冷库系统设计.docx
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冷库系统设计
§8.库房设计
库房:
制冷装置把“冷量”传递给食品的场所。
库房按用途分为:
冷却间、冻结间、冷却物冷藏间、冻结物冷藏间、贮冰间(冰库)、冷包装间。
库房设计是整个冷库设计的重要组成部分,其质量好坏关系到产品的冷加工质量和干耗,从而直接关系到冷库经营的经济效益。
库房设计内容:
冷却设备的布置及冷间的气流组织。
§8-1冷却间
一、对象
肉类(白条肉)、果蔬、蛋品。
二、作用
抑制微生物生长:
常温迅速降温降至接近冰点,以保证食品质量。
预冷:
常温食品进入冷却物冷藏间前,以免库温波动。
三、设计参数
(一)肉类冷却间+35℃+2~4℃
设计温度:
±0~-2℃(肉汁冻结点-0.6~-1.2℃)
相对湿度:
90%
空气流速:
1~2m/s,空气循环次数50~60次/小时。
冷却时间:
20小时左右(随胴体大小,厚薄而不同)
(二)果蔬冷却间中心温度+5℃
设计温度:
0~5℃
相对湿度:
85~90%
空气流速:
0.5m/s
冷却时间:
24小时
(三)鲜蛋冷却间蛋温+4℃
设计温度:
±0℃(鲜蛋白的冻结点:
-0.5℃)
相对湿度:
75~80%
空气流速:
0.5m/s
冷却时间:
24~28小时(缓慢降温),每隔1~2小时降1℃。
四、气流组织与设备布置——以肉类冷却间为例
(一)肉类冷却间尺寸
长12~18m,宽6m,高4.5~5m。
(二)冷却设备
落地式冷风机
吊顶式冷风机
(三)布置与气流组织
1、落地式冷风机:
采用纵向吹风,用大口径短风管送风,喷
风口分单喷口和双喷口两种,风口以圆形为宜。
见教材P152页,图6-1。
2、吊顶式冷风机:
采用档风板配风形式,如图。
无开孔档风板配风
开孔档风板配风
§8-2冻结间
一、对象
易腐食品的冻结加工
二、作用
将食品进行冻结加工,使其温度被迅速降至冰点以下,抑制微生物的活动,延长食品的贮藏期。
三、设计参数
设计温度:
国内-23℃,国外-30~40℃或更低。
空气流速:
3~5m/s(强制循环)
吊挂白条肉:
20小时
加工时间盘装鱼类:
10小时
吹风式搁架:
20~48小时
四、设计要求
(一)冷却设备力求简单,使用方便,常用吊轨、搁架。
(二)要求温度场和速度场均匀,缩短冻结周期,提高质量。
(三)采用机械化或自动化装卸手段,缩短操作时间,减轻劳动强度。
五、设备布置与气流组织
(一)白条肉冻结间纵向吹风
落地式冷风机
冷却设备横向吹风
吊顶式冷风机:
垂直下吹
1、纵向吹风:
见教材P159页,图6—9。
冷风机布置于冻结间的一端,在吊轨上面设档风板,档风
板与楼板间形成吹出冷风的通道。
无开孔档风板:
端头留出空隙——路径长,不均匀,图(a)。
开孔档风板:
沿着平行于吊轨方向开长孔——均匀,图(b)。
□档风板与楼板间距:
≮800mm
□档风板应设有人孔(1×0.8m2)
□适用于6×(12~18)米,15~20t/日,冷加工时间
20h的。
2、横向吹风:
见教材P160页,图6—10、6—11。
冷风机布置于冻结间的一侧,设档风板,档风板沿吊轨方
向开长缝。
□空气流通路径短,库温、速度均匀,但阻力大。
□适用于宽6米,长度不限的。
3、垂直下吹:
见教材P161页,图6—12、6—13。
采用吊顶式冷风机,沿着长度方向布置,不设档风板。
□空气流程短,温度均匀,冻结速度快。
□注意融霜水排放、外溢、检修
□冷风机台数多。
(二)盘装、箱装食品的冻结间
盘装、箱装食品包括:
分割肉,剔骨牛、羊肉,家畜和水产
品等,这些食品的成型尺寸较整齐,多采用吊轨吊笼及搁架式排
管。
1、吊轨吊笼式
其气流组织要求与白条肉冻结间完全不同,白条肉冻结间
气流方向要求垂直向下或向上,以使冷气与胴体有最大程度的接
触,而盘装食品水平放置于吊笼上,要使气流沿盘的上、下表面
作水平流动,而且吊笼中上、下层盘之间间隙小,气流的阻力大,
因此,一般不采用纵向吹风,而采用横向吹风。
吊轨吊笼冻结间的吊轨一般为两股,如图。
轨道间距取决于吊笼的尺寸。
盘的规格
15Kg:
600×400×110
20Kg:
600×400×130
吊笼尺寸如图
(1)横向上吹风:
采用了档板和导风板使气流趋于水平均
匀分布,见教材P162页,图6—14。
(2)横向下吹风:
见教材P163页,图6—15。
2、搁架式排管冻结间
又称半接触式冻结间。
搁架式排管作为冷却设备,又兼货
架,由于直接接触,所以传热系数高。
(1)搁架排管的布置:
有三种方案,见教材P157页,
图6—5。
a方案——为小冷库
b方案——为中小冷库
c方案——为生产大批量
□设计要求:
采用D38mm无缝钢管制作,P157页,图6—6。
排管管子水平间距:
100~120mm
层高:
220~400mm
最低一层离地坪:
≮400mm
管架宽度:
800~1000mm(单面操作)
1200~1500mm(双面操作)
走道净宽:
≮1000mm
集管端距墙:
500mm
弯头距墙:
≮300mm
立柱距墙:
≮100mm
(2)搁架式排管的气流组织
自然循环:
热交换差,冻结速度慢。
吹风式:
目前常用的
吹风式按鼓风机安装位置不同,其气流组织有三种形式:
蝶型流吹风式
顺流吹风式
直角吹风式
1蝶型流吹风式:
见教材P158页,图6—7。
鼓风
机设在搁架排管之间通道上方,使风向上吹送到静压区后
沿挡风板下吹经侧面导风板,气流垂直均匀流过每层排
管,食品处于冷风回流区。
该方式较直角式风速小,通常采用轴流风机。
2顺流式:
见教材P158页,图6—8。
鼓风机设在
搁架的一端或两端,气流与排管平行,通常用轴流风机,
风速为3m/s。
该方式风速大、风阻也大,搁架侧面有风短路回流。
3直角式:
鼓风机设在搁架排管之间通道上方,风
朝墙侧吹,遇墙后沿挡风板下吹,侧面导风板开孔,气流
垂直吹过排管,回风沿对面墙回到风机。
该方式风速一般为1.5~2.0m/s。
§8-3冷却物冷藏间
一、对象
用来贮存果蔬、鲜蛋等鲜活的食品。
二、运货、承货工具
纸箱、木箱、箩框、麻袋。
三、设计参数:
按大宗食品的贮藏条件
设计温度:
±0℃
相对湿度:
90%
空气流速:
0.5m/s
四、设计要点
(一)必须采用冷风机作为冷却设备
(二)库内温、湿度要求稳定,温度、相对湿度、气流速度和空气成分基本一致。
φ:
90%±4%
t:
0±1℃
(三)需设置通风换气设备(具体要求后述)
(四)尽量选择可调冷量、风量的冷风机。
(五)保证货间空气的流通及防止冷间滴水。
五、气流组织及设备布置
(一)气流组织原则
温度均匀、流速适当(为0.5m/s),采用均匀送风道。
(二)冷却设备布置:
冷风机、送风道。
冷风机:
布置于靠近机房、库门一侧,以便缩短供液、回气、
冲霜给排水管道及操作管理、维修。
送风道:
布置于库房中央走道上方,其好处是:
1、使风管两侧送风射程相等,简化喷风口设计。
2、走道上不堆放货物,风管表面即使凝露滴水,也不会影响
货物。
3、利用中央走道作为回风道,提高库房利用率。
(三)送风道及喷风口设计
1、主送风道:
静压一致
采用截面为矩形,沿长度方向高度相同,宽度均匀地缩小
或分段逐渐缩小的形式,风管内风速:
首段6~8m/s,末端
为1~2m/s,这样用逐段降低流速方法(降低动压)以弥补
消耗的静压,使静压一致。
2、喷风口
圆锥形、条缝形、百叶窗形。
□具体设计计算参照《冷库制冷设计手册》
六、通风换气设施与加湿
(一)通风换气
1、设计要求:
(1)每天换气2~3次。
(2)冷间面积>150M2,宜采用机械通风。
(3)进入冷间的新鲜空气需经过处理(冷却或加热)
(4)进入口与排出口不宜设在同一侧,若为同侧,如图:
(5)排出口应设置保温启闭装置
2、进气设施
(1)新风管与冷风机连接,靠冷风机吸入。
接进风端(进入口)
接风机吸入段
(2)设置专用的送新风设备
满足不开冷风机时随时进行换新风。
3、排气设置
设排风设备
靠内外压差
(二)加湿设施
水通过喷嘴对库房加湿
采用超声波加湿器加湿
§8-4气调库
一、概述
气调保鲜贮藏方法是目前国际上使用最普遍、效果最好、最先进的
一种保鲜技术。
(一)果蔬的特点
活的有机体,内部进行着一系列的生化反应。
其中,最重要的是呼吸作用。
有氧呼吸的特点是:
碳水化合物
CO2、水蒸气、热量等
呼吸作用越强,消耗越快,贮藏期越短。
(二)影响呼吸强度的因素
1、O2:
含量多,呼吸强度大,反之则小。
2、CO2:
含量高,有抑制作用,但过高会造成其它生理危害。
3、t:
低,呼吸强度小,反之则增加,但过低会产生冻伤。
(三)气调保鲜贮藏的气调参数与基本原理
气调参数:
O2:
3~5%
CO2:
3~8%
t:
1~10℃
φ:
80~95%
根据不同果蔬的生理特点,采用相应指标,控制贮藏环境的
气调参数,达到降低果蔬呼吸强度,延缓分解过程,延长其贮藏
期。
二、气调库构成
气调库是由库体结构、气调系统、制冷和加湿系统构成。
如图:
(一)库体结构
1、要求:
具有良好的气密性。
2、气密性试验方法:
采用压力(正压)测试法。
检测压力值100Pa~300Pa不等(根据具体要求),用半
压降时间(指限定压力值降至一半所用的时间)做为气密性程
度的指标。
一般库:
100Pa→50Pa10mm
低氧库:
200Pa→100Pa20mm
超低氧库:
250Pa→150Pa10mm
3、库体建筑方式:
装配库:
气密性好,工期短,美观,但造价高。
土建库:
与上述相反。
夹套式:
用于土建库的改造。
(二)气调系统为气调库的核心
由制氮机、空压机、CO2脱除机或乙烯脱除机、气调门、气
调袋、气体检测设备及阀门管线等组成。
(三)制冷、加湿系统
1、制冷装置
2、加湿装置用于保持库内气体的湿度。
三、气调库设备
(一)制氮机、空压机
制氮机:
采用中空纤维膜制氮机
常用CA-45、CA-60(每小时可生产氧气含量5%的N245
标立方)。
空压机:
是制氮机的原料气源,常用
螺杆式:
压力波动较小,价格高。
活塞式:
压力波动较大,价格低,配贮气灌。
□选用无油型空压机,并应与制氮机的压力和气耗相匹配。
(二)CO2脱除机
用于控制库中CO2的百分含量,常用
CNTT-110D
CNTT-220S
每24小时可脱除3%浓度的CO2气体110Kg、220Kg,
D――单缸S――双缸
(三)乙烯脱除机
果蔬成熟过程中释放的一种气体,具催熟作用。
常用
CNQX-130、
CNQX-210
每小时处理气体130、210M2
(四)气体检测设备
用于对库内O2、CO2气体进行连续检测及显示,以确定出是
否符合气体指标要求,并进行自动(人为)的调节。
由气体检测仪、单片机、显示、控制等电路组成。
CNO-102——测氧仪
CNT-101——CO2测试仪
(五)其它
气调袋(储气袋):
防止库内温度发生变化,引起库内压力变
化,使维护结构承受巨大的压力。
气调门:
分有大、中、小三种
四、制冷、加湿系统
(一)制冷装置
(二)加湿器
用于保持库内气体的湿度。
超声波加湿器:
对水质要求高,产生超微粒子水。
离心加湿器:
对水质要求较低,产生水滴。
§8-5冻结物冷藏间
一、对象
用来贮存冻结过的食品
二、设计参数
设计温度
肉类:
-15~-20℃
鱼类:
-18~-23℃
相对湿度
肉类:
85~90%
鱼类:
90~95%
□ 国外:
设计温度为-25~-30℃,趋于低温化。
□ 对水产品:
为控制在冻藏期间氧化褐变,国际水产委员会推荐:
冻藏温度为-24℃以下。
三、设计形式
空气自然对流
风冷式
夹套式
(一)空气自然对流循环式
1、冷却设备:
排管
特点:
制作简便,干耗小,但耗材量大,安装困难,库温
不均匀。
2、排管选择:
与供液方式有关
直流供液
直立式墙管
U形顶管
重力供液
立式墙管、V形墙管
U形顶管
蛇形顶管常用
液泵供液
U形顶管
蛇形顶管
□设计时,要注意允许通路长度。
3、排管布置:
(1)优先选用顶排管:
其自然对流趋向好。
在F不足时,考虑高墙管、再用低墙管。
(2)先选外墙:
因为该冷间的热负荷主要为Q1,只要将
Q1消化,不让直入货区。
(3)库门上方:
开门侵入热流冲向库门的上方。
(二)风冷式
1、冷却设备:
冷风机
特点:
节省钢材和投资(60%以上),安装方便,但干耗
大。
2、气流组织:
见教材P186页,图6—41。
采用均匀送风道
采用带风管的冷风机
□ 贴附射流:
见教材P173页,图6—24。
冷风机送出的冷空气沿着楼板射出,不断引射库内空气,与
之混合并迅速进行热交换,同时流速不断下降,库房中形成射流
混合层,产生具有恒温、低速的回流区。
货物应处于回流区。
□ 减少干耗措施:
①采用镀冰衣
②减少传热温差,控制在6~8℃。
③冷风机进出温差控制在2~4℃。
(三)夹套式
与一般冷库不同在于:
围护结构内增加了一个夹套结构,夹
套内装设冷却设备,使库外传入的热量被夹层内的冷空气吸收,
使库内维持恒定的低温、高湿条件。
从而大大地减少了食品在贮
藏期间的干耗。
优点:
①库内温度均匀,相对湿度高,干耗小。
②库内不设冷却设备,可充分利用库房面积。
③冷却设备设在夹套内或库外,便于维修和融霜水排
出;除霜过程对库内没影响。
1、夹套库的形式
按冷却设备
自然循环式
强制循环式
按夹套结构
全夹套:
六面都设夹套,库房被冷风包围。
半夹套:
外墙和屋顶设置
局部附加夹套
□夹套材料:
胶全板
□ 夹套宽度:
窄夹套:
50mm空间
宽夹套:
600mm空间
2、冷却设备及布置
自然循环:
排管——布置于夹套的顶部。
强制循环:
冷风机——布置于外、内均可。
由于夹套库在技术上有一定的要求,使其建设的投资费用要高一些。
自然对流方式的夹套库:
造价↑3%左右
强制循环方式的夹套库:
造价↑10%左右
十年来由于食品贮藏包装化有了很大的发展,使贮藏期间食品的干耗大大减少,所以夹套库的发展便受到限制。
但一些专家认为,对于非包装食品采用夹套库贮藏,仍然是提高食品商品经济效益的一项途径,
虽然一次投资费用增加,但食品的贮藏损耗可降低0.5%左右。
§9制冰与冰库
根据冰的来源,分有天然冰和机制冰。
天然冰:
卫生条件差,受自然条件限制,需较大的贮冰场所。
机制冰:
盐水制冰:
坚实、不易融化,易堆垛贮存,便于运输。
快速制冰:
脆、易融化。
§9-1盐水制冰
采用全敞开式间接冷却方式来制取冰块,这种制冰设备占地面积大,耗用钢材多,维修费用高,但其有突出的优点。
一、对盐水的要求
盐水作为中间冷却介质,其温度、浓度及与制冷剂的温差均要满足一定的要求。
(一)盐水工作温度(平均温度)
t工作(ty)直接影响结冰速度及冰的质量
t工作=-10℃
即盐水与冰桶的水在结冰过程中的温差为10℃
(二)盐水制冰的蒸发温度
t0=-15℃
即蒸发温度与盐水工作温度低5℃
(三)盐水凝固温度及盐水浓度
为保持盐水良好的中间介质特性,保证在低温下仍能呈液态
流动不结冰或析盐,要求:
t凝固=t0-(6~8)℃
根据盐水凝固温度,盐水的种类,确定盐水的浓度。
若用NaCl盐水,则其浓度Be=20~21。
二、制冰间设备与工艺流程
(一)设备:
制冰池、冰桶、蒸发器、氨液分离器、融冰池、倒冰架(翻冰架)、加水器、搅拌器、吊车(行车)等。
如下图所示:
(二)工艺流程:
制冰时,将制冰池内的盐水经蒸发器冷却到-10~-14℃,
然后向冰桶加水,用吊车将冰桶送入制冰池内,利用低温盐水将桶
内的水冻结成冰,冻好后,再用吊车将冰桶送到融冰池,浸2~3
分钟,将冰桶置于倒冰架上,令其滑入贮冰间;出冰后,再将冰桶
吊起并加水,如此周而复始地进行。
□制冰时间:
24~36小时
三、盐水制冰的有关计算
(一)制冰池的生产能力(m)t/日
(一)冰块冻结时间(tj)h
(二)冰桶数量(nb)只
(三)制冰负荷(Φ)w
1、制冰池传入热量(Φ1)
2、水冷却和冻结的热量(Φ2)
3、冰桶的热量(Φ3)
4、脱冰时的融化损失(Φ4)
5、搅拌器热量(Φ5)
则∑Φ=(Φ1+Φ2+Φ3+Φ4+Φ5)×1.15
式中1.15——其它热损失系数
★当原料水温度为25~30℃时,每吨冰热负荷为7000W。
(四)盐水蒸发器面积
(五)搅拌器选型
四、盐水制冰的设备布置
(一)冰桶和冰桶架
冰桶:
采用1.5~2.0mm厚钢板制成,上下均设钢板箍加固,
采用矩形截面,上大下小。
冰桶架:
用100~150mm宽,10~15mm厚钢板制成,4~20
只一列(排)。
(二)盐水蒸发器
直立式、V型、螺旋型结构型式。
其布置分
分散式:
蒸发器与冰桶相间布置
集中式:
常用的
集中式又分横向、纵向布置两种。
1、横向:
蒸发器布置于制冰池一端,盐水呈横向流动。
如图
特点:
流程短,盐水温度均匀,结冰时间相差不大,但流
向平行于短边,热交换效果差,冻结速度较慢。
2、纵向:
蒸发器布置于制冰池一侧,盐水呈纵向流动。
如同
特点:
与横向相反。
布置蒸发器时:
顶部沉入水面100mm
与池壁、隔板间距30~40mm
(三)搅拌器
作用是提高盐水流速和循环次数。
布置于氨液分离器的一端。
分有卧室和立式两种,其特点:
卧式:
安装于池壁一侧,工作时阻力小。
立式:
垂直安装于池面上,工作时阻力大。
(四)制冰池:
采用6~8mm厚的钢板焊成,四周及底部用150~120mm厚
的软木为隔热层,外表设防潮层,池面上盖有50~60mm厚的木
盖。
冰池体内焊有将蒸发器和制冰池隔开的隔板,在盐水道内设置
导流板。
制冰池尺寸:
呈长方形,长宽比为2:
1~3:
1。
高度为:
盐水道宽为:
0.5~1米
(五)氨液分离器
为重力供液方式使用。
布置于融冰池的另一端,以免被起吊的冰桶和行车等碰撞;
并靠近机房。
对液泵供液方式,制冰间不设该设备。
(六)融冰池
为钢板或水泥制成,尺寸应考虑整排冰桶放入后摇动的可能,
池内为常温水,池底部设加水管,上部设泄水口。
(七)倒冰架
为钢结构主架上钉有木条的⊥形能翻动的架子,作为倒冰之
用。
在两端装有平衡块,以减缓翻转速度和易于复位。
如图
(八)加水器
由长方形的钢板水箱和多根加水管组成,箱内格数与一次起
吊的冰桶数相等,每格容量为冰桶容积的90%,下图为虹吸式加
水器。
水通过阀门控制,由进水管进入加水器的进水隔腔,然后均匀
溢入格子内,当格子的水没至虹吸管管顶部时,由于虹吸作用,水
流入冰桶内,直到虹吸管的底部露出水在面。
特点:
水量均匀、准确、不浪费水、操作方便。
无机械部件、不耗电、简单而不易损坏。
制作要求每根虹吸管尺寸一致。
(九)吊车(行车)
既可纵向移动,又可以横向移动。
(十)滑冰台
五、制冰间建筑尺寸的确定
(一)长度
L≥L1+L2+L3+L4+L5(m)
(二)宽度
B=nb+(n-1)b1+2b2(m)
b1=0.8~1m
b2=1m
(三)高度
H=h1+h2+h3(m)
六、盐水制冰间设计要求
制冰属于多水作业,盐水也有一定的腐蚀性。
故:
1、制冰间常为单独建筑
2、制冰间应靠近机房
3、出冰侧应靠近贮冰间(冰库),为了解决冰块的垂直运输,也可
布置于冰库或多层冷库的最上层。
4、具有良好的通风、采光条件。
七、提高盐水制冰效率的措施
(一)降低盐水温度,加大换热温差,提高结冰速度。
据资料介绍:
当t工作从-8~-18℃时,其制冰能力可提高一
倍。
但耗电增加,且冰容易爆裂。
防止冰爆裂:
让冰桶在空气中停留片刻,并适当降低融冰温
度。
(二)制空心冰,可缩短结冰时间。
试验表明:
使冰块中心15%重量的水全部结冰,需要占去全
部结冰时间的40~50%。
(三)原料水预冷,或利用融冰池里的水制冰。
把原料水20℃预冷到+4℃以下,可以缩短制冰时间。
(四)采用液压推进机构,使冰桶在固定位置入池和吊冰。
使结冰时间相近,避免盐水温差造成结冰时间不一。
§9-2其他制冰装置——快速制冰
快速制冰是利用制冷剂直接在管道内或设备内蒸发,使管道或设备
外的水冻结成冰。
与盐水制冰相比,具有冻结快、设备轻、耗钢材少、
占地面积小,无腐蚀等优点;且为工厂定型配套生产,故投产快,但制
出的冰较脆、冰块表面大而容易融化,目前只用于小型冷库食品加工厂
或渔船上。
常用快速制冰设备:
(一)板冰机
(二)片冰机
(三)管冰机
(四)桶式快速制冰机
§9-3冰库(贮冰间)
冰库:
指专用于贮冰的冷库。
贮冰间:
指附设于食品冷库内的贮冰用房。
一、对象
用来贮存冰块(淡水、海水)
二、设计参数
根据种类及原料水的不同,库温为
盐水制冰:
-4℃-6
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- 关 键 词:
- 冷库 系统 设计