大型食品真空冷冻干燥设备的设计开题报告(94) - 图文

毕业设计(论文)开题报告

题目：大型食品真空冷冻干燥设备的设计

1 题目背景及研究意义 真空冷冻干燥是目前国际上最先进的食品保鲜技术。但冻干技术又有其致命的缺 点，就是冻干设备投资大，使用能耗高。同国外技术相比，国产冻干设备在生产效率、 使用能耗、冻干产品质量等一些关键性的技术指标方面仍有一定的差距。提高冻干设备的生产效率、降低其使用能耗是国产冻干设备急需解决的关键问题。 2 大型食品冷冻干燥机的研究现状及发展前景 2.1 大型食品冷冻干燥机的研究现状 食品冻干机出现于20世纪50年代后期，其第一代产品与药品冻干机相似，制品装于托盘内，托盘置于搁扳上，搁板与托盘接触进行传热以提供升华热。由于固态食品是松散地堆砌在托盘内，在批量冻干生产时要均匀地装盘、均匀地接触传热是困难的。为了避免接触良好部位的产品局部过热，搁板的温度一般设定较低，因而要使制品的已干层内残留的斑斑点点的未升华部分得到干燥，就需很长的时间，此外在长圆1

筒内的搁板上装卸托盘也是很麻烦的。因此这时冻干食品的生产效率低，成本高。如何改善接触传热效率是这一时期食品冻干机竞争的焦点。 20世纪60年代中期由于除咖啡外的其他冻干食品的市场量很有限，食品冻干机的制造商们就把精力集中于产品单一、批量大的冻干咖啡的连续冻干机的开发上。针对托盘、搁板、接触传热方式的冻干机生产效率低、装卸困难的缺点，在20世纪60年代后期和70年代初期先后开发出振动筛式、旋转滚筒式和刮板式等连续食品冻干机。这些冻干机的共同特点是，制品进入干燥仓后，由振动筛、振动干燥床(或旋转多边形滚筒，或刮板)一边将制品搅拌，一边使之从入口缓慢地输送到出口，在搅拌和输送中干燥。 丹麦的Atlas公司认为，搅拌输送制品方式会造成至少1%以上的制品飞散损失，而且飞散损失的制品残留在冻干机内又会污染机器，破坏机器的工作性能。因此他们仍坚持托盘装制品，通过用移动托盘来输送制品的方式，成功地开发出CONRAD连续式冻干机，同对也开发出适于品种多样，批量不大的产品的RAY型批次式冻干机，这种形式的冻干机很快就占领了欧美市场，也进入到亚洲和其他地区。后来日本、韩国、中国和中国台湾地区等所生产的食品冻干机也都是托盘、辐射加热方式。 2.2 大型食品冷冻干燥机的发展前景 无论是国产还是国外引进的冻干设备，其相同缺点是价格高，能耗高，投资收回慢。降低成本，减少能耗是冻干机今后的主攻方向。因此，冻干机的研究方向和发展趋势应该是： (1) 改进结构、优化设计、降低成本、减少能耗。国外有些冻干机不采用不锈钢制造，而采用低碳钢涂覆食品用可烘干树脂，涂层厚度为0.12-0.20mm，在室温下会发出红外线。加热搁板表面涂高性能远红外发射材料，增强辐射能力；料盘表面处理，增强其吸热能力。 (2) 保证质量，提高性能。有的厂家生产的冻干机自安装好之后，一直不能投入正常生产；有的冻干机虽然能生产，但能耗太高，产量越大，赔钱越多；还有的冻干机不断出现故障，影响正常生产。因此，冻干机的质量必须保证，可靠性要提高。要提高冻干机的性能，除了保证加热速率、抽气速率、温度均匀性、真空度稳定性之外，还应增强设备新的功能。 (3) 开发连续式冻干设备。目前生产的冻干机大多是间歇式的，随着工业技术的发展，人民生活水平提高，冻手产品的消费量会增大，因此发展连续式冻干设备、增加冻干产品的产量是必然趋势。 (4) 提高卫生标准。近年来西方国家在食品生产企业开始推行HACCP系统(Hazard Analysis Critical Control Point)，对食品设备消毒杀菌，卫生管理等提出了严肃的要求。因此，日本许多厂家纷纷将原有镀锌钢板的干燥仓改为不锈钢干燥仓，因为在向干燥

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仓通蒸气进行灭菌的过程中，镀锌层会与60～80℃湿热蒸气发生反应生成微粉，污染食品。 3 研究的主要内容 设计一台大型真空冷冻干燥设备，冻干面积为50m2。要研究的主要内容：有干燥室箱体的选型，干燥室要设计搁板，确定隔板的结构，干燥室外需要设计绝热结构，捕水器的结构及其余零部件的设计。要求干燥室最好能加清洗装置和消毒装置。 4 拟采用的研究的方案 大型真空冷冻机按结构可分为干燥室、捕水器、制冷机、真空泵和阀门、电气控制元件等几个部分。它主要有两种类型：一种是冻干合一型，一种是冻干分离型。前者是将冻干装置置于干燥仓内，干燥过程在干燥仓内一次完成，这种形式减少了冻结食品的运输，但干燥仓内应合理设计干燥搁板、加热板、制冷装置的关系，且对干燥仓需要保温；后者是食品冻结与干燥过程分开进行，将冻结好的食品放入干燥室内进行干燥，干燥室内不含制冷装置，可简化干燥仓的结构。本文设计的是冻干分离型。设计的主要部分是干燥室，捕水器。大型冻干机多数带有液压封盖系统，搁板是活动的，采用间冷间热式，使用冷媒（液氨，氟利昂-12，四氟乙烷）与热媒（热水、蒸汽，空气）。冻干室和捕水器的制冷系统分成两套，在冻干室中设有搁板，用来搁置冻干的物料。加热通过搁板进行，按照热量的提供方式不同，加热有直接加热和间接加热两种形式。捕水器用来凝结物料升华产生的水汽，一般用管道和干燥室相连，凝结温度要求-40℃以下，捕水器的制冷系统制冷量应大于制冷系统的制冷量，温度应低于干燥室制冷温度。真空系统是为了保持干燥室和捕水器中所必要的真空度，并抽出连接管道及阀门处泄漏入系统的空气及不凝性气体。 5 研究的方法或措施 通过对冻干机中各个系统的分析，对其中的干燥室、捕水器和各个零部件的结构设计和理论的分析计算，确定设计所需要选用的各个零部件，（1）干燥室要设计其大小、形状等；（2）捕水器的大小及其形状；（3）整体的方案结构等等。根据理论和实际相结合设计出符合本课题要求的冻干机。整体方案设计图暂定，如图1所示： 3

1—蒸汽源 2—循环水泵 3—干燥室 4—阀门 5—捕水器 6—膨胀阀 7—冷凝器 8—制冷压缩机 9—热交换器 10—真空泵 11—加热调节阀 12—恒温循环水罐 13—冷却换热器 14—冷却调节阀 15—蒸汽加热器 图1 冷冻干燥整体结构的示意图 工作原理：在冷库中将物料冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后将经过前处理的预冻物料装入干燥室内，在低温真空状态下，由加热板导热或辐射方式供给热能，使物料中的水分直接由冰升华成水蒸气。不断升华出的水蒸气，由真空泵组抽至捕水仓内，在一40℃左右的排管外壁上凝结。直至按冻干曲线达到规定的要求而停止供热和抽真空，完成物料冻干全过程。当物料冻结后，对搁板加热使之内部水分能够直接升华，捕水器将冻干室内的水蒸气捕捉使之结霜在捕水器上，余下的气体经真空泵抽出。 7 前期已开展工作闰土机械外文翻译成品某宝dian （1）查找和阅读大量国内外相关资料，明确研究课题的相关内容。 （2）拟定论文大纲，明确论文的基本分析框架和写论文的思路。 （3）对所搜集到的资料进行整理和归集。 8 完成本课题的工作方案及进度计划 第1-2周： 查找资料，熟悉课题；写开题报告。 第3-8周： 总体方案的设计，各零部件的计算、分析和选择。 第6-9周： 完成装配图。 第10-13周：完成零部件的图。 第14-18周：完成论文及翻译，准备答辩。 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日

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