国内外食品快速冷冻装备技术对比及快速冷冻装置的节能技术探索.doc

现代食品工程学文献综述报告姓名：陈乐学号：M140208447组别：第12组2014年11月国内外食品快速冷冻装备技术对比及快速冷冻装置的节能技术探索摘要本文介绍了国内外速冻装备技术发展概况，具体举例了我国速冻设备及市场应用情况。并分析快速冻结装置的节能新技术，最大限度地追求降低速冻环节耗能，降低产品成本，对企业产生直接经济效益。关键词：快速冷冻；装备技术；节能技术； 1.我国速冻设备的现状1.1速冻设备与一般冻结设备目前国内生产的冻结设备有两大类:即快速冻结设备(速冻设备)和一般冻结设备(主要指慢速冻结设备)。过去在统计产量时，往往将速冻设备与一般冻结设备混在一起作为速冻设备进行统计产量，这是不妥的。因此，有必要将速冻这一概念在此作一介绍。按国际制冷学会C2委员会对食品冻结速度所作的定义:食品表面与热中心点(冷却或冻结过程终了时，食品中温度最高的一点称为热中心点)的最短距离与食品表面温度达到0C后，食品热中心点降至比冻结点低10C所需时间之比，称为该食品的冻结速度V(cm/h)。快速冻结V一般为5-2cm/h，中速冻结V为1-5cm/h，慢速冻结V为0.1-1cm/h1。我国目前生产的速冻设备，主要有鼓风式速冻设备、接触式速冻设备、深冷速冻设备和沉浸式速冻设备四大类型。这四种类型派生出的各种速冻设备，均已在国内市场和出口国外销售2。1.2我国速冻设备及市场应用情况我国速冻设备主要生产企业及应用情况见表1所示。生产企业:（1）南通冷冻设备厂（2）天津天马制冷设备工程有限公司（3）浙江上风实业有限公司（4）沈阳冰天制冷设备有限公司（5）烟台冰轮股份有限公司（6）约克有限公司（7）沈阳新阳速冻设备制造公司（8）加拿大AERO公司（9）无锡锡南机械厂（10）瑞典Frigoscandia公司（11）大连冰山菱设速冻设备有限公司。1.3速冻设备主要生产企业概况下面介绍我国生产速冻设备的主要企业概况a) 烟台冰轮股份有限公司该公司是烟台冰轮集团的核心企业，冰轮集团在全国制冷空调行业中，首家取得挪威船级社(DNV)颁发的1509001:49质量体系认可证书，通过美国机械工程师协会(ASM)E压力容器U认证，是国家一级企业。工业制冷成套系列产品:拥有100、125、170型单、双级制冷压缩机和12.5、16、20、25、32系列螺杆式制冷压缩机全套主机产品，并开发适合不同用户要求的活塞式、螺杆式压缩冷凝机组、组合冷库和国家专利的蒸发式冷凝器等产品。农产品深加工领域的冷冻冷藏系列产品:作为中国的农业产业化龙头企业，冰轮先后与日本、丹麦、俄罗斯等国家的国际知名企业、机构合作，并与国内著名的企校院所强强联手，研制开发了以食品真空冷冻干燥设备、气调集装箱、连续单冻机、果蔬快速预冷装置、高温库成套装置、蔬菜速冻前处理生产线、谷物冷却机、气调库、组合式冷风库等为代表的农产品深加工领域的冷冻冷藏系列产品，以及螺旋速冻装置、平板速冻机、隧道式单冻机等产品1。b）南通冷冻设备厂南通冷冻设备厂，是目前国内最大的专业生产速冻设备的工厂。产品销售国内大部分省市自治区，外销二十多个国家和地区7。主要产品有:卧式立式铝合金平板冻结机，单双螺旋速冻装置，不锈钢板带单体速冻装置，不锈钢网带单体速冻装置，流态化单体速冻装置，液氮、二氧化碳速冻装置，冷冻深去皮机，立筒式、碟片式片冰机，低温冷风干燥机、板式搁架冻结器，过热蒸汽烧烤装置，螺旋式蒸煮冷却装置，以及平板速冻配套设备及器具等近20多种产品，用户也可根据实际需要，进行特殊设计和制作。该公司生产的型号为1610、2012、2512、2518、3016的双螺旋式速冻装置的冻结能力为500-2000kg/h。型号为WA一l、WF一1、WF一IJ和GF-lJ的卧式平板冻结装置的冻结能力为1500、1500、1350和1350kg/次。该公司生产的隧道式液氮、二氧化碳深冷冻结装置型号有SD一1-SD一5。2.国外速冻设备的现状2.1概论90年代以来，国外对改进食品的冷冻工艺，延长食品冷藏期的研究和新技术的推广。国外的速冻设备发展较快，以瑞典和日本都具有比较新颖的技术装备5。2.2速冻设备介绍1)流动式速冻装置，能使速冻气流自下而上通过颗粒食品，使食品在床面上形成“流体状态”速冻，有利于“流体状”的颗粒食品如玉米粒、豌豆和白扁豆等在35min内速冻完毕。产品流动厚度是3.2cm.2)螺旋输送带式速冻装置，螺旋直径2m，层数可多至20层，大大节省了设备占用面积。该设备适宜速冻肉丸、肉饺、肝饼等食品，速冻时间1520min。3)自动多用托盘接触式速冻装置，不用鼓风机，动力消耗只有鼓风式速冻装置的1/10，但速冻时间略长，干耗较小，适宜速冻水果、蔬菜、肉、鱼，以及冰淇淋等，品温冻至-18以下所需时间为2060min.可自动装载2050mm厚的包装食品，盘子顺序推进，自动降下速冻，速冻后升起，冻品在另一端推出4。4)自动开关门的隧道式速冻设备，可以减少流水作业线进出隧道带走的能量损失，在速冻隧道两端加门，在门前加接触装置，食品接近隧道门时，碰到接触装置，门自动打开，食品通过后门自动关闭。为提高效率，采用自动装载食品，即食品进门前自动装入容器。由于不同食品需要的速冻能量不同，因此根据速冻需要，压缩机分组供应以减少能耗。5)低温速冻，这是指-60以下的极低温条件下的速冻，特点是液态氮的使用。使用方法有液浸、喷淋和蒸发冷凝3种。目前广泛使用的最有效的方法是喷淋法。此外，液体氟里昂、粉状干冰都可用于低温速冻。速冻的食品最好是环状颗粒形的，如青豆类、切片番茄和蘑菇等。采用隧道输送带，结合液氮喷淋速冻，喷淋后蒸发的氮气可用于食品预冷。由于液氮速冻不需机械设备，因此特别适宜用在运输卡车和铁路冷藏车上3。3.快速冻结装置的节能新技术3.1快速冻结装置的节能新技术概述在食品冷加工中，快速冻结是一个高耗能环节，除了制冷主机、辅机、快速冻结装置风机、传送机构耗能外，另一个重要耗能因素则是除霜和重新降温过程。一般认为，该过程耗能占总耗能15%左右或更多。实际表明，采用吹风快速冻结加工食品平均单位耗能约为300kwh/t左右。而含水率较高的食品如芦笋单位能耗高达373kwh/t，按平均0.72元/度计，电费268.56元/吨。上述数字表明，速冻食品加工企业意识到在激烈的市场竞争中，最大限度地追求降低速冻环节耗能，降低产品成本是企业的直接经济效益6。因此速冻食品加工企业对于节能型快速冻结装置具有浓厚兴趣。3.2风机电机外置按照快速冻结装置热流量计算方法，风机电机运转热流量Q，由下式求得:Q3=EN毒p(KW)(1)式中:N一电机额定功率(Kw)卜热转化系数，电机外置=0.5I旷电机运转时间系数p=1100卜1kw换算成w的值所谓风机电机外置，即采用长轴结构将电机置于常温下运行，因此计算快速冻结装置热流量时风机电机热流量Q3按式(1)计算。其总热流量公式改为:冷却设备总负荷:Q设=Q。+PQ2+Q3+Q4(KW)(2)式中P-负荷系数取P=1.3。机器总负荷:Qa=(mQ1+PQ2+Q3+nQ4)R(KW)(3)式中m一修正系数m=1n一操作系数n=o.75R一冷损耗系数R=1.07以Dk一1000流态化快速冻结装置(风机电机内置)和Dk一1000节能型全流态化快速冻结装置(风机电机外置)为例做如下比较，见表2-1。3.3利用外置电机余热除去传送带结霜并吹干在低温潮湿工况下，除了蒸发器迅速结霜外，传送带受热湿空气作用也随之结霜，4小时后结霜严重，6小时后传送带基本被结霜(或冰)封死。对于宽带隧道式和螺旋式快速冻结装置由于气流组织不同其影响程度不同，但是对于流态化快速冻结装置由于风机置于传送带下，吹风方式为自下而上，传送带空隙率越来越小，气流循环量逐渐下降，气流组织会迅速恶化，严重时，由于受风压作用，冷气流沿传送带进出口方向流出(又称跑冷)，温度上升，产量下降。为了避免上述现象发生，一般设置传送带清洗吹干装置。如热水清洗热风吹干装置或热风融霜吹干装置等。该装置功率约为lokw。20kw可以满足要求。利用外置电机产生的热量由小功率风机通过管道和喷嘴喷射到传送带，随时除去结霜并吹干传送带可以减少约15kw装机功率。按每天20小时，全年生产300天计算，仅此一项可节省能耗90000kwh，平均0.72元/度，全年节省6.3万元。3.4风机电机变频调速不同食品由于含水率、比热容、单重、密度、规格等不同，所要求的冻结温度、风速、风压、冻结时间等也不同。采用单一风速、风压的快速冻结装置一般只适用少数品种，即使冻结大多数品种，其耗能增加，生产成本提高。例如流态化快速冻结装置采用单一风速风压，一般设计时是以青刀豆计算。如果满足青刀豆流态化快速冻结，而冻结蛇5HIIn芋头则很难实现流态化悬浮状，而要冻结类似荷兰豆这种产品又会产生夹带现象等不良流态化冻结。因此，采用单一风速风压的快速冻结装置很难满足多品种冻结的要求。为了克服上述现象，采用风机电机全频调速，不同产品采用不同风机转速，既可以满足多品种冻结要求，保证产品冻结质量和产量，又可以达到节能的目的。其调速范围见表22。从表22中可以看出，采用Dk1000基准型速冻装置冻结上述全部产品，与无变频调速装置比较，其节能情况见表23。年节电79200kwh，按每年生产300天，每天节电264kwh。综上所述，快速冻结装置采用各项节能技术，其综合节能见表3一l。快速冻结装置的各项节能新技术可以降低能耗30%，是一项可以给用户带来丰厚经济效益和应用前景十分可观的项目。同时对提高国产快速冻结装置整体技术水平，实现技术突破具有重要意义。采用高新技术，融人全新概念，新一代高效、节能、安全可靠的快速冻结装置在国内外属首创，目前已全面推向市场1。参考文献1 康景隆. 快速冻结装置的节能新技术J. 冷藏技术, 2006 (1): 8-13.2徐世琼. 我国速冻设备与冻干设备现状J. 制冷技术, 2005 (1): 10-13.3陈绍桥. 国外的食品冷冻工艺及速冻设备J. 冷饮与速冻食品工业, 1997, 3(3): 39-41.4 贾丽征, 罗德林. 我国速冻食品业存在的问题及发展趋势J. 商业经济, 2008 (6): 91-93.5 Ferrero C, Zaritzky N E. Effect of freezing rate and frozen storage on starchsucrosehydrocolloid systemsJ. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2000, 80(14): 2149-2158.6 朱立贤, 罗欣. 新技术在食品冷冻过程中的应用J. 食品与发酵工业, 2009 (6): 145-150.7 姚艾东, 何健. 冷冻冷藏食品新技术的应用与前景J. 河南工业大学学报: 自然科学版, 2006, 27(3): 84-87.