毕业设计(论文)-双孢菇真空预冷装置设计.doc
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1、中 文 摘 要摘 要双孢蘑菇的采摘、储存、运输过程中的保鲜一般都是采用冷藏方式。储存和运输环节的冷藏已经有比较成熟的设备,采摘后到冷库过程的冷藏也有相应的设备,但由于本人接触较少,对设备构造及原理和应用不是很了解。为此,我试图将双孢蘑菇进入冷库前应用到的真空预冷技术应用到毕业设计中,从而形成双孢蘑菇真空预冷装置的设计理念。本文阐明了果蔬真空预冷装置的原理、组成、特性及优点;给出了基本设计参数的确定方法及计算公式, 可供专业人员设计参考。将双孢菇储藏真空预冷技术应用到双孢菇采收的过程中, 提出了蔬菜田间真空预冷装置的设计理念。设计以10000kg/车、处理量500kg /次为例, 介绍了真空预冷
2、装置各主要部件的设计方法。关键词:双孢蘑菇、真空、预冷装置、设计- I -英文摘要AbstractAgarics picking, storage, transport process is usually adopts refrigeration fresh way. Storage and transport links have been developed comparatively mature equipment, and after being picked to cold storage process of refrigeration equipment, there are
3、 corresponding, but because I contact less, on the equipment structure and principle and application is not very understanding Therefore, before agarics getting into refrigerated storage room well attempt to make the vacuum pre-drying cold technology to the process of the harvest which forming a des
4、ign idea of agarics vacuum pre-drying cold room.The thesis not only stated the principle and combinations and features and advantages of vegetable vacuum precooling device, but also gave the designable ways and the formulas for calculating the basic parameters, which can be refereed to by designer.
5、Will one pair of vacuum storage precooling technology is applied to one pair in the process of collecting, and put forward the vegetables in the field of vacuum precooling device design idea. Design with 10000 kg/car, productivity 500 kg/time for an example, this paper introduces the vacuum precooli
6、ng device of major parts of the design method. Key words: Agaricus bisporus、vacuum cooling、forecooling installationII第一章 引 言第一章 引 言1.1 课题的背景和意义本文设计依据的基本理论是将少量产品的水分蒸发,并使产品温度降到所需程度,真空预冷技术的发展顺应了食品趋向高营养保鲜的潮流,满足了人们对食用天然食品的要求。预冷是一种将采摘后的蔬菜温度快速降下来的方式,使种植者能在农产品最佳成熟的时机收获,从而可以满足消费者的最大的品质需求。本文主要介绍真空预冷的工作原理及其装置的
7、结构设计,真空预冷装置主要由真空系统、制冷系统和控制系统组成,本文也详细的介绍了真空预冷装置的真空室、蒸发器和冷凝器的设计,并对控制系统作以简单的描述。真空室是该装置的重要部件,文中对其壁厚和结构作了详细的设计计算。真空泵是该系统装置的主要动力设备,它的主要作用是保持真空室的真空度,从而使得产品达到降温的目的。果蔬采摘后立即预冷,可有效降低其呼吸强度、抑制自身养分消耗,大大延长有效贮存期,对果蔬保鲜和提高人们的生活水平具有极为重要的意义。它的直接效果是:(1)使果蔬能进行远途运输;(2)减少销售地可食用部分的损失;(3)容易形成果蔬的相同性销售和质量标准化。预冷方法可分为强制通风预冷、压差预冷
8、、真空预冷和冷水预冷4种方式。其中真空预冷是以上4种预冷方法中使果蔬干耗最小、预冷速度最快、能量利用系数最高的一种预冷方法。其基本原理是:水在真空状态下沸点较低,蒸发时将需要大量的热量,当把果蔬置于密闭容器时,降低容器内的压力,果蔬表面的水分蒸发旺盛,带走大量的热量而使果蔬本身温度迅速降低。由于在这种预冷方式中,果蔬是自我冷却,又由于果蔬个体之间容易形成均匀的压力分布,使真空预冷方法具有高效、快捷的特点,它是目前国外应用最为广泛的一种预冷技术。我国当前正处于真空预冷技术的起步阶段,了解当今世界真空预冷设备的技术进展情况,明确开发这种先进设备的关键技术,对我国真空预冷技术的开发和利用将具有重要的
9、意义。1.2 真空预冷技术的发展果蔬预冷是指水果蔬菜在收获后的短时间内尽快降低其品温,减少其呼吸热,防止其流通过程中由于呼吸热而引起的品质下降,保持其鲜度,从而便于冷藏保管和低温运输。例如草莓,试验表明采摘后在不同温度下贮存,其寿命如表1-1所示。表1-1 草莓采摘后在不同温度下的寿命温度()2061天数(日)2918可见,采摘后尽快降温,温度越低,货架寿命越长。再如,菠菜、茼蒿等软质蔬菜在30中存放,其维生素C及其他成分的含量随时间的延长而逐渐减少,经24h后,会减少到原含量的1/10。果蔬采摘后所处温度高,则呼吸量大,鲜度显著降低。例如龙须菜,0时二氧化碳发生量为44mg/kgh,而21时
10、则增大为222mg/kgh。所以,预冷处理对保持果蔬品质非常重要而不可缺少,并且越来越被重视,已列入国家“九五”攻关重点研究课题“生鲜商品物流冷链关键技术与示范工程”。因此,预冷装置的设计与研究非常必要。本文着重分析真空预冷装置的工作原理、性能特点及设计方法,以供专业设计人员参考。早在60年代初到70年代初,西方发达国家就进行了真空预冷技术的系统研究工作,该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,到1971年,预冷白菜等叶类果蔬才打开了东京的果蔬消费市场,并使真空预冷设备在日本的全国果蔬生产基地得到应用。从此人们逐渐形成了吃新鲜的预冷果蔬的习惯,也使日本真空预
11、冷技术及设备逐步趋向成熟。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。1990年广州市科委为实施菜篮子工程,从日本引进了一台真空预冷设备,委托广州制冷设备研究所消化吸收,并设计出我国第一台真空预冷设备。但由于受国内市场条件所限,当时未能推广开来。上海食品研究所1995年从国外引进了一台真空预冷设备,并对许多果蔬品种进行了实验研究,积累了大量的实验数据。在国内高校,已先后有合肥工业大学、东北大学、西南交通大学、中国农业大学、上海海运学院等对真空预冷技术或设备进行了研究。他们大多数研究的重点是设备的设计与开发问题,而对真空预冷机理和果蔬真空预冷过程传热传质的特性研究较少。对真空预冷装
12、置的基本要求与所有制冷装置一样,首先是要能够可靠地完成预冷过程,在此基础上要求具有高效节能的特点。1.3 真空预冷的原理真空冷却是利用降压来降低水的沸点,靠水分蒸发带走果蔬产品热量的冷却方法。在一个大气压下,水的沸点为100,降低大气压时,水的沸点也随之降低。试验表明,气压613Pa(4.6mmHg)时,水的沸点为0。低压下果蔬蒸发旺盛,果蔬放在密闭的真空容器内,降低气压,果蔬本身水分蒸发,带走大量蒸发潜热而被预冷。表1-2显示了水的沸点与蒸汽压及蒸发热的关系。例如,水分在2时蒸发,必须降压706Pa(5.3mmHg),被带走2485KJ/kg的气化潜热。真空冷却靠蒸发果蔬产品自身的水分冷却到
13、规定温度,对单位重量表面积较大的叶菜类菠菜、莴苣等有特效,最适用,冷却速度快、时间短。例如双孢蘑菇重量W=0.5kg,比热C=3.96KJ/kg,初温t1=30,终温t2=5,下降温度t=30-5=25,则除去气化潜Q=WCt=49.5kJ。试验表明:双孢蘑菇真空冷却,水分平均蒸发1%,温度下降6.3。由于使用真空装置,靠真空容器内的压力同果蔬的蒸汽压的压力差使水分从果蔬中蒸发,其蒸发量同蒸汽压差成正比。真空预冷装置使用的操作压力为533667Pa(45mmHg),必须使果蔬处在不受冻结、低温伤害的压力、温度范围内。100g蔬菜真空预冷,蒸发1g水分,品温约降低5,例如23的菠菜下降20达3时
14、,要蒸发掉4%的水分。对菠菜、蕃茄、毛豆、甜玉米真空预冷,抽真空约15 min,到真空度为666.61799.93Pa时,菠菜与毛豆冷却到2,甜玉米冷却到78,而蕃茄仍为2122,因为蕃茄果肉厚实,水分不易蒸发,宜真空加水冷却。表1-2 水的沸点与饱和蒸汽压及蒸发热的关系沸点()压力(133.322Pa)蒸发热(4.1868KJ/kg)10050403020108642076092.655.331.817.59.28.07.06.15.34.65395695735805865925935945955965971.4 几种典型的预冷方法根据预冷方法的不同,预冷装置可分为冷风冷却式、冷水冷却式和真
15、空冷却式(其中冷风冷却式又包括强制通风式和差压通风式)。冷风冷却式是利用制冷装置产生的冷风(冷空气)作冷媒,在果蔬之间通过热传递冷却;冷水冷却式是将冷水作为冷媒的冷却方法;真空冷却式是利用降压来降低水的沸点,靠水分蒸发带走果蔬产品热量的冷却方法。此处主要介绍风冷和真空预冷。1.4.1 风冷压差预冷强制通风和差压通风预冷应是在普通冷库基础上发展起来的,不同的主要是其气流循环和组织。冷藏库的制冷能力小、风量小。预冷速度非常慢,一般预冷时间需24小时以上。经研究统计数字表明,对于新鲜蔬菜类产品温度每降10,食品的单位时间的呼吸热量降低约一半。所以如果预冷时间较长,将会较大程度的影响产品的质量,为提高
16、产品的质量降低产品损耗,缩短产品的预冷时间而开发出快速预冷法差压通风预冷。这种预冷方法采用专门的快速预冷装置,使用高速强制冷风,使产品在较短时间内预冷到预定温度,提高产品质量。差压通风预冷是利用差压风机将冷风强制通过容器内部,同蔬菜直接进行热交换的预冷方式。因此包装容器须有通气孔,只有通风孔一致的容器方可在一起堆码。通风方法有中心抽吸式,侧面抽吸式,隧道式。与强制通风预冷相比,其预冷速度快,预冷均匀,能够对所有的水果、蔬菜进行预冷。差压通风预冷时间约35小时,其经常采用的气流组织方式是:(1)普通差压通风预冷冷风从冷风机排出,由导风板引人顶盖,通过顶盖到达预冷室的右端,下降到人口空间,接着冷风
17、从箱子堆的冷风道,经过箱子的通气孔,进人被预冷产品的充填层内部,冷风在此把产品预冷后,通过冷风返回通道到达出口空间,最后返回冷风机,把原来的强制通风预冷设备,经过这样的改造,作为差压通风预冷设备,用同样的制冷机可以获得相当大的效益。(2)带静压箱的差压预冷差压通风预冷设计和实施的关键问题是“压差”的形成,即箱子两侧形成的压力差,由于空气流经货物箱体的压力降较大,普通冷风机的风压相对较小,对于货物码堆较厚时,冷风就不能正常的通过既定设计的气流通道,预冷效果较差。为此改进为带静压箱的预冷方式。静压箱的主要组成为一个差压风机和一个前面装有差压孔板的箱体,风机坐于其上,风机采用静压较大的轴流风机,进风
18、口在箱体内,出风口在箱体外,空气由前面差压板孔吸人箱体,由差压风机送出箱外。静压箱与货物箱的排放方式主要有两种,一种是直交型差压通风预冷方式,一种是U字型差压预冷方式。不论是直交型或U字型,其气流循环都是一部分先通过货物箱体,再经过差压孔板进人静压箱体,经差压风机送出箱体与冷风机送出的冷空气混合后再进入货物箱体一部分经预冷器预冷后被冷风机送出与差压风机送出的热空气混合后再进人预冷器。因此,带静压箱的差压通风预冷方式中的气流组织分为两部分循环,两股循环气流相互混合交叉,其关键设备为冷风机和静压箱,冷风机主要是提供冷量,以便带走货物的热负荷,静压箱是提供空气循环的动力,保证冷风通过货物箱体,从而达
19、到快速预冷的目的。在这里必须强调一点冷风机的风量和风压与静压箱上风机的风量不必,因为气流的循环是两个相互混合交叉的回路,不必要求差压风机送出的风量必须由冷风机全部吸人,只要冷风机提供的冷量满足所需要的热负荷,静压箱的风机风压与风量满足气流流经货物箱体所需的风压与风速即可。(3)床吸式差压预冷库床吸式差压预冷库在库外装了一个风道,空气经码堆的货物外侧流向中心,然后下行进人气流通道,经冷风机预冷后,被送风机送往库内。这种设计就巧妙的把空气的预冷与货物的冷风循环统一起来,而且这种差压预冷库从冷库建筑伊始,就采用了其特有的方式。1.4.2真空预冷真空冷却是在减压条件下,使蔬菜表面的一部分水迅速蒸发,由
20、于水在蒸发过程中吸热而使蔬菜达到冷却的目的。真空预冷和前三种方法在传热机制上有所不同,前三种方法中热量首先通过导热方式从物品的中心传递至外表面,然后主要靠对流从外表面放热至冷却介质,温差是驱动力,因而温度分布从物品中心到表面是逐渐递减的,降温速度慢。而对于真空预冷,一般情况下降温速率取决于被冷物品的表面积与体积之比和真空室的抽气速度。当真空处理室的压力降低时,相应水的饱和蒸发压力也降低,水从被冷物品表面蒸发出来,热量从物品释放给了水蒸气,而物品本身得到了迅速冷却。这四种方法各有利弊,而以真空冷却的优点最多、效果最好、对保护环境最有利、技术含量最高,是冷链循环中首选的现代化预冷方式。真空预冷主要
21、用于果蔬的冷却加工,它是一种利用叶菜纤维间隙中的水分蒸发潜热而进行冷却的方法。其具体做法是将新鲜的蔬菜装人真空仓内,用真空泵排气,使蔬菜周围保持适当的真空度,让水分从叶菜表面蒸发,随着水分的不断蒸发,将不断地吸收汽化潜热,使果蔬的中心温度迅速冷却至需要的温度。在常压下将水加热到100开始沸腾,温度降至0时结冰。压力降低时水的沸点也降低。例如,当大气压力为2400帕时其沸点为20;613.28帕时沸点为0。依据水随压力降低其沸点也降低的物理性质,将预冷食品置于真空槽中抽真空,当压力达到一定数值时,食品表面的水分开始蒸发,吸收气化潜热,使食品自身被冷却的方法称为真空预冷方法。真空预冷方法的优点是:
22、(1)食品表面含有大量水分,由于其品温较高因而其水蒸汽分压力也发生变化。在大气压力下水分蒸发比较缓慢,在真空状态下由于阻力减少蒸发速度加快,因此食品冷却速度快。食品初温为35降至3时约需20分钟。(2)在真空槽内由于各点压力均匀,所以食品预冷均匀。(3)冷却能力大。包括装卸时间每小时可以运行两次。(4)预冷清洁卫生,无交叉污染。真空预冷过程分为两个阶段,第一阶段从一个大气压抽至果蔬初温所对应的饱和水汽压力。这个过程真空泵主要是抽出空气,果蔬的温度变化不大。第二阶段,由初始温度对应的饱和蒸汽压力至终温所对应的饱和蒸汽压力。随着压力下降,水汽不断蒸发,直至达到所需的温度,整个冷却过程结束。真空预冷
23、的特点:(1)降温速度快 一般叶菜从常温降至冰点以上所需时间大约在30分钟以内。(2)温度均匀 经真空预冷后的蔬菜其中心温度和表面温度一致,对于果蔬延长保鲜期十分重要。(3)处理量大 由于预冷速度快,因而蔬菜的处理量大,可根据实际需要选定不同的预冷设备。最大型的真空预冷设备每小时预冷叶菜可达8吨左右,日处理可达100吨左右,完全可以满足大批量生产的要求。(4)经真空预冷处理过的蔬菜清洁卫生度高 在真空处理过程中可杀死蔬菜叶、茎部分的昆虫小动物从而提高蔬菜的卫生标准(5)真空冷却能保持食品原来的色泽和形状失重只有2%左右,而一般风冷损失可达15%左右,并因此产生萎蔫现象。1.5 本课题的设计对象
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