如食品中有明显的空隙度(ε)，可用下式计算密度：
1 ρ=1 1-ε∑wi ρi
（2）比热容。
按食品的含水量计算得到的冻结前的比热容公式如下：
cp=0-837+3-349w(Siebel，1892)
cp=1-200+2-990w(Backstrom和Emblik，1965)
cp=1-382+2-805w(Dominguez，1974)
cp=1-256+2-931w(Comini，1974)
cp=1-470+2-720w(Lamb，1976)
cp=1-672+2-508w(Riedel，1956)
除了水之外，食品中的其他成分也对比热容有一定的影响，因此，也有用各种组分所占的比例进行计算的，常见有以下两个公式：
cp=4-18ww+1-549wp+1-424wc+1-675wf+0-837wa（Heldman和Singh，1981）
cp=4-180ww+1-711wp+1-574wc+1-928wf+0-908wa(Choi和Okos，1983)
式中：w，p，c，f，a——食品中水分、蛋白质、碳水化合物、脂肪和灰分含量的质量分数。
冻结后食品中的水分变成了冰，比热容的近似公式为：
cp=0-837+1-256w(Siebel，1892)
（3）热导率。
高于初始冻结温度时，食品的热导率用各种组分所占的比例进行计算，公式如下：
λ0-61ww+0-20wp+0-205wc+0-175wf+0-135wa(Choi和Okos，1983)
λ0-58ww+0-155wp+0-25wc+0-16wf+0-135wa(Sweat，1995)
按食品的含水量计算公式：
λ=0-26+0-34w(Backstrom，1965)
λ=0-056+0-567w(Bowman，1970)
λ=0-26+0-33w(Comini，1974)
λ=0-148+0-493w(Sweat，1974)
冻结食品的热导率远高于未冻食品。要预测冻结食品的热导率极困难，不仅因为热导率与纤维方向有关，而且因为在冻结过程中食品的密度、空隙度等都会有明显的变化，而这些都对热导率产生很大的影响。
Choi和Okos（1984）提出根据各组分的体积分数和热导率计算食品材料热导率的方法。
λ=ρ∑iλivi ρi
式中：v，ρ，λ——各组分的体积分数、密度和热导率。
在计算过程中未冻水和已冻冰作为两个组分处理。
（三）食品冷却耗冷量
此处主要讨论食品在冷却过程中的冷耗量，而工厂制冷系统的总耗冷量的计算见第四章第五节内容。
食品冷却耗冷量可以通过比热法或焓差法进行计算。
1.比热法
Q=GCΔt
2.焓差法
焓表示食品所含热量的多少，单位J/kg，用字母H表示。焓是物质的内存属性，是一个状态函数，虽然焓的绝对值不能直接测定，但可以通过设定某个温度下（如-20℃）的焓值为相对零点，就可以计算某个组分状态参数发生变化后的焓变ΔH，从而计算出耗冷量。
Q=GΔH
焓差法计算简单，很常用。
（四）冷却时间的计算
1.大平板状食品的冷却时间计算
t=0-2185ρC λδ+5-12λ αlgT0-T∞ T-T∞
式中：ρ——食品的密度，kg/m3；
C——食品的比热容，J/(kg·K)；
λ——食品的热导系数，W/(m2·K)；
α——对流传热系数，W/(m2·K)；
δ——食品的厚度，m；
T0——食品的初始温度，℃；
T——冷却终温，℃；
T∞——冷却介质温度，℃。
2.球状食品冷却公式
t=0-1955ρC λRR+3-85λ αlgT0-T∞ T-T∞
式中：R——食品的半径，m。
3.长圆柱状食品冷却公式
t=0-3565ρC λRR+3-16λ αlgT0-T∞ T-T∞
式中：R——食品的半径，m。
（五）食品冻结耗冷量
1.比热法
（1）从初温冷却至冰点时的放热量：显热，相对潜热较小。
q1=C1Δt（J/kg）
式中：C1——冻结前食品的比热容，J/（kg·K）。
（2）冻结过程中形成冰时放出的潜热：融冰潜热，也叫相变热，冰的相变热是80J/kg，这部分的热量较大，一般占全部放热量的60%~70%。
q2=Wωr（J/kg）
式中：W——食品最初含水率，%；
ω——食品中水的冻结率，%；
r——水的冻结潜热，一般取335kJ/kg。
（3）冻结完成后产品从冰点继续降到终温所放出热量：
q3=C2Δt（J/kg）
式中：C2——冻结后食品的比热容，J/（kg·K）。
（4）冻结时所放出的总热量：
Q=G（q1+q2+q3）
2.焓差法
Q=G(H初-H终)=GΔH
例：10t牛肉由5℃降至-20℃，求冻结耗冷量Q=？
解法一：比热法
牛肉的冰点约为-2℃，牛肉从5℃降至-20℃要经历以下三个阶段：
（1）从5℃降至冰点-2℃的冷却耗冷；
（2）冻结耗冷；
（3）从-2℃降至-20℃的耗冷。
q1=C1Δt=2-9×7=20-3（kJ/kg）
q2=Wωr=0-7×0-95×335=222-78（kJ/kg）
q3=C2Δt=1-46×18=26-28（kJ/kg）
Q=G（q1+q2+q3）=10×103×（20-3+222-78+26-28）
=2-69×106（kJ）
解法二：焓差法
从相关手册上查得，5℃时的牛肉的焓约为270kJ/kg，-20℃的焓值为0，则：
Q=GΔH=10×103×(270-0)=2-7×106（kJ）
（六）冻结时间
1.冻结时间的计算
t=ρr ΔTPx α+Rx2 λ
式中：r——食品的冻结潜热，等于纯水的冻结潜热（355kJ/kg）与食品含水率的乘积，J/kg；
ΔT——食品冰点与冷却介质之间的温差；
x——食品的特征尺寸，m；对于大平板状食品，x是食品的厚度；对于圆柱形或球形食品，x是食品的直径。
板状食品，P取1/2，R取1/8；
长圆柱状食品，P取1/4，R取1/16；
球状食品，P取1/6，R取1/24。
2.缩短冻结时间的有效途径
从公式t=ρr ΔTPx α+Rx2 λ看，对于某种确定的食品，可以通过以下途径缩短冻结时间：
（1）减少冻结食品的厚度；
（2）增加温差，降低冻结介质的温度；
（3）增大表面对流换热系数。一般地，液体换热介质比气体换热介质具有更大的对流换热系数，介质流速大时比流速小时的对流换热系数大。
普通冻库风速一般1~2m/s，而速冻/冻结装置一般要求达到3~5m/s。冷却介质温度也不同，冷库普通冻结间温度-23℃，而速冻/冻结装置一般要求达到-30~-40℃。
第五节设备选型及安装调试
设备选型是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，是工艺布置设计的基础，并且为动配电、水汽用量等计算提供依据，在生产工艺设计中使物料情况和设备生产能力达到有机、合理的配置。
一、设备选型及安装调试的任务及一般原则
（一）设备选型的任务及一般原则
设备选型的任务是在工艺计算的基础上，确定车间内所有工艺设备的台数、型式和主要尺寸，为下一步施工图设计以及其他非工艺设计项目（例如：设备的机械设计、土建、供电、仪表控制设计等）提供足够的有关条件，为设备的制造、订购等提供必要的资料。
在设备选型时，要在对各种生产工艺和流程所需的主要设备和辅助设备的型号、规格、数量、来源和价格进行深入研究，比较各设备方案对建设规模的满足程度，对产品质量和生产工艺要求的保证程度，设备使用寿命、物料消耗指标、操作要求、备品备件保证程度，安装试车技术服务，以及所需的设备投资等。设备选择应当提供使用某项生产工艺技术和达到既定的生产能力所需的、最佳的和高效能的设备和机器类型。
从设备的设计选型情况，可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性。设备选型的一般原则如下。
（1）保证工艺过程实施的安全可靠。
（2）经济上合理，技术上先进。
（3）投资省，耗材料少，加工方便，采购容易。
（4）运行费用低，水电汽消耗少。
（5）操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可减轻工人劳动强度，实施机械化和自动化方便。
（6）结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备。
（7）考虑生产波动与设备平衡，留有一定裕量。
（8）考虑设备故障及检修的备用。
（二）设备安装调试的任务及一般原则
按照生产工艺所确定的设备平面布置图及安装技术规范的要求，将已到厂并经开箱检查的外购或自制设备安装，并在规定的基础上进行找平、稳固，达到要求的水平精度，并经调试合格、验收后移交生产，这些工作统称为设备安装。
设备安装的具体工作包括基础准备、出库、运输、开箱检查、安装上位、安装检查、灌浆、清洗加油、检查试验、竣工验收等。
设备安装的一般原则如下。
（1）安装前要进行技术交底，组织施工人员认真学习设备的有关技术资料，了解设备性能及安全要求和施工中应注意的事项。生产设备及其零、部件的设计、加工、使用、安全卫生要求应符合《生产设备安全卫生设计总则》（GB5083-1999）的规定。
（2）设备相对于地面、墙壁和其他设备的布置，设备管道的配置和固定，设备和排污系统的连接，不应对卫生清洁工作的进行和检查形成障碍，也不应对产品安全卫生构成威胁。
（3）输送有别于生产的介质（如液压油、冷媒等）的管道支架的配置、连接的部位，应能避免因工作过程中偶发故障或泄漏而对产品形成污染，也不应妨碍设备清洁卫生工作的进行。
（4）设备或安装中采用的绝热材料不应对大气和产品构成污染。在生产车间或间接和生产车间相接触而有可能对产品卫生性构成威胁时，严禁在任何表面或夹层内采用玻璃纤维和矿渣棉作为绝热材料。
（5）设备安装过程中应按照机械设备安装验收有关要求，做好设备安装找平，保证安装稳固，减轻震动，避免变性，保证加工精度，防止不合理的磨损。
（6）安装过程中，对基础的制作，装配连接、电气线路等项目的施工要按照施工规范执行。
（7）安装工序中如果有恒温、防震、防尘、防潮、防火等特殊要求时，应采取措施，条件具备后方能进行该项工程的施工。
通用设备的调试工作包括清洗、检查、调整、试车，一般由使用单位组织进行。精、大、稀、关键设备以及特殊情况下的调试，由设备动力部门会同工艺技术部门组织。自制设备由制造单位调试，设计、工艺、设备、使用部门参加。设备的试运转一般可分为空转试验、负荷试验、精度试验等3种。
（1）空转试验。其目的是为了检验设备安装精度的保持性，设备的稳固可靠性，传动、操纵、控制等系统在运转中状态是否正常。
（2）负荷试验。主要检验设备在一定负荷下的工作能力，以及各组成系统的工作是否正常、安全、稳定、可靠。
（3）精度试验。一般应在正常负荷试验后按说明书的规定进行。
设备试运转后应做好各项检验工作的记录，根据试验情况填写“设备运转试验记录”和“设备精度检验记录”一式3份，分别交移交部门、使用部门和设备动力部门。
二、专业设备的设计与选型
（一）专业设备设计与选型的依据
（1）依据工艺计算确定的成品量、物料量、耗汽量、耗水量、耗风量、耗冷量等。
（2）依据工艺操作的最适外部条件（温度、压力、真空度等）。
（3）依据设备的构造类型和性能。
（二）专业设备设计与选型的程序和内容
（1）设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。
（2）设备选型及该型号设备的性能、特点评价。
（3）设备生产能力的确定。
（4）设备数量计算（考虑设备使用维修及必需的裕量）。
（5）设备主要尺寸的确定。
（6）设备化工过程（换热、过滤、干燥面积、塔板数等）的计算。
（7）设备的转动搅拌和动力消耗计算。
（8）设备结构的工艺设计。
（9）支撑方式的计算选型。
（10）壁厚的计算选择。
（11）材质的选择和用量计算。
（12）其他特殊问题的考虑。
三、通用设备的选型
通用设备，是指国民经济各部门用于制造和维修所需物质技术装备的各种生产设备，在一些工业或行业内通用。
食品加工通用机械设备按功能可分为：输送类；原料与处理类；粉碎、分切、分割类；混合类；分级、分选类；成型类；分离类；热处理类（预煮；蒸发浓缩；干燥；烘烤）；制冷类；定量、包装类和其他。通用设备在食品生产中扮演着重要的角色，所以对通用设备加工的通用性要求就比较高，它需要较高的可调控性、较长的寿命、较好的操作性、很好的安全性以适应各种各样的食品加工环境，当然对其的效率要求也是比较高的。总之，通用设备的综合性能应该达到一定的要求。
