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食品相变蓄冷剂的研制

作　者: 潘欣
导　师: 应铁进
学　校: 浙江大学
专　业: 食品科学
关键词: PCMs 相变蓄冷剂相变潜热 DSC热分析过冷
分类号: TS206
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的迅速提高,人们对于速冻产品等冷冻冷藏食品的需求量日益增加,对于其品质的要求也越来越高。但是这些产品在运输过程中,尤其是冷链的最后的一公里中,其品质受温度波动的影响较大,造成品质下降,储藏期缩短。相变储能材料（PCMs）是近年来国际材料学科研究的热点,并已经在建筑材料、空调、太阳能利用等领域得到了广泛的使用。本论文着重对应用于食品冷链的相变蓄冷剂的主储能剂、防过冷剂、载体进行了研究选择,旨在开发出一种相变潜热高,相变温度可调,价格低廉,无毒无害的可在冷链最后一公里广泛使用的相变蓄冷材料。根据文献资料和相变材料选择标准,初选了氯化钠（NaCl）,氟化钠（NaF）,氯化钾（KCl）,丙三醇（C₃H₅（OH）₃）,乙醇（C₂H₅OH）,蔗糖六种盐或有机小分子溶液作为主储能剂候选材料,利用DSC热分析仪对不同浓度溶液的相变潜热和相变温度进行测定。发现大部分溶液的相变潜热随着溶液浓度的增加而呈减小的趋势,无机盐溶液的相变潜热要大于有机物溶液,NaCl、KCl和NaF水溶液的相变潜热较为符合要求。有机物溶液的Onset温度随着浓度的增加而明显降低。无机盐溶液的Onset温度和浓度的关系较为复杂:NaCl溶液的Onset温度随浓度的增加而降低,KCl和NaF的Onset温度较为固定。在—2℃～—8℃的温度范围内,NaCl水溶液的相变潜热变化较小,除在—6℃左右低于NaF外,其余均高于其他相变材料。而在—10℃左右KCl水溶液的相变潜热最为理想。考虑到NaF水溶液的相变潜热和NaCl水溶液在—6℃时的相变潜热较为接近,且NaF具有较强的毒性,因此选用NaCl水溶液作为—2℃～—82℃相变蓄冷剂的主储能剂,9.91%KCl水溶液作为—102℃相变蓄冷剂的主储能剂。通过测定T-t曲线对蓄冷剂的过冷问题进行了研究,并选择了合适的载体。研究发现:1%SiO₂和0.1%CuS都能较好的减少KCl溶液的过冷现象,3%四硼酸钠（Na₂B₄O₇）能较好的改善NaCl溶液的过冷现象,它们可以用作相变蓄冷剂的人工晶核。超吸水性树脂（SAP）吸水能力随着离子浓度的增加而迅速减小,其对1.99%NaCl水溶液的吸液率为621.47g/g,对9.91%KCl水溶液的吸液率为

全文目录

第一节绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 相变蓄冷剂的工作机理  11-13
    1.2.1 固—液相变储能材料  12
    1.2.2 固—固相变储能材料  12-13
    1.2.3 定型相变储能材料  13
  1.3 相变储能研究历史与现状  13-15
  1.4 对相变储能材料研究的展望  15-16
  1.5 相变蓄冷材料的研究应用  16-19
    1.5.1 相变蓄冷材料在空调等制冷机械设备中的研究应用  16-17
    1.5.2 相变蓄冷材料在食品保鲜领域的应用  17-18
    1.5.3 相变蓄冷材料在其他领域的应用  18
    1.5.4 相变蓄冷材料特性的研究  18-19
  1.6 相变蓄冷材料研究中存在的主要问题  19
  1.7 本课题的选题背景及应用前景  19-21
第二节相变蓄冷材料研究的热力学基础  21-27
  2.1 引言  21
  2.2 相平衡和相图基础  21-23
    2.2.1 相平衡和相律  21-22
    2.2.2 相图及其基本原理和规则  22-23
  2.3 二元凝聚体系相图  23-25
  2.4 固液平衡测定方法  25-27
第三节食品相变蓄冷剂主储能剂的选择  27-41
  3.1 引言  27-31
    3.1.1 主储能剂的初选  27-28
    3.1.2 实验原理  28-31
      3.1.2.1 差示扫描量热法(DSC)工作原理  28-29
      3.1.2.2 DSC谱图中各数据的含义  29-31
  3.2 材料与方法  31-32
    3.2.1 实验试剂  31
    3.2.2 实验设备  31
    3.2.3 实验方法  31
    3.3.4 数据分析  31-32
  3.4 结果与讨论  32-40
    3.4.1 溶液浓度与相变潜热的关系  32-35
    3.4.2 浓度与Onset温度的关系  35-39
    3.4.3 相变潜热与Onset温度的关系  39-40
  本节小结  40-41
第四节食品相变蓄冷剂的配方优化  41-49
  4.1 引言  41
  4.2 实验原理  41-42
    4.2.1 过冷现象的机理分析  41-42
    4.2.2 SAP的吸水机理  42
  4.3 材料与方法  42-43
    4.3.1 实验材料  43
    4.3.2 主要实验设备  43
    4.3.3 实验方法  43
      4.3.3.1 测定T—t曲线  43
      4.3.3.2 测定SAP吸水率  43
      4.3.3.3 测定蓄冷剂Onset温度和相变潜热  43
  4.4 结果与讨论  43-48
    4.4.1 添加人工晶核的相变材料的T—t曲线测定结果  43-47
    4.4.2 SAP吸水率测定结果  47
    4.4.3 SAP及人工晶核对蓄冷剂热力学性质的影响  47-48
  本节小结  48-49
第五节食品相变蓄冷剂在冷冻食品中的应用  49-56
  5.1 前言  49
  5.2 蓄冷剂使用量的理论推导  49-50
  5.3 材料与方法  50-51
    5.3.1 实验材料  50
    5.3.2 实验设备  50
    5.3.3 实验方法  50-51
      5.3.3.1 雪糕应用实验  50
      5.3.3.2 速冻汤圆应用实验  50-51
      5.3.3.3 采用聚苯乙烯泡沫材料的隔热条件下的保冷研究  51
  5.4 结果与讨论  51-55
    5.4.1 雪糕硬度及粘度测定结果  51-52
    5.4.2 速冻汤圆硬度测定结果  52-54
    5.4.3 包装箱内温度变化的测定结果  54-55
  5.5 讨论  55
  本节小结  55-56
主要结论  56-57
参考文献  57-60
攻读硕士期间所发表的论文  60-61
致谢  61

食品相变蓄冷剂的研制

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