冷凍濃縮生產(chǎn)工藝技術(shù)及其設(shè)備的研究.pdf

1、在實(shí)驗(yàn)室小型冷凍濃縮裝置的基礎(chǔ)上,建成冷凍濃縮中試裝置,并以貢丸水煮液為試驗(yàn)原料,系統(tǒng)地研究了影響中試裝置結(jié)晶強(qiáng)度及冰晶純度的因素,確定各影響因素的工藝參數(shù)；并將中試裝置與小型實(shí)驗(yàn)室裝置進(jìn)行對(duì)比,檢驗(yàn)裝置擴(kuò)大的冷凍濃縮效果；隨后以PLC為控制元件,設(shè)計(jì)濃縮中試裝置的自動(dòng)化控制系統(tǒng),并完成連續(xù)式冷凍濃縮,為冷凍濃縮裝置的進(jìn)一步改進(jìn)提供參考。本文開(kāi)展的研究簡(jiǎn)介如下:
　　 1.擴(kuò)建后的冷凍濃縮中試裝置,以貢丸水煮液為試驗(yàn)材料,研究冷

2、媒溫度、冷媒流量、刮刀轉(zhuǎn)速和果汁泵流量對(duì)其結(jié)晶強(qiáng)度和冰晶純度的影響。結(jié)果表明:選擇合理的刮刀轉(zhuǎn)速,可以提高中試裝置的結(jié)晶強(qiáng)度,合理的刮刀轉(zhuǎn)速為130r／min到150r／min之間；合適的果汁泵流量,可以及時(shí)將結(jié)晶罐內(nèi)生產(chǎn)的冰晶排到生長(zhǎng)罐進(jìn)行生長(zhǎng),同時(shí)可以降低果汁泵本身的熱損耗,合理的流量為0.72m3／h到1.08m3／h；較大的冷媒流量可以提高結(jié)晶罐的熱傳遞系數(shù),提高結(jié)晶強(qiáng)度。對(duì)于本裝置,冷媒流量達(dá)到最大7.41m3／h時(shí),結(jié)晶強(qiáng)度

3、達(dá)到最大；較低的冷媒溫度,可以增大冷媒與待濃縮物料的溫差,提高冷量傳遞的推動(dòng)力,結(jié)晶強(qiáng)度提高。本中試裝置在制冷溫度達(dá)到最低-23℃時(shí),結(jié)晶強(qiáng)度達(dá)到最大；通過(guò)正交試驗(yàn),同步改變刮刀轉(zhuǎn)速、果汁泵流量、冷媒流量和冷媒溫度,可以使本中試裝置的結(jié)晶強(qiáng)度達(dá)到最高,在刮刀轉(zhuǎn)速140r／min、果汁循環(huán)流量1.44m3／h、冷媒流量7.41m3／h及冷媒溫度-23℃時(shí),濃縮物料為可溶性固形物含量為5°Bx的貢丸水煮液,中試裝置每小時(shí)的出冰量為16.16

4、 kg,冰晶可溶性固形物含量為0.39°Bx；自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用PLC,避免繼電器控制器帶來(lái)的控制滯后,以及調(diào)整不方面的缺點(diǎn),此外,程序是自主編程,可以隨時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要而調(diào)整,有利于今后的進(jìn)一步改進(jìn)。
　　 2.以貢丸水煮液為試驗(yàn)材料,同時(shí)以結(jié)晶強(qiáng)度和冰晶純度為指標(biāo),研究冷媒溫度、刮刀轉(zhuǎn)速、果汁濃度及取冰時(shí)間對(duì)中試裝置和實(shí)驗(yàn)室小型裝置的影響,考核冷凍濃縮中試裝置濃縮效果是否接近或優(yōu)于小型冷凍濃縮裝置,以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理、可行。結(jié)

5、果表明:中試裝置用乙二醇溶液取代氯化鈣溶液,能提高換熱器的換熱效率:足夠高的刮刀轉(zhuǎn)速才能匹配高效率的換熱器工作,且所得冰晶重量增長(zhǎng)倍數(shù)大于換熱器面積擴(kuò)大的倍數(shù),同時(shí)有效降低了冰晶所夾帶的可溶性固形物含量；溶液濃度提高后,足夠大的冰晶生長(zhǎng)罐體積能降低中試裝置中的冰晶二次成核概率；適宜的取冰時(shí)間能有效降低能耗,合適的冰晶生長(zhǎng)罐體積有利于小冰晶利用奧斯特瓦爾德效應(yīng)長(zhǎng)成大冰晶,從而減緩裝置的結(jié)晶強(qiáng)度下降趨勢(shì),且所得冰晶純度提高,中試裝置擴(kuò)大是成

6、功的。
　　 3.在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用PLC設(shè)計(jì)中試裝置的自動(dòng)化控制系統(tǒng),并研究中試裝置的連續(xù)式冷凍濃縮。結(jié)果表明:通過(guò)溶液的冰點(diǎn)曲線和凍結(jié)率曲線來(lái)確定貢丸水煮液的冷凍濃縮終點(diǎn)；適當(dāng)調(diào)整攪拌器轉(zhuǎn)速,可以實(shí)現(xiàn)中心排冰法與手工操作相同的排冰速度；通過(guò)使用PLC控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了本冷凍濃縮中試裝置的自動(dòng)化控制,對(duì)于可溶性固形物含量為10°Bx的貢丸水煮液,經(jīng)過(guò)32小時(shí)濃縮后,濃度達(dá)35.36°Bx；貢丸水煮液的連續(xù)式冷凍濃縮冰晶生長(zhǎng)