第6章制冰与冰库.docx
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第6章制冰与冰库
第6章制冰与冰库
在食品、医疗、纺织、玻璃和橡胶等工业中使用的主要是机制冰。
机制冰的生产有盐水制冰和快速制冰两种方法。
盐水制冰大体上可分为吹风桶式制冰和无风桶式制冰，从而使产品有白冰和透明冰之分。
快速制冰的方法很多，冰的形状也多种多样，有片冰、板冰、管冰、块冰等，产品大多都是透明冰。
透明冰内部的空气少，质地较硬，不易融化，好储存。
但是，透明冰生产工艺较复杂。
目前，我国以生产白冰为主。
6·1．1制冰装置
盐水制冰是使用较早的制冰方式，制出的冰坚实，不易融化，便于储藏和搬运，应用比较普遍。
以盐水作为冷媒使水结冰的装置称盐水制冰装置。
盐水制冰所用的制冷装置属于间接冷却系统，其中的载冷剂系统采用敞开式。
虽然这种系统中盐水与空气接触易被稀释，但是检查水浓度方便，并可及时加盐，避免盐水冻结。
盐水制冰装置如图6-1所示。
制冰池内被蒸发器冷却的盐水由搅拌器驱动。
以一定的速度流动。
置于冰桶架上整排注满水的冰桶用起重机放入盐水池内，盐水在冰桶间流过，吸收热量使桶内的水结冰，再由起重机吊出放入脱冰池，待冰块受热与冰桶脱开浮于水面时，将冰桶吊起放于倒冰架上，冰桶翻倒冰块便自动沿滑冰台滑人冰库。
1．盐水池
盐水池用钢板焊接而成。
钢板的厚度为6mm，底板的厚度为8mm。
盐水池内装有导流
隔板，促使盐水循环流动，避免短路。
盐水池的四壁及底部需隔热，视隔热材料种类不同厚
度在150～200mm之间。
盐水池顶部不做隔热，使用厚度为50～60mm的木盖板。
整个盐水
池应放置于有通风设施的地板上。
制冰池（盐水池）如图6-2所示。
2．蒸发器
蒸发器多采用立管式、V形管式和螺旋管式。
蒸发器放置在盐水池内隔板的一侧，被盐
水全部浸没。
隔板迫使池内盐水循环时都经过蒸发器。
3．搅拌器
搅拌器是加速盐水循环提高换热效率的设备。
搅拌器有立式和卧式两种，如图6-3所示。
立式搅拌器通常为电动机直接驱动，便于维修，安装简便，流动阻力稍大。
卧式搅拌器为带传动，安装在盐水液面以下，不便于维修，而且搅拌器传动轴和盐水池间容易发生泄漏。
4．冰桶
冰桶是制冰的容器。
冰桶一般用1．25～2．00mm厚的钢板制成，为缩短结冰时间将冰桶横断面制成矩形。
上断面较下断面稍大，内部平整光滑利于出冰。
为防止生锈应在桶上涂红丹漆。
冰桶上口和下部设有加强肋，较大容积的冰桶在宽壁面上沿高度方向压制一条加强槽。
根据水产行业有关标准，冰桶按冰块的质量定为125kg、100kg、50kg三种规格。
其中尺寸和形状见图6-4和表6-1。
表6-1冰桶尺寸（单位：
mm）
尺寸
型号
L
B
I
B
H
ZBTl25
550
275
325
250
1190
ZBTl00
500
250
475
225
1180
ZBT50
400
200
375
175
985
5．冰桶架
冰桶架是冰桶放置在制冰池中所用的支架。
每个冰桶架所容纳的冰桶数一般在10～20个。
冰桶架用厚度为75～100mm的扁钢和钢板制成。
冰桶架的尺寸根据实际情况而定，如图6-5所示。
6．起重机
起重机也称吊冰行车，是用来吊冰的装置，大部分采用电动单吊梁式起重机。
它利用涡轮箱实现上下运动，利用电动葫芦实现左右运动，另外还可前后行走，其外形如图6-6所示。
它是只有一个盐水池的制冰装置，无需起重机前后运动，因此可以只采用电动葫芦安装于设置在制冰间屋顶下面的单根工字钢轨道上。
7．脱冰池
脱冰池是用来将冰桶和冰脱开的装置。
脱冰池可以用钢板或混凝土制成，脱冰池内的水应有较高的温度，一般可用冷凝器的冷凝水。
脱冰池底部垫有两条防止冰桶与池底发生撞击的木条及进水和放水管口。
8．倒冰架
倒冰架是用来将冰从冰桶里倒出来的装置。
它是用木材或钢板制成的，为L形。
倒冰架用两个固定在脱冰池或地面上的基架支撑，倒冰架和基架间装有滑动轴承，倒冰架两侧或下部装有平衡铁以便扳动灵活，其结构如图6-7所示。
9．注水器
注水器是给冰桶加水的装置。
它是一个长方形容器，容器内根据冰桶架上的冰桶数目用隔板分成格，每一格的容量为一个冰桶容积的90％，每一小的注水箱配有一胶制的注水管或金属注水管，用提升出水管或圆锥形阻水塞控制注水，如图6-8所示。
10．滑冰台
滑冰台是用来将冰块滑入冰库的台子，一般由木板制成。
6．1-2盐水的配置
1．盐水温度和制冷剂的蒸发温度
盐水温度应根据制冰工艺和制冰生产的经济性综合分析确定。
我们希望制冰速度快，冰的质地密实，容易搬运和保存。
这些与盐水的温度密切相关。
盐水温度低可使制冰速度加快，可是在脱冰过程中冰块接触到脱冰水后表面会急剧收缩引起冰块爆裂，对淡水冰来说，当盐水温度低于-12℃时就会产生爆裂现象。
降低盐水温度还会增加制冰池的冷量损失，制冷装置在更低的蒸发温度下工作，制冷压缩机的运转效率会下降，能耗增加，甚至造成压缩机排气温度升高等问题。
因此，盐水温度应保持在-10～-12℃较为合适。
制冷剂的蒸发温度不仅与盐水温度有关，而且还会影响到所采用盐的种类和所需的盐水浓度，以及制冷装置运转的经济性，一般可采用蒸发温度比盐水温度低5~C左右。
当盐水温度为-10～-12℃时，蒸发温度为-15～-17℃。
2．盐水的浓度和防腐
盐水制冰中所采用的载冷剂主要有氯化钠和氯化钙，其特性见表6-2、表6-3。
表6-2氯化钠溶液特性
15℃
盐的含量（%）
凝固
比热容[kJ/（kg.
动力粘度系数μ/（104N.s/m2）
热导率λ/【W/（m.℃）】
点/℃
℃）]
质量浓度/（kg/L）
波美度/0Be
溶液
在100份水中
-10℃
0℃
-5℃
-10℃
-15℃
0℃
-5℃
-10℃
-15℃
1.00
0.1
0.1
O．1
O
4.18
0.582
1．Ol
1.6
1.5
l_5
一O．8
4.07
0.578
1.02
3．O
2.9
3．O
一1.7
4.00
0.576
1.03
4.3
4.3
4.5
-2.7
3.94
0.573
1.04
5.7
5.6
5.9
-3.6
3.88
0.571
1.05
7.0
7.5
7.5
-4.6
3.83
O．569
l_06
8.3
8.3
9．O
一5.5
3.77
23.03
O．566
O．547
1.07
9.6
9.6
10.6
-6.6
3.72
23.72
O．564
0.544
1.08
10.8
11.0
12.3
-7.8
3.68
24.40
0.561
O．542
1.09
12.0
12.3
14．O
-9.1
3.63
25.19
O．537
0.540
1.10
13.2
13.6
15.7
-10.4
3.58
3.59
26.07
0.556
O．537
1.1l
14.4
14.9
17.5
-11.8
3.54
3.55
27.15
33.42
0.554
0.535
0.519
1.12
15.6
16.2
19.3
-13.2
3.50
3.51
28.32
34.89
O．551
0.53l
O．516
1.13
16.7
17.5
21.2
-14.6
3.47
3.48
29.69
36.75
O．549
O．529
O．514
1.14
17.8
18.8
23.1
-16.2
3.43
3.4_4
31.16
38.71
47.73
O．545
O．527
0.512
O．497
1.15
18.9
20．O
25．O
-17.8
3．加
3.4l
32.73
40.77
50.08
0.544
0.525
0.509
O．495
l_16
20．O
2l|2
26.9
-19.4
3.36
3.37
34.40
43.02
52.72
0.542
0.522
O．507
0.493
1.17
21.1
22.4
29．O
-21.2
3.33
3.34
36.36
45.57
55.76
0.541
O．520
0.506
O．49l
1.18
22.1
23.7
31.1
-17.3
3.30
3.31
38.5l
48.6l
59.29
0.538
0.519
O．504
O．489
1.19
23.1
24.9
33.1
-11.1
3.27
3.28
40.67
0.536
1.20
24.2
26.1
35.3
-2.7
3.26
0.534
①波美度是表示溶液浓度的一种方法。
把波美密度计浸入所测溶液中，得到的度数就称为波度。
表6-3氯化钙溶液特性
15℃
质量分数（%）
结晶温度/℃
比热容[kJ/（kg.℃）]
动力粘度系数μ/（104N.s/m2）
热导率λ/【W/（m.℃）】
质量浓度/（kg/L）
波美度/0Be
-10℃
0℃
-5℃
-10℃
-15℃
0℃
-5℃
-10℃
-15℃
1.00
0.1
0.1
0.0
1.166
17.74
O．566
1.01
1.6
1.3
-O．6
1.147
18.03
O．565
1.02
3.0
2.5
-1.2
1.126
18.33
O．563
1.03
4.3
3.6
-1.8
1.105
18.62
O．562
1.04
5.7
4.8
-2.4
1.084
19.21
O．56l
1.05
7．O
5.9
-3.0
1.046
19.8
O．559
1.06
8.3
7.1
-3.7
1.046
20.29
O．558
1.07
9.6
8.3
-4.4
1.026
20.87
0.557
1.08
10.8
9.4
-5.2
1.007
21.56
0.556
1.09
12．O
10.5
-6.1
O．990
22.25
0.555
1.10
13.2
11.5
-7.1
O．972
22.93
0.553
1.1l
14.4
12.6
-8.1
O．956
23.8l
O．551
1.12
15.6
13.7
-9.1
0.940
24.7
O．550
1.13
16.7
14.7
-10.2
O．925
25.58
O．549
O．534
1.14
17.8
15.8
-11.4
O．909
26.56
O．548
O．533
1.15
18.9
16.8
-12.7
O．896
27.64
0.547
O．532
1.16
20.0
17.8
-14.2
0.882
28.71
0.545
O．531
1.17
21.1
18.9
-15.7
O．869
29.89
61.45
0.544
O．530
1.18
22.1。
19.9
-17.4
0.857
31.16
63.11
O．543
O．528
1.19
23.1
20.9
-19.2
O．846
32.73
65.86
0.542
0.527
1.20
24.1
21.9
-21.2
O．834．
34.40
68.80
0.542
0.526
0.513
1.2l
25.1
22.8
-23.3
O．823
36.16
71.93
O．541
0.525
O．512
1.22
26.1
23.8
-25.7
O．814．
38.12
75.46
115.54
O．540
0.523
0.5ll
1.23
27.1
24.7
-28.3
O．805
40.10
79.28
121.52
0.537
O．522
O．509
1.24
28.0
25.7
-31.2
0.797
42.53
83.59
128.97
0.535
O．521
O．508
O．494
1.25
28.9
26.6
-34.6
O．789
45.18
88.59
137.00
O．533
O．520
0.507
O．493
1.26
29.8
27.5
-38.6
0.780
48.02
94.37
147.00
0.53l
0.518
0.506
o．492
1.27
30.7
28.4
-43.6
O．772
51.16
100.74
159.25
0.530
O．517
O．505
O．49l
1.28
31.6
29.4
-50.1
0.765
54.88
107.80
175.13
0.528
O．516
O．504
O．490
1.29
32.5
30.3
-50.6
0.757
58.80
116.13
190.90
O．527
O．515
0.503
O．487
l.30
33.4
31.2
-4l.6
0.750
63.3l
125.83
210.70
O．526
O．514
O．50l
0.486
l.31
34.2
32.1
-33.9
0.743
68.21
137.30
229.32
0.526
0.513
0.498
O．485
1.32
35j1
33.0
-27.1
O．736
73.79
150.33
248.92
0.525
0.512
0.498
1.33
35.9
33.9
-21.2
O．729
80.07
164.93
0.525
0.511
0.495
1.34
36.7
34.7
-15.6
O．722
86.44
181.10
0.523
O．510
1.35
37.5
35.6
-10.2
O．716
93.10
O．523
0.508
1.36
38.3
36.4
-5.1
O．709
100.25
O．52l
O．50r7
1.37
39.1
37.3
O．0
0.702
109.07
O．521
氯化钠溶液最低凝固温度是-21．2℃，氯化钙溶液最低凝固温度为-55℃。
由于氯化钠溶液的凝固温度较高，在较低的蒸发温度下，蒸发器周围盐水流速较低的部位很可能发生盐水冻结，为防止这一现象的发生，一般要求盐水温度不宜低于-12．1℃。
如果没有条件从操作的角度保证，则应采用凝固点较低的氯化钙溶液。
盐水的凝固温度一般比制冷剂的蒸发温度低5~C左右，即盐水的凝固温度为-20～-22℃。
氯化钠溶液仅适用于凝固温度为-20℃的情况，其密度为1169kg／m3（15℃时），质量分数为22．4％；氯化钙溶液的密度为1194-1202kg／m3（15~C时），质量分数为
21．3％～22．1％。
配置盐水时加盐量可按式（6一1）计算，即
式中，G。
为总加盐量（kg）；I，s为盐水的容积（m。
）；p。
为盐水的密度（kg／m’）；f。
为要
求达到的盐水质量分数（％）。
'／8=y一（U+屹）
式中，V为冰池容积（m3）；V11为冰桶容积（m3）；V2冰池内蒸发器容积（m3）。
氯化钠和氯化钙的腐蚀性与它们的纯净度、溶液的密度、含氧量、pH值有关。
盐的纯
净度越高，腐蚀性越小，15~C时氯化钠溶液密度在1150～1180kg／m。
之间，氯化钙溶液密度
在i120～1240kg／m3之间腐蚀性较弱。
含氧量越高，腐蚀性越大，含氧量与盐水浓度有关，
浓度高时氧含量少，所以提高盐水浓度可降低腐蚀。
酸性和碱性盐水对金属都能产生腐蚀，
而且酸性盐水腐蚀性更强。
盐水呈酸性是因为吸收了空气中的二氧化碳；显碱性是因为氯化
钙本身为碱性，另一方面是因为有氨漏人盐水中。
为了降低盐水对金属的腐蚀作用，可向盐水中掺人防腐剂。
一般采用重铬酸钠
（Na2Cr207）和氢氧化钠（NaOH）。
重铬酸钠和氢氧化钠的质量比为100：
27。
防腐剂的加
人量还与盐的种类有关，一般每1m。
氯化钠盐水中加入重铬酸钠3．2kg，氢氧化钠0．86kg；
每1m3氯化钙盐水中加入重铬酸钠1．6kg，氢氧化钠0．43kg，盐水的pH值在7～9之间。
6．1．3制冰负荷及设备的选型计算
1．制冰负荷计算
（1）水在冰桶中的冻结时间
式中，τ为水在冰桶中的冻结时间（h）；6为冰块上端厚度（m）；A、B为系数，与冰块横断面长边与短边之比有关，见表6-4；ty为制冰池内盐水温度（℃）。
表6-4系数A、B的值
与冰块横断面长边与短边之比有关的系数
1
l_5
2
2.5
4
A
3120
4060
4540
4830
5320
B
O．036
O．030
O．026
0.024
O．023
（2）冰桶数量
式中，n为冰桶数量（只）；G为冰的生产能力（t／24h）；m为每块冰的质量（kg）；tk为由
制冰池提冰、脱冰、加水、再放入制冰池，这些作业所需时间（h），一般可取0．1～0．15h。
（3）盐水制冰冷负荷
∑Q=1．15（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）（6-4）
式中，∑Q为制冰冷负荷（w）；Q1为制冰池传热量（w）；Q2为水冷却和冻结的热量（w）；Q3为冰桶的热量（w）；Q4为脱冰时的融化损失（w）；Q5为盐水搅拌器的热量（w）；1．15为冷桥及其他冷损失系数。
1）制冰池传热量
Q1=∑AK（t-ty）（6-5）
搅拌器效率，一般为0．5～0．6。
6．1．4制冰间设计．
制冰设备在制冰间的布置如图6-9所示。
在进行制冰间设计时，应考虑使制冷管线较短，安装、操作、维修方便，并且使制冰间靠近水源及冰库，保证制冰流程较短，冰的运输方便，制冰间应具有良好的采光和通风，以便于操作和排除室内过大的湿气。
1．制冰间尺寸的确定
（1）制冰间的长度
L=l1+l2+l3+l4+l5（6-13）
式中，L为制冰间的长度（m）；l1为盐水池的长度（m）；l2为脱冰池的宽度（m）；l3为倒冰架的宽度（m）；l4为滑冰道的长度（m），约为冰桶高的3倍；l5为盐水池距墙的距离（m），大于1m。
（2）制冰间的宽度
B=nb+（n-l）b1+2b2（6一14）
式中，B为制冰间的宽度（m）；n为横向盐水池的数目（个）；6为一个盐水池的宽度（m）；b1为相邻盐水池间的距离（m）；b2为盐水池距墙的距离（m）。
（3）制冰间的高度
H=h1+h2+h3（6-15）
式中，H为制冰间的高度（m）；h1为盐水池的高度（m）；h2为由盐水池提取冰桶的必需高度（m），一般可取冰桶高度的l.5倍；h3为制冰间起重机所需要的高度（m）。
2．盐水池设计
盐水池容积应根据池内各设备规格和设备布置方式确定。
蒸发器沿制冰池长度方向布置的盐水池，宽度应根据蒸发器组数及冰桶数目、冰桶之间盐水通道的宽度而定，通常不要太宽，以保证其间的盐水流速。
池子的长度可根据蒸发器和吸人管的实际长度与搅拌器所占位置之和确定，也可根据冰桶排数确定。
盐水池的高度应保证将蒸发器浸没于盐水中，盐水池最高液位应保持和木盖板有20～30mm的距离。
盐水池四壁和底部所做保温层绝缘系数M应大于2．8（m2·K）／w。
四壁的顶部必须能防止生产用水渗入到保温层，池底保温层下应采取防止地坪冻裂的措施，实践证明，架空的方法效果较好。
3．蒸发器的布置
蒸发器的布置应考虑如何提高蒸发器的传热效率，盐水温度均匀，便于安装维修。
目前蒸发器在制冰池中所采用的布置方式有三种：
一是将蒸发器布置在制冰池的端头；二是将蒸发器布置在制冰池的一侧；三是将蒸发器布置在两侧或当中。
这三种方式盐水流经蒸发器的速度都比较大，传热性能较好，同时由于蒸发器集中布置使安装简便，但这几种方式检查维修都比较困难。
4．搅拌器和冰桶的布置
在盐水池中，搅拌器可使用一台，也可以使用多台。
搅拌器应布置在制冰池与融冰池相对的一端，避免起吊的冰桶经过其上空时滴落盐水而腐蚀电动机。
在布置冰桶时，应使流动的盐水与冰桶的桶面接触，以提高换热效率。
还要注意在盐水循环回路中减少局部阻力、涡流损失，避免发生盐水走短路等现象。
5．滑冰台
滑冰台应带有2％～4％的坡度，宽度应根据冰块的大小和倒冰架宽度确定，一般不应小于3m。
6．2快速制冰
不同于盐水制冰，快速制冰一般采用制冷剂直接蒸发制冷。
其特点是设备体积小，制冰速度快，自动化程度高。
根据制冰的方法和冰块的形状，快速制冰机可分为片冰机、块冰机和管冰机等。
6．2．1片冰机
片冰机是一种连续式制冰机，制冰过程与出冰过程同时进行。
其优点是冰的冷却面积大，冷却效果好；不足之处是片冰融化速度快，不易储存。
片冰的厚度一般在1～3mm之间，多应用于超级市场鲜活商品及远洋渔船作业的冰鲜储存。
片冰机的种类很多，大体上可分为立式和卧式。
立式又可分为夹层内部制冰和外部制冰，又有刮刀转动而圆筒不动和圆筒转动而刮刀不动之分。
片冰机的制冰原理为制冷剂在设有导流板的夹套圆筒的环形空间内蒸发吸热，蒸发后的制冷剂蒸气由夹层的上部排出。
制冰原料水从圆桶内壁或外壁喷淋而下并冻结成冰，再由刮刀将壁面结成的冰刮下，落在片冰机下面的环形冰槽内，然后通过滑冰槽出冰。
桶内多余的未结冰的水沿桶壁流人下部的集水槽中由水泵循环使用。
1．螺旋剥离式片冰机
螺旋剥离式片冰机如图6-10所示。
这种片冰机的制冰部分由以下几部分组成，即蒸发器盘管、不锈钢制冰桶、螺旋剥削刀、剥削刀
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