冷冻浓缩装置的参数优化与控制研究

论文摘要

冷冻浓缩具有在低温下操作、不易引起挥发性成分损失和热敏性成分变性,可最大限度地保持食品原料的营养、品质和风味。本文围绕转筒式冷冻浓缩装置,进行较系统的理论与实验研究。论文在简述冷冻浓缩装置的运行特性、性能参数及评价指标的基础上,对料液冰点下降、结冰量与浓缩液的质量比、料液中的溶质损失、浓缩液与结冰表面的相对速度对浓缩过程的影响及冷冻浓缩前后料液质量的变化进行了较系统的分析。论文还以海水为典型料液,对其冷冻浓缩过程中制冷剂蒸发温度、海水温度、冰层厚度等对冰水界面处结冰速度所产生的影响进行理论分析,并给出了转筒式冷冻浓缩装置的调控方案。在上述工作的基础上,建立了冷冻浓缩模拟实验装置,就典型操作参数对结冰速度、冰中含盐量等主要指标的影响进行了实验研究,所得数据与理论分析基本吻合,为转筒式冷冻浓缩装置应用于海水淡化提供了较好的基础。研究表明,转筒式冷冻浓缩装置具有节能、可连续运行、料液浓缩在低温下操作等优点。通过调节制冷剂蒸发温度、料液温度等参数,可使装置的结冰速度及冰中溶质含量满足料液冷冻浓缩的要求,并可根据装置规模采用灵活的设计结构。实验表明,当蒸发器静止,待浓缩液预冷温度为-1℃,制冷剂蒸发温度为-5℃,运行时间为10分钟时,结冰厚度为4.8mm;对冰层表面用清水冲洗后,冰层融化水中的含盐量可达到0.65%（质量浓度）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 冷冻浓缩装置的发展历史
• 1.2 冷冻浓缩技术应用现状
• 1.2.1 咖啡工业
• 1.2.2 果汁工业
• 1.2.3 啤酒工业
• 1.2.4 乳品工业
• 1.3 冷冻浓缩的优缺点
• 1.4 冷冻浓缩的基本原理
• 1.5 冷冻浓缩装置的主要类型
• 1.5.1 渐进冷冻法
• 1.5.2 悬浮结晶法
• 1.6 转筒式冷冻浓缩装置简介
• 1.7 本文主要工作
• 2 转筒式冷冻浓缩装置的特性分析
• 2.1 冷冻浓缩过程的特性分析
• 2.1.1 料液冰点的变化
• 2.1.2 结冰量与浓缩液质量比的变化
• 2.1.3 溶质损失的分析
• 2.1.4 料液与结冰面的相对速度对冷冻浓缩过程的影响
• 2.1.5 产品质量的变化分析
• 2.2 转筒式冷冻浓缩装置的工作原理
• 2.3 转筒式冷冻浓缩装置的特性分析
• 2.3.1 蒸发温度对装置性能的影响
• 2.3.2 冷凝温度对装置性能的影响
• 2.3.3 主冷凝器与辅助冷凝器的传热负荷分配
• 2.4 转筒式冷冻浓缩装置技术经济性的简单分析
• 3 典型物料冷冻浓缩过程及调控研究
• 3.1 海水的基本特性
• 3.2 海水冷冻浓缩过程的分析
• 3.3 海水冷冻浓缩的操作参数分析
• 3.3.1 制冷剂蒸发温度对冰水界面结冰速率的影响
• 3.3.2 海水温度对冰水界面结冰速率的影响
• 3.3.3 冰层厚度对冰水界面结冰速率的影响
• 3.4 转筒式冷冻浓缩装置的调控分析
• 4 冷冻浓缩装置实验研究
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验装置简介
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 进一步工作分析
• 5 结论与建议
• 6 参考文献
• 7 论文发表情况
• 8 致谢