【摘 要】
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冷冻干燥设备作为食品行业高端加工技术之一,其应用得到了高度关注。但传统冷冻干燥设备应用中能耗较高,且采用间歇式生产,生产效率亟需提高,其推广应用受到了极大制约。冷冻干燥设备中冷阱和加热板是影响能耗与产品品质的主要部件单元,目前对冷冻干燥设备应用中的传热强化和系统优化的研究有待深入。本文主要针对大型食品加工的冷冻干燥设备,对冷阱和加热板进行研究与分析,提出减少能耗和提高生产效率的工程方案。冷阱和加热
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冷冻干燥设备作为食品行业高端加工技术之一,其应用得到了高度关注。但传统冷冻干燥设备应用中能耗较高,且采用间歇式生产,生产效率亟需提高,其推广应用受到了极大制约。冷冻干燥设备中冷阱和加热板是影响能耗与产品品质的主要部件单元,目前对冷冻干燥设备应用中的传热强化和系统优化的研究有待深入。本文主要针对大型食品加工的冷冻干燥设备,对冷阱和加热板进行研究与分析,提出减少能耗和提高生产效率的工程方案。冷阱和加热板的应用研究有两个关键点:（1）冷阱凝华霜层对盘管捕水传热的影响;（2）冷冻干燥过程中各接触面传热特点。对于这两项的研究,有关学者提出了一些理论算法,但难以在工程应用中验证并进一步改进和提升,亟需开展实证研究工作并指导大型冷冻干燥设备应用中冷阱和加热板的设计与优化。本文通过实测法较准确的测定生产过程中凝华霜层的密度及导热系数、接触面等效热阻变化范围及生产过程的能耗分布等,理论结合实际对冷冻干燥设备进行配置优化和技术改进。具体包括:通过研究计算,明确制冷设备2/3以上生产时间存在空耗现象,采用两套及以上冷冻干燥设备错峰搭配较合理;在系统内引入摄像头,使用霜厚度测量块,利用脱水量和排水量的瞬时数据和累积数据核对计算,测定生产过程中凝华霜层的厚度、密度及导热系数;通过研究计算,明确在大尺寸食品冷冻干燥设备上,应用交替式的冷阱配套满液式桶泵制冷系统,对比固定式冷阱配套直膨制冷系统更节能;采用交替式冷阱并结合低压蒸汽融冰技术,实现冷阱盘管加装翅片强化传热,比原光管节能8%以上;研究分析辐射式加热板传热的局限和效率提升的瓶颈,明确加热板与物料温差大是造成热能损失和品质下降的原因;通过采用着色法初步判断加热板与铝托盘等效热阻随工况变化规律,再经真空箱对等效热阻进行实际测量,得到等效热阻变化特性和参数范围;采用接触式加热板以导热方式传递热量,制定对应的工艺曲线,使冷冻干燥更节能且品质可控;开发可刺透干物质层对升华层温度进行测量的装置,获得动态实测数据,指导运行优化;改变传统间歇式生产的冷冻干燥设备,采用连续式生产,实现高效能源综合利用。
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