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液氮裝置淺談
時間:2019-10-30 09:28來源: 作者:班德液氮罐 點(diǎn)擊:
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據(jù)國際制冷學(xué)會估計(jì)，全世界每年因各種原因所造成腐爛變質(zhì)的食品占食品年總產(chǎn)量的45%。因此解決食品保藏技術(shù)，減少浪費(fèi)，提高食品質(zhì)量，是目前世界各國急需解決的問題。冷
凍保藏法因其安全性高而應(yīng)用**為廣泛[1] 液氮罐
。速凍食品指采用速凍方法快速凍結(jié)后冷凍保藏的食品。由于速凍食品對加工原料的新鮮度有嚴(yán)格的要求，因此有“速凍食品比市場中的新鮮食品還要新鮮”的說法。由于速凍形成的冰晶體小，因此解凍后可保持食品原有的新鮮狀態(tài)和風(fēng)味，可**大限度地延長保質(zhì)期，使?fàn)I養(yǎng)成分的損失減少到**低限度。因此在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家
發(fā)展很快，市場需求量巨大[2]
。速凍食品因其方便、質(zhì)優(yōu)、衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，已成為一個新興的食品加工行業(yè)，是世界上發(fā)展**快的行業(yè)之一，年平均增長速度為20～30%；我國九五計(jì)劃和2010
年遠(yuǎn)景規(guī)劃都將其列為發(fā)展重點(diǎn)[3]
。
液氮是利用空氣分離裝置將空氣中的氮?dú)庖夯蟮漠a(chǎn)物。液氮是無色、無味、低黏度的透明液體?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與其它物質(zhì)很難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。液氮在常壓下的沸點(diǎn)為-195.8℃，蒸
發(fā)潛熱為161.2 MJ/m3
，定壓比熱為1.03 KJ/kg.K，從它的沸點(diǎn)到-20℃凍結(jié)終溫所產(chǎn)生的制冷量為383.1 KJ/kg，是一種理想的制冷劑。用液氮速凍食品，**早始于美國，在20世紀(jì)50年代就開始了這方面的研究，到1960年即正式用于速凍食品，1964年開始在生產(chǎn)上迅速推廣。
目前，液氮速凍已在美國幾百家食品加工企業(yè)中廣泛使用[4]
。
液氮速凍主要有三種方式：浸沒式冷凍、冷空氣冷凍和噴霧式冷凍。浸沒式冷凍是將食品完全浸入液氮中，它可以達(dá)到所期望的快速凍結(jié)，食品占用的空間小，但液氮耗量較大，因?yàn)閮H僅用了液氮的潛熱這部分冷量；冷空氣冷凍，食品由液氮冷卻的冷空氣來冷凍，用空氣作為載冷劑，所以從冷量的利用上是經(jīng)濟(jì)的；噴霧式冷凍類似浸沒式冷凍，食品一般是通過不銹鋼鏈條式輸送帶送入隧道，并通過三個冷凍區(qū)：預(yù)冷區(qū)、凍結(jié)區(qū)和均溫區(qū)進(jìn)行加工，液氮經(jīng)噴嘴成霧狀與食品進(jìn)行熱交換，液氮吸熱蒸發(fā)成氮?dú)?，氮?dú)庥直挥脕眍A(yù)冷新進(jìn)入的食品，這樣既利用了液氮的潛熱，又利用了液氮的顯熱，使冷量得到充分利用。由此可見，從冷量利用的觀點(diǎn)看，噴霧式冷凍液氮耗量**小，經(jīng)濟(jì)而有效，尤其對大批量食品的凍結(jié)更為適宜。通常凍結(jié)1
公斤食品需要0.6～1.1公斤液氮[1]
。
國內(nèi)對食品進(jìn)行凍結(jié)研究時，大多是采用以液體氨或氟里昂作為制冷劑對水果[5，6，7，8]
、蔬菜[9]及熟食[10]等的普通凍結(jié)，也有人用液氮對銀魚[11]
等進(jìn)行速凍研究，但采用噴霧式流態(tài)化液氮速凍裝置對果蔬進(jìn)行瞬時凍結(jié)的研究鮮見報道。
1 機(jī)械結(jié)構(gòu)及性能
云南梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司-昆明理工大學(xué)食品工程研究中心液氮速凍工藝車間，采用噴霧式流態(tài)化技術(shù)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)及性能與單體速凍機(jī)相似，但制冷情況有較大差別。一般的單體速凍機(jī)是以液體氨或氟里昂作為制冷劑，并通過壓縮機(jī)、蒸發(fā)器組成的制冷系統(tǒng)傳熱**媒體（通常是空氣），在由空氣冷卻食品，其原理是“間接”式熱交換。根據(jù)機(jī)械制冷性能及運(yùn)行成本因
素，工廠大多采用冷空氣介質(zhì)溫度為-35～-40℃，食品凍結(jié)時間則為40～60分鐘[12] 液氮罐
。
噴霧式流態(tài)化液氮速凍裝置就簡單得多（圖1），不需要壓縮機(jī)及蒸發(fā)器，冷凍裝置的致冷劑采用液氮噴淋汽化后提供，汽化氮?dú)庠陲L(fēng)管內(nèi)循環(huán)使用以提高冷量的利用率，它主要由離心式風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、布風(fēng)板、變頻器、噴嘴、杜瓦瓶、高壓氮?dú)馄恳约坝?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)組成。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器輸出不同頻率的電流來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的無級調(diào)速。風(fēng)機(jī)吹出的氮?dú)饨?jīng)導(dǎo)流后進(jìn)入到布風(fēng)板的下方，與從杜瓦瓶壓出經(jīng)噴嘴霧化的霧狀液氮混合后，再通過布風(fēng)板，把放在布風(fēng)板上的食品吹起。低溫混合氣體與食品充分熱交換后溫度升高，**后經(jīng)管道返回風(fēng)機(jī)，完成一次循環(huán)。冷凍食品的冷量由液氮來提供，通過調(diào)節(jié)液氮的噴量來調(diào)節(jié)冷風(fēng)的溫度，能滿足不同介質(zhì)溫度的要求。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由溫度傳感元件（銅－康銅熱電偶）、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號放大器、壓力傳感器、風(fēng)速儀以及高性能計(jì)算機(jī)等組成。溫度由熱電偶傳送到信號放大器，放大后的電信號進(jìn)入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)碼信號后進(jìn)入到計(jì)算機(jī)并口錄入溫度值。同樣裝置的壓力由壓力傳感器變?yōu)殡娦盘柦?jīng)放大器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器后進(jìn)入計(jì)算機(jī)錄入壓力值。熱風(fēng)速儀采集風(fēng)速后經(jīng)輸出口輸出到計(jì)算機(jī)。 
2 工藝流程
2.1 **佳流態(tài)化工藝探索
2.1.1 熱電偶制作和矯正
2.1.1 熱電偶制作和矯正
利用康銅絲與純銅絲的不同電勢差特性來測定溫度變化，此法具有能瞬時反映所測溫度的性質(zhì)。具體方法是將兩根同等長度的康銅絲和純銅絲相互纏繞在一起，其一端用四號細(xì)砂紙打磨約5mm長，并用錫點(diǎn)焊將兩金屬絲頂端互連在一起，而另一端打磨約30mm長度(打磨時盡量在保持原粗細(xì)的前提下將表面鍍層盡量磨干凈)后插入傳感器中， 之后打開計(jì)算機(jī)溫度測試程序，將熱電偶一端放于恒溫水浴鍋中，找出讓溫度線平穩(wěn)的參數(shù)值。再浸入不同濃度的NaCl和MgCl2 冰水溶液中，用同樣方法得到使溫度平穩(wěn)的參數(shù)值，由此確定熱電偶的測溫性質(zhì)，并于程序中進(jìn)行矯正設(shè)定，達(dá)到準(zhǔn)確測溫的目的。
2.1.2 探索篩板和不同風(fēng)速間的關(guān)系 液氮罐
2.1.2 探索篩板和不同風(fēng)速間的關(guān)系 液氮罐
