真空系统组件
设计良好的真空冷却系统包含三个主要组件:(1) 真空室,(2) 真空泵系统,(3) 捕水器(冷凝器)。三者互为约束:真空室决定了需要处理的水蒸气量,捕水器负责冷凝其中的大部分,泵系统则处理剩余部分以及漏入的不凝性气体。
真空泵选型
泵的规格必须能够抽空腔室容积,并在冷却过程中持续处理水蒸气负荷。对于农产品冷却(≤660 Pa),单级旋片泵即可满足需求。对于食品冷却(初始温度80-90°C),建议采用水环泵作为前级泵、旋片泵作为主泵的两级系统。
两者的差别来自蒸汽负荷。热食在周期前段释放大量水蒸气,且蒸汽温度高;水环泵耐湿,作为前级承担这一负荷,旋片泵则负责把压力抽到目标值。果蔬预冷的水蒸气量更小、温度更低,单级即可胜任。
这两类工况都不应加装罗茨泵。果蔬预冷与食品速冷的目标压力为≤600 Pa,在该压力区间罗茨泵不会带来有效抽速增益,因为这一压力范围由前级泵处理。罗茨泵与旋片泵的组合属于深度真空工况,例如冻干,其工作压力为≤30 Pa。给冷却系统加装增压级只会增加成本与维护内容,对周期没有帮助。
捕水器设计
捕水器需具备足够的表面积以冷凝蒸发的水蒸气。所需面积取决于峰值除湿速率。经验法则为:每100 kg/h水蒸气需配备1 m²的捕水器表面积。此外还有两个条件:捕水器表面温度必须低于所接收蒸汽的露点;表面积霜会减少自由面积并削弱换热,因此除霜与排水属于设计内容,而不是日常杂务。
真空室与实际故障点
真空室容积应与装载密度一并考虑,因为需要抽空的自由容积等于箱体容积减去产品体积。密封性的重要程度不亚于泵的选型:失去密封能力的门封会持续漏入空气,泵的抽速便被消耗在抽空气上,而不是抽水蒸气。当周期变慢时,实用的排查顺序是门封条、阀门密封、箱体焊缝。喷水嘴与排水管路同样应列入例行检查,因为堵塞会同时改变水分供给与蒸汽通道。