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1、中 文 摘 要摘 要双孢蘑菇的采摘、储存、运输过程中的保鲜一般都是采用冷藏方式。储存和运输环节的冷藏已经有比较成熟的设备，采摘后到冷库过程的冷藏也有相应的设备，但由于本人接触较少，对设备构造及原理和应用不是很了解。为此，我试图将双孢蘑菇进入冷库前应用到的真空预冷技术应用到毕业设计中，从而形成双孢蘑菇真空预冷装置的设计理念。本文阐明了果蔬真空预冷装置的原理、组成、特性及优点；给出了基本设计参数的确定方法及计算公式, 可供专业人员设计参考。将双孢菇储藏真空预冷技术应用到双孢菇采收的过程中, 提出了蔬菜田间真空预冷装置的设计理念。设计以10000kg/车、处理量500kg /次为例, 介绍了真空预冷
2、装置各主要部件的设计方法。关键词：双孢蘑菇、真空、预冷装置、设计- I -英文摘要AbstractAgarics picking, storage, transport process is usually adopts refrigeration fresh way. Storage and transport links have been developed comparatively mature equipment, and after being picked to cold storage process of refrigeration equipment, there are
3、 corresponding, but because I contact less, on the equipment structure and principle and application is not very understanding Therefore, before agarics getting into refrigerated storage room well attempt to make the vacuum pre-drying cold technology to the process of the harvest which forming a des
4、ign idea of agarics vacuum pre-drying cold room.The thesis not only stated the principle and combinations and features and advantages of vegetable vacuum precooling device, but also gave the designable ways and the formulas for calculating the basic parameters, which can be refereed to by designer.
5、Will one pair of vacuum storage precooling technology is applied to one pair in the process of collecting, and put forward the vegetables in the field of vacuum precooling device design idea. Design with 10000 kg/car, productivity 500 kg/time for an example, this paper introduces the vacuum precooli
6、ng device of major parts of the design method. Key words: Agaricus bisporus、vacuum cooling、forecooling installationII第一章 引 言第一章 引 言1.1 课题的背景和意义本文设计依据的基本理论是将少量产品的水分蒸发，并使产品温度降到所需程度，真空预冷技术的发展顺应了食品趋向高营养保鲜的潮流，满足了人们对食用天然食品的要求。预冷是一种将采摘后的蔬菜温度快速降下来的方式，使种植者能在农产品最佳成熟的时机收获，从而可以满足消费者的最大的品质需求。本文主要介绍真空预冷的工作原理及其装置的
7、结构设计，真空预冷装置主要由真空系统、制冷系统和控制系统组成，本文也详细的介绍了真空预冷装置的真空室、蒸发器和冷凝器的设计，并对控制系统作以简单的描述。真空室是该装置的重要部件，文中对其壁厚和结构作了详细的设计计算。真空泵是该系统装置的主要动力设备，它的主要作用是保持真空室的真空度，从而使得产品达到降温的目的。果蔬采摘后立即预冷，可有效降低其呼吸强度、抑制自身养分消耗，大大延长有效贮存期，对果蔬保鲜和提高人们的生活水平具有极为重要的意义。它的直接效果是：(1)使果蔬能进行远途运输；(2)减少销售地可食用部分的损失；(3)容易形成果蔬的相同性销售和质量标准化。预冷方法可分为强制通风预冷、压差预冷
8、、真空预冷和冷水预冷4种方式。其中真空预冷是以上4种预冷方法中使果蔬干耗最小、预冷速度最快、能量利用系数最高的一种预冷方法。其基本原理是:水在真空状态下沸点较低，蒸发时将需要大量的热量，当把果蔬置于密闭容器时，降低容器内的压力，果蔬表面的水分蒸发旺盛，带走大量的热量而使果蔬本身温度迅速降低。由于在这种预冷方式中，果蔬是自我冷却，又由于果蔬个体之间容易形成均匀的压力分布，使真空预冷方法具有高效、快捷的特点，它是目前国外应用最为广泛的一种预冷技术。我国当前正处于真空预冷技术的起步阶段，了解当今世界真空预冷设备的技术进展情况，明确开发这种先进设备的关键技术，对我国真空预冷技术的开发和利用将具有重要的
9、意义。1.2 真空预冷技术的发展果蔬预冷是指水果蔬菜在收获后的短时间内尽快降低其品温，减少其呼吸热，防止其流通过程中由于呼吸热而引起的品质下降，保持其鲜度，从而便于冷藏保管和低温运输。例如草莓，试验表明采摘后在不同温度下贮存，其寿命如表1-1所示。表1-1 草莓采摘后在不同温度下的寿命温度()2061天数(日)2918可见，采摘后尽快降温，温度越低，货架寿命越长。再如，菠菜、茼蒿等软质蔬菜在30中存放，其维生素C及其他成分的含量随时间的延长而逐渐减少，经24h后，会减少到原含量的1/10。果蔬采摘后所处温度高，则呼吸量大，鲜度显著降低。例如龙须菜，0时二氧化碳发生量为44mg/kgh，而21时
10、则增大为222mg/kgh。所以，预冷处理对保持果蔬品质非常重要而不可缺少，并且越来越被重视，已列入国家“九五”攻关重点研究课题“生鲜商品物流冷链关键技术与示范工程”。因此，预冷装置的设计与研究非常必要。本文着重分析真空预冷装置的工作原理、性能特点及设计方法，以供专业设计人员参考。早在60年代初到70年代初，西方发达国家就进行了真空预冷技术的系统研究工作，该技术和设备已达到了相当成熟的水平。日本从1966年开始真空预冷技术的研究，到1971年，预冷白菜等叶类果蔬才打开了东京的果蔬消费市场，并使真空预冷设备在日本的全国果蔬生产基地得到应用。从此人们逐渐形成了吃新鲜的预冷果蔬的习惯，也使日本真空预
11、冷技术及设备逐步趋向成熟。我国从80年代中期才开始进行真空预冷技术和设备的研究工作。1990年广州市科委为实施菜篮子工程，从日本引进了一台真空预冷设备，委托广州制冷设备研究所消化吸收，并设计出我国第一台真空预冷设备。但由于受国内市场条件所限，当时未能推广开来。上海食品研究所1995年从国外引进了一台真空预冷设备，并对许多果蔬品种进行了实验研究，积累了大量的实验数据。在国内高校，已先后有合肥工业大学、东北大学、西南交通大学、中国农业大学、上海海运学院等对真空预冷技术或设备进行了研究。他们大多数研究的重点是设备的设计与开发问题，而对真空预冷机理和果蔬真空预冷过程传热传质的特性研究较少。对真空预冷装
12、置的基本要求与所有制冷装置一样，首先是要能够可靠地完成预冷过程，在此基础上要求具有高效节能的特点。1.3 真空预冷的原理真空冷却是利用降压来降低水的沸点，靠水分蒸发带走果蔬产品热量的冷却方法。在一个大气压下，水的沸点为100，降低大气压时，水的沸点也随之降低。试验表明，气压613Pa(4.6mmHg)时，水的沸点为0。低压下果蔬蒸发旺盛，果蔬放在密闭的真空容器内，降低气压，果蔬本身水分蒸发，带走大量蒸发潜热而被预冷。表1-2显示了水的沸点与蒸汽压及蒸发热的关系。例如，水分在2时蒸发，必须降压706Pa(5.3mmHg)，被带走2485KJ/kg的气化潜热。真空冷却靠蒸发果蔬产品自身的水分冷却到
13、规定温度，对单位重量表面积较大的叶菜类菠菜、莴苣等有特效，最适用，冷却速度快、时间短。例如双孢蘑菇重量W=0.5kg，比热C=3.96KJ/kg，初温t1=30，终温t2=5，下降温度t=30-5=25，则除去气化潜Q=WCt=49.5kJ。试验表明：双孢蘑菇真空冷却，水分平均蒸发1%，温度下降6.3。由于使用真空装置，靠真空容器内的压力同果蔬的蒸汽压的压力差使水分从果蔬中蒸发，其蒸发量同蒸汽压差成正比。真空预冷装置使用的操作压力为533667Pa(45mmHg)，必须使果蔬处在不受冻结、低温伤害的压力、温度范围内。100g蔬菜真空预冷，蒸发1g水分，品温约降低5，例如23的菠菜下降20达3时
14、，要蒸发掉4%的水分。对菠菜、蕃茄、毛豆、甜玉米真空预冷，抽真空约15 min，到真空度为666.61799.93Pa时，菠菜与毛豆冷却到2，甜玉米冷却到78，而蕃茄仍为2122，因为蕃茄果肉厚实，水分不易蒸发，宜真空加水冷却。表1-2 水的沸点与饱和蒸汽压及蒸发热的关系沸点（）压力(133.322Pa)蒸发热(4.1868KJ/kg)10050403020108642076092.655.331.817.59.28.07.06.15.34.65395695735805865925935945955965971.4 几种典型的预冷方法根据预冷方法的不同，预冷装置可分为冷风冷却式、冷水冷却式和真
15、空冷却式(其中冷风冷却式又包括强制通风式和差压通风式)。冷风冷却式是利用制冷装置产生的冷风(冷空气)作冷媒，在果蔬之间通过热传递冷却；冷水冷却式是将冷水作为冷媒的冷却方法；真空冷却式是利用降压来降低水的沸点，靠水分蒸发带走果蔬产品热量的冷却方法。此处主要介绍风冷和真空预冷。1.4.1 风冷压差预冷强制通风和差压通风预冷应是在普通冷库基础上发展起来的，不同的主要是其气流循环和组织。冷藏库的制冷能力小、风量小。预冷速度非常慢，一般预冷时间需24小时以上。经研究统计数字表明，对于新鲜蔬菜类产品温度每降10，食品的单位时间的呼吸热量降低约一半。所以如果预冷时间较长，将会较大程度的影响产品的质量，为提高
16、产品的质量降低产品损耗，缩短产品的预冷时间而开发出快速预冷法差压通风预冷。这种预冷方法采用专门的快速预冷装置，使用高速强制冷风，使产品在较短时间内预冷到预定温度，提高产品质量。差压通风预冷是利用差压风机将冷风强制通过容器内部，同蔬菜直接进行热交换的预冷方式。因此包装容器须有通气孔，只有通风孔一致的容器方可在一起堆码。通风方法有中心抽吸式，侧面抽吸式，隧道式。与强制通风预冷相比，其预冷速度快，预冷均匀，能够对所有的水果、蔬菜进行预冷。差压通风预冷时间约35小时，其经常采用的气流组织方式是：（1）普通差压通风预冷冷风从冷风机排出，由导风板引人顶盖，通过顶盖到达预冷室的右端，下降到人口空间，接着冷风
17、从箱子堆的冷风道，经过箱子的通气孔，进人被预冷产品的充填层内部，冷风在此把产品预冷后，通过冷风返回通道到达出口空间，最后返回冷风机，把原来的强制通风预冷设备，经过这样的改造，作为差压通风预冷设备，用同样的制冷机可以获得相当大的效益。（2）带静压箱的差压预冷差压通风预冷设计和实施的关键问题是“压差”的形成，即箱子两侧形成的压力差，由于空气流经货物箱体的压力降较大，普通冷风机的风压相对较小，对于货物码堆较厚时，冷风就不能正常的通过既定设计的气流通道，预冷效果较差。为此改进为带静压箱的预冷方式。静压箱的主要组成为一个差压风机和一个前面装有差压孔板的箱体，风机坐于其上，风机采用静压较大的轴流风机，进风
18、口在箱体内，出风口在箱体外，空气由前面差压板孔吸人箱体，由差压风机送出箱外。静压箱与货物箱的排放方式主要有两种，一种是直交型差压通风预冷方式，一种是U字型差压预冷方式。不论是直交型或U字型，其气流循环都是一部分先通过货物箱体，再经过差压孔板进人静压箱体，经差压风机送出箱体与冷风机送出的冷空气混合后再进入货物箱体一部分经预冷器预冷后被冷风机送出与差压风机送出的热空气混合后再进人预冷器。因此，带静压箱的差压通风预冷方式中的气流组织分为两部分循环，两股循环气流相互混合交叉，其关键设备为冷风机和静压箱，冷风机主要是提供冷量，以便带走货物的热负荷，静压箱是提供空气循环的动力，保证冷风通过货物箱体，从而达
19、到快速预冷的目的。在这里必须强调一点冷风机的风量和风压与静压箱上风机的风量不必，因为气流的循环是两个相互混合交叉的回路，不必要求差压风机送出的风量必须由冷风机全部吸人，只要冷风机提供的冷量满足所需要的热负荷，静压箱的风机风压与风量满足气流流经货物箱体所需的风压与风速即可。（3）床吸式差压预冷库床吸式差压预冷库在库外装了一个风道，空气经码堆的货物外侧流向中心，然后下行进人气流通道，经冷风机预冷后，被送风机送往库内。这种设计就巧妙的把空气的预冷与货物的冷风循环统一起来，而且这种差压预冷库从冷库建筑伊始，就采用了其特有的方式。1.4.2真空预冷真空冷却是在减压条件下，使蔬菜表面的一部分水迅速蒸发，由
20、于水在蒸发过程中吸热而使蔬菜达到冷却的目的。真空预冷和前三种方法在传热机制上有所不同，前三种方法中热量首先通过导热方式从物品的中心传递至外表面，然后主要靠对流从外表面放热至冷却介质，温差是驱动力，因而温度分布从物品中心到表面是逐渐递减的，降温速度慢。而对于真空预冷，一般情况下降温速率取决于被冷物品的表面积与体积之比和真空室的抽气速度。当真空处理室的压力降低时，相应水的饱和蒸发压力也降低，水从被冷物品表面蒸发出来，热量从物品释放给了水蒸气，而物品本身得到了迅速冷却。这四种方法各有利弊，而以真空冷却的优点最多、效果最好、对保护环境最有利、技术含量最高，是冷链循环中首选的现代化预冷方式。真空预冷主要
21、用于果蔬的冷却加工，它是一种利用叶菜纤维间隙中的水分蒸发潜热而进行冷却的方法。其具体做法是将新鲜的蔬菜装人真空仓内，用真空泵排气，使蔬菜周围保持适当的真空度，让水分从叶菜表面蒸发，随着水分的不断蒸发，将不断地吸收汽化潜热，使果蔬的中心温度迅速冷却至需要的温度。在常压下将水加热到100开始沸腾，温度降至0时结冰。压力降低时水的沸点也降低。例如，当大气压力为2400帕时其沸点为20；613.28帕时沸点为0。依据水随压力降低其沸点也降低的物理性质，将预冷食品置于真空槽中抽真空，当压力达到一定数值时，食品表面的水分开始蒸发，吸收气化潜热，使食品自身被冷却的方法称为真空预冷方法。真空预冷方法的优点是：
22、（1）食品表面含有大量水分，由于其品温较高因而其水蒸汽分压力也发生变化。在大气压力下水分蒸发比较缓慢，在真空状态下由于阻力减少蒸发速度加快，因此食品冷却速度快。食品初温为35降至3时约需20分钟。（2）在真空槽内由于各点压力均匀，所以食品预冷均匀。（3）冷却能力大。包括装卸时间每小时可以运行两次。（4）预冷清洁卫生，无交叉污染。真空预冷过程分为两个阶段，第一阶段从一个大气压抽至果蔬初温所对应的饱和水汽压力。这个过程真空泵主要是抽出空气，果蔬的温度变化不大。第二阶段，由初始温度对应的饱和蒸汽压力至终温所对应的饱和蒸汽压力。随着压力下降，水汽不断蒸发，直至达到所需的温度，整个冷却过程结束。真空预冷
23、的特点：（1）降温速度快 一般叶菜从常温降至冰点以上所需时间大约在30分钟以内。（2）温度均匀 经真空预冷后的蔬菜其中心温度和表面温度一致，对于果蔬延长保鲜期十分重要。（3）处理量大 由于预冷速度快，因而蔬菜的处理量大，可根据实际需要选定不同的预冷设备。最大型的真空预冷设备每小时预冷叶菜可达8吨左右，日处理可达100吨左右，完全可以满足大批量生产的要求。（4）经真空预冷处理过的蔬菜清洁卫生度高 在真空处理过程中可杀死蔬菜叶、茎部分的昆虫小动物从而提高蔬菜的卫生标准（5）真空冷却能保持食品原来的色泽和形状失重只有2%左右，而一般风冷损失可达15%左右，并因此产生萎蔫现象。1.5 本课题的设计对象
24、设计以10000kg/天、处理量500kg/次为例，介绍了真空预冷装置各主要部件的设计方法，其中主要是真空预冷室的设计方法。蔬菜的采摘、储存、运输过程中的保鲜一般都是采用冷藏方式。储存和运输环节的冷藏已经有比较成熟的设备，但田间采摘后到冷库过程的冷藏还未有相应的设备。为此，我们试图将蔬菜进入冷库前的真空预冷技术应用到蔬菜采收的过程中，形成蔬菜真空预冷室的设计理念。随着生产力的发展，人们生活水平的提高，对蔬菜质量的要求就会越高。我国由于受设备条件及成本的限制，蔬菜加工贮藏中很少采用真空预冷工艺，而在欧美日等发达国家，为获得高品质的蔬菜，已把真空预冷作为蔬菜采摘后的第一道工序。与之相比，我国还有一
25、定的差距，真空预冷工艺已被提到议事日程，真空预冷装置具有潜在的市场效应。本文阐明了果蔬真空预冷装置的原理、组成、特性及优点；给出了基本设计参数的确定方法及计算公式，可供专业人员设计参考。- 9 -第二章 真空预冷装置- 9 -第二章真空预冷装置第二章 真空预冷装置2.1真空预冷装置的组成真空预冷装置主要由真空车厢、捕水器、真空泵、制冷机组等部件组成。捕水器即冷槽是为了使蒸发了的水蒸气凝缩，由冷却盘管和作为冷源的制冷机组成。搬运装置由托盘填塞机构、位置修正机构及连接内部辊式传送机的连通传送机组成。视规模不同而分别采用自动或手动方式。控制系统由监视和控制整个真空预冷装置的仪器仪表组成，以使整个装置
26、在最佳情况下运行。图2-1 为真空预冷装置的系统图2.1.1真空容器真空室是真空设备的主要部件之一。真空设备的生产工艺过程都是在真空室中进行的。真空室中装有不同的部件，可以完成各种不同的工艺要求。如真空室中有蒸发金属的部件，就可以蒸镀金属薄膜。各种真空设备的真空室尽管完成的工艺过程各不相同，但大多数真空室都是由筒体、封头、门、冷却水套、法兰、管道等组成。由于使用要求不同，真空室有圆筒形、圆锥形、盒形等。大多数的真空室是圆筒形的，原因是制造容易且强度好。真空室除采用板材制造外，对于直径较小的真空室亦可用热轧无缝钢管制造。圆筒体焊制后应进行整形和矫治。根据需要，真空室可以做成立式的或卧式的。真空容
27、器是用来收容果蔬产品的器具，设有自由辊传送器、链条传送器等装置。目前普遍使用的冷藏车厢材料有多种，即硬质聚氨脂泡沫、硬质聚苯乙烯泡沫、不锈钢等。我们采用不锈钢结构，工艺简单，结构结实，耐腐蚀，真空度要求高。各种材料适用的真空度见下表。表2-1 各种材料适用的真空度材料压 力 范 围（pa）1010钢铁、铸铁、铸铝轧铜及其合金镍及其合金铝好好好好好好好好好好好不好好好需除气后不好需除气后 好用不锈钢不好用不锈钢好不使用经过除气后玻璃、石英好好除气后仅厚壁的好好陶瓷云母橡胶电木（胶木）好好好好好好好专门型号专门类型不使用不好不使用经过充分除气后除气后专门型号不好仅聚四氟乙烯2.1.2 捕水器捕水器
28、又称冷槽，冷槽通过制冷机的冷却作用把蔬菜蒸发出的水蒸气再冷凝成水而排除。因为使用真空泵直接抽走水蒸气会使水蒸气溶于润滑油中，使润滑条件恶化。加大磨损和油耗，且泵体缝隙的密封性变差，降低真空泵的性能，所以必须通过冷槽，用水的形式收集水蒸气，防止水蒸气进入真空泵，只把非冷凝性气体通过真空泵排气。另外若直接由真空泵抽走水蒸汽则需要真空泵具有巨大的排气量。仅1g水在压力p条件下成为蒸汽时则容积为式中V水蒸气容积，L/gT操作状态的绝对温度，Kp操作压力，133.32Pa各压力状态下，1g水变成水蒸气所占容积见下表。表2-2 1g水变成水蒸气所占容积温度()压力(Pa)容积(L/g)温度()压力(133
29、.32Pa)容积(L/g)2017.5357.967.01137.91815.4865.146.10157.31613.6373.525.29180.11411.9982.904.58206.61210.5373.6-23.88242.0109.21106.5-43.28284.188.05120.9-62.77334.0例如：当P=533Pa(4mmHg)时，V=236L/g。如此大的排气量对实际装置既不经济又不能保证短的时间。冷槽的冷却盘管的表面温度t1应比相当于容器内操作压力p2的饱和温度t2低，即：相当于盘管表面温度的饱和压力必须保持低于操作压力。然而，如果操作压力降低，则粘性流向分子
30、流转化，无论如何降低t1也不会使水蒸气的捕集率上升很多。试验表明，当p1/p2=0.55时水蒸气捕集率可达最大值，例如，操作压力p2为813.3Pa(6.1mmHg)时，p1=0.556.1=488Pa(3.36mmHg)则冷却盘管表面温度t1=3.7为适宜。即使t1再低于此温度对提高水蒸气捕集率也没什么意义。冷槽的冷却盘管多采用光滑管，少用翅片管。其传热系数k可采用12003300KJ/mh。盘管的传热面积式中F传热面积，mQ冷却传热量，kJ/hk传热系数，kJ/mh传热温度差，2.1.3 真空泵真空泵为真空系统的必备部件，选用时应根据不同规格的真空预冷装置及具体情况进行确定，如旋片真空泵组
31、，水环增压泵组，水蒸气喷射泵组等。真空车厢用真空泵排气，当室内压力达到蔬菜的饱和蒸气压时，来自蔬菜的水分，开始迅速蒸发，蔬菜被蒸发潜热冷却，这种蒸发水蒸气经由冷藏机组冷却的蒸发器，95%的水蒸气被凝结成水而被除去。真空预冷室装载蔬菜后，为了保持蔬菜的新鲜度，可以等收集了一定重量的蔬菜(约以500kg为单位)，便装车真空预冷保存，过一段时间后等另一些蔬菜收集完后再装车保存，直到装满，这样可以更有效、合理地充分利用资源。抽气时间可按30min内抽到预定真空度来计算泵的抽气速度，从而选择泵的大小。若按10min来计算则需要较大功率和体积的真空泵和相应较大的动力装置；另一方面燃油消耗大，总车的生产成本
32、增加，这都会引起不必要的资源浪费。2.1.4 制冷机组（1）基于真空预冷室的特点，本设计选用独立发动机式的机械压缩机制冷机组。对于小型间歇式或连续式真空预冷装置，制冷机组应选择水冷或风冷氟利昂制冷机组，考虑我国的气候一般选择氟利昂风冷机组。（2）制冷机组的制冷量计算以每次处理量为500kg蔬菜为例说明设计原则。根据实验，蔬菜的水分每蒸发1%，温度下降5.5。设水的蒸发潜热为0.7kW/kg，则冷冻机的热负荷Q可用下式计算：式中：T蔬菜起始温度()；30T蔬菜最终温度()；3W蔬菜的重量(kg)。500kg2.1.5 制冷量校核制冷机组的选择方法除了计算法，还有类比法。类比法就是参考同类级别冷藏
33、汽车的制冷量作为本车制冷机的选择依据。类比的要素有隔热车厢的容积、总传热系数及漏气倍数等影响车厢制冷负荷的参数。此方法不能十分准确地计算出制冷量，只是做大概的判断，具有一定的局限性。漏气倍数是隔热车厢每小时泄漏的空气体积与车厢容积的比，反映了隔热车厢的气密封性能。漏气倍数越小，车厢密封性就越好；反之，车厢的密封性就差；漏气倍数对车厢的总传热系数有较大的影响。对一般隔热车厢来说，车厢漏气对车厢总传热系数的影响为10%，而对密封不好的车厢，则可能达到30%，甚至更多。因此，选择制冷机时要考虑漏气倍数的影响。另外，还可以通过计算冷藏汽车隔热车厢的热负荷来校核制冷机组的制冷量，从而选择合适的制冷机组。
34、在进行热负荷计算时，首先要计算隔热车厢的平均传热系数。1)隔热车厢平均传热系数的计算隔热车厢的各隔热厢壁(前、侧、顶、底和后门)除骨架部分外，均由内外蒙皮和隔热层组成，可以看作是材质均匀的多层壁，作为只有一个热量方向的单元热流体计算其传热系数。而骨架区域部分的传热系数可采用热流法和有限差分法求得，但这种方法计算较繁杂。在实际工程应用中，可采用简化的方法计算车厢的平均传热系数，即把隔热车厢的各隔热厢壁看作是没有骨架的由内外蒙皮及隔热层组成的多层结构来计算其传热系数，再根据车厢骨架的多少，乘以车壁传热结构系数而求得。2)冷藏汽车隔热车厢的热负荷计算使用时，其隔热车厢的热负荷有以下几项：a)车厢壁传
35、递的热量Qa；b)车厢缝隙泄露传递的热量Qb；c)太阳辐射的热流量Qc；d)车厢内装载货物的发热量Qd；e)开门时传入的热量Qe；f)车厢内照明灯、风机等产生的热量Qf.因此，冷藏汽车在运输中的制冷热负荷Q应是上述各项热量之和，即Q=Qa+Qb+Qc+Qd+Qe+Qf2.1.6 发动机的选择真空泵与压缩机的动力取于专用发动机。对于机械冷冻循环方式，需要压缩机转速一定，故多采用专用发动机方式。可根据压缩机的功率、真空泵的功率以及总传动效率为0.9来计算选择发动机的总输出功率。2.1.7 控制系统为了使真空预冷装置能正常运行，需设置真空计、温度指示调节计、压力计、电流计、电压计等控制仪器仪表，并把
36、它们装在操作控制仪表盘上。按照预定的日程表及操作程序，可以完成多种模式的真空冷却作业。如采用微型计算机及定序器等则可实现全自动运行。2.2 真空预冷装置的运转方式真空预冷装置的运转方式有串联式、均压式及连续式三种。可根据其特性及实际需要而分别采用。2.2.1 串联式串联式真空预冷装置具有一台真空容器，冷却同搬入搬出呈串联状态，如图2-2所示，其工序如下。搬入(8min)减压(10Pa410Pa，12min)冷却(410Pa810Pa，10min)搬出(8min)。由于只有一台真空容器，所以必须在结束全部搬出工作之后，下次的搬入才能进行。此种形式系统最简单，但周转所需时间较长，作业效率较低。2.
37、2.2 均压式此式具有两台真空容器，如图2-3所示。在对No.1真空容器进行冷却时，把果蔬产品搬入No.2容器内。在No.1容器冷却完毕时，打开均压阀，使No.1和No.2容器均压，No.2容器的排气初期压力不是大气压而是均压压力，这样可以缩短排气时间，节约电力、节省能源，冷却与搬入搬出交替进行，提高了作业效率。但冷却运转时，会使真空泵闲置。图2-2 串联式真空预冷装置V.C.真空容器 C.冷槽 P. 真空泵 R.冷冻机图2-3 均压式真空预冷装置V.C. 真空容器 C.冷槽 P. 真空泵 R.冷冻机图2-4 连续式真空预冷装置V.C. 真空容器 C.冷槽 P. 真空泵 R.冷冻机图2-5 连
38、续式真空预冷装置的运行程序2.2.3 连续式此式不使真空泵闲置，并能实现连续运行，如图2-4所示。此种方式将延长果蔬水分开始蒸发的时间，形成水分的急剧蒸发。其运行程序如图2-5所示。为实现连续运行，各工序都要给予足够时间，各工序都要有严格的时间限制，才能保证自动顺畅地按工序连续运行。2.3 喷雾式真空预冷前已述及，真空预冷是靠蒸发果蔬自身的水分而达到降低其温度的冷却方法。这对于单位质量表面积较大的叶菜类果蔬特别有效，而且冷却速度远大于其它预冷方法。然而，对单位质量表面积较小的果菜类和根菜类来说，冷却效果不太理想。一方面是由于果蔬表面由于水分蒸发降低温度后，果蔬内部热导系数较低，使其内部温度很难
39、在较短的时间内降下来，而且，低压压力较难向食品内部渗透，果蔬内部不能象叶菜类果蔬那样得到迅速冷却因此，这就涉及到果蔬预冷方法的选择原则问题，适宜的方法应是食品面的传热速率与其内部传热速率相当。对于果菜类果蔬和根菜类果蔬来说，如果勉强用普通真空预冷方法冷却，必将造成冷却速度提高不大、干耗迅速增加、果蔬质量严重降低的后果。因为真空预冷是靠水分蒸发而冷却的，在相同的时间内，与其它预冷方法相比，真空预冷方法的干耗最大。为了保持真空预冷冷却速度快的优点，又要克服其时间长、干耗大的弊端，在果蔬表面加水，让其代替果蔬水分蒸发，这就是真空加水预冷技术。它是通过真空室中的喷淋装置向果蔬喷水，抽真空时水分蒸发吸热
40、对果蔬进行间接冷却的方法。加水过程又分抽真空前预加水和抽真空中加水两种方法。试验表明，后一种加水方法的冷却效果高于前一种加水方法，特别是对番茄的冷却效果更为明显。在这种方法中，喷水时刻是在真空室压力约为1.33Pa时，喷水多次，每次约10s。图2-6为美国真空加水冷却装置实例，喷雾时间，视品种不同可持续56min，真空加水的冷却效果高于不加水和预加水的冷却效果，特别是蕃茄真空加水预冷，效果明显。图2-6 喷雾式真空预冷装置2.4 真空预冷装置的特性果蔬真空预冷靠蒸发产品本身的水分来达到规定的冷却温度。冷却时间因产品的种类、部位的不同而不同，一般可为2030min。冷却放热量、冷却温度差同蒸发水
41、量成正比，如式(1)所示 （1）式中Q冷却放热量，KJ/h G1蒸发或冷凝水量，kg/h r水的蒸发潜热或冷凝潜热，KJ/kg t冷却时间，h cp果蔬定压比热，KJ/ kgG2果蔬冷却处理量，kg/ ht1果蔬初温， t2果蔬终温，实际运行中，水分随容器内压力变化而快速蒸发，热负荷是变化的，呈非稳态负荷，加上浸入热，动力热，则(1)式应扩大20%，为Q=1.2 (2)试验表明，果蔬品温下降1，可蒸发0.18%的水分，真空预冷几乎不受初温的影响，放入初温不同的产品，冷却完了时，均保持相同的终温。图2显示了莴苣真空预冷和湿球温度的关系。最初ts急剧下降，5min时达最低，在6min以前快速上升，
42、再下降。容器内压力达到果蔬饱和蒸气压时，水分开始蒸发。此点为闪点(flashpoint)，产品闪点以后被缓慢冷却，品温下降。冷却完了时，品温和湿球温度差为12。当果蔬具有包装时，如果包装物开设孔洞，则水分蒸发而产生的水蒸气可以由孔洞溢出，不妨碍真空预冷。总之，经真空预冷的果蔬具有如下特点：鲜度和味觉好，市场价格高，有利销售。冷却速度快，一般只需2030min，且与收获的时间无关。如用冷藏库冷却则需1012h，且只能处理早上收获的果蔬。冷却均匀，迅速、清洁。去除的水分仅占重量的2%3%，故重量基本不减，且因处理的时间短，不会产生局部干枯变形。即使在雨中收获的果蔬，表面的水分也在真空状态下被排除，
43、胡萝卜等水洗过的蔬菜同样可排除表面的水分，输送过程中不会引起损伤。真空预冷的果蔬，由于鲜度保持时间长，适合较长时间贮藏及长途运输，具有广阔商业前景。2.5 经济性分析采用真空预冷保存蔬菜，不但速度快，其鲜度也会比其它的方式大幅度地提高，其经济效益是很可观的。目前世界上已有40多个国家正受益于真空预冷设备，许多超市、高档酒楼已摆上了真空预冷和气调保鲜的水果、蔬菜，甚至花店出售的鲜花也采用真空预冷处理。我们的改装设计是在普通轻型载货汽车底盘上改装而成的，载货汽车售价为5万多元。田间真空预冷车的真空车厢采用聚苯乙烯隔热夹心板拼装，每平方米要150元左右，制造安装整个车厢大约要5000元，一个小的单缸
44、柴油机售价约为1200元，真空泵的售价约为3500元，运输车制冷机组的售价约为3万元，总共大约要4万元的材料费，另外还要一些人工费和杂费，估计一个真空预冷室要4万多元。也就是说制造一个真空预冷装置的价格约为10万元人民币。但是随着改装技术的成熟和对专用车辆需求的不断扩大，相信以后的成本会大幅下降。同时有了真空预冷车，农民、企业和个人均将从中受益，其经济效益是很可观的。2.6 对发展我国真空预冷技术和设备推广的建议果蔬在真空状态下靠内部水分蒸发吸热使自身冷却，这是真空预冷的基本机理。然而，果蔬内部的传热传质过程的规律才是设计高效节能真空预冷设备的基础。应该用数学方法，通过建立能量转换、质量传递方
45、程，揭示果蔬内部温度随时间的变化关系、水的蒸发速率随时间的变化关系，因为它是为真空预冷装置选择机组和真空设备的先决条件，也是对装置实施节能控制的基础。真空预冷设备由于其自身的特点不能进行连续生产，生产效率较低，造成能效比偏大。而且，生产过程中无论是制冷负荷还是抽空负荷变化较大。因此，应考虑引入恰当的能量调节方法，比如变频能量调节技术，使制冷设备和真空设备的负荷适应负荷的变化要求，实现设备的节能并减少设备的配置数量，简化操作程序。优化设备的配置，实施合理可靠地程序控制，使设备接近连续生产方式，提高生产效率。我国是一个农业大国，现在每年的果蔬产量达2亿多吨，推广真空预冷设备应该说没有问题。但是预冷
46、果蔬对广大城乡居民来说还是一个新鲜事物，必须加强科技宣传力度，使人们真正认识预冷果蔬的优点，这是打开预冷设备销售市场的前提，因为销售市场的繁荣也是促进设备本身技术发展的一个强大动力。另外，由于真空预冷设备价格较高，对于我国这样的发展中国家，应借鉴日本的经验，采取国家、当地政府、果蔬生产基地三方投资的方式，以缓解资金的困难，形成良性循环。我国幅员辽阔，各地季节差异较大，优先发展移动式的真空预冷装置，可提高装置的利用率，尽快收回投资。20第三章真空室的设计第三章 真空室的设计3.1 概述真空室是真空设备的主要部件之一。真空设备的生产工艺过程都是在真空室中进行的。真空室中装有不同的部件，可以完成各种不同的工艺要求。如真空室中有蒸发金属的部件，就可以蒸镀金属薄膜。各种真空设备的真空室尽管完成的工艺过程各不相同，但大多数真空室都是由筒体、封头、门、冷却水套、法兰、管道等组成。由于使用要求不同，真空室有圆筒形、圆锥形、盒形等。大多数的真空室是圆筒形的，原因是制造容易且强度好。真空室除采用板材制造外，对于直径较小的真空室亦可用热轧无缝钢管制造。圆筒体焊制后应进行整形和矫治。根据需要，真空室可以做成立式的或卧式的。圆筒体的内径D建议选用表8-7中的数据。表3-1 圆筒体内径D单位（mm）400 （450）