冷藏凍結設備與裝置

凍結物冷藏間(簡稱冬藏間)，是用來較長期地貯藏凍結食品的庫房。[5]對于凍結食品來說，冷藏溫度越低，凍品高質量貯藏期也越長，但要考慮到日常運轉費用的經(jīng)濟性。根據(jù)T·T·T研究成果。認為-18℃的凍藏溫度對大多數(shù)凍品來說是最經(jīng)濟的。為了減少凍品在貯藏期間的干耗和冰晶的長大，要求庫內(nèi)相對濕度維持在95%左右，庫溫波動不大于1℃。

我國目前凍結物冷藏間的設計溫度為-15~-20℃。國外已逐漸趨向低溫化，達-25~-30℃。水產(chǎn)冷庫，為了更好地控制水產(chǎn)品在凍藏期間的氧化褐變，國際水產(chǎn)委員會推薦凍藏溫度在-24℃以下。

目前，凍藏間的設計形式有空氣自然對流循環(huán)式和風冷式兩種。下面介紹其設計要點。

這種凍藏間是采用排管作為冷卻設備的，其優(yōu)點是:排管制作簡便，凍品在貯藏期間的干耗少，耗電少。但排管金屬耗量大，制作期長，在單層高位庫內(nèi)安裝有困難，且?guī)鞙夭灰拙鶆颉?/p>

1.排管形式的選擇

在確定排管形式時，除了要考慮其傳熱性能外，還要考慮便于安裝制作和除霜操作。對于直接膨脹供液或重力供液系統(tǒng)，采用集管式排管比較合理，因為這種排管每組通路數(shù)較多，管內(nèi)流動阻力小。盤管式排管則由于其通路少，管內(nèi)流速大，故適用于液泵供液系統(tǒng)。翅片排管的傳熱系數(shù)較大，安裝緊湊，但庫溫不均勻，往往出現(xiàn)較大的區(qū)域溫差(6~8℃)，且不便于人工掃霜操作，現(xiàn)已較少使用。

2.排管布置的要求

①根據(jù)熱流進入庫房的方位和熱量的多少來布置排管。開門的侵入熱流沖向正對庫門的上方，此處應布置頂排管;單層庫及多層庫的頂層，宜將排管鋪開布置，以便吸收屋頂傳入的熱量;多層庫的其他各層庫房，為了能將融霜水集中于走道上，宜將排管布置于走道上方。

②墻排管應布置在外墻的一側，外墻布置不下時也可布置于內(nèi)墻上。墻排管位置要高些，最好在2/3高度以上，這樣既可避免倒垛對排管的沖擊及運輸機械的碰撞而發(fā)生事故，又可強化庫內(nèi)空氣的自然對流。

③排管的安裝尺寸。光滑頂管與平頂或梁底的凈距離一般不大于250mm，光滑墻管與墻面的凈距離不應小于150mm。

3.排管的連接

一個冷間設置多個排管時，應考慮供液的均勻性。

①多組頂(或墻)排管采用并聯(lián)連接時，應采用同程連接方式，即先進后出，以免出現(xiàn)液體走短路使部分排管供液不足的現(xiàn)象。

②對組蛇形墻排管連接時，液泵供液可采用串聯(lián)連接，俗稱"一條龍"供液。也可采用同程連接。重力供液只能用同程連接。采用串聯(lián)連接時，應注意通路長度問題。

③同一冷間設有頂排管和墻排管時，為了保證均勻供液，頂、墻排管應分別供液;當庫房較小時(庫房面積為200~450㎡)，可分別供液、合用回氣管;對于小型冷庫，也可用一根管供液、一根管回氣，但必須注意滿足供液均勻的問題。

4.排管的安裝固定

排管制作時，一般用Φ8圓鋼管卡把管子固定在角鋼上，然后依靠預埋在屋頂及墻面的預埋件加以連接。庫內(nèi)不宜采用預埋鋼板然后焊接支架的做法，以免焊接時產(chǎn)生的高溫影響接觸部位的混凝土，導致強度降低甚至酥脆，成為工程的隱患。一般采用預埋螺栓。吊點的預埋螺栓直徑不小于Φ16mm。吊點的間距要適當。

預埋件及預埋點應盡量設計成簡單而有規(guī)律，以便檢查校正和便于施工。預埋件的定位尺寸由制冷工藝專業(yè)提出二次條件，然后由土建專業(yè)設計預埋件布置施工圖。

風冷式凍結物冷藏間采用冷風機作冷卻設備，其優(yōu)點是:節(jié)省鋼材和投資，比采用排管可節(jié)省60%左右;安裝方便，可加快施工進度;不用人工掃霜，簡化了操作管理;易于實現(xiàn)自動化等。風冷式凍結物冷藏間適于貯藏包裝凍品。凍結物冷藏間內(nèi)的氣流組織，要求庫內(nèi)各處空氣流速要均勻，貨間平均風速不宜大于0.25m/s。庫房的墻面、頂要平整。在冷風機出口可設置均勻送風道或送風管，冷風機送出的冷空氣沿冷藏間平頂貼附射流到對墻，引射混合后形成一個很大的回流漩渦，貨物應處于循環(huán)冷空氣的回流區(qū)。

為了減少無包裝凍品的干耗，可以采用鍍冰衣、蓋冰廉等措施。對無包裝凍品的凍結物冷藏間，應將制冷劑蒸發(fā)溫度與冷風機進出空氣平均溫度的溫差控制在6~8℃以內(nèi)，冷風機進出風溫差控制在2~4℃以內(nèi)，以盡量減少凍品在冷藏過程中的干耗。

從目前情況看，我國凍結物冷藏間主要用空氣自然對流循環(huán)式，而美國公用冷庫中普遍采用冷風機，這種現(xiàn)象與兩國凍藏食品的包裝情況不無關系。隨著外貿(mào)食品的增加和對包裝食品的認識，2001年發(fā)布的GB50072-2001《冷庫設計規(guī)范》中規(guī)定:"凍結物冷藏間的冷卻設備，宜選用空氣冷卻器。當食品無良好的包裝時，也可采用頂排管、墻排管"，強調(diào)了對冷風機的選用。

凍結裝置是專用于凍結產(chǎn)品的設備，常用于凍結食品，稱為食品凍結裝置。近些年來，隨著冷凍食品消費量的迅速增長，花色品種逐漸增多，很多國家已從龐大的庫房式凍結間演變?yōu)槭褂酶鞣N新型的、快速連續(xù)凍結裝置，并由此推動了食品冷凍工藝的巨大變革。我國也先后引進了一些凍結裝置，并開始了對凍結裝置的研制，現(xiàn)已能生產(chǎn)多種類型的產(chǎn)品。這些凍結裝置在魚、蝦、家禽、分割肉、蔬菜等各類食品的冷加工方面取得了較好的技術經(jīng)濟效果，幾十年來以凍結間作為凍結食品唯一手段的落后狀況已告結束。

凍結裝置與普通凍結間相比有以下特點:

2.凍結時間短，生產(chǎn)效率高，干耗少，產(chǎn)品質量好。

3.結構緊湊，在廠區(qū)平面布置比較靈活，能有效地利用場地。

4.可以布置在一般廠房內(nèi)，工人能在常溫下操作維修，改善了勞動條件。

5.安裝方便。

6.便于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的連續(xù)化和自動化，節(jié)省了勞動力等。

下面介紹幾種凍結裝置的結構、性能及選用相關知識。

鋼帶連續(xù)式凍結裝置是由不銹鋼薄鋼帶、傳動輪(主、從動輪)、調(diào)速裝置、冷風機、隔熱外殼等組成。

該凍結裝置具有熱交換效果好、凍結速度快、半接觸、半送風傳熱的特點。被凍食品放在傳送鋼帶上，在-35℃左右的空氣溫度下進行連續(xù)凍結，冷風可與被凍食品平行或垂直流動(平行吹風效果更好)。適用于水產(chǎn)品、調(diào)理食品、肉食制品等的單體凍結。凍結時間隨凍品的種類、厚度不同而異，一般在8~40min。

2.螺旋凍結裝置

螺旋凍結裝置也是一種連續(xù)式凍結裝置，主要部件由轉筒、不銹鋼帶、網(wǎng)帶清洗器、變頻調(diào)速裝置、冷風機、隔熱外殼等組成。傳送帶是沿圓周方向作螺旋式旋轉運動，不是水平式，避免了水平方向傳動占地面積大的缺點。螺旋凍結裝置傳送帶的一側緊靠在轉筒上，靠摩擦力和轉筒的傳送動力隨轉筒一齊運動。忘帶的速度由變頻調(diào)速裝置進行無級調(diào)速，凍結時間在20~90min范圍內(nèi)可調(diào)，故可適應各種凍品的要求，從食品原料到各種調(diào)理食品都可凍結凍結能力在500~5000㎏/h，發(fā)展前途很大。

3.流態(tài)化凍結裝置

被凍食品在開孔率較小的網(wǎng)帶或多孔槽板上，高速冷空氣自下而上流過網(wǎng)帶或槽板將被凍食品吹起，呈懸浮狀態(tài)，使固態(tài)被凍食品具有類似于流體的某些表現(xiàn)特征。在這樣的條件下進行凍結，稱為流態(tài)化凍結。

(1)流態(tài)化凍結的主要優(yōu)點

①熱交換效果好，凍結速度快時間短。

②凍品脫水損失少、質量高。

③可實現(xiàn)單體快速凍結(IQF)。

④可進行連續(xù)化生產(chǎn)，勞動強度低。

流態(tài)化凍結主要適用于顆粒狀、條片狀食品的凍結。

(2)流態(tài)化凍結裝置

流態(tài)化凍結裝置有多種形式，其中以帶式流態(tài)化凍結裝置使用最廣泛?，F(xiàn)在都采用兩段式結構，即將被凍物料分成兩區(qū)段進行凍結。第一區(qū)段為表層凍結，將被凍物料進行快速冷卻，使表層溫度很快達到凍結點凍結，使顆粒間或顆粒與傳送網(wǎng)帶間成離散狀態(tài)，彼此互不粘結;第二區(qū)段為深溫凍結，凍結至熱中心溫度為-15~-18℃。

這種裝置的傳送帶可采用變頻調(diào)速裝置，進行無級調(diào)速。蒸發(fā)器可由鋁合金管與鋁翅片組成，變片距結構，風機多為軸流式風機，風壓較大，一般在490Pa以上。

4.液氮噴淋凍結裝置

液氮噴淋凍結裝置是一種高效、快速、低溫速凍裝置。它由三個區(qū)段組成，即預冷段、液氮噴淋段和凍結均衡段。

被凍食品在不銹鋼帶上與氮氣呈逆向流動，在預冷段內(nèi)，進行預冷及表層凍結，然后進入液氮噴淋段，噴出的液氮在-196℃下蒸發(fā)吸收被凍食品的熱量，使食品快速凍結，最后在凍結均衡段內(nèi)凍結到熱中心溫度-18℃。

該凍結裝置的主要特點是:

(1)凍結速度快，比平板凍結裝置快5~6倍。凍品脫水損失很少，凍品質量高。

(2)凍結設備簡單，不需制冷壓縮機等設備。

(3)操作方便，維修保養(yǎng)費用低。

(4)凍結裝置功率消耗很少。

(5)凍結成本高，約比一般空氣鼓風凍結裝置大4倍左右。主要是液氮的成本較貴。

(6)液氮不能回收，消耗量大，一般每千克凍品的液氮消耗量約為0.9~2.0㎏。

5.氣流上、下沖擊式凍結裝置

氣流上、下沖擊式凍結裝置由冷風機吹出的高速冷空氣分別進入上、下兩個靜壓箱。在靜壓箱內(nèi)，氣流速度降低，由動壓轉變?yōu)殪o壓，并在出口處裝有許多噴嘴，氣流經(jīng)噴嘴后產(chǎn)生30m/s左右的高速氣流，垂直吹向不銹鋼網(wǎng)帶上的被凍食品，使其表層很快冷卻。被凍食品的上部和下部都能均勻降溫，達到快速凍結。

除上述凍結裝置外，還有平板凍結裝置、隧道凍結裝置、液體二氧化碳噴淋凍結裝置等多種，可根據(jù)實際情況選用。

選用凍結裝置應考慮以下四方面要求:

(1)可靠性

凍結裝置是生產(chǎn)線上最關鍵的設備，一般連續(xù)生產(chǎn)線上只有一套凍結裝置，故它的可靠性是非常重要的。應能在長時間內(nèi)連續(xù)、安全地工作，材料要能長期經(jīng)受惡劣環(huán)境條件而不會損壞。

(2)衛(wèi)生要求

凍結裝置的清潔、衛(wèi)生，與工作可靠性同樣重要。與食品接觸的部件要用耐腐蝕、對食品安全的材料。要有手動或自動化的清洗系統(tǒng)，這對凍結熟食品或半熟食品尤為重要。

(3)凍品質量

凍品質量與凍結速度關系密切，應按照被凍食品的要求選擇快速、中速或慢速凍結設備。

(4)經(jīng)濟性

凍結裝置是生產(chǎn)線上投資最大的設備之一，但凍結電耗僅占總費用的3%~5%，包裝費用有時比凍結費用大幾倍。重量損失的大小也是主要因素，一般與凍結費用相等。對廉價食品，影響不明顯，但對凍結貴重食品時重量損失就很重要。凍結過程中的重量損失由機械損傷與干耗組成，這些與凍結裝置的類型有密切關系。