螺旋隧道液氮速冻设备对比

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一、三类速冻装置的形态

速冻装置按形态分三类，螺旋式、隧道式与液氮式。螺旋式的输送带沿螺旋线轨迹运行，在有限的占地里叠出很长的冻结路径；隧道式的输送带直线运行，长度按冻结时间配置；液氮式用液氮直接喷淋或汽化后换热，温度最低。

形态决定产能与占地。螺旋式占地小、产能大，适合连续生产；隧道式结构简单、产能高，但占地大；液氮式结构紧凑，适合小批量与高附加值产品。

共性是把食品快速通过最大冰晶生成带。冻结越快，冰晶越细，解冻时的汁液流失越少，对水产与浆果这类含水量高的产品尤其重要。

图 1　两类速冻方式的冻结时间对照（分钟）

二、螺旋速冻装置的标准与名义工况

螺旋式速冻装置有专门的国家标准。GB/T 22733-2008《食品速冻装置 螺旋式速冻装置》由国家质量监督检验检疫总局与国家标准化管理委员会发布，适用于快速冻结食品的螺旋式速冻装置，不含制冷压缩机组。

标准给出名义工况。以单只质量 40 克、上料密度不低于 6.5 公斤每平方米、进料温度不高于 15 ℃、出料温度不高于 -18 ℃ 的裸冻肉鸡翅中为标准食品，装置内循环冷空气的温度不高于 -30 ℃。

指标可以核查。标准食品达到规定出料温度的时间不超过 45 分钟；空载时装置内温度从环境温度降至 -30 ℃ 的时间不大于 45 分钟；装置的噪声声压级不大于 80 分贝。

三、螺旋装置的产能与技术参数

螺旋速冻装置的产能跨度大。南通四方冷链装备股份有限公司的产品冻结产量范围从每小时 200 公斤到每小时 10000 公斤，按产品与冻结要求定制。

标准机型的技术参数可以对照。以每小时 1000 公斤的机型为例，出料温度 -18 ℃，冻结温度 -35 ℃，冻结时间 20 分钟到 100 分钟可调，制冷量 170 千瓦，装机功率 25 千瓦，制冷剂可用 R717、R22、R404A 或 R507A。

产能与冻结时间互相牵制。单位时间产量越高，产品在装置内停留的时间越短；冻结时间不足，物料中心温度达不到要求。

图 2　螺旋速冻装置的冻结产量区间（公斤/小时）

四、液氮速冻的速度与机理

液氮在常压下的温度是 -196 ℃。液氮与食品接触时汽化，吸收大量显热与潜热，快速带走热量，降温速度远高于机械制冷。

两类方式的降温速度差别明显。机械速冻的降温速度约每分钟 0.3 ℃，液氮速冻约每分钟 50 ℃；对应的冻结时间，机械速冻在 60 分钟到 360 分钟，液氮速冻在 3 分钟到 25 分钟。

速度快带来品质差别。冻结过程快速通过最大冰晶生成带，冰晶细小，细胞组织受的损伤小，解冻后的汁液流失少，色泽与口感接近新鲜状态。

图 3　机械速冻与液氮速冻的降温速度（摄氏度/分钟）

五、液氮速冻的消耗与成本

液氮速冻的代价在消耗。冻结每吨产品的液氮消耗量受含水量、厚度、初始温度与是否带包装影响，一般在 0.5 吨到 2 吨之间，裸冻产品多在 1 吨到 1.5 吨。

工业生产的实测量级可以参考。广东省科学技术厅登记的科技成果显示，装备满载货物（水）时液氮消耗量为 2060 公斤每吨，大规模工业生产中冻结每吨产品的液氮消耗量小于 1600 公斤每吨。

消耗直接进运行成本。液氮速冻的电费很低，一台每小时 1 吨产量的设备电功率约 13 千瓦，主要成本集中在液氮本身，适合有品质溢价的高附加值产品。

图 4　液氮速冻隧道的四个环节

六、隧道式与螺旋式的空间与产能匹配

隧道式与螺旋式的取舍在占地与产能。隧道式靠直线输送延长冻结路径，产量大，长度随冻结时间增加，厂房占地大；螺旋式用垂直叠层在同样的占地里取得更长的停留时间。

螺旋式适合场地受限的车间。水产品、肉禽、面点与调理食品的连续冻结多用螺旋式，装置可以配全焊接保温库体、自动清洗系统与空气除霜系统。

隧道式适合单一品种的连续生产。产品形态稳定、产能需求大的线上，直线隧道的进出料顺畅，维护简单。两种形态在产线上常配合使用。

七、设备投资与运行成本的对照

投资结构与运行成本相反。机械速冻设备的初投资高，制冷系统复杂，安装工程量大，但运行成本低，适合长期连续生产。

液氮速冻设备的初投资低，结构简单，安装方便，运行成本集中在液氮消耗上。液氮的价格与运输距离相关，用气点离液氮供应越远，成本越高。

选型要算总账。高附加值、小批量、多品种的产品，液氮速冻的品质优势可以覆盖运行成本；大批量、单一品种的产品，机械速冻的运行成本优势更明显。

八、冻结品质与适用范围

三类的适用对象不同。螺旋式速冻装置适合水产、肉禽、面点与调理食品的连续冻结，产量大、占地小；隧道式适合预制菜、分割禽肉这类形态稳定、产能大的产品；液氮速冻适合高端水产、浆果与需要迅速降温的产品。

单冻产品的处理方式也有区别。流态化隧道靠强风把颗粒状食品吹成沸腾状态，实现逐个冻结；螺旋式靠网带承载，产品在冻结过程中不粘连。

品质与成本要一起看。液氮速冻的干耗低、汁液流失少，机械速冻的设备产能大、运行成本低，产品的市场定位决定用哪一种。

图 5　三类速冻装置的适用对象

九、速冻设备的选型判断

选型先定产品与产量。产品的含水量、厚度、形状、是否要求单冻，决定冻结时间的要求；每小时与每天的产量决定设备的规模。

场地与运行成本决定形态。场地受限、产量大，选螺旋式；单一品种、产量大，选隧道式；小批量、高附加值、多品种，选液氮式。

三类条件同时约束。冻结速度决定品质，产能决定投资，运行成本决定长期开支。设备的标准与名义工况提供了可核查的比较基准，选型要按实际工况对照，不按标称值下单。

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