CN107736435A - 一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统及工艺方法，工艺系统包括空气压缩机、吸附系统、开关阀、节流阀、透平膨胀机、冷却器、低温换热器、气液分离器、储罐、海鲜深冷速冻箱、加热器；工艺方法是先将空气进行压缩，再除去空气中水分、二氧化碳等杂质，再将空气压缩降温成液体空气来深冷速冻海鲜；本发明用空气以代替液氮的使用，不仅降低海鲜深冷速冻的成本，而且避免液氮的泄漏对生命造成危害和对财产造成损失。

Description

一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统及工艺方法

技术领域

本发明涉及一种利用空气进行海鲜深冷速冻的方法，尤其是一种将空气进行压缩冷却、净化处理和低温液化变成液体，然后为海鲜进行深冷速冻的方法，属于海鲜加工技术领域。

背景技术

目前，一般采用液氮进行海鲜深冷速冻。液氮是液态的氮气，在常压下液体温度为-196℃，是惰性的，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃的。在工业中，液氮一般来自炼钢厂、煤化工装置配套的空分装置。空分装置不仅系统复杂，投资高，而且一般位于偏远的化工园区。海鲜一般要求在沿海就近处理，能够保持海鲜的品质与口感。液氮采用槽车进行长距离运输与配送，氮气蒸发损失大，导致液氮采购成本增大；液氮使用后的低温气体无法回收利用，直接放空，造成冷量的损失与资源的浪费，从而致使利用液氮进行海鲜深冷速冻成本的居高不下。同时，液氮的使用需要下游用户配置独立的液氮储罐进行储存，液氮在运输与储存过程中，如果发生泄露，容易造成局部缺氧窒息环境，对生命财产造成极大危害。

公开日为2004年10月6日，公开号为CN1533717A的中国专利，公开了一种利用液氮进行食品加工的方法，其具体操作是：首先将液氮通入速冻槽内和食品充分接触，使得食品在瞬间完成冷冻，然后再将冷冻后气化了的氮气通入箱式干燥机内，使得果蔬在无氧条件下进行脱水干燥，采用该方法能瞬间完成食品的冷冻，其工艺简单，但是加工成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统及工艺方法，用空气以代替液氮的使用，不仅降低海鲜深冷速冻的成本，而且避免液氮的泄漏对生命造成危害和对财产造成损失。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统，包括空气压缩机、吸附系统、一号和二号开关阀、第一至第七节流阀、透平膨胀机、冷却器、低温换热器、气液分离器、储罐、海鲜深冷速冻箱、加热器，所述透平膨胀机分为透平膨胀机增压端和透平膨胀机膨胀端，所述吸附系统由数个并列的吸附塔组成；所述吸附塔的进口与吸附塔进口管道连接，吸附塔的出口与吸附塔出口管道连接，所述吸附塔进口管道与吸附塔出口管道均设有一号开关阀；所述吸附系统的进口由并列的吸附塔进口管道组成，所述吸附系统的出口由并列的吸附塔出口管道组成；所述吸附塔均设有放空装置；所述空气压缩机的出口通过管道与吸附系统的进口连接；所述吸附系统的出口通过管道与透平膨胀机增压端的进口连接；所述透平膨胀机增压端的出口通过管道与冷却器的进口连接；所述冷却器的出口通过管道与低温换热器的物料进口连接；所述低温换热器的物料出口通过管道与气液分离器的进口连接，管道上设有第一节流阀；所述气液分离器的底部出口通过管道与低温换热器的一号冷源进口连接；所述气液分离器的底部出口通过管道与海鲜深冷速冻箱的冷源进口连接，管道上设有第二节流阀；所述气液分离器的底部出口通过管道与储罐的进口连接，管道上设有第三节流阀；所述低温换热器的一号冷源出口通过管道与透平膨胀机膨胀端的进口连接；所述透平膨胀机膨胀端的出口通过管道与低温换热器的二号冷源进口连接；所述气液分离器的顶部出口通过管道与低温换热器的二号冷源进口连接，管道上设有第四节流阀；所述海鲜深冷速冻箱的冷源出口通过管道与低温换热器的二号冷源出口连接，管道上设有第五节流阀；所述低温换热器的二号冷源出口通过管道与空气压缩机的进口连接，管道上设有第六节流阀；所述低温换热器的二号冷源出口通过管道与加热器的进口连接，管道上设有第七节流阀；所述加热器的出口通过管道与吸附塔的出口连接，管道上设有二号开关阀。

进一步的，所述吸附系统由两个吸附塔并列组成。

进一步的，所述吸附塔中填充有吸附剂，所述吸附剂包括活性氧化铝和改型13X分子筛；所述低温换热器为铝制板翅式换热器。

进一步的，所述海鲜深冷速冻箱的冷源进口通过盘管与海鲜深冷速冻箱的冷源出口连接。

一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺方法，包括以下步骤：

步骤一、空气的压缩和冷却

将空气经过空气压缩机压缩与冷却后，提高了空气的压力，降低了空气的温度；

步骤二、空气的净化

数个并列的吸附塔，经过对应的输入开关阀和输出开关阀的切换，使得一部分吸附塔处于吸附阶段、另一部分吸附塔处于加热再生阶段，将步骤二中的空气输入处于吸附阶段的吸附塔中，脱除空气中的水、二氧化碳和其他有害杂质；

步骤三、空气经过低温液化工序冷却成液体空气

净化后的空气首先经过透平膨胀机增压端，提高空气压力，增压后的空气经过冷却器降低温度后进入低温换热器，在低温换热器内降温液化，然后进入气液分离器中分出液体空气和气体空气，气液分离器的底部出口的液体空气分为三股，第一股液体空气回低温换热器为空气的液化提供冷源，复温的空气从低温换热器中部抽出，然后进入透平膨胀机膨胀端进行膨胀降温，降温后的空气从低温换热器低温端进入，为空气的降温与液化提供冷量；第二股液体空气去海鲜深冷速冻箱，为海鲜速冻提供冷源；第三股液体空气进入储罐中储存；

步骤四、利用液体空气进行海鲜深冷速冻

步骤三的液体空气通过调节阀控制液体空气的压力与温度去海鲜深冷速箱，为海鲜的深冷速冻提供超低温冷源，蒸发后的低温空气通过调节阀控制出口压力，然后去低温换热器中部与膨胀后的低压空气混合，混合后的空气在低温换热器回收低温空气中残余冷量；海鲜深冷速冻箱消耗的液体空气量根据海鲜处理量、出速冻箱的空气温度进行调节，多余的液体空气进入储罐进行储存；

步骤五、低压空气的循环利用

从低温换热器出来的低压空气分为二股，一股低压空气经过加热器加热后去吸附塔作为再生气对吸附剂进行加热再生；另一股低压空气去空气压缩机的进口处，实现空气的循环利用。

进一步的，所述空气经过空气压缩机增压冷却，其中空气压缩机的出口处空气的压力控制在1.0—1.3MPa、温度控制在40℃。

进一步的，所述低温换热器的物料出口处空气通过调节阀降压降温后，温度为-170℃—-175℃、压力为0.6—0.7MPa。

进一步的，所述透平膨胀机膨胀端的出口处空气压力为0.025—0.050MPa。

进一步的，所述海鲜深冷速冻箱的出口处空气通过节流阀控制空气压力为0.02—0.05MPa。

进一步的，所述液体空气储罐采用低温真空绝热带压储罐，设计温度为-196℃，设计压力为0.8MPa。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

（1）本发明直接利用空气进行海鲜深冷速冻，代替液氮的使用，降低海鲜深冷速冻的生产成本；采用空气自增压膨胀制冷，生产液体空气，不仅取消独立的制冷系统，而且代替配置低温精馏塔的空分装置，大大降低了液体空气的投资与生产成本。本发明将海鲜深冷速冻箱内蒸发的空气去低温换热器回收冷能，复温后气体去净化工序作为高效吸附剂的再生气，从而降低了空气进行降温液化的成本。

（2）本发明的净化后的空气首先经过透平膨胀机增压端增压、冷却后去低温换热器，通过提高液化压力能够有效降低液化成本。本发明的降温后的液体空气分为3股，第一股返回低温换热器为空气的液化提供冷源，然后从低温换热器中部侧抽，然后去透平膨胀机膨胀端膨胀制冷，膨胀后的低温气体去低温换热器，为空气的冷却提供冷源；第二股液体空气去海鲜深冷速冻箱为海鲜深冷速冻提供冷源；第三股去液体储罐进行储存备用。

（3）本发明的海鲜速冻箱出来的蒸发气体与膨胀后的气体在低温换热器适当位置混合，混合后空气在低温换热器内为高压空气预冷提供冷量，从而降低液体空气的生产成本；本发明的复温后的低压空气分两股，一股去吸附塔作为高效吸附剂的再生气，另一股气体去原料气压缩机入口，实现了空气的循环利用。

附图说明

图1是本发明实施例的工艺流程示意图。

图2是本发明实施例的工艺系统结构示意图。

图1中标记如下：压缩冷却工序1，净化工序2，低温液化工序3，增压透平膨胀工4，深冷速冻工序5。

图2中标记如下：空气压缩机6，第一吸附塔7，第二吸附塔8，低温换热器9，透平膨胀机增压端10，透平膨胀机压缩端11，透平膨胀机后冷却器12，气液分离器13，加热器14，深冷速冻箱15，原料气16，净化后的空气18，高压的空气19，液化空气20，气液分离器底部出口液体空气22，第一股液体空气27，第二股液体空气25，第三股液体空气23，复温的空气28，低压空气30，第二股空气35，第一股空气32，第一开关阀36，第二开关阀37，第三开关阀38，第四开关阀39，第五开关阀40，第六开关阀41，第七开关阀42，第八开关阀43，第九开关阀44，第一节流阀45，第二节流阀48，第三节流阀47，第四节流阀46，第五节流阀49，第六节流阀51，第七节流阀50。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，图中单箭头表示气体空气的走向，空心箭头表示液体空气的走向，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2，一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统，包括空气压缩机6、吸附系统、第一至第九开关阀、第一至第七节流阀、透平膨胀机、冷却器12、低温换热器9、气液分离器13、储罐、海鲜深冷速冻箱15、加热器14。

透平膨胀机分为透平膨胀机增压端10和透平膨胀机膨胀端11，吸附系统由第一吸附塔7和第二吸附塔8组成；第一吸附塔7的进口与第一吸附塔进口管道连接，第一吸附塔进口管道上设有第一开关阀36，第一吸附塔7的出口与第一吸附塔出口管道连接，第一吸附塔出口管道上设有第五开关阀40；第二吸附塔8的进口与第二吸附塔进口管道，第二吸附塔进口管道上设有第三开关阀38，第二吸附塔8的出口与第二吸附塔出口管道连接，第二吸附塔出口管道上设有第七开关阀42；第一吸附塔7与第二吸附塔8均设有放空装置；第一吸附塔7的进口通过管道与大气连接，管道上设有第二开关阀37，构成第一吸附塔7的放空装置；第二吸附塔8的进口通过管道与大气连接，管道上设有第四开关阀39，构成第二吸附塔8的放空装置；第一吸附塔7的出口与第二吸附塔8的出口通过管道连接，管道上设有第九开关阀44；第一吸附塔7的进口与第二吸附塔8的进口并列构成吸附系统的进口，第一吸附塔7的出口与第二吸附塔8的出口并列构成吸附系统的出口。

空气压缩机6的出口通过管道与吸附系统的进口连接；吸附系统的出口通过管道与透平膨胀机增压端10的进口连接；透平膨胀机增压端10的出口通过管道与冷却器12的进口连接；冷却器12的出口通过管道与低温换热器9的物料进口连接；低温换热器9的物料出口通过管道与气液分离器13的进口连接，管道上设有第一节流阀45；气液分离器13的底部出口通过管道与低温换热器9的一号冷源进口连接；气液分离器13的底部出口通过管道与海鲜深冷速冻箱15的冷源进口连接，管道上设有第二节流阀48；气液分离器13的底部出口通过管道与储罐的进口连接，管道上设有第三节流阀47；低温换热器9的一号冷源出口通过管道与透平膨胀机膨胀端11的进口连接；透平膨胀机膨胀端11的出口通过管道与低温换热器9的二号冷源进口连接；气液分离器13的顶部出口通过管道与低温换热器9的二号冷源进口连接，管道上设有第四节流阀46；海鲜深冷速冻箱15的冷源出口通过管道与低温换热器9的二号冷源出口连接，管道上设有第五节流阀49；低温换热器9的二号冷源出口通过管道与空气压缩机6的进口连接，管道上设有第六节流阀51；低温换热器9的二号冷源出口通过管道与加热器14的进口连接，管道上设有第七节流阀50；加热器14的出口通过管道与第一吸附塔7的出口连接，管道上设有第六开关阀41；加热器14的出口通过管道与第二吸附塔8的出口连接，管道上设有第八开关阀43。

一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺方法，包括以下步骤：

步骤一、空气的压缩和冷却

将原料气16经过空气压缩机6压缩冷却后，提高了空气的压力，降低了空气的温度。空气压缩机出口空气的压力控制在1.0~1.3MPa，温度控制在40℃。

步骤二、增压后空气的净化

空气压缩机出口空气输入两个并列的吸附塔中的第一吸附塔7或第二吸附塔8，经过第一吸附塔7的进口、第一吸附塔7的出口、第二吸附塔8的进口、第二吸附塔8的出口对应的输入开关阀和输出开关阀的切换，使得其中的第一吸附塔7处于吸附阶段，第二吸附塔8处于加热再生阶段，脱除空气中的水、二氧化碳和其他有害杂质；

图2给出了第一吸附塔7和第二吸附塔8的两个吸附塔的切换工艺流程，当第一开关阀36、第五开关阀40打开，第三开关阀38、第七开关阀42和第九开关阀44关闭时，第一吸附塔7吸附塔处于吸附阶段；

当第八开关阀43和第四开关阀39打开，第六开关阀41、第二开关阀37关闭时，第二吸附塔8则处于加热再生阶段。来自低温换热器9的低压空气31中部分气体经过调节阀50控制流量，然后去加热器14加热到180~220℃的高温气体，加热器14由电或其它热媒（蒸汽、导热油等）提供热源。加热后的高温气体通过第八开关阀43去第二吸附塔8对吸附剂进行加热再生，加热解析出吸附剂中的微量水、二氧化碳等有害杂质，解析后的气体通过第四开关阀39去界外集中排放。当关闭加热器14时，第二吸附塔8处于冷吹阶段，冷却后吸附剂处于工作吸附初始状况；

当第一吸附塔7吸附饱和时，第八开关阀43、第四开关阀39关闭，第九开关阀44打开，第三开关阀38、第七开关阀42打开，吸附塔8处于吸附阶段。依次，第一开关阀36、第五开关阀40、第九开关阀44关闭，吸附塔7处于待加热再生阶段；

打开第六开关阀41、第二开关阀37，打开加热器14，第一吸附塔7处于加热再生阶段。当加热再生结束后，关闭加热器14，第一吸附塔7处于冷吹阶段。冷吹结束后，等待下一个吸附周期。按照上述步骤进行阀门开关，实现第一吸附塔7和第二吸附塔8的切换，脱除空气中微量水、二氧化碳和其他有害杂质；

两个吸附塔中分别充填多种脱水专用的活性氧化铝、脱二氧化碳专用的改型13X分子筛。

步骤三、净化后的空气经过低温液化工序冷却成液体空气

净化后的空气18首先经过透平膨胀机增压端10，提高空气压力；增压后的空气经过冷却器12降低温度后进入低温换热器9，在低温换热器内被冷却变成液化空气20，液化空气20通过第一调节阀45降压降温，然后进入气液分离器13，气液分离器底部出口液体空气22分为三股，第一股液体空气27回低温换热器9为空气的液化提供冷源，复温的空气28从低温换热器中部抽出，然后进入透平膨胀机膨胀端11进行膨胀降温，透平膨胀机膨胀端出口空气从低温换热器9的二号冷源进口进入，为空气的降温与液化提供冷量；第二股液体空气25去海鲜深冷速冻箱15为海鲜深冷速冻提供冷源；第三股液体空气23作为剩余的液体空气产品去界外真空低温储罐进行储存；气液分离器顶部出口气体通过调节阀46调节压力后与透平膨胀机膨胀端出口空气混合后去低温换热器9，为高压的空气19冷却液化提供冷量。

步骤四、利用液体空气进行海鲜深冷速冻

第二股液体空气25通过调节阀48控制液体空气的压力与温度去海鲜深冷速冻箱15，为海鲜的深冷速冻提供超低温冷源，蒸发后的低温空气通过调节阀49控制出口压力，然后去低温换热器中部与膨胀后的低压空气30混合，混合后的空气在低温换热器回收低温空气中残余冷量。海鲜深冷速冻箱消耗的液体空气量根据海鲜处理量、出速冻箱的空气温度进行调节，多余的液体空气去液体空气储罐进行储存。

步骤五、低压空气的循环利用

从低温换热器9的二号冷源出口出来的空气分为二股，第一股空气32经过第七调节阀50控制流量，然后经过加热器14加热到180~200℃，然后去第一吸附塔7或者第二吸附塔8作为再生气对吸附剂进行加热再生。第二股空气35去空气压缩机6入口，实现空气的循环利用，降低来自环境的空气量，从而降低后续空气的净化负荷，降低吸附剂的再生能耗。

以上给出的本发明实施方法已经对本发明进行了说明性而非限制性的描述，但是，在本发明的技术构思范围内，可对本发明的技术方案进行简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统，其特征在于：包括空气压缩机、吸附系统、一号和二号开关阀、第一至第七节流阀、透平膨胀机、冷却器、低温换热器、气液分离器、储罐、海鲜深冷速冻箱、加热器，所述透平膨胀机分为透平膨胀机增压端和透平膨胀机膨胀端，所述吸附系统由数个并列的吸附塔组成；所述吸附塔的进口与吸附塔进口管道连接，吸附塔的出口与吸附塔出口管道连接，所述吸附塔进口管道与吸附塔出口管道均设有一号开关阀；所述吸附系统的进口由并列的吸附塔进口管道组成，所述吸附系统的出口由并列的吸附塔出口管道组成；所述吸附塔均设有放空装置；所述空气压缩机的出口通过管道与吸附系统的进口连接；所述吸附系统的出口通过管道与透平膨胀机增压端的进口连接；所述透平膨胀机增压端的出口通过管道与冷却器的进口连接；所述冷却器的出口通过管道与低温换热器的物料进口连接；所述低温换热器的物料出口通过管道与气液分离器的进口连接，管道上设有第一节流阀；所述气液分离器的底部出口通过管道与低温换热器的一号冷源进口连接；所述气液分离器的底部出口通过管道与海鲜深冷速冻箱的冷源进口连接，管道上设有第二节流阀；所述气液分离器的底部出口通过管道与储罐的进口连接，管道上设有第三节流阀；所述低温换热器的一号冷源出口通过管道与透平膨胀机膨胀端的进口连接；所述透平膨胀机膨胀端的出口通过管道与低温换热器的二号冷源进口连接；所述气液分离器的顶部出口通过管道与低温换热器的二号冷源进口连接，管道上设有第四节流阀；所述海鲜深冷速冻箱的冷源出口通过管道与低温换热器的二号冷源出口连接，管道上设有第五节流阀；所述低温换热器的二号冷源出口通过管道与空气压缩机的进口连接，管道上设有第六节流阀；所述低温换热器的二号冷源出口通过管道与加热器的进口连接，管道上设有第七节流阀；所述加热器的出口通过管道与吸附塔的出口连接，管道上设有二号开关阀。

2.根据权利要求1所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统，其特征在于：所述吸附系统由两个吸附塔并列组成。

3.根据权利要求1所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统，其特征在于：所述吸附塔中填充有吸附剂，所述吸附剂包括活性氧化铝和改型13X分子筛；所述低温换热器为铝制板翅式换热器。

4.根据权利要求1所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统，其特征在于：所述海鲜深冷速冻箱的冷源进口通过盘管与海鲜深冷速冻箱的冷源出口连接。

5.一种利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺方法，采用权利要求1-4任一权利要求所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺系统进行，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、空气的压缩和冷却

将空气经过空气压缩机压缩与冷却后，提高了空气的压力，降低了空气的温度；

步骤二、空气的净化

数个并列的吸附塔，经过对应的输入开关阀和输出开关阀的切换，使得一部分吸附塔处于吸附阶段、另一部分吸附塔处于加热再生阶段，将步骤二中的空气输入处于吸附阶段的吸附塔中，脱除空气中的水、二氧化碳和其他有害杂质；

步骤三、空气经过低温液化工序冷却成液体空气

净化后的空气首先经过透平膨胀机增压端，提高空气压力，增压后的空气经过冷却器降低温度后进入低温换热器，在低温换热器内降温液化，然后进入气液分离器中分出液体空气和气体空气，气液分离器的底部出口的液体空气分为三股，第一股液体空气回低温换热器为空气的液化提供冷源，复温的空气从低温换热器中部抽出，然后进入透平膨胀机膨胀端进行膨胀降温，降温后的空气从低温换热器低温端进入，为空气的降温与液化提供冷量；第二股液体空气去海鲜深冷速冻箱，为海鲜速冻提供冷源；第三股液体空气进入储罐中储存；

步骤四、利用液体空气进行海鲜深冷速冻

步骤三的液体空气通过调节阀控制液体空气的压力与温度去海鲜深冷速箱，为海鲜的深冷速冻提供超低温冷源，蒸发后的低温空气通过调节阀控制出口压力，然后去低温换热器中部与膨胀后的低压空气混合，混合后的空气在低温换热器回收低温空气中残余冷量；海鲜深冷速冻箱消耗的液体空气量根据海鲜处理量、出速冻箱的空气温度进行调节，多余的液体空气进入储罐进行储存；

步骤五、低压空气的循环利用

从低温换热器出来的空气分为二股，一股空气经过加热器加热后去吸附塔作为再生气对吸附剂进行加热再生；另一股空气去空气压缩机的进口处，实现空气的循环利用。

6.根据权利要求5所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺方法，其特征在于：所述空气经过空气压缩机增压冷却，其中空气压缩机的出口处空气的压力控制在1.0—1.3MPa、温度控制在40℃。

7.根据权利要求5所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺方法，其特征在于：所述低温换热器的物料出口处空气通过调节阀降压降温后，温度为-170—-175℃、压力为0.6—0.7MPa。

8.根据权利要求5所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺方法，其特征在于：所述透平膨胀机膨胀端的出口处空气压力为0.025—0.050MPa。

9.根据权利要求5所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺方法，其特征在于：所述海鲜深冷速冻箱的出口处空气通过节流阀控制空气压力为0.02—0.05MPa。

10.根据权利要求5所述的利用空气进行海鲜深冷速冻的工艺方法，其特征在于：所述液体空气储罐采用低温真空绝热带压储罐，设计温度为-196℃，设计压力为0.8MPa。