雙孢菇真空預(yù)冷畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　雙孢蘑菇的采摘、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中的保鮮一般都是采用冷藏方式。儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的冷藏已經(jīng)有比較成熟的設(shè)備，采摘后到冷庫(kù)過(guò)程的冷藏也有相應(yīng)的設(shè)備，但由于本人接觸較少，對(duì)設(shè)備構(gòu)造及原理和應(yīng)用不是很了解。為此，我試圖將雙孢蘑菇進(jìn)入冷庫(kù)前應(yīng)用到的真空預(yù)冷技術(shù)應(yīng)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，從而形成雙孢蘑菇真空預(yù)冷裝置的設(shè)計(jì)理念。</p>

2、<p>　　本文闡明了果蔬真空預(yù)冷裝置的原理、組成、特性及優(yōu)點(diǎn)；給出了基本設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法及計(jì)算公式, 可供專業(yè)人員設(shè)計(jì)參考。將雙孢菇儲(chǔ)藏真空預(yù)冷技術(shù)應(yīng)用到雙孢菇采收的過(guò)程中, 提出了蔬菜田間真空預(yù)冷裝置的設(shè)計(jì)理念。設(shè)計(jì)以10000kg/車、處理量500kg /次為例, 介紹了真空預(yù)冷裝置各主要部件的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙孢蘑菇、真空、預(yù)冷裝置、設(shè)計(jì)</p><

3、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Agarics’ picking, storage, transport process is usually adopts refrigeration fresh way. Storage and transport links have been developed comparatively mature equip

4、ment, and after being picked to cold storage process of refrigeration equipment, there are corresponding, but because I contact less, on the equipment structure and principle and application is not very understanding The

5、refore, before agarics getting into refrigerated storage room we'll attempt to make the vacuum pre-drying cold technol</p><p>　　The thesis not only stated the principle and combinations and features and

6、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. Will one pair of vacuum storage precooling

7、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 a</p><

8、;p>　　Key words: Agaricus bisporus、vacuum cooling、forecooling installation</p><p><b>　　第一章 引 言</b></p><p>　　1.1 課題的背景和意義</p><p>　　本文設(shè)計(jì)依據(jù)的基本理論是將少量產(chǎn)品的水分蒸發(fā)，并使產(chǎn)品溫度降到所需程度，

9、真空預(yù)冷技術(shù)的發(fā)展順應(yīng)了食品趨向高營(yíng)養(yǎng)保鮮的潮流，滿足了人們對(duì)食用天然食品的要求。預(yù)冷是一種將采摘后的蔬菜溫度快速降下來(lái)的方式，使種植者能在農(nóng)產(chǎn)品最佳成熟的時(shí)機(jī)收獲，從而可以滿足消費(fèi)者的最大的品質(zhì)需求。本文主要介紹真空預(yù)冷的工作原理及其裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，真空預(yù)冷裝置主要由真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，本文也詳細(xì)的介紹了真空預(yù)冷裝置的真空室、蒸發(fā)器和冷凝器的設(shè)計(jì)，并對(duì)控制系統(tǒng)作以簡(jiǎn)單的描述。真空室是該裝置的重要部件，文中對(duì)其壁厚和結(jié)構(gòu)作

10、了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。真空泵是該系統(tǒng)裝置的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，它的主要作用是保持真空室的真空度，從而使得產(chǎn)品達(dá)到降溫的目的。</p><p>　　果蔬采摘后立即預(yù)冷，可有效降低其呼吸強(qiáng)度、抑制自身養(yǎng)分消耗，大大延長(zhǎng)有效貯存期，對(duì)果蔬保鮮和提高人們的生活水平具有極為重要的意義。它的直接效果是：(1)使果蔬能進(jìn)行遠(yuǎn)途運(yùn)輸；(2)減少銷售地可食用部分的損失；(3)容易形成果蔬的相同性銷售和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化。預(yù)冷方法可分為強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷、

11、壓差預(yù)冷、真空預(yù)冷和冷水預(yù)冷4種方式。其中真空預(yù)冷是以上4種預(yù)冷方法中使果蔬干耗最小、預(yù)冷速度最快、能量利用系數(shù)最高的一種預(yù)冷方法。其基本原理是:水在真空狀態(tài)下沸點(diǎn)較低，蒸發(fā)時(shí)將需要大量的熱量，當(dāng)把果蔬置于密閉容器時(shí)，降低容器內(nèi)的壓力，果蔬表面的水分蒸發(fā)旺盛，帶走大量的熱量而使果蔬本身溫度迅速降低。由于在這種預(yù)冷方式中，果蔬是自我冷卻，又由于果蔬個(gè)體之間容易形成均勻的壓力分布，使真空預(yù)冷方法具有高效、快捷的特點(diǎn)，它是目前國(guó)外應(yīng)用最為廣泛

12、的一種預(yù)冷技術(shù)。我國(guó)當(dāng)前正處于真空預(yù)冷技術(shù)的起步階段，了解當(dāng)今世界真空預(yù)冷設(shè)備的技術(shù)進(jìn)展情況，明確開發(fā)這種先進(jìn)設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)我國(guó)真空預(yù)冷技術(shù)的開發(fā)和利用將具有重要的意義。</p><p>　　1.2 真空預(yù)冷技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　果蔬預(yù)冷是指水果蔬菜在收獲后的短時(shí)間內(nèi)盡快降低其品溫，減少其呼吸熱，防止其流通過(guò)程中由于呼吸熱而引起的品質(zhì)下降，保持其鮮度，從而便于冷藏保管和低溫運(yùn)

13、輸。例如草莓，試驗(yàn)表明采摘后在不同溫度下貯存，其壽命如表1-1所示。</p><p>　　表1-1 草莓采摘后在不同溫度下的壽命</p><p>　　可見(jiàn)，采摘后盡快降溫，溫度越低，貨架壽命越長(zhǎng)。再如，菠菜、茼蒿等軟質(zhì)蔬菜在30℃中存放，其維生素C及其他成分的含量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減少，經(jīng)24h后，會(huì)減少到原含量的1/10。果蔬采摘后所處溫度高，則呼吸量大，鮮度顯著降低。例如龍須菜，0℃時(shí)

14、二氧化碳發(fā)生量為44mg/kg·h，而21℃時(shí)則增大為222mg/kg·h。所以，預(yù)冷處理對(duì)保持果蔬品質(zhì)非常重要而不可缺少，并且越來(lái)越被重視，已列入國(guó)家“九·五”攻關(guān)重點(diǎn)研究課題——“生鮮商品物流冷鏈關(guān)鍵技術(shù)與示范工程”。因此，預(yù)冷裝置的設(shè)計(jì)與研究非常必要。本文著重分析真空預(yù)冷裝置的工作原理、性能特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法，以供專業(yè)設(shè)計(jì)人員參考。</p><p>　　早在60年代初到70年代初，

15、西方發(fā)達(dá)國(guó)家就進(jìn)行了真空預(yù)冷技術(shù)的系統(tǒng)研究工作，該技術(shù)和設(shè)備已達(dá)到了相當(dāng)成熟的水平。日本從1966年開始真空預(yù)冷技術(shù)的研究，到1971年，預(yù)冷白菜等葉類果蔬才打開了東京的果蔬消費(fèi)市場(chǎng)，并使真空預(yù)冷設(shè)備在日本的全國(guó)果蔬生產(chǎn)基地得到應(yīng)用。從此人們逐漸形成了吃新鮮的預(yù)冷果蔬的習(xí)慣，也使日本真空預(yù)冷技術(shù)及設(shè)備逐步趨向成熟。我國(guó)從80年代中期才開始進(jìn)行真空預(yù)冷技術(shù)和設(shè)備的研究工作。1990年廣州市科委為實(shí)施菜籃子工程，從日本引進(jìn)了一臺(tái)真空預(yù)冷設(shè)備

16、，委托廣州制冷設(shè)備研究所消化吸收，并設(shè)計(jì)出我國(guó)第一臺(tái)真空預(yù)冷設(shè)備。但由于受國(guó)內(nèi)市場(chǎng)條件所限，當(dāng)時(shí)未能推廣開來(lái)。上海食品研究所1995年從國(guó)外引進(jìn)了一臺(tái)真空預(yù)冷設(shè)備，并對(duì)許多果蔬品種進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在國(guó)內(nèi)高校，已先后有合肥工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、西南交通大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海海運(yùn)學(xué)院等對(duì)真空預(yù)冷技術(shù)或設(shè)備進(jìn)行了研究。他們大多數(shù)研究的重點(diǎn)是設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)問(wèn)題，而對(duì)真空預(yù)冷機(jī)理和果蔬真空預(yù)冷過(guò)程傳熱傳質(zhì)的特性研究較少。對(duì)

17、真空預(yù)冷裝置的基本要求與所有制冷裝置一樣，首先是要能夠可靠地完成預(yù)冷過(guò)程，在此基礎(chǔ)上要求具有</p><p>　　1.3 真空預(yù)冷的原理</p><p>　　真空冷卻是利用降壓來(lái)降低水的沸點(diǎn)，靠水分蒸發(fā)帶走果蔬產(chǎn)品熱量的冷卻方法。在一個(gè)大氣壓下，水的沸點(diǎn)為100℃，降低大氣壓時(shí)，水的沸點(diǎn)也隨之降低。試驗(yàn)表明，氣壓613Pa(4.6mmHg)時(shí)，水的沸點(diǎn)為0℃。低壓下果蔬蒸發(fā)旺盛，果蔬放在密

18、閉的真空容器內(nèi)，降低氣壓，果蔬本身水分蒸發(fā)，帶走大量蒸發(fā)潛熱而被預(yù)冷。表1-2顯示了水的沸點(diǎn)與蒸汽壓及蒸發(fā)熱的關(guān)系。例如，水分在2℃時(shí)蒸發(fā)，必須降壓706Pa(5.3mmHg)，被帶走2485KJ/kg的氣化潛熱。真空冷卻靠蒸發(fā)果蔬產(chǎn)品自身的水分冷卻到規(guī)定溫度，對(duì)單位重量表面積較大的葉菜類——菠菜、萵苣等有特效，最適用，冷卻速度快、時(shí)間短。例如雙孢蘑菇重量W=0.5kg，比熱C=3.96KJ/kg，初溫t1=30℃，終溫t2=5℃，下降

19、溫度Δt=30℃-5℃=25℃，則除去氣化潛Q=WCΔt=49.5kJ。</p><p>　　試驗(yàn)表明：雙孢蘑菇真空冷卻，水分平均蒸發(fā)1%，溫度下降6.3℃。由于使用真空裝置，靠真空容器內(nèi)的壓力同果蔬的蒸汽壓的壓力差使水分從果蔬中蒸發(fā)，其蒸發(fā)量同蒸汽壓差成正比。真空預(yù)冷裝置使用的操作壓力為533～667Pa(4～5mmHg)，必須使果蔬處在不受凍結(jié)、低溫傷害的壓力、溫度范圍內(nèi)。100g蔬菜真空預(yù)冷，蒸發(fā)1g水分，

20、品溫約降低5℃，例如23℃的菠菜下降20℃達(dá)3℃時(shí)，要蒸發(fā)掉4%的水分。對(duì)菠菜、蕃茄、毛豆、甜玉米真空預(yù)冷，抽真空約15 min，到真空度為666.61～799.93Pa時(shí)，菠菜與毛豆冷卻到2℃，甜玉米冷卻到7～8℃，而蕃茄仍為21～22℃，因?yàn)檗压夂駥?shí)，水分不易蒸發(fā)，宜真空加水冷卻。</p><p>　　表1-2 水的沸點(diǎn)與飽和蒸汽壓及蒸發(fā)熱的關(guān)系</p><p>　　1.4 幾種典

21、型的預(yù)冷方法</p><p>　　根據(jù)預(yù)冷方法的不同，預(yù)冷裝置可分為冷風(fēng)冷卻式、冷水冷卻式和真空冷卻式(其中冷風(fēng)冷卻式又包括強(qiáng)制通風(fēng)式和差壓通風(fēng)式)。冷風(fēng)冷卻式是利用制冷裝置產(chǎn)生的冷風(fēng)(冷空氣)作冷媒，在果蔬之間通過(guò)熱傳遞冷卻；冷水冷卻式是將冷水作為冷媒的冷卻方法；真空冷卻式是利用降壓來(lái)降低水的沸點(diǎn)，靠水分蒸發(fā)帶走果蔬產(chǎn)品熱量的冷卻方法。此處主要介紹風(fēng)冷和真空預(yù)冷。</p><p>　　1

22、.4.1 風(fēng)冷——壓差預(yù)冷</p><p>　　強(qiáng)制通風(fēng)和差壓通風(fēng)預(yù)冷應(yīng)是在普通冷庫(kù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，不同的主要是其氣流循環(huán)和組織。冷藏庫(kù)的制冷能力小、風(fēng)量小。預(yù)冷速度非常慢，一般預(yù)冷時(shí)間需24小時(shí)以上。經(jīng)研究統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，對(duì)于新鮮蔬菜類產(chǎn)品溫度每降10℃，食品的單位時(shí)間的呼吸熱量降低約一半。所以如果預(yù)冷時(shí)間較長(zhǎng)，將會(huì)較大程度的影響產(chǎn)品的質(zhì)量，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量降低產(chǎn)品損耗，縮短產(chǎn)品的預(yù)冷時(shí)間而開發(fā)出快速預(yù)冷法—差

23、壓通風(fēng)預(yù)冷。這種預(yù)冷方法采用專門的快速預(yù)冷裝置，使用高速?gòu)?qiáng)制冷風(fēng)，使產(chǎn)品在較短時(shí)間內(nèi)預(yù)冷到預(yù)定溫度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　差壓通風(fēng)預(yù)冷是利用差壓風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)強(qiáng)制通過(guò)容器內(nèi)部，同蔬菜直接進(jìn)行熱交換的預(yù)冷方式。因此包裝容器須有通氣孔，只有通風(fēng)孔一致的容器方可在一起堆碼。通風(fēng)方法有中心抽吸式，側(cè)面抽吸式，隧道式。與強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷相比，其預(yù)冷速度快，預(yù)冷均勻，能夠?qū)λ械乃⑹卟诉M(jìn)行預(yù)冷。差壓通風(fēng)預(yù)冷時(shí)間約3

24、～5小時(shí)，其經(jīng)常采用的氣流組織方式是：</p><p>　?。?）普通差壓通風(fēng)預(yù)冷</p><p>　　冷風(fēng)從冷風(fēng)機(jī)排出，由導(dǎo)風(fēng)板引人頂蓋，通過(guò)頂蓋到達(dá)預(yù)冷室的右端，下降到人口空間，接著冷風(fēng)從箱子堆的冷風(fēng)道，經(jīng)過(guò)箱子的通氣孔，進(jìn)人被預(yù)冷產(chǎn)品的充填層內(nèi)部，冷風(fēng)在此把產(chǎn)品預(yù)冷后，通過(guò)冷風(fēng)返回通道到達(dá)出口空間，最后返回冷風(fēng)機(jī)，把原來(lái)的強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷設(shè)備，經(jīng)過(guò)這樣的改造，作為差壓通風(fēng)預(yù)冷設(shè)備，用同樣

25、的制冷機(jī)可以獲得相當(dāng)大的效益。</p><p>　　（2）帶靜壓箱的差壓預(yù)冷</p><p>　　差壓通風(fēng)預(yù)冷設(shè)計(jì)和實(shí)施的關(guān)鍵問(wèn)題是“壓差”的形成，即箱子兩側(cè)形成的壓力差，由于空氣流經(jīng)貨物箱體的壓力降較大，普通冷風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓相對(duì)較小，對(duì)于貨物碼堆較厚時(shí)，冷風(fēng)就不能正常的通過(guò)既定設(shè)計(jì)的氣流通道，預(yù)冷效果較差。為此改進(jìn)為帶靜壓箱的預(yù)冷方式。靜壓箱的主要組成為一個(gè)差壓風(fēng)機(jī)和一個(gè)前面裝有差壓孔板的箱

26、體，風(fēng)機(jī)坐于其上，風(fēng)機(jī)采用靜壓較大的軸流風(fēng)機(jī)，進(jìn)風(fēng)口在箱體內(nèi)，出風(fēng)口在箱體外，空氣由前面差壓板孔吸人箱體，由差壓風(fēng)機(jī)送出箱外。靜壓箱與貨物箱的排放方式主要有兩種，一種是直交型差壓通風(fēng)預(yù)冷方式，一種是U字型差壓預(yù)冷方式。不論是直交型或U字型，其氣流循環(huán)都是一部分先通過(guò)貨物箱體，再經(jīng)過(guò)差壓孔板進(jìn)人靜壓箱體，經(jīng)差壓風(fēng)機(jī)送出箱體與冷風(fēng)機(jī)送出的冷空氣混合后再進(jìn)入貨物箱體一部分經(jīng)預(yù)冷器預(yù)冷后被冷風(fēng)機(jī)送出與差壓風(fēng)機(jī)送出的熱空氣混合后再進(jìn)人預(yù)冷器。因此

27、，帶靜壓箱的差壓通風(fēng)預(yù)冷方式中的氣流組織分為兩部分循環(huán)，兩股循環(huán)氣流相互混合交叉，其關(guān)鍵設(shè)備為冷風(fēng)機(jī)和靜壓箱，冷風(fēng)機(jī)主要是提供冷量，以便帶走貨物的熱負(fù)荷，靜壓箱是提供空氣循環(huán)的動(dòng)力，保證冷風(fēng)通過(guò)貨物箱體，從而達(dá)到快速預(yù)冷的目的。在這里必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)冷風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓與</p><p>　　（3）床吸式差壓預(yù)冷庫(kù)</p><p>　　床吸式差壓預(yù)冷庫(kù)在庫(kù)外裝了一個(gè)風(fēng)道，空氣經(jīng)碼堆的貨物外側(cè)流向

28、中心，然后下行進(jìn)人氣流通道，經(jīng)冷風(fēng)機(jī)預(yù)冷后，被送風(fēng)機(jī)送往庫(kù)內(nèi)。這種設(shè)計(jì)就巧妙的把空氣的預(yù)冷與貨物的冷風(fēng)循環(huán)統(tǒng)一起來(lái)，而且這種差壓預(yù)冷庫(kù)從冷庫(kù)建筑伊始，就采用了其特有的方式。</p><p><b>　　1.4.2真空預(yù)冷</b></p><p>　　真空冷卻是在減壓條件下，使蔬菜表面的一部分水迅速蒸發(fā)，由于水在蒸發(fā)過(guò)程中吸熱而使蔬菜達(dá)到冷卻的目的。真空預(yù)冷和前三種方法

29、在傳熱機(jī)制上有所不同，前三種方法中熱量首先通過(guò)導(dǎo)熱方式從物品的中心傳遞至外表面，然后主要靠對(duì)流從外表面放熱至冷卻介質(zhì)，溫差是驅(qū)動(dòng)力，因而溫度分布從物品中心到表面是逐漸遞減的，降溫速度慢。而對(duì)于真空預(yù)冷，一般情況下降溫速率取決于被冷物品的表面積與體積之比和真空室的抽氣速度。當(dāng)真空處理室的壓力降低時(shí)，相應(yīng)水的飽和蒸發(fā)壓力也降低，水從被冷物品表面蒸發(fā)出來(lái)，熱量從物品釋放給了水蒸氣，而物品本身得到了迅速冷卻。這四種方法各有利弊，而以真空冷卻的優(yōu)

30、點(diǎn)最多、效果最好、對(duì)保護(hù)環(huán)境最有利、技術(shù)含量最高，是冷鏈循環(huán)中首選的現(xiàn)代化預(yù)冷方式。</p><p>　　真空預(yù)冷主要用于果蔬的冷卻加工，它是一種利用葉菜纖維間隙中的水分蒸發(fā)潛熱而進(jìn)行冷卻的方法。其具體做法是將新鮮的蔬菜裝人真空倉(cāng)內(nèi)，用真空泵排氣，使蔬菜周圍保持適當(dāng)?shù)恼婵斩?，讓水分從葉菜表面蒸發(fā)，隨著水分的不斷蒸發(fā)，將不斷地吸收汽化潛熱，使果蔬的中心溫度迅速冷卻至需要的溫度。</p><p&g

31、t;　　在常壓下將水加熱到100℃開始沸騰，溫度降至0℃時(shí)結(jié)冰。壓力降低時(shí)水的沸點(diǎn)也降低。例如，當(dāng)大氣壓力為2400帕?xí)r其沸點(diǎn)為20℃；613.28帕?xí)r沸點(diǎn)為0℃。依據(jù)水隨壓力降低其沸點(diǎn)也降低的物理性質(zhì)，將預(yù)冷食品置于真空槽中抽真空，當(dāng)壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，食品表面的水分開始蒸發(fā)，吸收氣化潛熱，使食品自身被冷卻的方法稱為真空預(yù)冷方法。真空預(yù)冷方法的優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　?。?）食品表面含有大量水分，由于其品溫

32、較高因而其水蒸汽分壓力也發(fā)生變化。在大氣壓力下水分蒸發(fā)比較緩慢，在真空狀態(tài)下由于阻力減少蒸發(fā)速度加快，因此食品冷卻速度快。食品初溫為35℃降至3℃時(shí)約需20分鐘。</p><p>　　（2）在真空槽內(nèi)由于各點(diǎn)壓力均勻，所以食品預(yù)冷均勻。</p><p>　　（3）冷卻能力大。包括裝卸時(shí)間每小時(shí)可以運(yùn)行兩次。</p><p>　?。?）預(yù)冷清潔衛(wèi)生，無(wú)交叉污染。<

33、;/p><p>　　真空預(yù)冷過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段從一個(gè)大氣壓抽至果蔬初溫所對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓力。這個(gè)過(guò)程真空泵主要是抽出空氣，果蔬的溫度變化不大。第二階段，由初始溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力至終溫所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力。隨著壓力下降，水汽不斷蒸發(fā)，直至達(dá)到所需的溫度，整個(gè)冷卻過(guò)程結(jié)束。</p><p><b>　　真空預(yù)冷的特點(diǎn)：</b></p><p&g

34、t;　?。?）降溫速度快 一般葉菜從常溫降至冰點(diǎn)以上所需時(shí)間大約在30分鐘以內(nèi)。</p><p>　?。?）溫度均勻 經(jīng)真空預(yù)冷后的蔬菜其中心溫度和表面溫度一致，對(duì)于果蔬延長(zhǎng)保鮮期十分重要。</p><p>　?。?）處理量大 由于預(yù)冷速度快，因而蔬菜的處理量大，可根據(jù)實(shí)際需要選定不同的預(yù)冷設(shè)備。最大型的真空預(yù)冷設(shè)備每小時(shí)預(yù)冷葉菜可達(dá)8噸左右，日處理可達(dá)100噸左右，完全可以滿足大批量生產(chǎn)

35、的要求。</p><p>　?。?）經(jīng)真空預(yù)冷處理過(guò)的蔬菜清潔衛(wèi)生度高 在真空處理過(guò)程中可殺死蔬菜葉、莖部分的昆蟲小動(dòng)物從而提高蔬菜的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　?。?）真空冷卻能保持食品原來(lái)的色澤和形狀失重只有2%左右，而一般風(fēng)冷損失可達(dá)15%左右，并因此產(chǎn)生萎蔫現(xiàn)象。</p><p>　　1.5 本課題的設(shè)計(jì)對(duì)象</p><p>　　設(shè)計(jì)

36、以10000kg/天、處理量500kg/次為例，介紹了真空預(yù)冷裝置各主要部件的設(shè)計(jì)方法，其中主要是真空預(yù)冷室的設(shè)計(jì)方法。蔬菜的采摘、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中的保鮮一般都是采用冷藏方式。儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的冷藏已經(jīng)有比較成熟的設(shè)備，但田間采摘后到冷庫(kù)過(guò)程的冷藏還未有相應(yīng)的設(shè)備。為此，我們?cè)噲D將蔬菜進(jìn)入冷庫(kù)前的真空預(yù)冷技術(shù)應(yīng)用到蔬菜采收的過(guò)程中，形成蔬菜真空預(yù)冷室的設(shè)計(jì)理念。</p><p>　　隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，人們生活水平的

37、提高，對(duì)蔬菜質(zhì)量的要求就會(huì)越高。我國(guó)由于受設(shè)備條件及成本的限制，蔬菜加工貯藏中很少采用真空預(yù)冷工藝，而在歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家，為獲得高品質(zhì)的蔬菜，已把真空預(yù)冷作為蔬菜采摘后的第一道工序。與之相比，我國(guó)還有一定的差距，真空預(yù)冷工藝已被提到議事日程，真空預(yù)冷裝置具有潛在的市場(chǎng)效應(yīng)。本文闡明了果蔬真空預(yù)冷裝置的原理、組成、特性及優(yōu)點(diǎn)；給出了基本設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法及計(jì)算公式，可供專業(yè)人員設(shè)計(jì)參考。</p><p>　　第二章

38、 真空預(yù)冷裝置</p><p>　　2.1真空預(yù)冷裝置的組成</p><p>　　真空預(yù)冷裝置主要由真空車廂、捕水器、真空泵、制冷機(jī)組等部件組成。捕水器即冷槽是為了使蒸發(fā)了的水蒸氣凝縮，由冷卻盤管和作為冷源的制冷機(jī)組成。搬運(yùn)裝置由托盤填塞機(jī)構(gòu)、位置修正機(jī)構(gòu)及連接內(nèi)部輥式傳送機(jī)的連通傳送機(jī)組成。視規(guī)模不同而分別采用自動(dòng)或手動(dòng)方式。控制系統(tǒng)由監(jiān)視和控制整個(gè)真空預(yù)冷裝置的儀器儀表組成，以使整個(gè)裝

39、置在最佳情況下運(yùn)行。</p><p>　　圖2-1 為真空預(yù)冷裝置的系統(tǒng)圖</p><p><b>　　2.1.1真空容器</b></p><p>　　真空室是真空設(shè)備的主要部件之一。真空設(shè)備的生產(chǎn)工藝過(guò)程都是在真空室中進(jìn)行的。真空室中裝有不同的部件，可以完成各種不同的工藝要求。如真空室中有蒸發(fā)金屬的部件，就可以蒸鍍金屬薄膜。各種真空設(shè)備的真空

40、室盡管完成的工藝過(guò)程各不相同，但大多數(shù)真空室都是由筒體、封頭、門、冷卻水套、法蘭、管道等組成。</p><p>　　由于使用要求不同，真空室有圓筒形、圓錐形、盒形等。大多數(shù)的真空室是圓筒形的，原因是制造容易且強(qiáng)度好。真空室除采用板材制造外，對(duì)于直徑較小的真空室亦可用熱軋無(wú)縫鋼管制造。圓筒體焊制后應(yīng)進(jìn)行整形和矯治。根據(jù)需要，真空室可以做成立式的或臥式的。</p><p>　　真空容器是用來(lái)收

41、容果蔬產(chǎn)品的器具，設(shè)有自由輥傳送器、鏈條傳送器等裝置。目前普遍使用的冷藏車廂材料有多種，即硬質(zhì)聚氨脂泡沫、硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫、不銹鋼等。我們采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)，耐腐蝕，真空度要求高。各種材料適用的真空度見(jiàn)下表。</p><p>　　表2-1 各種材料適用的真空度</p><p><b>　　2.1.2 捕水器</b></p><p&g

42、t;　　捕水器又稱冷槽，冷槽通過(guò)制冷機(jī)的冷卻作用把蔬菜蒸發(fā)出的水蒸氣再冷凝成水而排除。因?yàn)槭褂谜婵毡弥苯映樽咚魵鈺?huì)使水蒸氣溶于潤(rùn)滑油中，使?jié)櫥瑮l件惡化。加大磨損和油耗，且泵體縫隙的密封性變差，降低真空泵的性能，所以必須通過(guò)冷槽，用水的形式收集水蒸氣，防止水蒸氣進(jìn)入真空泵，只把非冷凝性氣體通過(guò)真空泵排氣。另外若直接由真空泵抽走水蒸汽則需要真空泵具有巨大的排氣量。</p><p>　　僅1g水在壓力p條件下成為蒸汽

43、時(shí)則容積為</p><p>　　式中　V——水蒸氣容積，L/g</p><p>　　T——操作狀態(tài)的絕對(duì)溫度，K</p><p>　　p——操作壓力，×133.32Pa</p><p>　　各壓力狀態(tài)下，1g水變成水蒸氣所占容積見(jiàn)下表。</p><p>　　表2-2 1g水變成水蒸氣所占容積</p>

44、;<p>　　例如：當(dāng)P=533Pa(4mmHg)時(shí)，V=236L/g。如此大的排氣量對(duì)實(shí)際裝置既不經(jīng)濟(jì)又不能保證短的時(shí)間。</p><p>　　冷槽的冷卻盤管的表面溫度t1應(yīng)比相當(dāng)于容器內(nèi)操作壓力p2的飽和溫度t2低，即：相當(dāng)于盤管表面溫度的飽和壓力必須保持低于操作壓力。然而，如果操作壓力降低，則粘性流向分子流轉(zhuǎn)化，無(wú)論如何降低t1也不會(huì)使水蒸氣的捕集率上升很多。試驗(yàn)表明，當(dāng)p1/p2=0.55時(shí)

45、水蒸氣捕集率可達(dá)最大值，例如，操作壓力p2為813.3Pa(6.1mmHg)時(shí)，p1=0.55×6.1=488Pa(3.36mmHg)則冷卻盤管表面溫度t1=3.7℃為適宜。即使t1再低于此溫度對(duì)提高水蒸氣捕集率也沒(méi)什么意義。</p><p>　　冷槽的冷卻盤管多采用光滑管，少用翅片管。其傳熱系數(shù)k可采用1200～3300KJ/mh℃。</p><p><b>　　盤管

46、的傳熱面積</b></p><p>　　式中　F——傳熱面積，m</p><p>　　Q——冷卻傳熱量，kJ/h</p><p>　　k——傳熱系數(shù)，kJ/mh℃</p><p><b>　　—傳熱溫度差，℃</b></p><p><b>　　2.1.3 真空泵</b

47、></p><p>　　真空泵為真空系統(tǒng)的必備部件，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)不同規(guī)格的真空預(yù)冷裝置及具體情況進(jìn)行確定，如旋片真空泵組，水環(huán)增壓泵組，水蒸氣噴射泵組等。真空車廂用真空泵排氣，當(dāng)室內(nèi)壓力達(dá)到蔬菜的飽和蒸氣壓時(shí)，來(lái)自蔬菜的水分，開始迅速蒸發(fā)，蔬菜被蒸發(fā)潛熱冷卻，這種蒸發(fā)水蒸氣經(jīng)由冷藏機(jī)組冷卻的蒸發(fā)器，95%的水蒸氣被凝結(jié)成水而被除去。</p><p>　　真空預(yù)冷室裝載蔬菜后，為了保持

48、蔬菜的新鮮度，可以等收集了一定重量的蔬菜(約以500kg為單位)，便裝車真空預(yù)冷保存，過(guò)一段時(shí)間后等另一些蔬菜收集完后再裝車保存，直到裝滿，這樣可以更有效、合理地充分利用資源。抽氣時(shí)間可按30min內(nèi)抽到預(yù)定真空度來(lái)計(jì)算泵的抽氣速度，從而選擇泵的大小。若按10min來(lái)計(jì)算則需要較大功率和體積的真空泵和相應(yīng)較大的動(dòng)力裝置；另一方面燃油消耗大，總車的生產(chǎn)成本增加，這都會(huì)引起不必要的資源浪費(fèi)。</p><p>　　2.

49、1.4 制冷機(jī)組</p><p>　?。?）基于真空預(yù)冷室的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)式的機(jī)械壓縮機(jī)制冷機(jī)組。對(duì)于小型間歇式或連續(xù)式真空預(yù)冷裝置，制冷機(jī)組應(yīng)選擇水冷或風(fēng)冷氟利昂制冷機(jī)組，考慮我國(guó)的氣候一般選擇氟利昂風(fēng)冷機(jī)組。</p><p>　?。?）制冷機(jī)組的制冷量計(jì)算</p><p>　　以每次處理量為500kg蔬菜為例說(shuō)明設(shè)計(jì)原則。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，蔬菜的水分每蒸發(fā)1

50、%，溫度下降5.5℃。設(shè)水的蒸發(fā)潛熱為0.7kW/kg，則冷凍機(jī)的熱負(fù)荷Q′可用下式計(jì)算：</p><p>　　式中：T—蔬菜起始溫度(℃)；30℃</p><p>　　T—蔬菜最終溫度(℃)；3℃</p><p>　　W—蔬菜的重量(kg)。500kg</p><p>　　2.1.5 制冷量校核</p><p>　　

51、制冷機(jī)組的選擇方法除了計(jì)算法，還有類比法。類比法就是參考同類級(jí)別冷藏汽車的制冷量作為本車制冷機(jī)的選擇依據(jù)。類比的要素有隔熱車廂的容積、總傳熱系數(shù)及漏氣倍數(shù)等影響車廂制冷負(fù)荷的參數(shù)。此方法不能十分準(zhǔn)確地計(jì)算出制冷量，只是做大概的判斷，具有一定的局限性。</p><p>　　漏氣倍數(shù)是隔熱車廂每小時(shí)泄漏的空氣體積與車廂容積的比，反映了隔熱車廂的氣密封性能。漏氣倍數(shù)越小，車廂密封性就越好；反之，車廂的密封性就差；漏氣倍

52、數(shù)對(duì)車廂的總傳熱系數(shù)有較大的影響。對(duì)一般隔熱車廂來(lái)說(shuō)，車廂漏氣對(duì)車廂總傳熱系數(shù)的影響為10%，而對(duì)密封不好的車廂，則可能達(dá)到30%，甚至更多。因此，選擇制冷機(jī)時(shí)要考慮漏氣倍數(shù)的影響。</p><p>　　另外，還可以通過(guò)計(jì)算冷藏汽車隔熱車廂的熱負(fù)荷來(lái)校核制冷機(jī)組的制冷量，從而選擇合適的制冷機(jī)組。</p><p>　　在進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)，首先要計(jì)算隔熱車廂的平均傳熱系數(shù)。</p>

53、<p>　　1)隔熱車廂平均傳熱系數(shù)的計(jì)算隔熱車廂的各隔熱廂壁(前、側(cè)、頂、底和后門)除骨架部分外，均由內(nèi)外蒙皮和隔熱層組成，可以看作是材質(zhì)均勻的多層壁，作為只有一個(gè)熱量方向的單元熱流體計(jì)算其傳熱系數(shù)。而骨架區(qū)域部分的傳熱系數(shù)可采用熱流法和有限差分法求得，但這種方法計(jì)算較繁雜。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可采用簡(jiǎn)化的方法計(jì)算車廂的平均傳熱系數(shù)，即把隔熱車廂的各隔熱廂壁看作是沒(méi)有骨架的由內(nèi)外蒙皮及隔熱層組成的多層結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算其傳熱系數(shù)，

54、再根據(jù)車廂骨架的多少，乘以車壁傳熱結(jié)構(gòu)系數(shù)而求得。</p><p>　　2)冷藏汽車隔熱車廂的熱負(fù)荷計(jì)算使用時(shí)，其隔熱車廂的熱負(fù)荷有以下幾項(xiàng)：</p><p>　　a)車廂壁傳遞的熱量Qa；</p><p>　　b)車廂縫隙泄露傳遞的熱量Qb；</p><p>　　c)太陽(yáng)輻射的熱流量Qc；</p><p>　　d)車

55、廂內(nèi)裝載貨物的發(fā)熱量Qd；</p><p>　　e)開門時(shí)傳入的熱量Qe；</p><p>　　f)車廂內(nèi)照明燈、風(fēng)機(jī)等產(chǎn)生的熱量Qf.</p><p>　　因此，冷藏汽車在運(yùn)輸中的制冷熱負(fù)荷Q應(yīng)是上述各項(xiàng)熱量之和，即</p><p>　　Q=Qa+Qb+Qc+Qd+Qe+Qf</p><p>　　2.1.6 發(fā)動(dòng)機(jī)的

56、選擇</p><p>　　真空泵與壓縮機(jī)的動(dòng)力取于專用發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于機(jī)械冷凍循環(huán)方式，需要壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速一定，故多采用專用發(fā)動(dòng)機(jī)方式?？筛鶕?jù)壓縮機(jī)的功率、真空泵的功率以及總傳動(dòng)效率為0.9來(lái)計(jì)算選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的總輸出功率。</p><p>　　2.1.7 控制系統(tǒng)</p><p>　　為了使真空預(yù)冷裝置能正常運(yùn)行，需設(shè)置真空計(jì)、溫度指示調(diào)節(jié)計(jì)、壓力計(jì)、電流計(jì)、電壓計(jì)等控制儀器

57、儀表，并把它們裝在操作控制儀表盤上。按照預(yù)定的日程表及操作程序，可以完成多種模式的真空冷卻作業(yè)。如采用微型計(jì)算機(jī)及定序器等則可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。</p><p>　　2.2 真空預(yù)冷裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方式</p><p>　　真空預(yù)冷裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方式有串聯(lián)式、均壓式及連續(xù)式三種?？筛鶕?jù)其特性及實(shí)際需要而分別采用。</p><p><b>　　2.2.1 串聯(lián)式<

58、/b></p><p>　　串聯(lián)式真空預(yù)冷裝置具有一臺(tái)真空容器，冷卻同搬入搬出呈串聯(lián)狀態(tài)，如圖2-2所示，其工序如下。</p><p>　　搬入(8min)→減壓(10Pa→4×10Pa，12min)→冷卻(4×10Pa→8×10Pa，10min)→搬出(8min)。由于只有一臺(tái)真空容器，所以必須在結(jié)束全部搬出工作之后，下次的搬入才能進(jìn)行。此種形式系統(tǒng)最

59、簡(jiǎn)單，但周轉(zhuǎn)所需時(shí)間較長(zhǎng)，作業(yè)效率較低。</p><p><b>　　2.2.2 均壓式</b></p><p>　　此式具有兩臺(tái)真空容器，如圖2-3所示。在對(duì)No.1真空容器進(jìn)行冷卻時(shí)，把果蔬產(chǎn)品搬入No.2容器內(nèi)。在No.1容器冷卻完畢時(shí)，打開均壓閥，使No.1和No.2容器均壓，No.2容器的排氣初期壓力不是大氣壓而是均壓壓力，這樣可以縮短排氣時(shí)間，節(jié)約電力、節(jié)

60、省能源，冷卻與搬入搬出交替進(jìn)行，提高了作業(yè)效率。但冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使真空泵閑置。</p><p>　　圖2-2 串聯(lián)式真空預(yù)冷裝置</p><p>　　V.C.真空容器 C.冷槽 P. 真空泵 R.冷凍機(jī)</p><p>　　圖2-3 均壓式真空預(yù)冷裝置</p><p>　　V.C. 真空容器 C.冷槽 P. 真空

61、泵 R.冷凍機(jī)</p><p>　　圖2-4 連續(xù)式真空預(yù)冷裝置</p><p>　　V.C. 真空容器 C.冷槽 P. 真空泵 R.冷凍機(jī)</p><p>　　圖2-5 連續(xù)式真空預(yù)冷裝置的運(yùn)行程序</p><p><b>　　2.2.3 連續(xù)式</b></p><p>

62、　　此式不使真空泵閑置，并能實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，如圖2-4所示。此種方式將延長(zhǎng)果蔬水分開始蒸發(fā)的時(shí)間，形成水分的急劇蒸發(fā)。其運(yùn)行程序如圖2-5所示。為實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，各工序都要給予足夠時(shí)間，各工序都要有嚴(yán)格的時(shí)間限制，才能保證自動(dòng)順暢地按工序連續(xù)運(yùn)行。</p><p>　　2.3 噴霧式真空預(yù)冷</p><p>　　前已述及，真空預(yù)冷是靠蒸發(fā)果蔬自身的水分而達(dá)到降低其溫度的冷卻方法。這對(duì)于單位質(zhì)量

63、表面積較大的葉菜類果蔬特別有效，而且冷卻速度遠(yuǎn)大于其它預(yù)冷方法。然而，對(duì)單位質(zhì)量表面積較小的果菜類和根菜類來(lái)說(shuō)，冷卻效果不太理想。一方面是由于果蔬表面由于水分蒸發(fā)降低溫度后，果蔬內(nèi)部熱導(dǎo)系數(shù)較低，使其內(nèi)部溫度很難在較短的時(shí)間內(nèi)降下來(lái)，而且，低壓壓力較難向食品內(nèi)部滲透，果蔬內(nèi)部不能象葉菜類果蔬那樣得到迅速冷卻因此，這就涉及到果蔬預(yù)冷方法的選擇原則問(wèn)題，適宜的方法應(yīng)是食品面的傳熱速率與其內(nèi)部傳熱速率相當(dāng)。對(duì)于果菜類果蔬和根菜類果蔬來(lái)說(shuō)，如果

64、勉強(qiáng)用普通真空預(yù)冷方法冷卻，必將造成冷卻速度提高不大、干耗迅速增加、果蔬質(zhì)量嚴(yán)重降低的后果。因?yàn)檎婵疹A(yù)冷是靠水分蒸發(fā)而冷卻的，在相同的時(shí)間內(nèi)，與其它預(yù)冷方法相比，真空預(yù)冷方法的干耗最大。</p><p>　　為了保持真空預(yù)冷冷卻速度快的優(yōu)點(diǎn)，又要克服其時(shí)間長(zhǎng)、干耗大的弊端，在果蔬表面加水，讓其代替果蔬水分蒸發(fā)，這就是真空加水預(yù)冷技術(shù)。它是通過(guò)真空室中的噴淋裝置向果蔬噴水，抽真空時(shí)水分蒸發(fā)吸熱對(duì)果蔬進(jìn)行間接冷卻的方

65、法。加水過(guò)程又分抽真空前預(yù)加水和抽真空中加水兩種方法。試驗(yàn)表明，后一種加水方法的冷卻效果高于前一種加水方法，特別是對(duì)番茄的冷卻效果更為明顯。在這種方法中，噴水時(shí)刻是在真空室壓力約為1.33Pa時(shí)，噴水多次，每次約10s。</p><p>　　圖2-6為美國(guó)真空加水冷卻裝置實(shí)例，噴霧時(shí)間，視品種不同可持續(xù)5～6min，真空加水的冷卻效果高于不加水和預(yù)加水的冷卻效果，特別是蕃茄真空加水預(yù)冷，效果明顯。</p&g

66、t;<p>　　圖2-6 噴霧式真空預(yù)冷裝置</p><p>　　2.4 真空預(yù)冷裝置的特性</p><p>　　果蔬真空預(yù)冷靠蒸發(fā)產(chǎn)品本身的水分來(lái)達(dá)到規(guī)定的冷卻溫度。冷卻時(shí)間因產(chǎn)品的種類、部位的不同而不同，一般可為20～30min。冷卻放熱量、冷卻溫度差同蒸發(fā)水量成正比，如式(1)所示</p><p><b>　?。?）</b>

67、</p><p>　　式中　Q——冷卻放熱量，KJ/h</p><p>　　G1——蒸發(fā)或冷凝水量，kg/h</p><p>　　r——水的蒸發(fā)潛熱或冷凝潛熱，KJ/kg</p><p><b>　　t——冷卻時(shí)間，h</b></p><p>　　cp——果蔬定壓比熱，KJ/ kg·℃&

68、lt;/p><p>　　G2——果蔬冷卻處理量，kg/ h</p><p>　　t1——果蔬初溫，℃ </p><p>　　t2——果蔬終溫，℃</p><p>　　實(shí)際運(yùn)行中，水分隨容器內(nèi)壓力變化而快速蒸發(fā)，熱負(fù)荷是變化的，呈非穩(wěn)態(tài)負(fù)荷，加上浸入熱，動(dòng)力熱，則(1)式應(yīng)擴(kuò)大20%，為</p><p>　　Q=1

69、.2 (2)</p><p>　　試驗(yàn)表明，果蔬品溫下降1℃，可蒸發(fā)0.18%的水分，真空預(yù)冷幾乎不受初溫的影響，放入初溫不同的產(chǎn)品，冷卻完了時(shí)，均保持相同的終溫。</p><p>　　圖2顯示了萵苣真空預(yù)冷和濕球溫度的關(guān)系。最初ts急劇下降，5min時(shí)達(dá)最低，在6min以前快速上升，再下降。容器內(nèi)壓力達(dá)到果蔬飽和蒸氣壓時(shí)，水分開始蒸發(fā)。此

70、點(diǎn)為閃點(diǎn)(flashpoint)，產(chǎn)品閃點(diǎn)以后被緩慢冷卻，品溫下降。冷卻完了時(shí)，品溫和濕球溫度差為1～2℃。</p><p>　　當(dāng)果蔬具有包裝時(shí)，如果包裝物開設(shè)孔洞，則水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的水蒸氣可以由孔洞溢出，不妨礙真空預(yù)冷?？傊?，經(jīng)真空預(yù)冷的果蔬具有如下特點(diǎn)：</p><p>　?、脔r度和味覺(jué)好，市場(chǎng)價(jià)格高，有利銷售。</p><p>　?、诶鋮s速度快，一般只需20

71、～30min，且與收獲的時(shí)間無(wú)關(guān)。如用冷藏庫(kù)冷卻則需10～12h，且只能處理早上收獲的果蔬。</p><p>　　③冷卻均勻，迅速、清潔。</p><p>　?、苋コ乃謨H占重量的2%～3%，故重量基本不減，且因處理的時(shí)間短，不會(huì)產(chǎn)生局部干枯變形。</p><p>　?、菁词乖谟曛惺斋@的果蔬，表面的水分也在真空狀態(tài)下被排除，胡蘿卜等水洗過(guò)的蔬菜同樣可排除表面的水分

72、，輸送過(guò)程中不會(huì)引起損傷。</p><p>　?、拚婵疹A(yù)冷的果蔬，由于鮮度保持時(shí)間長(zhǎng)，適合較長(zhǎng)時(shí)間貯藏及長(zhǎng)途運(yùn)輸，具有廣闊商業(yè)前景。</p><p><b>　　2.5 經(jīng)濟(jì)性分析</b></p><p>　　采用真空預(yù)冷保存蔬菜，不但速度快，其鮮度也會(huì)比其它的方式大幅度地提高，其經(jīng)濟(jì)效益是很可觀的。目前世界上已有40多個(gè)國(guó)家正受益于真空預(yù)冷設(shè)

73、備，許多超市、高檔酒樓已擺上了真空預(yù)冷和氣調(diào)保鮮的水果、蔬菜，甚至花店出售的鮮花也采用真空預(yù)冷處理。我們的改裝設(shè)計(jì)是在普通輕型載貨汽車底盤上改裝而成的，載貨汽車售價(jià)為5萬(wàn)多元。田間真空預(yù)冷車的真空車廂采用聚苯乙烯隔熱夾心板拼裝，每平方米要150元左右，制造安裝整個(gè)車廂大約要5000元，一個(gè)小的單缸柴油機(jī)售價(jià)約為1200元，真空泵的售價(jià)約為3500元，運(yùn)輸車制冷機(jī)組的售價(jià)約為3萬(wàn)元，總共大約要4萬(wàn)元的材料費(fèi)，</p><

74、;p>　　另外還要一些人工費(fèi)和雜費(fèi)，估計(jì)一個(gè)真空預(yù)冷室要4萬(wàn)多元。也就是說(shuō)制造一個(gè)真空預(yù)冷裝置的價(jià)格約為10萬(wàn)元人民幣。但是隨著改裝技術(shù)的成熟和對(duì)專用車輛需求的不斷擴(kuò)大，相信以后的成本會(huì)大幅下降。同時(shí)有了真空預(yù)冷車，農(nóng)民、企業(yè)和個(gè)人均將從中受益，其經(jīng)濟(jì)效益是很可觀的。</p><p>　　2.6 對(duì)發(fā)展我國(guó)真空預(yù)冷技術(shù)和設(shè)備推廣的建議</p><p>　　果蔬在真空狀態(tài)下靠?jī)?nèi)部水分蒸

75、發(fā)吸熱使自身冷卻，這是真空預(yù)冷的基本機(jī)理。然而，果蔬內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過(guò)程的規(guī)律才是設(shè)計(jì)高效節(jié)能真空預(yù)冷設(shè)備的基礎(chǔ)。應(yīng)該用數(shù)學(xué)方法，通過(guò)建立能量轉(zhuǎn)換、質(zhì)量傳遞方程，揭示果蔬內(nèi)部溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系、水的蒸發(fā)速率隨時(shí)間的變化關(guān)系，因?yàn)樗菫檎婵疹A(yù)冷裝置選擇機(jī)組和真空設(shè)備的先決條件，也是對(duì)裝置實(shí)施節(jié)能控制的基礎(chǔ)。</p><p>　　真空預(yù)冷設(shè)備由于其自身的特點(diǎn)不能進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較低，造成能效比偏大。而且，生產(chǎn)過(guò)

76、程中無(wú)論是制冷負(fù)荷還是抽空負(fù)荷變化較大。因此，應(yīng)考慮引入恰當(dāng)?shù)哪芰空{(diào)節(jié)方法，比如變頻能量調(diào)節(jié)技術(shù)，使制冷設(shè)備和真空設(shè)備的負(fù)荷適應(yīng)負(fù)荷的變化要求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能并減少設(shè)備的配置數(shù)量，簡(jiǎn)化操作程序。優(yōu)化設(shè)備的配置，實(shí)施合理可靠地程序控制，使設(shè)備接近連續(xù)生產(chǎn)方式，提高生產(chǎn)效率。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，現(xiàn)在每年的果蔬產(chǎn)量達(dá)2億多噸，推廣真空預(yù)冷設(shè)備應(yīng)該說(shuō)沒(méi)有問(wèn)題。但是預(yù)冷果蔬對(duì)廣大城鄉(xiāng)居民來(lái)說(shuō)還是一個(gè)新鮮事物，必須加強(qiáng)科技宣傳力度，使人們真正認(rèn)識(shí)預(yù)

77、冷果蔬的優(yōu)點(diǎn)，這是打開預(yù)冷設(shè)備銷售市場(chǎng)的前提，因?yàn)殇N售市場(chǎng)的繁榮也是促進(jìn)設(shè)備本身技術(shù)發(fā)展的一個(gè)強(qiáng)大動(dòng)力。另外，由于真空預(yù)冷設(shè)備價(jià)格較高，對(duì)于我國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家，應(yīng)借鑒日本的經(jīng)驗(yàn)，采取國(guó)家、當(dāng)?shù)卣⒐呱a(chǎn)基地三方投資的方式，以緩解資金的困難，形成良性循環(huán)。我國(guó)幅員遼闊，各地季節(jié)差異較大，優(yōu)先發(fā)展移動(dòng)式的真空預(yù)冷裝置，可提高裝置的利用率，盡快收回投資。</p><p>　　第三章 真空室的設(shè)計(jì)</p>

78、;<p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　真空室是真空設(shè)備的主要部件之一。真空設(shè)備的生產(chǎn)工藝過(guò)程都是在真空室中進(jìn)行的。真空室中裝有不同的部件，可以完成各種不同的工藝要求。如真空室中有蒸發(fā)金屬的部件，就可以蒸鍍金屬薄膜。各種真空設(shè)備的真空室盡管完成的工藝過(guò)程各不相同，但大多數(shù)真空室都是由筒體、封頭、門、冷卻水套、法蘭、管道等組成。</p>&l

79、t;p>　　由于使用要求不同，真空室有圓筒形、圓錐形、盒形等。大多數(shù)的真空室是圓筒形的，原因是制造容易且強(qiáng)度好。真空室除采用板材制造外，對(duì)于直徑較小的真空室亦可用熱軋無(wú)縫鋼管制造。圓筒體焊制后應(yīng)進(jìn)行整形和矯治。根據(jù)需要，真空室可以做成立式的或臥式的。</p><p>　　圓筒體的內(nèi)徑D建議選用表8-7中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　表3-1 圓筒體內(nèi)徑D單位（mm）</p>

80、;<p>　　本設(shè)計(jì)要求，滿足每次處理量為500kg，日產(chǎn)10000kg，屬于大中型預(yù)處理裝置?？刹捎脠A筒型，真空室采用不銹鋼作材料，內(nèi)壁拋光，外壁涂防銹漆，真空室的半徑：R=1.1m，長(zhǎng)度L=6.5m，處理時(shí)間小于30min。</p><p>　　3.2 圓筒形殼體計(jì)算</p><p>　　按公式計(jì)算確定外壓圓筒形殼體壁厚</p><p>　　為了確

81、定真空室的壁厚，應(yīng)按薄殼理論對(duì)真空室進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。所謂薄殼理論，就是其厚度大大小于它的曲率半徑。實(shí)際上薄殼應(yīng)具有這樣的條件，即</p><p><b>　　S/D≤0.04</b></p><p>　　式中 S——?dú)んw壁厚（mm）；</p><p>　　D——容器內(nèi)徑（mm）。</p><p>　　D取22

82、00mm，帶入上式知，S≤0.04D=88mm。</p><p>　　由上式知，S遠(yuǎn)小于圓筒的曲率半徑D(一般是S/D≤0.04)，所以屬于薄殼容器，其強(qiáng)度計(jì)算實(shí)際上是按薄殼理論受外壓的條件來(lái)確定其壁厚，真空室筒體的強(qiáng)度計(jì)算如下：</p><p>　　真空室筒體按其長(zhǎng)度與直徑不同分為長(zhǎng)筒和短筒，二者的判別式為：</p><p>　　Le=1.73(D)

83、 (3-1)</p><p>　　式中： L e—圓筒體的臨界長(zhǎng)度(mm)；Di—圓筒內(nèi)徑(mm)；S—筒體壁厚(mm)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中暫假定壁厚為15mm，將已知量代入(1)式得：Le=46m>6.5m故本設(shè)計(jì)中的真空室屬于短圓筒，其強(qiáng)度計(jì)算如下式：</p><p><b>　　(3-2)</b&

84、gt;</p><p>　　式中：L—短筒筒長(zhǎng)(mm)；如下圖所示；</p><p>　　m—安全系數(shù)(6.5～7.5之間取值)。其它符號(hào)同(1)式，整理上式，則</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　若P取101325Pa，m=7時(shí)，則對(duì)不銹鋼E=20.1678×104MPa，&

85、lt;/p><p>　　故S0=14.28mm<15mm，因此選用15mm的不銹鋼強(qiáng)度足夠。</p><p><b>　　圖3-1 外壓圓筒</b></p><p>　?。╝）矩形截面；（b）雙壁殼體；（c）角鋼筋；（d）殼體內(nèi)筋；（e）視封頭為筋</p><p>　　3.3 真空室門的強(qiáng)度計(jì)算</p>

86、<p>　　各類真空室均設(shè)有門，其目的之一是便于在室內(nèi)安裝各種機(jī)構(gòu)，其二是用于取送物料及材料。門通常是由密封法蘭、門板、門鉸鏈、密封圈預(yù)緊機(jī)構(gòu)等組成的。門板有凸形的和平板型的，視真空室殼體結(jié)構(gòu)而定。門有圓形和矩形兩種。圓形門易加工，是設(shè)計(jì)真空室常用形式。矩形門加工密封槽不方便，但有些真空室設(shè)計(jì)亦常用，如醫(yī)藥及生物制品用的真空冷凍干燥機(jī)，生物實(shí)驗(yàn)艙，小型真空鍍膜設(shè)備等。圓形門板用標(biāo)準(zhǔn)凸形封頭。門上的法蘭為防止變形影響密封性能，長(zhǎng)

87、常采用焊后經(jīng)加工。門的密封槽一般都開在筒體法蘭上。</p><p>　　門的強(qiáng)度按封頭強(qiáng)度計(jì)算。</p><p>　　本設(shè)計(jì)暫考慮真空室門壁厚為15mm，真空室門采用蝶形，其外形圖如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-2 門示意圖</b></p><p>　?。╝）、（b）為立式真空室；（c）（d）為臥式真

88、空室。</p><p>　　1——法蘭；2——門板；3——鉸鏈</p><p>　　圖3-3 蝶形封頭外形圖</p><p>　　圖3-4 真空預(yù)冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1.真空系統(tǒng) 2.制冷系統(tǒng) 3.控制系統(tǒng)</p><p>　　圖3-5 蝶形封頭類型及計(jì)算公式</p><p>

89、　　蝶形封頭的強(qiáng)度計(jì)算如下式：</p><p>　　(mm ) (3-4)</p><p>　　式中： P—為絕對(duì)壓力，可取為101325Pa；</p><p>　　RB—蝶形封頭球形部分內(nèi)(mm)；為2200mm</p><p>　　r—蝶形封頭圓角半徑(mm)；為330mm</p>&l

90、t;p>　　γ—焊縫系數(shù)，0.7；</p><p>　　M—系數(shù)，M=(1/4)(3+)；1.39</p><p>　　〔σ〕—鋼的許用應(yīng)力，MPa，293K(20℃)時(shí)為144MPa。</p><p><b>　　C—壁厚附加量，</b></p><p>　　C=C1+C2+C3；</p><

91、p>　　式中： C1—鋼板的最大負(fù)公差附加量(mm)，一般情況下均取0.5mm；</p><p>　　C2—腐蝕額度，取1mm；</p><p>　　C3—封頭沖壓時(shí)拉伸減薄量，取1.5mm；</p><p>　　因此， C=C1+C2+C3=3mm。</p><p>　　代入(4)式得：S=5.58mm<

92、15mm，因此，選用15mm門即滿足其強(qiáng)度要求。</p><p>　　3.4 真空室的密封</p><p>　　在真空設(shè)備中，橡膠作為密封材料的應(yīng)用最為普遍，主要是由于它具有高彈性，較高的耐磨性和適宜的機(jī)械強(qiáng)度，因而具有在常溫下密封可靠，可反復(fù)拆卸安裝，易于加工，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不能承受高溫和低溫的化境條件，與金屬材料密封相比有較大的出氣率和滲透率，通常只能用于低真空和高真空系統(tǒng)，不

93、采取一定的措施不適用于超高真空和及高真空系統(tǒng)的設(shè)備中。</p><p>　　為了保證工作真空度，要求真空室的筒體與門之間要嚴(yán)格密封，可在真空室與筒體端面處加工一環(huán)形槽，內(nèi)放O型圈作為密封材料，O型槽圈可選用氯丁橡膠作材料，因氯丁橡膠適用于低真空，且放氣率和透氣率均低于普通橡膠，根據(jù)筒體直徑可選用O型圈的型號(hào)為：O型圈2300×20。密封圈工作狀態(tài)見(jiàn)圖3-6。</p><p>　　

94、圖3-6 密封圈工作狀態(tài)圖</p><p>　　(a)自由狀態(tài)；(b)工作狀態(tài)</p><p>　　3.5 法蘭及管道設(shè)計(jì)</p><p>　　此設(shè)計(jì)可采用國(guó)家或部規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)法蘭，使用標(biāo)準(zhǔn)法蘭時(shí)不用做計(jì)算。下圖供非標(biāo)準(zhǔn)法蘭計(jì)算使用。法蘭簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3-7。</p><p><b>　　螺栓載荷</b></p>&

95、lt;p><b>　　操作時(shí) </b></p><p><b>　　預(yù)緊時(shí) </b></p><p>　　式中 P——設(shè)計(jì)壓力(MPa)；</p><p>　　H——總的流體靜壓軸向力（N）；</p><p>　　Hp——連接件接觸面壓緊總負(fù)荷（N）；</p>

96、<p>　　Dcp——密封圈反作用力作用點(diǎn)直徑（cm），當(dāng)b0時(shí)，Dcp為密封圈接觸面的平均直徑，當(dāng)b0>0.6cm時(shí)，Dcp等于密封圈接觸面外徑減去2b；</p><p>　　b——密封圈有效密封寬度，當(dāng)b0時(shí)，b=b0；當(dāng)b0>0.6cm時(shí)，b=0.79；b0為密封寬度；</p><p>　　m——密封圈系數(shù)；查資料見(jiàn)（表3-2）知，m=3</p>

97、<p>　　y——密封圈比壓；查資料知，y=0.69MPa</p><p>　　——操作時(shí)螺栓負(fù)荷（N）；</p><p>　　——預(yù)緊時(shí)螺栓負(fù)荷（N）。</p><p>　　表3-2 密封厚度b0，密封圈系數(shù)m，壓力y值</p><p><b>　??；</b></p><p><

98、b>　　圖3-7 法蘭尺寸</b></p><p>　　第四章 真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　4.1 真空泵容量</b></p><p>　　4.1.1 抽氣時(shí)間</p><p>　　要求20 min內(nèi)抽到預(yù)定真空度，來(lái)計(jì)算泵的抽速，從而選擇泵的大小。</p><

99、p>　　t=2.3 (4-1)</p><p>　　式中: V—真空室的內(nèi)容積 (m3) ；　</p><p>　　Se—有效排氣速度，(m 3/s) ；</p><p>　　P1—起始?jí)簭?qiáng)，(Pa) ； </p><p>　　P2—極限壓力，(Pa)，5mmHg，670Pa。

100、</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，V既包含真空室的體積，又包含冷凝器的體積，真空室的體積為因?yàn)檎婵帐遗c冷凝器相連通,暫設(shè)蒸發(fā)器的內(nèi)徑d=0.5m，長(zhǎng)L=3m，故V=V1+V2=26.46+0.59=27.05m3。由(5)式變化得：</p><p>　　Se==113 L/S</p><p>　　4.1.2 機(jī)械泵的抽速S</p><p>　　

101、按下式計(jì)算，取機(jī)械泵的有效利用系數(shù)K=0.8。　</p><p><b>　　S=</b></p><p>　　據(jù)此，可選X—150型旋片式真空泵，其有效抽速為150L/s，極限真空在氣鎮(zhèn)關(guān)可達(dá)2Pa，氣鎮(zhèn)開時(shí)可達(dá)66Pa，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.1.3 反算泵的抽氣時(shí)間</p><p>　　Se=K&#

102、183;S=120L/S　 　t ==18.83 min</p><p>　　4.1.4 管道的流速</p><p><b>　　U=564L/S</b></p><p>　　4.1.5管道的尺寸</p><p>　　管道尺寸根據(jù)具體尺寸決定，一般盡可能取得短些，此處取管長(zhǎng)L=300厘米，包括一個(gè)低真空閥，并設(shè)此閥

103、道孔較大，對(duì)抽速影響不大，可以忽略不計(jì)，按下式計(jì)算:</p><p>　　因此，選用Ф100的管道遠(yuǎn)滿足要求。</p><p>　　4.2. 真空系統(tǒng)的附件</p><p>　　(1)除油霧捕集器。旋轉(zhuǎn)式油封機(jī)械泵耗油較多,為了回收隨排氣時(shí)一起飛散到大氣里的潤(rùn)滑油，一度使用除油霧捕集器,安裝在排氣側(cè),使油吸附在填料中進(jìn)行回收。</p><p>

104、;　　(2)油水分離器。由蔬菜蒸發(fā)的水分,未被蒸發(fā)而凝結(jié),有時(shí)浸入潤(rùn)滑油，使油變質(zhì)。為除去與潤(rùn)滑油混合的水分,一般使用油水分離器，在機(jī)械泵中通常使用油水分離器和除油霧捕集器后,潤(rùn)滑油耗量顯著減小。</p><p>　　第五章 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　5.1 概述</b></p><p>　　真空室用真空泵排氣，當(dāng)室內(nèi)壓力達(dá)

105、到蔬菜的飽和蒸汽壓時(shí)，來(lái)自蔬菜的水分，開始迅速蒸發(fā)，蔬菜被蒸發(fā)潛熱冷卻，這種蒸發(fā)水蒸汽經(jīng)由冷凍機(jī)冷卻的蒸發(fā)器，95%的水蒸汽被凝結(jié)成水而被除去。基于真空預(yù)冷室的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)式的機(jī)械壓縮機(jī)制冷機(jī)組。對(duì)于小型間歇式或連續(xù)式真空預(yù)冷裝置，制冷機(jī)組應(yīng)選擇水冷或風(fēng)冷氟利昂制冷機(jī)組，考慮我國(guó)的氣候一般選擇氟利昂風(fēng)冷機(jī)組。</p><p>　　5.2 冷凍機(jī)的容量</p><p>　　根據(jù)

106、實(shí)驗(yàn)，蔬菜的水分每蒸發(fā)1%，溫度下降5.5℃。設(shè)水的蒸發(fā)潛熱為0.7kw/kg，則</p><p>　　冷凍機(jī)的熱負(fù)荷Q′可用下式計(jì)算：</p><p><b>　　Q′=</b></p><p>　　這種熱負(fù)荷，當(dāng)達(dá)到閃點(diǎn)以后到門打開，在這20min內(nèi)需要的熱負(fù)荷，如換算成單位時(shí)間內(nèi)，則可按下式計(jì)算</p><p>　

107、　Q=Q′=2.1 (5-1)</p><p>　　式中：T—蔬菜起始溫度(℃)；30℃</p><p>　　T—蔬菜最終溫度(℃)；3℃</p><p>　　W—蔬菜的重量(kg)。500kg</p><p>　　若起始溫度為30℃，最終溫度為3℃，將參數(shù)代入(6)式，則得：</p>

108、<p>　　Q=51.34kW。</p><p>　　如用另一種冷凍機(jī)熱負(fù)荷的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　Q=Qv+Qr+Qc (5-2)</p><p>　　式中：Qv—蔬菜熱負(fù)荷(kW)；</p><p>　　Qr—蔬菜的呼吸熱

109、(kW)；</p><p>　　Qc—其它熱負(fù)荷(kW)。</p><p>　　蔬菜比熱C為38.9KJ/kg℃(0.93kcal/kg℃)，冷凍機(jī)的冷卻時(shí)間為20分鐘，則：</p><p><b>　　Qv=</b></p><p>　　取Qc為Qr的10%，Qr為Qv的3%，則：</p><p&g

110、t;　　Q=Qv+Qr+Qc=4915kW；選大連冷凍機(jī)廠生產(chǎn)的4AV10冷凍機(jī)，制冷量為53.49kW，電動(dòng)機(jī)功率為22kW，符合要求。</p><p><b>　　5.3 蒸發(fā)器</b></p><p>　　蔬菜冷卻到3℃，蒸發(fā)器的溫度為-5℃合適，為了避免蔬菜凍傷，蒸發(fā)器的溫度應(yīng)保持在-3℃左右。</p><p>　　(1)蒸發(fā)器的傳熱系