大，实际运行中耗冷量主要用于水汽凝结。制冷系统在这一阶段要尽可能将水汽凝结，以减轻真空泵抽气负荷，按直接冷却方法计算：直接冷却，就是直接用制冷系统的蒸发器来冷凝水汽。水汽凝结耗冷计算公式如下：mrcm'、tq二tt式中：m凝结的水汽量；Kgr水汽凝结热；2500KJ/Kg;t水汽凝结的时间；s(2-17)c水的比热容；4.2KJ/Kg.Ct蒸汽凝结成水后的温降；C第一阶段：水分几乎不蒸发，故不予考虑。第二阶段：水分蒸发比较集中，为了使制冷系统能满足热负荷最大时的要求