果蔬膨化设备的节能研究

【摘要】：以低温高压膨化设备为对象，对食品工业生产中的果蔬膨化设备进行节能研究。分析评判了目前市场上存在的低温高压膨化设备，并指出了其优缺点。设计出典型的低温高压膨化设备所需要的膨化罐和真空罐。并在热力学第一、第二定律内，结合生产工艺对整个膨化设备进行能量分析和火用分析，得出能量的损失主要存在于对设备和物料的加热和冷却过程中；火用损失主要存在于传热过程中，由于加热过程是从常温加热至工艺高温，而冷却过程也是从高温度冷却至常温，存在较大温差，且传热温差越大，火用损失越大。水分的除去是食品干燥工业中最重要的工艺指标之一，分析并计算出整个膨化操作过程中水分的迁移情况，结合示意图，给出了膨化过程中物料各阶段含水量，通过分析，给出影响产品质量的冷凝水的处理方法，为果蔬压差膨化的工艺完善提供了理论基础。 结合能量损失和火用损失的主要特点和存在位置，研究了能量梯级利用方式，通过接有两个能量储存装置来实现膨化罐体夹套加热和冷却过程的能量再利用，其工作原理为，利用两个温差储罐，在夹套的加热过程中进行预热，然后再用热源直接加热；在夹套冷却的过程中，温差储罐能够预先冷却夹套从而吸收热量以备下次加热时使用；通过计算获得能量梯级利用的温度参数和流量参数，给出了PLC控制流程程序，通过验证，发现引入能量梯级利用系统后，理论上可以将能量的利用率提高约7.6%，加热过程中理论节能51.63%，整个加工工艺理论节能29.94%，整体火用损失减少高达80%。 为了解决真空抽干阶段、气体稀薄、气体的导热效果差，对流换热基本上可以忽略的情况下，研究了真空抽干阶段各种有效的加热干燥方式比如过热蒸汽干燥，微波干燥，远红外干燥；考虑到远红外加热的自身特点以及工艺条件的要求，最终选定远红外加热干燥；通过利用史蒂芬-波尔兹曼定律，兰贝特定律等相关定律，计算出了热源的排布间距，在保证效率和效果的前提下，给出了红外热源对物料的合理布局，达到温度场均匀的最大优化，计算了远红外热源的热流密度，为实际生产提供了操作参考。 研究了液氮快速冷却方法，计算出了一次工艺所需要的液氮量，并通过实验得出了膨化后苹果干的透气度，结合透气度得到了最佳的抽真空速率；结合膨化罐腔内构造和远红外石英管排列以及抽真空气流方向，给出了液氮喷嘴的大致分布布局。