西瓜汁冷凍濃縮冰晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)研究及設(shè)備的優(yōu)化擴(kuò)大.pdf

1、本文以西瓜汁為試驗(yàn)原料,系統(tǒng)地研究了冷凍濃縮結(jié)晶強(qiáng)度及冰晶純度的影響因素、多級(jí)冷凍濃縮的冰晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué),從而確定冷凍濃縮終點(diǎn)、建立了多級(jí)冷凍濃縮動(dòng)力學(xué)方程,并進(jìn)一步了解冷凍濃縮過程中冰品質(zhì)量生長(zhǎng)及能量傳遞的變化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上建成冷凍濃縮中試裝備,并通過對(duì)中試裝備的總傳熱系數(shù)、冷量效率較為系統(tǒng)的分析和計(jì)算,為冷凍濃縮裝備的進(jìn)一步改進(jìn)提出了建議。本文所開展的研究簡(jiǎn)介如下:
　　 1.以西瓜汁為試驗(yàn)材料,研究冷媒溫度、果汁濃度、取冰

2、時(shí)間及刮刀轉(zhuǎn)速對(duì)冷凍濃縮結(jié)晶強(qiáng)度和冰晶純度的影響。結(jié)果表明:冷媒溫度必須與果汁冰點(diǎn)達(dá)到一定的溫度差才能形成冰晶。冷媒溫度對(duì)冷凍濃縮結(jié)晶強(qiáng)度和冰晶純度的影響都較大,較理想的冷媒溫度范圍為:-15℃到-19℃;冷凍濃縮結(jié)晶強(qiáng)度和冰晶純度隨著果汁濃度的提高而不斷降低;適時(shí)地取出果汁中的冰晶,對(duì)提高冷凍濃縮的工作效率是很有幫助的,取冰時(shí)間以25 min到30 min為宜;選擇合理的刮刀轉(zhuǎn)速,不僅可以獲得較多的冰晶,而且可以減少果汁的損失,合理的

3、刮刀轉(zhuǎn)速為:60 r/min到105 r/min之間。
　　 2.通過研究冰點(diǎn)曲線和凍結(jié)率曲線來確定西瓜汁的冷凍濃縮終點(diǎn),并對(duì)西瓜汁進(jìn)行多級(jí)濃縮,按照擴(kuò)散學(xué)說的原理,引入冷凍濃縮冰晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型加以驗(yàn)證和研究。結(jié)果表明:隨著濃縮級(jí)數(shù)的提高,冰晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型的系數(shù)β和k逐漸變小。意味著果汁濃度的提高加大了果汁中質(zhì)量和能量傳遞的阻力,使冰晶生長(zhǎng)速度變慢。
　　 西瓜汁一級(jí)冷凍濃縮動(dòng)力學(xué)方程為:dmi/dt=0.0373m

4、i(1-mi/mi,max)1.0333,二級(jí)冷凍濃縮動(dòng)力學(xué)方程為:dmi/dt=0.0311mi(1-mi/mi,max)0.9994,三級(jí)冷凍濃縮動(dòng)力學(xué)方程為:dmi/dt=0.0301mi(1-mi/mi,max)0.9717。
　　 3.對(duì)冷凍濃縮制冷系統(tǒng)和果汁冷凍系統(tǒng)進(jìn)行合理的計(jì)算和設(shè)計(jì),建成冷凍濃縮中試裝備,并對(duì)中試裝備的總傳熱系數(shù)和冷量效率進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明:在冷媒流量為0.317 m3/h～7.405 m3/h范