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液氮裝置淺談
時間:2019-10-30 09:28來源: 作者:班德液氮罐 點擊:
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據國際制冷學會估計，全世界每年因各種原因所造成腐爛變質的食品占食品年總產量的45%。因此解決食品保藏技術，減少浪費，提高食品質量，是目前世界各國急需解決的問題。冷
凍保藏法因其安全性高而應用**為廣泛[1] 液氮罐
。速凍食品指采用速凍方法快速凍結后冷凍保藏的食品。由于速凍食品對加工原料的新鮮度有嚴格的要求，因此有“速凍食品比市場中的新鮮食品還要新鮮”的說法。由于速凍形成的冰晶體小，因此解凍后可保持食品原有的新鮮狀態和風味，可**大限度地延長保質期，使營養成分的損失減少到**低限度。因此在歐美、日本等發達國家
發展很快，市場需求量巨大[2]
。速凍食品因其方便、質優、衛生等優點，已成為一個新興的食品加工行業，是世界上發展**快的行業之一，年平均增長速度為20～30%；我國九五計劃和2010
年遠景規劃都將其列為發展重點[3]
。
液氮是利用空氣分離裝置將空氣中的氮氣液化后的產物。液氮是無色、無味、低黏度的透明液體。化學性質穩定，與其它物質很難發生化學反應。液氮在常壓下的沸點為-195.8℃，蒸
發潛熱為161.2 MJ/m3
，定壓比熱為1.03 KJ/kg.K，從它的沸點到-20℃凍結終溫所產生的制冷量為383.1 KJ/kg，是一種理想的制冷劑。用液氮速凍食品，**早始于美國，在20世紀50年代就開始了這方面的研究，到1960年即正式用于速凍食品，1964年開始在生產上迅速推廣。
目前，液氮速凍已在美國幾百家食品加工企業中廣泛使用[4]
。
液氮速凍主要有三種方式：浸沒式冷凍、冷空氣冷凍和噴霧式冷凍。浸沒式冷凍是將食品完全浸入液氮中，它可以達到所期望的快速凍結，食品占用的空間小，但液氮耗量較大，因為僅僅用了液氮的潛熱這部分冷量；冷空氣冷凍，食品由液氮冷卻的冷空氣來冷凍，用空氣作為載冷劑，所以從冷量的利用上是經濟的；噴霧式冷凍類似浸沒式冷凍，食品一般是通過不銹鋼鏈條式輸送帶送入隧道，并通過三個冷凍區：預冷區、凍結區和均溫區進行加工，液氮經噴嘴成霧狀與食品進行熱交換，液氮吸熱蒸發成氮氣，氮氣又被用來預冷新進入的食品，這樣既利用了液氮的潛熱，又利用了液氮的顯熱，使冷量得到充分利用。由此可見，從冷量利用的觀點看，噴霧式冷凍液氮耗量**小，經濟而有效，尤其對大批量食品的凍結更為適宜。通常凍結1
公斤食品需要0.6～1.1公斤液氮[1]
。
國內對食品進行凍結研究時，大多是采用以液體氨或氟里昂作為制冷劑對水果[5，6，7，8]
、蔬菜[9]及熟食[10]等的普通凍結，也有人用液氮對銀魚[11]
等進行速凍研究，但采用噴霧式流態化液氮速凍裝置對果蔬進行瞬時凍結的研究鮮見報道。
1 機械結構及性能
云南梅塞爾氣體產品有限公司-昆明理工大學食品工程研究中心液氮速凍工藝車間，采用噴霧式流態化技術，其機械結構及性能與單體速凍機相似，但制冷情況有較大差別。一般的單體速凍機是以液體氨或氟里昂作為制冷劑，并通過壓縮機、蒸發器組成的制冷系統傳熱**媒體（通常是空氣），在由空氣冷卻食品，其原理是“間接”式熱交換。根據機械制冷性能及運行成本因
素，工廠大多采用冷空氣介質溫度為-35～-40℃，食品凍結時間則為40～60分鐘[12] 液氮罐
。
噴霧式流態化液氮速凍裝置就簡單得多（圖1），不需要壓縮機及蒸發器，冷凍裝置的致冷劑采用液氮噴淋汽化后提供，汽化氮氣在風管內循環使用以提高冷量的利用率，它主要由離心式風機、風管、布風板、變頻器、噴嘴、杜瓦瓶、高壓氮氣瓶以及計算機數據采集系統和處理系統組成。風機的轉速由變頻器輸出不同頻率的電流來實現對風機的無級調速。風機吹出的氮氣經導流后進入到布風板的下方，與從杜瓦瓶壓出經噴嘴霧化的霧狀液氮混合后，再通過布風板，把放在布風板上的食品吹起。低溫混合氣體與食品充分熱交換后溫度升高，**后經管道返回風機，完成一次循環。冷凍食品的冷量由液氮來提供，通過調節液氮的噴量來調節冷風的溫度，能滿足不同介質溫度的要求。計算機數據采集系統主要由溫度傳感元件（銅－康銅熱電偶）、A/D模數轉換器、信號放大器、壓力傳感器、風速儀以及高性能計算機等組成。溫度由熱電偶傳送到信號放大器，放大后的電信號進入A/D模數轉換器轉換成數碼信號后進入到計算機并口錄入溫度值。同樣裝置的壓力由壓力傳感器變為電信號經放大器、A/D模數轉換器后進入計算機錄入壓力值。熱風速儀采集風速后經輸出口輸出到計算機。 
2 工藝流程
2.1 **佳流態化工藝探索
2.1.1 熱電偶制作和矯正
2.1.1 熱電偶制作和矯正
利用康銅絲與純銅絲的不同電勢差特性來測定溫度變化，此法具有能瞬時反映所測溫度的性質。具體方法是將兩根同等長度的康銅絲和純銅絲相互纏繞在一起，其一端用四號細砂紙打磨約5mm長，并用錫點焊將兩金屬絲頂端互連在一起，而另一端打磨約30mm長度(打磨時盡量在保持原粗細的前提下將表面鍍層盡量磨干凈)后插入傳感器中， 之后打開計算機溫度測試程序，將熱電偶一端放于恒溫水浴鍋中，找出讓溫度線平穩的參數值。再浸入不同濃度的NaCl和MgCl2 冰水溶液中，用同樣方法得到使溫度平穩的參數值，由此確定熱電偶的測溫性質，并于程序中進行矯正設定，達到準確測溫的目的。
2.1.2 探索篩板和不同風速間的關系 液氮罐
2.1.2 探索篩板和不同風速間的關系 液氮罐
