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2020-10(上)用撞击式网带单冻机 冻结南美白虾的优化设计

2020-11-03 15:17:34来源: 《中国食品工业》

  邵军晖 金昌高 梁作华 翟亚婵 王俏玉 烟台中孚冷链设备有限公司,山东烟台 265500

  摘要:本文以某水产开发公司的撞击式网带单冻机冻结南美白虾为例,从单冻机几个主要方面介绍了如何进行优化设计。冻结形式为撞击式,即双向吹风式冻结。在连续进入单冻机体内的南美白虾上表面作用高速脉冲式冷气流, 让食品上表面快速冻结。食品下表面与不锈钢网带接触,网带下喷射均匀冷气流,使食品下表面也被快速的冻结。即双向冻结的好处,使得冻结时间减少了一半,快速通过冰晶生产带(0 到 -5 度区间)以达到减少营养成分流失、原汁原味为目的。冻品品质提高一倍,干耗损失减少一半,单位时间产量增加了一倍。此类结构单冻机特别适用于南美白虾的快速冻结,将广泛应用于南美白虾及其他小体积块状产品或扁平产品的水产加工工艺中。

  关键词:南美白虾;撞击式;产量加倍;水产加工

  引言

  南美白虾营养丰富、肉质鲜美,于 20 世纪 80 年代末引进中国,人工繁殖成功后开始大规模养殖,适温、适盐范围广,生长快,抗病能力强,现已成为中国虾类养殖的主要对象。南美白虾占所有海水虾类养殖的 60% 以上,其年总产量已占了中国所有养殖虾类总产量的 80%。随着生活水平的提高,水产品看作是优质的蛋白质,营养价值越来越被接受,且消费群体逐渐扩大,随着人口的增长,水产品消费必将处于扩大趋势。而对于南美白虾的冻结设备来讲,如何快速冻结、减少营养成分流失、提高生产量成为单冻机开发设计的主要方向,因此撞击式网带单冻机的优化设计显得至关重要。该结构单冻机在南美白虾水产加工行业是一个发展趋势,目前在国内外已有部分水产公司开始引进使用,且收到良好效果。

  1 单冻机项目简介

  今年由烟台中孚冷链设备有限公司设计、生产、安装调试的广西某水产开发有限公司撞击式网带单冻机顺利投产使用。该公司总部坐落在广西北海市工业园区,主要经营水产品技术开发、冷冻加工,及速冻食品等。购买单冻机用于冻结南美白虾,要求产量 1500kg/h。经过现场实地考察后,根据场地情况经过综合考虑后做出了合理化方案,经双方商定后开始了单冻机的具体优化设计。

  2 单冻机的优化设计

  2.1 单冻机结构形式的确定

  食品的快速冻结,是将食品迅速通过其最大冰结晶生成区,其平均温度达到 -18°C时迅速冻结的方法。食品的快速冻结过程是个复杂变化,包括物理、化学变化,比如蛋白质变性等。能够最大限度保留食品原有的营养价值和色香味,是快速冻结的特点。冻结过程中食品内部水分的结冰百分比称为结冰率,不同的食品在不同的温度下结冰率不同,有表可查。快速冻结的优点之一就是将食品快速冻结到微生物生长活动的温度以下,有利抑制了微生物的增长及其生化反应。

  根据对冻品质量和生产量两大因素的要求,并根据现场的实际情况,优先考虑采用撞击式网带单冻机方案。撞击式网带单冻机比较传统结构单冻机有许多优点。南美白虾在冻结过程中产生的冰晶更小,更多保留了蛋白质等多种原有营养品质,可以在解冻后原汁原味;比较其他单冻机,该单冻机能更短时间内冻结食品表面,使得食品内部水分被保留,食品的干耗更低;该单冻机能够使食品上下表面都有冷气流通过,冻结时间缩短了一半,大大提高了生产效率,提高了生产量;风机采用离心式,具有高风压,低噪音,高效率等特点;单冻机的蒸发器采用大尺寸变片距,配以最佳的气流组织形式,结霜少,连续高效工作时间长。

  关于食品冻结的时间计算,受诸多因素影响,难以精确计算,常用普朗克(Pllank )公式。食品冻结的时间与食品的焓值、密度、热导率、冰冻点温度、厚度、表面放热系数及冻结时介质温度等有关。其计算公式为:

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  式中 T——食品冻结加工时间,h;

  h1、h2 ——食品初温和终温焓值,KJ/Kg;

  ρ ——食品密度,Kg/m3;

  tρ——食品的冰点温度,°C;

  t ——冻结加工时介质的温度,°C;

  δ ——食品的厚度,m;

  α——食品表面的放热系数,W/m2°C;

  λ ——冻结食品的热导率,W/m2°C;

  P、R ——和食品形状有关的系数,

  3.6——1W 换算成 KJ/h 的数值。

  P 和 R 系数是根据被冻结食品外形的几何形状变化的系数,具体数值如下:

  板状食品 P=1/2 R=1/8

  圆柱状食品 P=1/4 R=1/16

  球状食品 P=1/6 R=1/24

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  外形是方块形或者长方块形的食品,可用图 2-1 所示的曲 线查出 P 和 R 的值较为精确,图中 β1= b/δ, β2=l/δ , δ 指块状食品的厚度, l 指长度,b 指宽度,通过图中 和 的 交叉点就可以查到 和 的值。公式中的相关的物理参数,如食品的密度、食品表面的放热系数、冻结食品的热导率等等都有表可查,在此不做详解。

  2.2 不锈钢网带

  在单冻机的主要部件中,不锈钢网带起到非常重要的作用。诸多结构单冻机,常用的不锈钢输送网带一般有人字网、菱形网、眼镜网等不同结构。其中眼镜网相比较其他结构,有着诸多优点。眼镜网属于单层网,有更好的透气性、穿透性,因此更便于清洗且不易结霜;金属网的开孔率更大,因而通风性及脱水性更好;可以输送高速度重物,强度更好;由于眼镜网是由网丝做成眼镜形状后再通过串条轴串起来做成的网带,结构牢固不易变形,不会产生划扣现象,易于维修,且网带上表面更平整,不容易形成冻品表面的压痕。网带用不锈钢材料制作,由于是钩式卷制具有更好地拉力和抗拉强度,抗腐蚀性能强。不锈钢网带制作结构形式、技术要求、试验检验规则应符合国家机械行业标准。

  2.3 蒸发器

  蒸发器作为热交换器的一种,是单冻机的重要部件,主要用于低压制冷剂液体蒸发吸收被冷却介质的热量,使被冷却介 质冷却,从而达到制冷目的。为了提高效率,尽量使制冷剂与管壁接触,并将沸腾产生的蒸气排走。来自膨胀阀的制冷剂由 分液器均匀分配到蒸发器的每条管路中,经过吸热气化,并且在出口前要全部气化,保证了每路制冷剂流量和干度均匀。

  蒸发器通常以蒸发面积作为选型设计的依据,根据单冻机的冷量和具体工况来合理计算,蒸发面积按一下公式计算

  A= ΦS/KΔt

  式中 A——蒸发面积,m2;

  ΦS——冷却设备的负荷,W; K——蒸发器的传热系数,W/m2°C; Δt——单冻机库温与蒸发温度之差,°C;

  公式中传热系数值的选取和温度差的计算在许多资料都有详细介绍。

  蒸发器由冷却排管、翅片、通风机和融霜装置组成,其中翅片的结构形式多种多样。为了加强制冷效果,方案建议使用 带亲水膜的翅片。带亲水膜的铝箔能使附于其上的冷凝水在翅片上扩散快,不容易形成“水桥”,可以延缓结霜,所以也有利于提高换热。

  在蒸发器的设计过程中,管径的确定是重要一环。比如回气管,如果回气管压降大会导致吸气压力降低直接影响制冷能力。可根据制冷能力、管路当量长度、蒸发温度就可以查出回气管最小内径,具体数值有线算图表可查,此处不再赘述。其中回气管的上升立管确定管径时还需要考虑带油速度,管内的流速一般取满足带油的最小值,即“最小带油速度”。

  此外,蒸发器的使用条件和设计条件应符合氟代烃类制冷装置用辅助设备之翅片式蒸发器标准要求,包括原材料、焊接 无损检测、清洁度检测、压力试验及气密性试验等。

  3展望

  目前多数水产公司用于速冻南美白虾的单冻机设备,大多都是采用传统普通结构的单冻机速冻。消费者生活水平日益提高,对食品的要求也愈来愈高,对于水产公司来说能将水产品的营养成本保留得更多显得尤为重要,但是传统结构的单冻机已不能满足要求。水产公司投资单冻机设备,不单单体现在设备的投资,还有设备的附加投资,如设备管理费用、维修费用,还有维修时造成设备停产等等,是一个综合性的投资,长远意义的投资。冻结南美白虾撞击式网带单冻机是首选,相比较其他结构的设备,它更符合各项需求。南美白虾在中国从东到西、从沿海到内陆的大部分地区广泛养殖,该结构单冻机将广泛应用于南美白虾的水产加工行业。

  4结语

  该单冻机设备现已投产使用,通过实际采集的数据分析整理,该设备运行可靠平稳,并且能够完全满足方案要求。南美白虾经过单冻机冻结出货后,经过各项测试综合分析,冻品完全符合要求。

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