摘要：食品配料的降温需要考虑生产工艺的降温时间、降温的平衡性、节能、系统设计、系统选型等几个方面，本文用利用某调理工厂的冷却釜降温系统分析了食品配料降温冷却系统常用的方式。
关键词：冷却釜；降温；冷却系统；节能；Free Cooling
1“冷却釜”的历史[1]
釜，圆底而无足，必须安置在炉灶之上或是以其他物体支撑煮物，釜口也是圆形，可以直接用来煮、炖、煎、炒等，可视为现代所使用「锅」的前身。仰韶文化时期，便出现与陶灶相配合的陶釜，秦汉以来陶砖制造的进步，促成炉灶的普及，釜直接置於炉上烹煮食品，比起三足鼎、鬲更为集中火力，可以节省时间和燃料；加上冶铁业的发展，铁制釜的耐火、导热性能更好，而逐渐取代鼎、鬲成为主要炊器。
“冷却釜”就是一种冷却用锅，它是方便面中三个调味包中“酱包”经过熬煮后的冷却装置，方便面的味道就是通过“酱包”内的各种酱料来实现方便面的风味。
2“冷却釜”降温
某企业是一家全国性大型快消品生产企业，他们一直视食品安全为己任，以构建质量安全管理的良性循环为目标。食品安全与产品质量是关乎生命健康的头等大事，是企业的立命之本，作为快消品行业的龙头企业肩负着食品安全与质量保障的重要责任，不断构建和完善管理体系，建立风险预防管理机制，实施食品安全的全方位控制，确保产品质量与食品安全。
某厂是该企业的调料生产工厂，采用全自动化的生产工艺，酱包的生产从原物料的处理、运送、煮酱、冷却、包装均采用全机械化生产。酱料通过蒸汽高温熬煮后温度有120℃，需要通过三级冷却釜的逐步冷却，在130~140分钟内将酱料温度降至18℃进行包装。本文所介绍的工艺处理就是为熬煮后的酱料进行冷却配置的冷却方式。
图一 酱包生产线的流程
将冷却釜降温工艺进行拆分，对冷却釜的传热、降温物料的比热进行计算：
图二.3常用食品的比热[2] 图二.4 食用油的比热[3]
水的比热是4.2kJ/(kg*℃)，需要降温的酱料主要是油、肉类、水、调味料等组成，经过估算，酱料的比热为3.0kJ/(kg*℃)
以一级冷却釜为例进行计算演示：
初始温度120℃，终了温度70℃，最长耗时30min
采用1400kg冷却釜，壳体传热系数K=0.606 kW/(m2*℃)，换热面积6.000m2。
以进入冷却釜的冷却水的水温为40℃、流量为5(m3/h)
进行每分钟逐时计算：
图三.1 逐时计算降温的时间和温度
以第一分钟的逐时的计算为例，进入冷却釜的冷却水的水温为40℃、流量为5(m3/h)时，可以将物料温度从120℃降到116.8℃，并带走物料13312kj的热量，使物料的总热量从210000kj下降到196688kj，然而冷却水的出水温度会从40℃上升到78℃。
由此进行推演，经过每分钟的计算后，计算得到在第25-26分钟之间，酱料的温度可以达到所需的“终了温度”70℃，即计算可以满足物料的降温需求。同时，在计算式中也反应出来：冷却水第一秒的带走的热量是最大的，同时冷却水出水的温度也是最高的，所以在进行冷却散热系统在设备选型的时候，需要将此方面的内容考虑在内。
在以上计算逐时物料降温的基础上分别进行如下推导：
1.进入冷却釜的冷却水温度分别为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃
2.进入冷却釜的冷却水流量分别为：3.75m3/h、5m3/h、6.67m3/h
图三.2 比对冷却水的进水温度和流量
由此比对得出，在进水温度为40℃以下时、流量＞3.75 m3/h的冷却水均可满足考虑满足物料的降温需求。为了保证生产以及做出预留，系统设计提取中间值，即采用：冷却釜冷却水的进入水温40℃、流量为5m3/h。
按照“逐时物料降温”和“比对冷却水的进水温度和流量”两个计算，分别对三个级别、两种规格的冷却釜进行推导得出理论进入冷却釜冷却水温和流量。
图三.3 一到三级冷却釜的进水温度和水流量
由于每种酱料的煮酱时间不同，就不太会出现同时降温的现象，分别提出每台冷却釜每分钟需要降低的负荷，计算得出每台冷却釜每分钟的平均降温值：
图三.4 一到三级冷却釜的单台耗冷量
通过每台冷却釜每分钟的平均降温值、和冷却釜的数量、与业主提供的“同时使用率70%”，可以计算得到冷却散热系统的设备容量，再加上1.1倍的安全系统，得到最后的冰水主机和冷却水塔的设备选型参考：
图三.5 总负荷与主机&水塔容量的计算
一到三级冷却釜进行逐级逐时计算，计算出每分钟降温量、降温所需的冷却水温和用量。考虑节能，将冷却釜的冷却散热系统分为：
1、一级冷却釜采用冷却塔塔水系统冷却降温
2、二三级冷却釜设计为冰水系统冷却降温。
综合计算得到数据和节能的考虑，将冷却散热系统的设备选型定为：
1、一级冷却冷却釜选用的水塔为：流量192m3/h，进出水温度50→35℃；
一级冷却釜用冷却塔塔水直接提供冷源，没有冰水主机的能耗，为系统带来节能。但是，由于一级冷却釜的冷却酱料的温度有120℃，用冷却塔降温同样会带来高温危险，初期几分钟冷却塔的回水温度高达60~70℃以上，而一般水塔的填料只是在40℃左右，如果水塔的回水温度过高，会使水塔填料脆化，为防止此现象需水塔填料要采用高温型。
2、二三级冷却釜选择冰水主机 412RT×2台，供水温度10~15℃
二三级冷却釜同时采用冰水系统进行冷却降温，末端回水温度水温的浮动较大，为了使供水温度更为均衡，采用冰水箱来缓冲末端负荷不稳定所造成的影响，同时可以储蓄冷量、延长设备使用寿命。
为了同时兼顾工艺降温的时间、降温的平衡性、节能三方面工作，在冷却散热系统的主系统上，将一到三级冷却釜系统设计如下：
图四.1 一级冷却釜的降温系统
1一级冷却釜的降温系统要点：
用调节阀调节进入水塔的水温保持在50℃以下，防止高温水使水塔填料脆化。同时，冷却水塔为开式水塔，长期接触大气环境，水质较差，用换热器将水塔水和进入冷却物料的水隔开，保证进入冷却釜的冷却水水质。
而且，由于开式水塔放置在屋面，而一级冷却釜放置的位置比水塔位置低，在系统停止运转后，根据连通器的原理部分水管中的水，会在水塔水盘处溢水。水管中缺水，水管内壁与大气接触，容易使水管产生水锈，降低管道寿命。增加换热器后，在系统停止运转，生产部分为密闭状态，就水塔不会产生溢水。
图四.2 二级冷却釜的降温系统
2二级冷却釜的降温系统要点：
二级冷却釜处于中间段冷却，物料的温度在70~30℃之间，大部分的物料温度是高于常态的大气温度的。这样就可以利用天气情况，在冬季（或春秋过渡季节靠近冬季的时候）温度低的自然条件下，采用Free Cooling的设计概念，将二级冷却釜设计为采用塔水和冰水同时降温系统，采用冷却塔塔水为冰水进行预冷却，从而降低冰水的使用量。
同时，提高为二级冷却釜降温的供水温度到15℃，增加冰水主机的制冷效率。
增加控制系统，分别设计为：夏季降温模式和冬季降温模式，人工切换。
冰水箱放置在一楼冷却机房，而二级冷却釜放置的位置比冰水箱位置高，在系统停止运转后，造成冰水箱溢水，设置电动阀与水泵联控，防止水泵停时管道内水过多流进水箱。
图四.3 三级冷却釜的降温系统
3三级冷却釜的降温系统要点：电动三通阀控制供水温度恒定为10 ℃，在保证生产的前提下，合理地提高供水温度，达到节能目的。
与二级冷却釜降温系统类似，设置与水泵联控的电动阀，防止冰水箱溢水。
该企业所用冷却釜的制造商是某设备厂商直属的专业设计机械工厂，工厂配合该企业的产品研发，设计了一套专门的温控系统，减少人为误操作，对进入到冷却釜的冷却水进行自动温度调节，防止降低冷却釜内酱料的温度过低后产生凝固现象。同时，为防止设备故障原因导致的酱料凝固，还设计了一套回温系统，用以提高冷却釜内酱料的温度。
在末端，为工艺冷却水设计平衡供水系统，采用同程设计，使进入每个冷却釜冷却水的流量与温度都是相同，避免产生冷却釜冷却水前大后小的情况。
此系统工程2010年开始设计后，在7、8年时间内不断调整最终定型，至今运行状况良好，现在在该企业方便面的调理新厂（例如：杭州、西安、新疆、重庆、成都、郑州、南京等地）均使用这套系统。
参考文献
[1]，360百科[N].
[2]，百度文库[N].
[3]，百度知道[N].
作者简介：赵珖（1982-06），男，汉族，籍贯：贵州省镇宁，当前职务：工程部总监，当前职称：工程师，学历：大学本科