果蔬氣調(diào)庫的設(shè)計和使用
果蔬氣調(diào)庫用于商業(yè)貯藏在國外已有近70年的發(fā)展史,在一些發(fā)達國家已基本普及,如美國氣調(diào)貯藏的果品高達75%,法國約占40%,英國約占30%。我國果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)起步較晚,在商業(yè)上應用僅是近幾年的事情,隨著全球經(jīng)濟一體化和我國國民經(jīng)濟的發(fā)展,人們對果蔬保鮮的質(zhì)量要求將會越來越高,果蔬氣調(diào)貯藏必然會在我國有更快的發(fā)展。為此,對果蔬氣調(diào)庫及其使用中應注意的幾個問題作一簡述。
1.氣調(diào)庫建筑
氣調(diào)庫是在果蔬冷庫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,一方面與果蔬冷庫有許多相似之處,另一方面又與果蔬冷庫有較大的區(qū)別,主要表現(xiàn)在:
?。?)氣調(diào)庫容積大小。在歐美國家,氣調(diào)庫貯藏間單間容積通常在50~200t之間,比如英國蘋果氣調(diào)庫貯藏單間的容積大約為100t,在歐洲約為200t,但蔬菜氣調(diào)庫的單間容積通常在200~500t之間,在北美單間容量更大,一般在600t左右。根據(jù)我國目前的情況,以30~100t為一個開間,一個建庫單元最少2間,但一般不超過10間。
?。?)氣調(diào)庫必須具有良好的氣密性。這是氣調(diào)庫建筑結(jié)構(gòu)區(qū)別于普通果蔬冷庫的一個最重要的特點。普通冷庫對氣密性幾乎沒有特殊要求,而氣調(diào)庫對于氣密性來說至關(guān)重要。這是因為要在氣調(diào)庫內(nèi)形成要求的氣體成分,并在果蔬貯藏期間較長時間地維持設(shè)定的指標,減免庫內(nèi)外氣體的滲氣交換,氣調(diào)庫就必須具有良好的氣密性。為此,在氣調(diào)庫門安裝、氣密層施工過程中,一定要認真細致,發(fā)現(xiàn)可疑部位應及時檢查和補救。對于由磚混結(jié)構(gòu)的土建庫而建造的氣調(diào)庫,如出現(xiàn)大面積的突起或脫落,往往是由于維護結(jié)構(gòu)表面不干燥引起,在施工前,一定要注意維護結(jié)構(gòu)的干燥性。
氣調(diào)庫施工質(zhì)量驗收的一個重要方面是氣密性試驗。目前廣泛應用的是壓力測試法。它有測試方法簡便,測試儀器簡單,結(jié)果直觀等優(yōu)點。壓力測試法又有正壓法和負壓法之分,通常采用正壓法,以避免采用負壓法測試導致氣密層脫落。迄今,國際上對氣調(diào)庫氣密性測試還未形成統(tǒng)一的標準,我國目前也沒有發(fā)布氣調(diào)庫氣密測試的國家標準。但采用正壓測試法,統(tǒng)計“半降壓時間”,是國外常用的氣密性試驗標準和結(jié)果的表示方式。所謂半降壓時間,是指從計時起,試驗壓力下降到起始壓力的一半時所需要的時間。世界各國現(xiàn)有的氣密標準中,最高的要求是:試驗壓力為294Pa(30mmH2O),半壓降時間等于或超過30min為合格,否則為不合格,此標準只有意大利等少數(shù)國家的部分廠商采用。意大利FCE公司近幾年在我國安裝的組合式氣調(diào)庫的氣密實驗合格范圍為:庫內(nèi)加壓至30mmH2O,經(jīng)30min庫內(nèi)壓力降至不低于4.4mmH2O為合格。
?。?)氣調(diào)庫的安全性。在氣調(diào)庫的建筑設(shè)計中還必須考慮氣調(diào)庫的安全性。這是由于氣調(diào)庫是一種密閉式冷庫,當庫內(nèi)溫度升降時,其氣體壓力也隨之變化,常使庫內(nèi)外形成氣壓差。據(jù)資料介紹,當庫外溫度高于庫內(nèi)溫度1℃時,外界大氣將對維護庫板產(chǎn)生40Pa壓力,溫差越大,壓力差越大。此外,在氣調(diào)設(shè)備運行、加濕及氣調(diào)庫氣密性試驗過程中,都會在維護結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成氣壓差。若不將壓力差及時消除或控制在一定范圍內(nèi),將對維護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。為此,通常在氣調(diào)庫上裝置有平衡袋和安全閥,以使壓力限制在設(shè)計的安全范圍內(nèi)。氣壓平衡袋(簡稱氣調(diào)袋)的體積約為庫房容積的0.5%~1.0%,采用質(zhì)地柔軟不透氣又不易老化的材料制成。國外推薦的安全壓力數(shù)值為±190Pa。所以,每間庫房還應安裝一個氣壓平衡安全閥(簡稱平衡閥),在庫內(nèi)外壓差大于190Pa時,庫內(nèi)外的氣體將發(fā)生交換,防止庫體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。平衡閥分干式和水封式兩種,直接與庫體相通。在一般情況下平衡袋起調(diào)節(jié)作用,只有當平衡袋容量不足以調(diào)節(jié)庫內(nèi)壓力變化時,平衡閥才起作用。此外,在一些國家如荷蘭,通過給貯藏室定期充氮氣,使氣調(diào)袋一直處于半膨脹狀態(tài),保持恒定的正壓,有助于減少大氣滲漏到貯藏室中。
(4)氣調(diào)庫一般應建成單層建筑。一般果蔬冷庫根據(jù)實際情況,可以建成單層或多層建筑物,但對氣調(diào)庫來說,幾乎都是建成單層地面建筑物。這是因為果蔬在庫內(nèi)運輸、堆碼和貯藏時,地面要承受很大的荷載,如果采用多層建筑,一方面氣密處理比較復雜,另一方面在氣調(diào)庫使用過程中容易造成氣密層破壞。較大的氣調(diào)庫的建筑高度一般在7m左右。
2.氣調(diào)庫制冷設(shè)備及溫度傳感器的配置
?。?)制冷系統(tǒng)。氣調(diào)庫的制冷設(shè)備大多采用活塞式單級壓縮制冷系統(tǒng),以氨或氟利昂-22作制冷劑,庫內(nèi)的冷卻方式可以是制冷劑直接蒸發(fā)冷卻,也可采用中間載冷劑的間接冷卻,后者用于氣調(diào)庫比前者效果理想。因為中間載冷劑更便于控制供給冷風機的液體溫度,僅需在供液管道上裝一個回流的行程控制三通閥,就能滿足同時實現(xiàn)不同庫房內(nèi)不同溫度的要求。為了減少庫內(nèi)所貯物品的干耗,性能良好的氣調(diào)庫要求傳熱溫差為2~3℃,也就是說氣調(diào)庫蒸發(fā)溫度和貯藏要求溫度的差值為2~3℃,這要比普通冷庫小得多。只有控制并達到蒸發(fā)溫度和貯藏溫度之間的較小差值,才能減少蒸發(fā)器的結(jié)霜,維持庫內(nèi)要求的較高相對濕度。所以,在氣調(diào)庫設(shè)計中,相同條件下,通常選用冷風機的傳熱面積都比普通果蔬冷庫冷風機的傳熱面積大,即氣調(diào)庫冷風機設(shè)計上采用的所謂“大蒸發(fā)面積低傳熱溫差”方案。
(2)溫度傳感器的配置。一個設(shè)計良好的氣調(diào)庫在運行過程中,可在庫內(nèi)部實現(xiàn)小于0.5℃的溫差。為此,需選用精度大于0.2℃的電子控溫儀來控制庫溫。溫度傳感器的數(shù)量和放置位置對氣調(diào)庫溫度的良好控制也是很重要的。最少的推薦探頭數(shù)目為:在50t或以下的貯藏庫中放3個,在100t庫中放4個,在更大的庫內(nèi)放5個或6個,其中一個探頭應用來監(jiān)控庫內(nèi)自由循環(huán)的空氣溫度,對于吊頂式冷風機,探頭應安裝在從貨物到冷風機入口之間的空間內(nèi)。其余的探頭放置在不同位置的果蔬處,以測量果蔬的實際溫度。
3.氣調(diào)庫的主要氣調(diào)設(shè)備及輔助設(shè)備
氣調(diào)設(shè)備通俗地講,主要包括制氮設(shè)備、二氧化碳脫除設(shè)備、乙烯脫除設(shè)備和加濕設(shè)備,其中制氮設(shè)備利用率最高,所以顯得更為重要。依據(jù)制氮設(shè)備的工作原理,可以將其分為三種類型,即吸附分離式制氮類型、膜分離制氮類型和燃燒降氧制氮類型。
?。?)制氮機。我國目前在氣調(diào)庫上采用的制氮機主要有兩大類型:吸附分離式的碳分子篩制氮機和膜分離式的中空纖維膜制氮機。碳分子篩制氮機與中空纖維膜制氮機比較,前者具有價格較低、配套設(shè)備投資較小、單位產(chǎn)氣能耗較低、更換吸附劑比更換膜組件便宜、兼有脫除乙烯功能等優(yōu)點,而工藝流程相對復雜、占地面積較大、噪聲也較大、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性不及中空纖維膜制氮機是碳分子篩制氮機的相對弱勢。
(2)二氧化碳脫除機。二氧化碳脫除裝置分間斷式(通常稱的單罐機)和連續(xù)式(通常稱的雙罐機)兩種。庫內(nèi)二氧化碳濃度較高的氣體被抽到吸附裝置中,經(jīng)活性炭吸附二氧化碳后,再將吸附后的低二氧化碳濃度氣體送回庫房,達到脫除二氧化碳的目的。活性炭吸附二氧化碳的量是溫度的函數(shù),并與二氧化碳的濃度成正比。通常以0℃,3%的二氧化碳濃度為標準,用其在24h內(nèi)的吸附量作為主要經(jīng)濟技術(shù)指標。當工作一段時間后,活性炭因吸附二氧化碳即達到飽和狀態(tài),再不能吸附二氧化碳,這時另外一套循環(huán)系統(tǒng)啟動,將新鮮空氣吸入,使被吸附的二氧化碳脫附,并隨空氣排入大氣,如此吸附、脫附交替進行,即可達到脫除庫內(nèi)多余二氧化碳脫的目的。
二氧化碳脫機再生后的空氣中含有大量的二氧化碳,必須排至室外。進出氣調(diào)庫的進氣和回氣管道必須向庫體方向稍微傾斜,以免冷凝水流到脫除機內(nèi),造成活性炭失效。機房內(nèi)應避免汽油、液化氣等揮發(fā)性物質(zhì),保持溫度1~40℃。
?。?)乙烯脫除機。目前被廣泛用來脫除乙烯的方法主要有兩種:即高錳酸鉀氧化法和高溫催化分解法。前一方法是用飽和高錳酸鉀水溶液(通常使用濃度為5%~8%)浸濕多孔材料(如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、氧化鋁、分子篩、碎磚塊、泡沫混凝土等),然后將此載體放入庫內(nèi)、包裝箱內(nèi)或閉路循環(huán)系統(tǒng)中,利用高錳酸鉀的強氧化性將乙烯氧化脫除。這種方法脫除乙烯雖然簡單,但脫除效率低,一般用于小型或簡易貯藏。
在空氣氧化法除乙烯裝置中,其核心部分是特殊催化劑和變溫場電熱裝置。所用的催化劑為含有氧化鈣、氧化鋇、氧化鍶的特殊活性銀。變溫場電熱裝置可以產(chǎn)生一個從外向內(nèi)溫度逐漸升高的變溫度場:即由15℃→80℃→150℃→250℃,從而使除乙烯裝置的氣體進出口溫度不高于15℃,但是反應中心的氧化溫度可達250℃,這樣既能達到較理想的反應效果,又不給庫房增加明顯的熱負荷。這種乙烯脫除裝置一般采用閉環(huán)系統(tǒng)??諝庋趸ǔ蚁┭b置與高錳酸鉀氧化法除乙烯裝置比較,前者投資費用要高得多,但脫除乙烯的效率很高。有資料介紹通過空氣氧化法除乙烯裝置,可將獼猴桃?guī)靸?nèi)的乙烯降低到0.02ppm以下,同時這種裝置還兼有脫除其他揮發(fā)性有害氣體和消毒殺菌的作用。
?。?)加濕裝置。水混合加濕、超聲波加濕和離心霧化加濕是目前氣調(diào)庫中常見的三種加濕方式,在0℃以上的溫度下使用時,加濕效果均比較好,但在它們在負溫條件下使用,都存在如何使加濕用水避免結(jié)冰的問題,這一問題目前在生產(chǎn)中尚未很好解決。
4.氣調(diào)庫的合理使用及管理
?。?)合理有效的利用空間。氣調(diào)庫的容積利用系數(shù)要比普通冷庫高,有人將其描述為“高裝滿堆”,這是氣調(diào)庫建筑設(shè)計和運行管理上的一個特點。所謂“高裝滿堆”是指裝入氣調(diào)庫的果蔬應具有較大的裝貨密度,除留出必要的通風和檢查通道外,盡量減少氣調(diào)庫的自由空間。因為,氣調(diào)庫內(nèi)的自由空間越小,意味著庫內(nèi)的氣體存量越少,這樣一方面可以適當減小氣調(diào)設(shè)備,另一方面可以加快氣調(diào)速度,縮短氣調(diào)時間,減少能耗,并使果蔬盡早進入氣調(diào)貯藏狀態(tài)。
?。?)快進整出。氣調(diào)貯藏要求果蔬入庫速度快,盡快裝滿、封庫并及時調(diào)氣,讓果蔬在盡可能短的時間內(nèi)進入氣調(diào)狀態(tài)。平時管理中也不能像普通冷庫那樣隨便進出貨物,否則庫內(nèi)的氣體成分就會經(jīng)常變動,從而減弱或失去氣調(diào)貯藏的作用。果蔬出庫時,最好一次出完或在短期內(nèi)分批出完。
?。?)良好的空氣循環(huán)。氣調(diào)庫在降溫過程中,英國推薦的循環(huán)速率范圍為:在果蔬入庫初期,每小時空氣交換次數(shù)為30~50倍空庫容積,所以常選用雙速風機或多個軸流風機可以獨立控制的方案。在冷卻階段,風量大一些,冷卻速度快,當溫度下降到初值的一半或更小后,空氣交換次數(shù)可控制在每小時15~20次。