2020-10（上）用撞击式网带单冻机冻结南美白虾的优化设计（冲击式网带速冻机蒸发器结霜）

2020-10（上）用撞击式网带单冻机冻结南美白虾的优化设计

"《2020 - 10（上）用撞击式网带单冻机冻结南美白虾的优化设计：水产加工技术的创新突破》

在当今蓬勃发展的水产加工领域，随着消费者对水产品品质要求的日益严苛，加工技术的优化与创新成为了行业发展的关键驱动力。 本文聚焦于南美白虾这一备受欢迎的水产养殖品种，深入探讨了烟台中孚冷链设备有限公司所设计的撞击式网带单冻机在其冻结工艺中的优化设计与应用实践，旨在为水产加工行业提供更为高效、优质的技术解决方案，以满足市场对高品质冻品的需求。

一、引言

南美白虾自 20 世纪 80 年代末被引入中国后，凭借其营养丰富、肉质鲜美、适温适盐范围广、生长迅速以及抗病能力强等诸多优势，迅速在国内水产养殖业中占据了重要地位。 如今，南美白虾在所有海水虾类养殖中占比高达 60% 以上，其年总产量更是占据了中国所有养殖虾类总产量的 80%，成为了中国虾类养殖的主力军。

随着人们生活水平的显著提高，水产品作为优质蛋白质的重要来源，其营养价值愈发受到广泛认可，消费群体也在不断扩大。 与此同时，人口的持续增长进一步推动了水产品消费市场的繁荣，使得水产品的加工与保鲜技术面临着更高的挑战与机遇。 在南美白虾的加工过程中，冻结设备的性能直接关系到产品的品质、营养成分保留以及生产效率。 因此，如何实现快速冻结、最大程度减少营养成分流失并提高生产量，成为了单冻机开发设计的核心目标，而撞击式网带单冻机的优化设计则应运而生，其重要性不言而喻。 目前，这种创新结构的单冻机已在国内外部分水产公司得到了初步应用，并取得了令人瞩目的良好效果，展现出了广阔的应用前景，有望引领南美白虾水产加工行业迈向新的发展阶段。

二、单冻机项目简介

本年度，烟台中孚冷链设备有限公司凭借其专业的技术实力和丰富的行业经验，成功为广西某水产开发有限公司设计、生产并安装调试了一台撞击式网带单冻机，该设备已顺利投入生产运营，为企业的发展注入了新的活力。 广西这家水产开发公司总部坐落于广西北海市的工业园区，其业务范围涵盖了水产品技术开发、冷冻加工以及速冻食品生产等多个领域，在当地水产行业中具有一定的影响力。

该公司基于自身的生产需求，采购单冻机主要用于冻结南美白虾，并且对产量提出了明确要求，即达到 1500kg/h。 烟台中孚冷链设备有限公司的专业团队在接到项目需求后，迅速行动，对项目现场进行了深入细致的实地考察，全面了解场地的实际情况，包括空间布局、基础设施条件等。 随后，技术人员结合企业的生产要求以及现场考察所获取的信息，进行了全方位的综合考量，精心制定出了一套科学合理的方案。 经过双方的反复商讨与确认，最终确定了单冻机的具体优化设计方案，为项目的顺利实施奠定了坚实的基础。

三、单冻机的优化设计

单冻机结构形式的确定

食品的快速冻结是保障其品质的关键环节，其核心原理在于使食品迅速通过最大冰结晶生成区，并在平均温度达到 -18°C 时实现快速冻结。 在这一复杂的物理化学变化过程中，如蛋白质变性等现象需要得到有效控制，以最大限度地保留食品原有的营养价值、色香味等品质特征。

冻结过程中，食品内部水分的结冰百分比（结冰率）因食品种类和温度的不同而有所差异，相关数据可通过专业的表格进行查询。 快速冻结的一大显著优势在于能够迅速将食品温度降至微生物生长活动的温度以下，从而有效地抑制微生物的生长繁殖及其生化反应，延长食品的保质期和保持其品质稳定性。

综合考虑冻品质量和生产量这两大关键因素，并结合现场的实际情况，烟台中孚冷链设备有限公司的技术团队经过深入研究和对比分析，优先选择了撞击式网带单冻机方案。 与传统结构单冻机相比，撞击式网带单冻机具有诸多突出优点：

在冻结南美白虾时，能够促使产生更小的冰晶，从而更好地保留蛋白质等多种原有营养成分，确保产品在解冻后能够保持原汁原味的口感和品质；相较于其他单冻机，该设备能够在更短的时间内完成食品表面的冻结，有效减少食品内部水分的流失，降低干耗，保持食品的鲜嫩度和口感；其独特的双向吹风式冻结设计，使得食品上下表面都能受到冷气流的均匀作用，大大缩短了冻结时间，将冻结时间减少了一半，显著提高了生产效率和单位时间产量，满足了企业大规模生产的需求。

此外，该单冻机的风机采用离心式设计，具有高风压、低噪音、高效率等优良特性，能够为冻结过程提供稳定而强劲的气流支持；蒸发器则采用大尺寸变片距设计，并配以最佳的气流组织形式，使得结霜现象明显减少，从而能够实现连续高效的工作，延长设备的运行时间，降低维护成本，提高生产的连续性和稳定性。

关于食品冻结时间的计算，由于受到多种因素的综合影响，精确计算较为复杂，通常采用普朗克（Pllank）公式。 该公式中，食品冻结加工时间（T）与食品的初温和终温焓值（h1、h2）、密度（ρ）、热导率（λ）、冰冻点温度（tρ）、厚度（δ）、表面放热系数（α）以及冻结时介质温度（t）等参数密切相关，同时还涉及到和食品形状有关的系数（P、R）。 不同形状的食品（如板状、圆柱状、球状、方块形或长方块形等），其 P 和 R 系数具有不同的取值，可通过相应的图表或公式进行准确查询和计算，以确保冻结时间计算的准确性和可靠性，为单冻机的设计和优化提供科学依据。

不锈钢网带

在单冻机的众多关键部件中，不锈钢网带起着举足轻重的作用，其性能直接影响到食品的冻结效果和加工质量。 在众多结构单冻机中，常用的不锈钢输送网带存在多种不同的结构形式，如人字网、菱形网、眼镜网等，而眼镜网结构在众多选择中脱颖而出，展现出了独特的优势。

眼镜网属于单层网结构，具有出色的透气性和穿透性，这不仅使其在清洗过程中更加便捷高效，而且能够有效减少结霜现象的发生，保持网带的良好工作状态。 其金属网的开孔率较大，通风性和脱水性表现优异，能够确保食品在冻结过程中与冷气流充分接触，加速热量传递，提高冻结效率。 同时，眼镜网具备较强的承载能力，能够输送高速重物，强度性能可靠，满足了大规模生产的需求。

从结构设计上来看，眼镜网是由网丝精心制作成眼镜形状后，再通过串条轴串联而成的网带，这种结构牢固稳定，不易变形，有效避免了划扣现象的产生，极大地降低了设备的维修频率和成本，易于维护保养。 而且，其网带上表面平整光滑，能够有效防止冻品表面出现压痕，保证了产品的外观质量和完整性。

不锈钢网带采用优质的不锈钢材料制作，通过钩式卷制工艺，使其具有出色的拉力和抗拉强度，能够承受较大的张力和摩擦力，同时具备卓越的抗腐蚀性能，适应了水产加工环境中潮湿、盐分高的恶劣条件，延长了网带的使用寿命，确保了设备的长期稳定运行。 不锈钢网带的制作严格遵循国家机械行业标准，在结构形式、技术要求、试验检验规则等方面都有明确的规范和要求，保证了产品的质量和性能的可靠性。

蒸发器

蒸发器作为单冻机的核心热交换部件之一，对于实现高效制冷和快速冻结起着至关重要的作用。 其主要功能是通过低压制冷剂液体的蒸发过程，吸收被冷却介质（如食品）的热量，从而使被冷却介质达到所需的低温状态，实现制冷目的。

为了提高蒸发器的工作效率，在设计过程中需要确保制冷剂能够充分与管壁接触，并及时将沸腾产生的蒸气排出，以保证热交换过程的高效进行。 来自膨胀阀的制冷剂由分液器均匀分配到蒸发器的每条管路中，经过充分的吸热气化过程，并且在出口前要确保全部气化，从而保证了每路制冷剂流量和干度的均匀性，为稳定的制冷效果提供了保障。

蒸发器的选型设计通常以蒸发面积作为重要依据，需要根据单冻机的冷量需求和具体工况进行合理计算。 蒸发面积的计算公式为 A = ΦS / KΔt，其中 A 表示蒸发面积（m2），ΦS 为冷却设备的负荷（W），K 为蒸发器的传热系数（W/m2°C），Δt 为单冻机库温与蒸发温度之差（°C）。 在实际计算过程中，传热系数值的选取和温度差的计算需要参考大量的专业资料和实验数据，以确保计算结果的准确性和可靠性，从而为蒸发器的设计提供科学的指导。

蒸发器由冷却排管、翅片、通风机和融霜装置等部分组成，其中翅片的结构形式多种多样。 为了进一步增强制冷效果，在本次设计方案中建议使用带亲水膜的翅片。 带亲水膜的铝箔能够使附于其上的冷凝水在翅片上迅速扩散，有效避免了 “水桥” 现象的形成，从而显著延缓了结霜速度，提高了换热效率，保证了蒸发器在较长时间内能够保持高效的工作状态，减少了除霜的频率和时间，提高了设备的整体运行效率。

在蒸发器的设计过程中，管径的确定也是一个关键环节。 例如回气管，如果回气管压降过大，将会导致吸气压力降低，直接影响制冷能力。 因此，可根据制冷能力、管路当量长度、蒸发温度等参数，通过查阅线算图表来确定回气管的最小内径，确保回气管的合理设计，保证制冷剂的正常循环和制冷效果的稳定性。 同时，在确定回气管的上升立管管径时，还需要考虑带油速度，管内的流速一般取满足带油的最小值，即 “最小带油速度”，以保证压缩机的正常润滑和运行。

此外，蒸发器的设计和使用还需要严格遵循氟代烃类制冷装置用辅助设备之翅片式蒸发器的标准要求，包括原材料的选择、焊接无损检测、清洁度检测、压力试验及气密性试验等多个方面，确保蒸发器的质量和安全性，为单冻机的稳定运行提供可靠保障。

四、展望

当前，大多数水产公司在速冻南美白虾时，仍普遍采用传统普通结构的单冻机设备。 然而，随着消费者生活水平的持续提高，对食品品质的要求也日益提升，他们更加注重食品的营养成分保留和口感体验。 在这种市场趋势下，传统结构的单冻机已逐渐难以满足消费者对高品质水产品的需求。

对于水产公司而言，投资单冻机设备不仅仅是设备本身的采购成本，还包括设备的管理费用、维修费用以及因设备维修导致的停产损失等多个方面，这是一项综合性的长期投资决策。 因此，选择一款性能优越、高效稳定且能够最大程度保留水产品营养成分的单冻机设备至关重要。

撞击式网带单冻机凭借其在冻结速度、营养成分保留、干耗控制和生产效率提升等方面的显著优势，成为了南美白虾冻结加工的首选设备。 南美白虾在中国的养殖范围广泛，从东部沿海地区到西部内陆地区，都有大量的养殖基地，其产量稳定且市场需求旺盛。 随着这种高效优质的单冻机技术的不断推广和应用，预计它将在南美白虾的水产加工行业中得到广泛普及，为整个行业的发展带来新的机遇和变革，推动水产加工产业向更高水平迈进，满足消费者对高品质水产品的不断增长的需求，同时也为水产企业带来更好的经济效益和市场竞争力。

五、结语

经过精心设计、生产和安装调试的撞击式网带单冻机现已在广西某水产开发有限公司成功投产使用，并取得了令人满意的运行效果。 通过对实际采集的数据进行深入分析和整理，结果表明该设备运行可靠平稳，各项性能指标均达到了预期要求，完全能够满足企业的生产方案需求。

南美白虾经过该单冻机冻结处理后出货，经过严格的各项测试和综合分析，冻品质量完全符合高品质水产品的标准要求，无论是在外观、口感还是营养成分保留方面，都展现出了卓越的品质。 这不仅为企业的产品质量提供了有力保障，也为整个水产加工行业在单冻机技术应用方面树立了成功的典范，为推动行业技术进步和产品质量提升做出了积极贡献。

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