吉林大学食品工程原理第六章第三节分解.ppt

第三节 冷 冻 冷冻是利用制冷产生的低温源使产品从常温冷却降温，进而冻结的操作过程。 制冷是利用制冷剂物理状态改变时产生的冷效应获得低温源的操作过程。 食品的冻结方法大致可分为空气冻结、浸泡和喷雾冻结、接触冻结等。 一、制冷基本概念和原理 （一）机械压缩制冷 1.制冷循环 制冷剂在低温低压液体状态时吸热达到沸点后蒸发成为低温低压蒸汽，蒸发成气体的制冷剂在压缩机作用下成为高温高压气体，此高温高压气体冷凝后成为高压液体，高压液体经过膨胀阀后变成低压低温液体，再度吸热蒸发构成了冷冻机的制冷循环。 概念补充 焓：热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，常用符号H表示。数值上等于系统的内能U加上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。 熵：表示物质系统状态的一个物理量(记为S)，在可逆微变化过程中，熵的变化等于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比，可用于度量热量转变为功的程度。 对于理论循环，离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽；离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是冷凝压力下的饱和液体； 等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程； 等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压过程； 等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值相等； 等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失。 1-2 在压缩机中压缩（等熵过程） 2-2’ 在冷凝器中冷却（等压过程） 2’-3 在冷凝器中冷凝（等压等温过程） 3-4 在膨胀阀中节流降压（等焓过程） 4-1 在蒸发器中沸腾蒸发 （吸热等压等温过程） 2. 制冷能力 制冷能力是指在一定的操作条件下，单位时间制冷剂从被冷冻物取出的热量。 1冷吨相当于24h内将1t 0℃的水冷冻成同温度冰所放出的热量。 3.直接制冷与制冷剂 制冷循环中，如果制冷剂吸热的蒸发器直接与被冷物体或被冷物体周围环境进行换热，称为直接制冷。 制冷装置中不断循环流动以实现制冷的工作物质称为制冷剂或制冷工质。 常用制冷剂 4. 间接制冷与载冷剂 间接制冷是指用廉价物质作为媒介载体实现制冷装置与耗冷场所或机台之间的热交换，这种媒介载体工质称为载冷剂，也称冷媒，它起着将制冷装置制冷剂在蒸发器内所产生的冷量传递给被冷却物质或工作场所的媒介作用。 常用的载冷剂有水、无机盐水溶液及有机物水溶液。 常用载冷剂 （1）水 水是一种很好的载冷剂。水的冰点高，只能用于载冷温度在0℃以上的场合，如空气调节等。在葡萄酒生产中，可用作发酵冷却系统的载冷剂。 （2）无机盐水溶液 无机盐水溶液具有较大的比重和比热，载冷量大，凝固点较低，是一种应用较广的载冷剂，多用于中低温制冷系统，常用的有氯化钙、氯化钠、氯化镁的水溶液。 无机盐水溶液中含有氯离子，对金属具有较强的腐蚀性。不锈钢对氯离子非常敏感，当氯离子含量高时会引起应力腐蚀。 （3）有机物水溶液 常用的有机物水溶液有甲醇水溶液、乙醇水溶液、乙二醇水溶液等，它们都可用作葡萄酒生产中的载冷剂。甲醇和乙醇具有燃烧性，使用时应采取防火措施。 由于乙二醇的比重和比热大，载冷量大，无燃烧性及腐蚀性，使用安全，应用普遍。 （二）非机械压缩制冷 1.融解和溶化制冷 2.固体升华制冷 3.液化气体制冷 最大冰晶生成区 大部分水分是在靠近冰点的温度区域内形成冰晶体的，而到了后期，结冰率随温度而变化的程度不大，通常把水分结冰率变化最大的温度区域称为最大冰晶生成区，此温度区域对应的温度约在-1~-5℃之间。 2．冻结食品质构的变化 冻结过程如果以较快速度完成，则水分重新分布、造成组织破坏的程度将得到缓和，解冻时能最大程度地保持未冻食品的组织状态。 一般以冻藏为目的冻结宜用快速冻结手段。 三、食品冷冻的方法和装置 （一）空气冻结法 用空气作为载冷剂，接受来自制冷剂的冷量，将其传给与载冷剂直接相接触的食品的冻结方法。 尽管空气的导热性差，表面传热系数也小，从而冻结速度慢，但空气随处可得，对食品和机械材料无害，所用设备相对比较简单，因此仍然是目前应用最广的冻结方法。 食品表面的水分会向空气中蒸发，随后又在制冷系统的蒸发器