1、本科毕业论文（20 届）真空冷却实验机（0.2M 3容积真空室）的设计计算所在学院 专业班级 建筑环境与设备工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录目 录摘要 .1 绪论 .11.1 前言 .11.2 研究背景及意义 .11.3 真空冷却机简介 .21.4 真空冷却机的研究及应用现状 .72 设计步骤 .132.1 基本参数 .132.2 真空系统的确定 .162.3 制冷系统设计计算 .182.4 蒸发器的设计 .213 总结与展望 .223.1 真空技术在农业的应用 .223.2 真空技术在低温保鲜技术的应用 .233.3 低温油炸与真空技术 .233.4
2、 金针菇保鲜与真空技术 .23谢 辞 .25参考文献 .26海科学技术学院本科毕业论文 摘要I摘要近年来随着社会经济的发展，真空冷却的应用范围越来越大。本文介绍了真空冷却机的工作原理、分类、特点和研究现状。并以真空冷却实验机为对象，通过参数概况、真空系统设计、制冷系统设计、蒸发器的设计，计算出真空冷却机选型的参数。最后结合已有的设计计算，对真空冷却技术的发展做出展望。关键词 真空冷却；真空系统；制冷系统；设计计算；真空技术海科学技术学院本科毕业论文 摘要IIVacuum cooling test machine (0.2M3 volume vacuum chamber) of the desi
3、gn calculationsAbstract In recent years, with social and economic development, the scope of application of vacuum cooling is growing. This article describes the working principle of vacuum cooling machine, classification, characteristics and Research. And to vacuum cooling test machine for the objec
4、t parameter profile, the vacuum system design, refrigeration system design, the design of the evaporator, vacuum cooling machine to calculate the selection parameters. Finally, the design has been calculated on the vacuum cooling technology to make outlook. Key Words Vacuum cooling; vacuum system; r
5、efrigeration system; design calculations; vacuum technology本科毕业论文 正文11 绪论1.1 前言随着我国社会经济的发展，人民生活水平的不断提高，生活观念也发生了极大的变化，要求食品新鲜、营养、保健已经成为一种新的时尚，近年来预冷技术在出口基地得到了广泛应用。同时也带动了冷库制造业的发展，国产真空预冷设备开始投入使用，北京市农林科学院蔬菜研究中心与清华大学合作研究成功3种不同类型果蔬差压预冷设备，并在北京王四营建成我国第1座差压预冷库，目前由于蔬菜采后处理、预冷、流通技术普及不够，个别蔬菜生产者和冷库制造者缺乏必要的基础知识，分不清建
6、造预冷库与贮藏冷库的区别，把预冷库按贮藏库建造，致使蔬菜难以快速预冷，有时菜量一大，温度几天降不下来；预冷后的蔬菜大多是表面温度低、菜心内部温度仍很高，造成蔬菜流通损失大、到货质量差，甚至腐烂严重，没有真正起到预冷的效果 另外我国产地预冷起步较晚，无论从硬件设备技术还是软件应用技术都储备不足。国外发达国家蔬菜预冷各种设备、技术均已成型，蔬菜采后保鲜达到了相当的水平。提高国内市场蔬菜质量，扩大蔬菜出口，增强出口竞争力，均需要提高蔬菜预冷的效果和质量。而真空冷却在食物方面的保鲜作用，这使得真空冷却技术越来越得到人们的青睐。1.2 研究背景及意义民以食为天，食品工业的健康发展直接关系到人们的生活质量
7、。1978 年以来，中国国民经济取得快速发展，人民生活水平大幅度提高，在原料供给充足、市场需求旺盛和科技进步推动等综合作用下，中国食品工业获得快速发展，现已成为门类比较齐全，既能满足国内市场需求，又具有一定出口竞争能力的产业。2008 年，在面临世界金融危机的经济形势下，中国食品工业的发展承受了很大压力，但仍然保持了 31.63%的增长率，在制造业中表现出色。而低温保鲜是食品工业最重要的一部分 1。食品保鲜技术研究是人类认识自然、改造自然、服务自我的一个长远课题。随着科学技术的发展，各种保鲜方法不断地得以推出和应用。低温保鲜是目前食品保鲜方式中成本最低、保鲜期较长、效果较好的一种方法。其原理是
8、利用各种装置将食品温度降到一定数值以下，以减少食品物理、化学变化及微生物繁殖的影响，在更长的时间内达到保持其原有色、香、味、形等品质的目的。食品低温保鲜分为冷藏保鲜和冷冻保鲜。冷藏食品 2是以一种或一种以上农、水、畜产品为主原料，经适当加工处理后妥善包装，在 8以下、冻结点以上温度本科毕业论文 参考文献2范围内贮、运、销的食品，一般包括：生鲜果蔬、肉制品、水产品、蛋制品、调理食品等，此类产品保存期较短。冷冻食品是以一种或一种以上农、水、畜产品为主原料，经适当加工处理，快速或急速冻结，在冻结状态下妥善包装，并维持-18以下贮、运、销的食品，一般包括冷冻农产品、畜禽产品、水产品及调理食品等，其保存
9、期通常可达半年以上。人们经常担忧冷冻产品因某一工艺环节处理不当而影响整体效果，所以必须严格把好质量关。首先是选用优质原料，再则冻结速度要快，使食品在尽可能短的时间内通过其最大结晶区，以使组织中的水分凝结成细小的冰晶，均匀地分布在整个组织中，最大限度地保持原有组织结构。而冷藏链是食品保鲜的重要部分。食品冷藏链 3是在20世纪随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的一项系统工程，是建立在食品冷冻工艺学的基础上，以制冷技术为手段，包括使易腐食品从生产者到消费者之间的所有环节，即贯穿于从原料(采摘、捕捞、收购等) 、生产、加工、运输、储藏、直至销售流通的整个过程中的连续的低温环节，以始终保持合适
10、的低温条件，确保食品的质量，减少食品的损耗。这种连续的低温环节即称为冷藏链。近年来随着我国加大对外开放，外资不断引进，出口贸易进一步搞活，食品加工出口大幅度增长，冷冻蔬菜、调理食品、精加工肉制品、水产品大量出口。国内市场则随着人民物质生活水平的不断提高，对食品的多样化及加工的方便性提出了更高的要求。许多冷冻冷藏企业针对国内外市场需求，改变了原来的生产经营模式，将冷冻产品由大变小，由粗变精，由生变熟，加上整齐精美的包装，创出了品牌，同时也大大增加了加工业的附加值，为加工企业自身带来了较好的经济效益，使得这些企业有能力进行技术改造，购置新设备，采用新技术，改善生产条，而真空冷却是冷藏链重要的部分。
11、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，并且在全国的果蔬生产基地中得到了应用，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。真空预冷能快速去除田间热，使果蔬的温度降到设定值，然后由冷藏车辆分送到冷藏库和零售商。在许多欧美国家，真空预冷过程是果蔬入市前必须进行的标准化作业之一。我国也逐渐的发展着真空预冷技术，已经在很多方面有了应用。1.3 真空冷却机简介真空冷却机主要由真空箱、真空机组、制冷机组、捕水器和控制系统组成 4。真空预冷装置结构见图1。真空箱是用来
12、盛放实验物品的器具。内部材料采用符合国家食品卫生要求的不锈钢板，内壁机械抛光，外壁用碳钢材料加强。箱门为铰链式结构，由螺杆式手动压紧装置使箱门获本科毕业论文 参考文献3得预紧力，从而使箱体密封。箱体与箱门之间由“O” 型硅橡胶圈密封，在箱内处于负压时可以有很好的密闭性。箱门中心设一个玻璃观察窗，在外侧光源的配合下，能观察到真空预冷水分蒸发的动态现象。真空机组由真空泵、电磁真空带充气阀和管道连接而成。真空泵抽速25m3h，噪声56dB，采用空气冷却，并有防返油机构。泵内装有排气过滤器，可有效消除油雾，对工作环境基本没有污染。图1 真空预冷装置结构制冷机组由全封闭制冷压缩机、风冷式冷凝器、贮液器、
13、干燥过滤器、电磁阀、膨胀阀和压力控制器等组成。机组主要是为捕水器提供冷源，使捕水器在低温下有效地冷凝预冷产品所蒸发出来的水蒸气。制冷机采用R22制冷剂，机组安装在机架的底架上，便于调试和检修。捕水器为内置式结构，置于真空箱里端。壳体为薄型不锈钢板，内设5块折流板，捕水器的出气口由真空泵抽气，在压差的作用下，真空箱内的水蒸气流人捕水器被低温蒸发管捕集冷凝成水或冰，实验结束复压后，贮存于捕水器底部的水可通过放水阀排出。控制系统采用PLC自动控制和手动控制，配合自动控制的主要部件有防冷害装置、时间继电器和薄膜真空计等，因而电控系统具有自动开机、补气、关机、充气复压、放水和手动开机、补气、芙机、充气复
14、压、放水等功能。电控面板在真空箱的左边，面板上安装数字显示仪表，包括温度、压力、质量、数字显示表和操作触摸屏。1.3.1 真空冷却机原理在一个标准大气压下。水的沸点 5是 100 ，蒸发热为 2256kJkg，而当压力下降到本科毕业论文 参考文献4610Pa 时，水的沸点是 0 ，蒸发热为 2500kJkg。可见，随着压力的降低，水的沸点温度降低，蒸发单位质量的水所消耗的热量反而增加。真空预冷就是在真空条件下，使水迅速在真空处理室内以较低的温度蒸发，水在蒸发过程中要消耗较多的热量，在没有外界热源的情况下，便会在真空室内产生制冷效果。水蒸气用水汽凝结器(即捕集器) 捕集，水汽凝结器是带气固相变的
15、换热器，其管程走制冷剂，壳程走空气和水蒸气的混合流体，水汽凝结器又是另一制冷系统的蒸发器。在真空预冷中，水作为制冷剂，满足环保要求，水的蒸发潜热大，是目前较理想的制冷剂。常用的预冷方法有四种：风冷、水冷、冰冷和真空(预) 冷却。真空(预)冷却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
16、出来，热量从物品释放给了水蒸汽，而物品本身得到了迅速冷却。真空室内压力约在 2261Pa 下，水开始蒸发。果蔬温度开始下降，而且再次上升，约5min 达到最大，水分由此点开始蒸发。由于蒸发潜热，蔬菜被冷却，这一点称为闪点，否则容易形成冰晶，胀破果蔬细胞，破坏其内部结构，不能达到真空预冷的目的 如果预冷结束，打开放气蝶阎放气、出料，由于果蔬放在纸箱内，具有一定的热容量，所以温度不会急剧回升。最好直接用冷藏车运往市场或存放于 2以上的冷库中贮藏。1.3.2 真空冷却机的分类及特点果蔬在真空预冷过程中，开始阶段真空室空气较多，且真空室内的压力还未达到果蔬的闪发压力。为了缩短真空冷却时间，必须尽快抽除
17、真空室内的空气。随着抽空时间的推移，真空室内的空气越来越少。压力达到果蔬的闪发压力，水蒸气大量产生，之后，水蒸气蒸发量大大减少。整个过程是一个非稳态过程。制冷机负荷与果蔬的蒸发量有关，而真空泵的负荷由真空室内所含空气的量以及果蔬的蒸发量来决定，如果制冷机组的制冷量和真空泵的抽空速率不随变化的负荷而变化必将产生较大程度的“无效运转”，浪费电能。另外，果蔬预冷过程结束后，必须向真空室充气方能开门卸货，然后装货进行下一次的预冷加工。也就是说每一次预冷过程结束后真空室皆存在余压(真空度)，如果能够得到利用，将减少真空运行时间和功耗。而且由于每次预冷过程结束后，果蔬都要进出真空室，使真空预冷设备的运行为
18、间断性的，设备频繁启动造成了功耗的增加。鉴于以上原因开发出了3种真空预冷装置 6：并列式真空预冷装置、均压式真空预冷装置和连续式真空预冷装置。并列式真空预冷装置的原理如图2所示 装置中使用了3台并列安装的真空泵，在果蔬预冷过程中分阶段运转，从而达到能调节的目的。本科毕业论文 参考文献51真空室；2凝水接收器；3凝水器；4真空泵；5真空阀；6盐水冷却器；7制冷机组图 2 并列式真空预冷装置原理图均压式真空预冷装置的原理如图3所示 它采用了3台并列安装的真空泵以及2个真空室。真空泵的运行程序与并列式一样 当1号真空室预冷过程结束后，打开均压阀门，利用1号真空室的真空去降低2号真空室的压力，可以缩短
19、2号真空室的抽空时间，节约能源，1号和2号真空室交替使用。1真空室；2凝水接收器；3凝水器；4真空泵；5真空阀；6盐水冷却器；7制冷机组本科毕业论文 参考文献6图3 均压式真空预冷装置原理图连续式真空预冷装置的原理如图4所示。在连续式真空预冷装置中，所有的真空泵均连续运转，而不象均压式设备那样，当1台运转时，另两台要停止2rain。因此这种装置要比前述两种装置性能优越。1真空室；2凝水接收器；3凝水器；4真空泵；5真空阀；6盐水冷却器；7制冷机组图 4 连续式真空预冷装置原理图1.3.3真空冷却技术的优缺点真空冷却的优点 7：相对于风冷、水冷、冰冷等普通冷却方式，真空冷却具有以下的优点：(1) 冷却速度快，冷却均匀。果蔬的真空冷却只要2030 分钟，普通冷却需要10 多个小时。(2) 干净卫生。真空冷却不需要外来传热介质参与，产品不易被污染，而且真空环节可以杀菌或者抑制细菌的繁殖。(3) 延长产品的货架期和贮藏期。真空冷却缩短产品在高温下停留的时间，有利于产品品质保存，提高保鲜贮藏效果。(4) 运行过程中能量消耗少。真空冷却不需要冷却介质，是自身冷却的过程，没有系统与环境之间的热传递。(5) 操作方便。真空冷却处理量大，占地面积小，冷却过程易于操控。真空冷却的缺点有：(1) 初期设备投资大，成本高，常用于大型的农产品生产基地和食品企业，不易推广普
