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液氮装置浅谈
时间:2019-10-30 09:28来源: 作者:班德液氮罐 点击:
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据国际制冷学会估计，全世界每年因各种原因所造成腐烂变质的食品占食品年总产量的45%。因此解决食品保藏技术，减少浪费，提高食品质量，是目前世界各国急需解决的问题。冷
冻保藏法因其安全性高而应用**为广泛[1] 液氮罐
。速冻食品指采用速冻方法快速冻结后冷冻保藏的食品。由于速冻食品对加工原料的新鲜度有严格的要求，因此有“速冻食品比市场中的新鲜食品还要新鲜”的说法。由于速冻形成的冰晶体小，因此解冻后可保持食品原有的新鲜状态和风味，可**大限度地延长保质期，使营养成分的损失减少到**低限度。因此在欧美、日本等发达国家
发展很快，市场需求量巨大[2]
。速冻食品因其方便、质优、卫生等优点，已成为一个新兴的食品加工行业，是世界上发展**快的行业之一，年平均增长速度为20～30%；我国九五计划和2010
年远景规划都将其列为发展重点[3]
。
液氮是利用空气分离装置将空气中的氮气液化后的产物。液氮是无色、无味、低黏度的透明液体。化学性质稳定，与其它物质很难发生化学反应。液氮在常压下的沸点为-195.8℃，蒸
发潜热为161.2 MJ/m3
，定压比热为1.03 KJ/kg.K，从它的沸点到-20℃冻结终温所产生的制冷量为383.1 KJ/kg，是一种理想的制冷剂。用液氮速冻食品，**早始于美国，在20世纪50年代就开始了这方面的研究，到1960年即正式用于速冻食品，1964年开始在生产上迅速推广。
目前，液氮速冻已在美国几百家食品加工企业中广泛使用[4]
。
液氮速冻主要有三种方式：浸没式冷冻、冷空气冷冻和喷雾式冷冻。浸没式冷冻是将食品完全浸入液氮中，它可以达到所期望的快速冻结，食品占用的空间小，但液氮耗量较大，因为仅仅用了液氮的潜热这部分冷量；冷空气冷冻，食品由液氮冷却的冷空气来冷冻，用空气作为载冷剂，所以从冷量的利用上是经济的；喷雾式冷冻类似浸没式冷冻，食品一般是通过不锈钢链条式输送带送入隧道，并通过三个冷冻区：预冷区、冻结区和均温区进行加工，液氮经喷嘴成雾状与食品进行热交换，液氮吸热蒸发成氮气，氮气又被用来预冷新进入的食品，这样既利用了液氮的潜热，又利用了液氮的显热，使冷量得到充分利用。由此可见，从冷量利用的观点看，喷雾式冷冻液氮耗量**小，经济而有效，尤其对大批量食品的冻结更为适宜。通常冻结1
公斤食品需要0.6～1.1公斤液氮[1]
。
国内对食品进行冻结研究时，大多是采用以液体氨或氟里昂作为制冷剂对水果[5，6，7，8]
、蔬菜[9]及熟食[10]等的普通冻结，也有人用液氮对银鱼[11]
等进行速冻研究，但采用喷雾式流态化液氮速冻装置对果蔬进行瞬时冻结的研究鲜见报道。
1 机械结构及性能
云南梅塞尔气体产品有限公司-昆明理工大学食品工程研究中心液氮速冻工艺车间，采用喷雾式流态化技术，其机械结构及性能与单体速冻机相似，但制冷情况有较大差别。一般的单体速冻机是以液体氨或氟里昂作为制冷剂，并通过压缩机、蒸发器组成的制冷系统传热**媒体（通常是空气），在由空气冷却食品，其原理是“间接”式热交换。根据机械制冷性能及运行成本因
素，工厂大多采用冷空气介质温度为-35～-40℃，食品冻结时间则为40～60分钟[12] 液氮罐
。
喷雾式流态化液氮速冻装置就简单得多（图1），不需要压缩机及蒸发器，冷冻装置的致冷剂采用液氮喷淋汽化后提供，汽化氮气在风管内循环使用以提高冷量的利用率，它主要由离心式风机、风管、布风板、变频器、喷嘴、杜瓦瓶、高压氮气瓶以及计算机数据采集系统和处理系统组成。风机的转速由变频器输出不同频率的电流来实现对风机的无级调速。风机吹出的氮气经导流后进入到布风板的下方，与从杜瓦瓶压出经喷嘴雾化的雾状液氮混合后，再通过布风板，把放在布风板上的食品吹起。低温混合气体与食品充分热交换后温度升高，**后经管道返回风机，完成一次循环。冷冻食品的冷量由液氮来提供，通过调节液氮的喷量来调节冷风的温度，能满足不同介质温度的要求。计算机数据采集系统主要由温度传感元件（铜－康铜热电偶）、A/D模数转换器、信号放大器、压力传感器、风速仪以及高性能计算机等组成。温度由热电偶传送到信号放大器，放大后的电信号进入A/D模数转换器转换成数码信号后进入到计算机并口录入温度值。同样装置的压力由压力传感器变为电信号经放大器、A/D模数转换器后进入计算机录入压力值。热风速仪采集风速后经输出口输出到计算机。 
2 工艺流程
2.1 **佳流态化工艺探索
2.1.1 热电偶制作和矫正
2.1.1 热电偶制作和矫正
利用康铜丝与纯铜丝的不同电势差特性来测定温度变化，此法具有能瞬时反映所测温度的性质。具体方法是将两根同等长度的康铜丝和纯铜丝相互缠绕在一起，其一端用四号细砂纸打磨约5mm长，并用锡点焊将两金属丝顶端互连在一起，而另一端打磨约30mm长度(打磨时尽量在保持原粗细的前提下将表面镀层尽量磨干净)后插入传感器中， 之后打开计算机温度测试程序，将热电偶一端放于恒温水浴锅中，找出让温度线平稳的参数值。再浸入不同浓度的NaCl和MgCl2 冰水溶液中，用同样方法得到使温度平稳的参数值，由此确定热电偶的测温性质，并于程序中进行矫正设定，达到准确测温的目的。
2.1.2 探索筛板和不同风速间的关系 液氮罐
2.1.2 探索筛板和不同风速间的关系 液氮罐
