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气调库_万能制冷百科

来源:  作者:  更新于:2020年07月02日 03时  阅读:0

【前言】:什么是气调库,气调库有哪些类型?气体库自身特点及储特点是什么?气调库组成设备详解,保鲜原理介绍、保鲜参数展示。本篇万能制冷为大家讲解气调库百科知识.

  • 中文名:气调库

  • 别名:气调冷库、气调冷藏库

  • 应用领域:农业、食品

  • 用途:食品、鲜果、种子蔬菜保鲜

  • 组成设备:催化燃烧将降氧机、碳分子筛制氮机、中空纤维膜制氮机、二样化碳脱除机、乙烯脱除机、减压气调设备 。

  • 气密性要求:3000pa

什么是气调库?

气调库又被称为气调储藏库或气调冷库,是目前世界上最先进的食品保鲜储藏冷库。它是保鲜库的“升级版”,在保鲜库温湿度基础上,增加气体调节,通过对储藏环境中温度、湿度、二氧化碳、氧气浓度和乙烯等条件加以控制。

通过调节食品环境气体成分,抑制食品的呼吸作用(鲜活果蔬)、蒸腾作用,延缓食品生理的新陈代谢,从而更好的保持果蔬的新鲜度和商品性,延长果蔬储藏期和销售货架期的冷藏方法是的冷库。

气调库简介知识

气调库发展史

在《冷库设计及实例》(张国东主编)一书中有相关介绍:

气调库中最早的是由法国蒙利埃学院杰克教授爱丁·贝拉特率先开始研究了空气成分对水果成熟的影响。

1821年,法国蒙利埃学院的杰克教授发表了研究成果,并获得了法国科学院物理奖;

1860年,英国人率先建立了一座气密性较高的储藏库,保温材料选择用铁板作里衬密封,制冷方式选择冰块,实验对象是苹果,进行测试后取得较好的储藏效果;

我国的机械气调技术发展比较晚,1978年北京建造了一座50吨的实验性气调库,后续又在广州、大连和秦皇岛等省份建立了气调库。

近几年,我国的气调技术发展速度快,许多水果、蔬菜的气调储藏在生产中大量应用,比如苹果、蒜薹等的气调储藏等。


气调库特点和类型

1.气调库的特点

气调冷库储藏兼具“冷藏”和“气调”的双重作用,其特点如下:

(1)气密性

气调冷库构造上和普通保鲜库不同,气密性要求更高,库内是一个相对“密封”的环境;气调库要求围护结构既要具有保 温隔热、防潮,减少与外界的冷热交换外,还要求库体墙壁四周、库门及所有进出管线连接处严 格密封,尽可能减少库内外的气体交换。只有这样,才能人为调节库内气体成分,减少或避免外 界气体对库内气体成分的干扰。

(2)安全性

由于气调库对围护结构气密性要求较严,故在降温、调气过程中,随着库内温度、压力的变化, 会使围护结构的两侧产生压差,从而会破坏气密层,甚至是围护结构发生胀裂或塌陷。为了平衡 和减小库内外压差,气调库必须设有安全阀和调气袋,闭环运行的降氧机库内压力大这种情况引 起重视,开环运行的制氮降氧系统则无此问题担忧。

(3)快进整出

水果进入气调状态的时间越短越好,气调库贮藏要求水果入库速度快,以便尽快装满、封门和 气调。贮藏过程中尽可能减少开门次数,频繁开门不仅影响贮藏效果、增加运行成本,还会降低 库门的气密性。水果出库时,为保证水果的货架期,最好一次出完或在短期内分批出完。

(4)满库贮藏

除留出必要的通风、检查通道外,库内水果应尽量高堆满装。一方面,由于库内水果越多,库 内孔隙相对越少,加之水果呼吸消耗氧气,所以水果进入气调状态的时间越短;另一方面库容积 利用系数越大,制冷、调气运行成本可有所下降。

(5)单层建筑

现代气调库几乎都是单层地面建筑, 库内空间较高,这种特有的建筑形式是以气密性和安全性为前提而形成的。

2. 气调库的类型

气调库有多种类型, 通常按用途、构造形式和气调方法进行分类。

(1)按用途分类

按货物种类不同, 可分为水果气调库、蔬菜气调库和粮食气调库等。 因为果蔬的生理特性不同, 气调贮藏的要求也不同。

(2)按构造形式分类

有砌筑式、夹套式和装配组合式等。

  • 砌筑式气调库的构造与传统的冷藏库差不多, 只是围护结构增加了气密层。

  • 夹套式气调库是在冷藏库内, 另外其气密性分别由原围护结构和新增的气密层来保证。

  • 装配组合式气调库采用新型的建筑材料彩镀夹心绝热板(又称“三明治” 板) 装配组合而成, 是现代气调库的主要形式。装配组合式气调库又分为内结构架型和外结构架型, 当库的建筑尺寸较小时采用外结构架型, 较大时采用内结构架型。

(3)按气调方式分类

只控制氧和二氧化碳气体浓度的称为一般气调库, 还要控制其他气体浓度的称为特殊气调库。

一般气调库:库内外压差控制在200~300Pa 以内的称为常压气调库, 库内始终维持较低负压的称为低压(或减压) 气调库。 在一般气调库中, 利用贮藏物呼吸作用降低库内氧浓度的称为自然降氧气调库, 而采用专门设备强制降氧的称为快速降氧气调库。


气调库储藏特点是什么?

气调库是保鲜库的“升级版”,气调库集合了低温保鲜、气体调节的功能,能够最大限度保持果蔬的新鲜度和营养物质。气调库的显著特点如下:

(1)保鲜效果好

果蔬在气体调库储藏期间和出库后一段时间,其品质和刚采摘下来没有明显的差别。仍然色泽艳丽,果柄青绿、风味纯正、外观丰满。以储藏苹果为例:气调储藏后果肉硬度、可滴定酸等指标明显高于同期冷藏的果实;

(2)保鲜周期长,货架长

气调库综合了(冷藏)和调节贮藏气体来两方面的技术,抑制了果蔬呼吸作用。保鲜库储藏与气调库储藏在同等条件下,是保鲜库储藏期的一倍有余。此外出库后货架期也比保鲜库多出至少1~2周时间,多的可达一个月;

(3)损耗小

气调冷库储藏果蔬过程中严格控制库内温度、湿度、及气体及气体成分。抑制果蔬的蒸腾作用和蒸腾作用,贮藏期间果蔬的失水、腐烂情况大大降低。据有关实验测定,将质量合格的苹果和梨储藏在气调库,储藏期结束后,苹果与梨的损耗不到1%;

(4)环保无污染

与其他一些化学保鲜和生物制剂保鲜方式相比,因气调库采用物理方式,利用低温、低氧和适量二氧化碳的多重作用抑制侵染性病害的发生,所以气调库储藏更符合现代环保绿色理念。


气调库保鲜原理是什么?

气调储藏(Controlled  Atmosphere)简称CA储藏。是指将正常的空气成分(氮约占78%,氧约占21%,稀有气体约占0.939%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)约占0.031%,还有其他气体和杂质约占0.03%,如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸气(H2O)等)调节为适合食品冷藏的特定气体环境。

其中调整的主要是氧气、二氧化碳含量,以储藏苹果为例:,O2量为3%-5%、适当CO2浓度。加上控制乙烯浓度和低温环境,抑制果蔬的呼吸作用,延缓果蔬的新陈代谢,更好的保持果蔬的新鲜度和商品性。下面从2个方面具体说明气调库保鲜原理。

1.气体调节:氧气、二氧化碳及乙烯浓度

鲜果蔬采摘之后,其生命活动仍然在进行,其中比较突出的是蒸腾作用和呼吸作用。先来说蒸腾作用,由于失去了母株水分的供给,果蔬进行蒸腾作用的过程时会消耗水分最终导致果蔬“脱水”、有发干腐病。再者就是呼吸作用,果蔬再进行呼吸作用时参与对象是营养物质糖,产出物为二氧化碳、水和热量。氧化反应方程式如下:

C6H12O6+6O2→6CO2+2722.38KJ

果蔬在进行上述氧化反应时,会消耗自身储藏的营养物质,因此储藏期间的重点是降低果蔬的呼吸强度:低氧量可以有效的抑制果蔬的呼吸作用,即果蔬从正常氧含量降到低氧环境时,呼吸作用减慢,呼吸消耗的水分会减少(蒸腾量下降),附着在果蔬上的微生物生长繁殖也会减慢。

适当浓度的二氧化碳浓度也能起到减缓鲜果蔬呼吸的作用,尤其是呼吸跃变型果蔬,能有效的推迟呼吸跃变的启动效应。

但是二氧化碳浓度并能过高,过高的二氧化碳会导致果蔬被迫进行“无氧呼吸作用”。即果蔬在缺氧的条件下呼吸底物不能彻底氧化,产生酒精、醛、乳酸等产物。同时释放少量能量的过程。反应方程式如下:

C6H12O6→2CH3CHOHCOOH+18kcal(乳酸菌发酵)

无氧呼吸对于果蔬储藏是不利的,会消耗更多果蔬储藏的营养物质,加速果蔬的衰老。

除过控制二氧化碳和氧气成分,气调库还能祛除果蔬产生的乙烯气体。乙烯是一种果蔬催熟气体,这种物质能快速激升果蔬的呼吸轻度,加快果蔬的后熟。气调库的乙烯脱除机可以控制和减少乙烯的浓度,对于某些对乙烯敏感的果蔬(猕猴桃、柿子等)气调库,需要彻底祛除乙烯。

2.低温保鲜

果蔬的呼吸和温度成正相关关系,据科学研究表明:

在一定的温度范围内 , 每升高 10 ℃呼吸强度就增加 1 倍 , 如果降低温度 , 呼吸强度就大大减弱。果蔬呼吸强度越小 , 物质消耗也就越慢 , 贮藏寿命便延长 。

降低温度可以降低果蔬的呼吸强度,同时抑制微生物的生长和果蔬的蒸腾作用。此外气调库环境相对密封,空气流速慢。因此不会破坏果蔬蒸腾作用形成的“蒸汽膜”(蒸汽膜主要是抑制果蔬的蒸腾作用)低温能使其他各类作用或反应的速率减小。如氧化作用、蒸发作用、机械损害等。在低温环境下,可以延缓或减弱它们的作用,延长食品的贮藏期。

万能制冷温馨提示:对于冷害敏感的果蔬而言,其储藏温度处于最低安全温度,其呼吸速率仍然很高。

综上4点所述,在保鲜库低温冷藏的基础上,设置合理的相对湿度环境。再加上人为创造的“气体环境”,保证果蔬维持正常生命活动的同时,抑制果蔬自身的呼吸作用、蒸腾作用、微生物的生长繁殖以及酶的活性,达到延缓生理代谢、延迟后熟衰老及变质的目的。

最终确保储藏的果蔬新鲜而且商品价值高而且不影响食用效果。


气调库使用的气调设备有哪些?

气调库主要使用的气调设备包括:催化燃烧降氧机、碳分子筛制氮机、中空纤维膜制氮机、二氧化碳脱除机、乙烯脱除机和减压气调设备。

1.催化燃烧降氧机

气体库催化燃烧降氧机

(1)工作原理

催化燃烧降氧机是国内外较为先进的降氧设备之一,利用燃烧作用去除气调库内氧气,达到降低氧气浓度的目的。由于该设备中参与燃烧时有催化剂存在,整个燃烧过程在低温下无烟、无火焰,清洁无污染。以液化石油气为例的反应方程式如下:

C4H8+6O2+24N2→4H2O+4CO2+24N2

从反应式可知,空气中的氮气不参与反应,式中水蒸气可通过冷凝的方式排除,反应后的无氧气再返回库内。如此循环,直到库内的含氧量降到要求值。

2.碳分子筛制氮机

碳分子筛制氮机是20世纪70年代末开发成功的,其基本原理是用表面积极大的碳分子筛将氧吸附并排除高浓度的氮。

气调库碳分子筛制氮机图片

(1)工作原理

碳分子筛制氮机是利用碳分子筛的吸附分离作用制取氮气的机器。碳分子具有超微孔的结晶结构。

从平衡角度看,碳分子筛对氧、氮有相近的吸附量,碳分子筛对氧、氮的吸附分离,实质上是利用气体分子在其中的扩散速度的差异来实现。如在短时间内,直径小的氧分子扩散速度比直径较大的氮分子扩散速度快400多倍,数分钟后,气调库内的氧分子被分子筛大量吸附,吸附量达90%以上,而氮的吸附量仅为5%。

因此主要选择适合的吸附时间进行切换,使氮分子筛内部先吸附氧,就能到富氮气体,当吸附达到平衡时,则进行脱附,即用真空泵抽吸,一般设置双塔往复交替吸附、脱附,产生源源不断的氮气。

3.中空纤维膜制氮机

中空纤维膜分离制氮机是在80年代出现的,其核心部件是由上百万根像头发丝一样细的中空纤维并列缠绕而成的膜组。

(1)工作原理

利用气体对中空纤维膜的渗透系数不同,进行气体分离。不同种类的气体透过膜时,渗透速率有差异,把渗透系数大的气体称为“快气”,渗透系数小的气体称之为“慢气”,当压缩空气从一段进入中空纤维管时,氧气(快气)很快从管内透过管壁,而氮气(慢气)穿过中空纤维管,有另一端输出。

中空纤维膜分离器是由耐压的钢壳和中空纤维管束组成的,其中中空纤维管壁即为起分离作用的膜。

中空纤维膜制氮机与碳分子筛制氮机优缺点对比表

碳分子筛制氮机中空纤维膜制氮机
价格较低价格较高
配套设备投资较小配套设备投资较大
工艺流程相对复杂工艺流程相对简单
运转稳定性好运转稳定性很好
单位产气能耗较低单位产气能耗稍高
占地面积较大占地面积较小
噪声较大噪声较小
可兼由除乙烯的作用没有脱除乙烯作用
更换分子筛较便宜更换膜组件较贵

4.二氧化碳脱除机

二氧化碳脱除机主要与制氮降氧机等气调库设备配套或单独使用,用以控制气调库中二氧化碳的百分比含量,使果蔬产品处于理想的气体成分条件下贮藏。气调库中保持一定浓度的低氧、适当浓度二氧化碳有抑制呼吸、 延缓果胶物质分解和叶绿素降解作用,并能抑制微生物、真菌病害的滋生和扩展的作用。

(1)工作原理

二氧化碳脱除机是利用活性炭作为吸附剂,活性炭具有多孔结构,吸附表面大,由于二氧化碳分子与吸附表面分子之间的吸引力,把二氧化碳分子吸附在吸附剂表面。吸附剂吸附一定量的二氧化碳气体之后,会达到饱和,失去吸附能力,就需要进行解吸(再生)。

气调储藏二氧化碳脱除机所用活性炭,是一种经特殊处理过的活性炭,可以用空气在一般环境温度下再生,而且再后滞留在多孔结构空隙中的氧气很少。为加快二氧化碳脱除速度,进行连续吸附,二氧化碳脱除机设有两个吸附罐。

部分果蔬排放的二氧化碳量表

果蔬排放的二氧化碳量表

5.乙烯脱除机

乙烯脱除机是新型高效的脱出乙烯装置,其原理是根据乙烯在高温和催化剂的作用下,与氧气发生反应,生产水和二氧化碳的原理制成。反应如下:

H2=CH2+3O2(催化剂与高温条件)→2CO2+2H2O

6.减压气调设备

减压储藏的研究起步较晚,始于1957年,作为一种特殊的气调储藏方式,只有低氧效应,没有像常规气调储藏中能保持适量二氧化碳效果,存在着经济、技术和安全方面的多方面问题,因此使用没有得到大规模推广。


气调冷库工程要求

1.气调地坪标准

气调库对于库体的气密性要求较高,气调库的地坪同样要保证气密性。因此在传统冷库地坪隔热层上除了设置防潮隔汽层之外,还需要单独设置气密层。这里万能制冷介绍一种地坪的铺设方法。

连续铺设0.1mm后的PVC塑料薄膜,薄膜要求如下:

  • 薄膜整体完好无损;

  • 施工铺设平整,不允许出现褶皱和起膨;

  • 薄膜接搭宽度不得少于100mm,并保证接搭处的密封质量。

隔热层上方气密层需要做水泥砂浆保护层,在墙体与地坪的交接处,应将地坪的气密层,在地板的墙角处沿墙板向上延伸一定高度,与墙体的气密层搭接好。地坪墙角处的气密措施不易处理好,可待地坪做好后,用沥青膏之类的软质密封材料灌缝。

气调库地坪平面图

2.气调库门

气调库门和传统的冷库门相比,除过要保证隔热性之外还要有一定的气密性。常规的做法是在冷库门上安装压紧装置,让门仅仅扣在门框上,依靠门扇上被压的密封条来保证门缝处不漏气。此外,气密门的下半部分专门开了一个透明的多功能活动窗,透过活动窗可以看到摆放在库门口处的温度计和货物样品,打开活动窗即可对去除的样品进行质量检验;

管理人员也可从窗口进入库内检查货物质量和检修库内设备(因为库内氧气和二氧化碳浓度比较低,所以进入库内时需要携带氧气面罩)如果库内氧气浓度过低,也可以通过活动窗添加氧气。

气调库门

3.气体平衡袋

气调库的气密性好,在气调库正常运行过程中,库内温度波动会引起压力的变化,当压力改变到一定值时,必须采取措施让库内与库外压力平衡。不然压力失衡会导致库体结构损坏。

因此在每一间库房均设置一个恒压安全阀。为了避免减少安全阀与库外气体的交换次数,每个库房设置一个气体平衡袋,从而对库内小范围的温度波动变化引起的压力变化起到调节作用。

平衡袋通常装在库体上面,通过管道与库内相同。平衡袋是用柔性的气密性材料做成的。当围护结构两侧出现200Pa以内的压差时,就可以通过平衡袋来消除压差。库内为正压时,库内的气体就会充入平衡袋中。库内为负压时,平衡袋中气体就充入库内。因此,也可以通过观察平衡袋的鼓瘪程度来判断库内的压力状态。

4.压力安全装置

围护结构两侧的压差大于200Pa时,超出了平衡袋的调压范围,此时可以通过压力安全装置来消除压力差。气调库常用水封式安全装置。

水封式安全装置由内外腔组成,外腔与大气相通,内腔与库内连通。使用时,往内外腔注入一定量的不会冻结的液体或者水,将内外腔隔断。当库内压差大于内外腔的液位差时,库外的空气通过安全装置充入库内或者库内的气体通过安全装置向外排泄。

5.观察窗

气调库的观察窗可以用来观测储藏产品的情况,观察冷风机的运行情况,可在蒸发器的出口处安装一个塑料风标,有助于确定气流通过盘管的程度。还可以观察冷风机冲霜周期的长短和冲霜效果,当维修人员进入库内检修时,还可用作安全维护。通过观察窗可随时观察库内货物的储藏状况和库内设备的运行状况,不必经常开启库门检查。观察窗一般用聚丙乙烯制作成拱形,可以扩大观察视线。

6.技术走廊

技术走廊通常设置在穿堂上方,是管理人员进行室外观察、设备维护和系统操作的场所。

观察窗、安全装置均设在技术走廊两边的墙板上,各种工艺管道、阀门、电器电线等都集中安装在技术走廊上。采取分散式制冷和气调的,可将制冷和气调设备直接在技术走廊上,既简化了管路系统,节约材料,又省掉了机房的建筑投资。

7.包装挑选间

包装挑选间是与气调库相互配套的建筑。在先果蔬入库和出库期间,大量的果蔬首先要在这里进行挑选、检验、分级、整理和装箱。设置包装挑选间是很有必要的,假如将包装间放在室外装卸,遭遇极端天气不管是果蔬的保鲜还是出库的运输都会受影响。建造包装挑选间则不会受到太大的影响。

8.加湿装置

气调库使用的加湿装置为高频振荡加湿器, 其原理是将电能转化为高频振荡的机械能,促使水雾化而不增加热量, 其核心是能量转换头。


气调冷库CA贮藏气调冷库技术参考指标

1.果蔬CA贮藏气调冷库技术参考指标

2.花卉CA贮藏气调冷库技术参考指标

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参考资料:《冷库设计与实例》·张国东·化学工业出版社

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