西瓜汁冷凍濃縮冰晶生長動力學研究及設備的優(yōu)化擴大.pdf

1、本文以西瓜汁為試驗原料,系統(tǒng)地研究了冷凍濃縮結晶強度及冰晶純度的影響因素、多級冷凍濃縮的冰晶生長動力學,從而確定冷凍濃縮終點、建立了多級冷凍濃縮動力學方程,并進一步了解冷凍濃縮過程中冰品質量生長及能量傳遞的變化規(guī)律,在此基礎上建成冷凍濃縮中試裝備,并通過對中試裝備的總傳熱系數(shù)、冷量效率較為系統(tǒng)的分析和計算,為冷凍濃縮裝備的進一步改進提出了建議。本文所開展的研究簡介如下:
　　 1.以西瓜汁為試驗材料,研究冷媒溫度、果汁濃度、取冰

2、時間及刮刀轉速對冷凍濃縮結晶強度和冰晶純度的影響。結果表明:冷媒溫度必須與果汁冰點達到一定的溫度差才能形成冰晶。冷媒溫度對冷凍濃縮結晶強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℃;冷凍濃縮結晶強度和冰晶純度隨著果汁濃度的提高而不斷降低;適時地取出果汁中的冰晶,對提高冷凍濃縮的工作效率是很有幫助的,取冰時間以25 min到30 min為宜;選擇合理的刮刀轉速,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、刮刀轉速為:60 r/min到105 r/min之間。
　　 2.通過研究冰點曲線和凍結率曲線來確定西瓜汁的冷凍濃縮終點,并對西瓜汁進行多級濃縮,按照擴散學說的原理,引入冷凍濃縮冰晶生長動力學模型加以驗證和研究。結果表明:隨著濃縮級數(shù)的提高,冰晶生長動力學模型的系數(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量和能量傳遞的阻力,使冰晶生長速度變慢。
　　 西瓜汁一級冷凍濃縮動力學方程為:dmi/dt=0.0373m

4、i(1-mi/mi,max)1.0333,二級冷凍濃縮動力學方程為:dmi/dt=0.0311mi(1-mi/mi,max)0.9994,三級冷凍濃縮動力學方程為:dmi/dt=0.0301mi(1-mi/mi,max)0.9717。
　　 3.對冷凍濃縮制冷系統(tǒng)和果汁冷凍系統(tǒng)進行合理的計算和設計,建成冷凍濃縮中試裝備,并對中試裝備的總傳熱系數(shù)和冷量效率進行計算。結果表明:在冷媒流量為0.317 m3/h～7.405 m3/h范