冷冻浓缩设备的研究及其在荔枝汁中的应用

论文摘要

本项目采用悬浮式冷冻浓缩方法对荔枝汁进行浓缩。冷冻浓缩利用的是冰与水溶液之间的固液相平衡原理,将溶液中的水分以固态方式去除的一种浓缩方法。由于悬浮式冷冻浓缩法能够在母液中形成大量细小的冰晶体。这样单位体积内的冰晶体表面积就很大,便于迅速形成洁净的大冰晶,且浓缩终点较大,因此,目前在工业上有较广泛的应用,但同时也存在一些不足,主要体现在冰晶生长时间上的把握,冰晶与浓缩液的固液分离,冰晶体洗涤方面的困难等。本项目就是针对以上难点做些深入的探讨。研究结果包括:（1）冷冻温度、冰晶形态、溶液浓度、溶液黏度以及刮冰方式五个因素对冰晶纯度的影响;影响效果依次为冷冻温度、溶液黏度、溶液浓度、冰晶形态以及刮冰方式。较为合理的荔枝汁浓缩的初始冷媒温度在-5～-6℃范围,此时的冰融解液浓度低于0.5%。（2）对比冷冻时间与浓缩液、冰晶中可溶性固形物含量的关系以及冷冻时间与浓缩液和冰晶质量关系进行研究,并通过数学模型（?）=（?）进行模拟,对未知系数ε假设初值ε0。,在初始状态给定下,应用龙格-库塔法解数值解,然后采用搜索法求解。比较实验值和计算值,得出ε=0.1993/hr,k=0.5时,拟合程度最高,仿真结果有效的论证了实验的可靠性,从宏观上把握较为合理的冰晶生长时间。（3）通过计算冷量的传递、冷量损失以及冰晶生长量的平衡关系,拟合了机械能转化内能量Q与实验温度差△t的线性关系:Q=43.69△t-33.68（4）对比洗涤速率与洗涤效果的关系,得出洗涤速率在0.002m/s是一个较为合理的分界值,并对洗涤塔做进一步的改进,使各个位置的洗涤速率更趋于一致,增强了洗涤效果。（5）通过结合冰晶生长时间、冰晶生长量以及洗涤速率三者之间的关系,建立PLC自动化控制系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 荔枝汁加工的现状及意义
• 1.3 常见的浓缩方法以及冷冻浓缩方法的优势
• 1.4 冷冻浓缩的概况
• 1.4.1 冷冻浓缩的理论基础
• 1.4.2 冷冻浓缩的冻结方式
• 1.5 冷冻浓缩的应用
• 2. 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 实验药品与试剂
• 2.1.3 实验仪器
• 2.2 工艺流程
• 2.3 实验操作过程
• 2.4 实验设计
• 2.4.1 影响冰晶纯度主要因素
• 2.4.2 冰晶生长动力学模型
• 2.4.3 冷量传递模型
• 2.4.4 洗涤塔洗涤工艺研究
• 2.4.5 自动化控制系统的建立
• 3. 结果与分析
• 3.1 影响冰晶纯度的主要因素
• 3.1.1 冷冻温度对冰晶纯度的影响
• 3.1.2 冰晶形态对冰晶纯度的影响
• 3.1.3 溶液浓度对冰晶纯度的影响
• 3.1.4 溶液粘度对冰晶纯度的影响
• 3.1.5 刮冰方向对冰晶形态的影响
• 3.2 冰晶生长动力学模型
• 3.2.1 冰晶生长数学表达
• 3.2.2 冷冻浓缩仿真结果
• 3.3 温度差与机械功拟合关系
• 3.4 洗涤塔洗涤工艺研究
• 3.5 自动化控制系统的建立
• 3.5.1 理论前提
• 3.5.2 基本控制流程
• 3.5.3 PLC输入/输出分配表
• 3.5.4 I/O接线图
• 3.5.5 PLC梯形图
• 4. 结语与展望
• 参考文献
• 致谢