主要气调设备的作用和优势

1.碳分子筛制氮机

（1）工作原理与工作过程 这种机器利用碳分子筛的吸附分离作用制氮。吸附分离过程中包含有吸附、脱附两个过程。碳分子筛是用煤经精选、粉碎、成形、干燥、活化和热处理等工艺加工而成，具有超微孔的结晶结构。从平衡吸附角度看，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的。如在短时间内，直径较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，氧分子被分子筛大量吸附，吸附量达到90%以上，而氮的吸附量仅为5%。故只要选择最佳的吸附时间进行切换，使碳分子筛内部先吸附氧，得到富氮气体，当吸附过程达到平衡，则进行脱附，即用真空泵抽吸。一般设置双塔往复交替地吸附、脱附，源源不断地产出氮气。

碳分子筛制氮机工艺流程见图24-10。其工作过程如下：大气或库内气体由空压机1的进口吸入，压缩后往水冷却器2冷却、过滤器3过滤掉水和油，经调压阀4将气体压力降至0.3MPa；然后通过进气阀组5，在吸附塔A或B进行吸附分离，碳分子筛将氧吸附，而富氮气体经排气阀组8，进入缓冲贮气罐9，再经调压阀10减压，送回气调库。同时，另一塔脱附，由真空泵11减压，吸附在碳分子筛上的氧气被脱附下来，排放到大气中去。如此两塔交替工作，可连续获得低氧高氮气体供给气调库降氧。

（2）选型计算 一般碳分子筛制氮机的产气量，是以空气为原料气设计的，气调贮藏使用中，只有开始的瞬间原料气含氧量为21%（体积分数，下同），随着制氮机运转，进入的气体含氧量逐渐下降，产品气含氧量也相应下降，如果保持产品气的含氧量不变，产气量就会逐渐增大。为简化计算，原料气中含氧量按2.1%不变值考虑。

不同型号的分子筛制氮机，产品气的氮气含量不同，一般在95%～99.9%，果蔬气调用的制氮机，氮气含量95%即可。

图24-10 碳分子筛制氮机工艺流程

1—空压机 2—水冷却器 3—过滤器 4、10—调压阀 5—进气阀组 6、7—吸附塔A、B 8—排气阀组 9—缓冲贮气罐 11—真空泵 12—流量控制阀 13—真空泵

设备选型时，所需制氮机的产气量可按下式计算：

V_N=V_q（21%-φ₁%+φ₂%）/Z （24-2）

式中 V_N——所需制氮机产气量（m³/h）；

V_q——气调库内实际气体所占体积（m³）；

21%——初始空气含氧量；

φ₁%——终了空气含氧量，通常取5%；

φ₂%——产品气的含氧量，取5%；

Z——开机时间。

（3）主要技术性能指标 见表24-3。

表24-3 PSA碳分子筛制氮机的主要技术性能指标（普氮型纯度＞98%）

2.中空纤维制氮机

（1）工作原理与工作过程 这种机器利用气体对膜的渗透系数不同，进行气体分离。中空纤维制氮机的关键是膜分离器，其结构见图24-11，它由耐压的钢壳和中空纤维管束组成，每根中空纤维管的管壁，即为起分离作用的膜，管壁厚约100μm，其中位于管外表处的活性分离层只有几个微米厚，余下的是疏松的多孔支承层。每台膜分离器内的中空纤维管数多达数万根至数十万根。

图24-11 中空纤维膜分离器简图

不同种气体透过膜时，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为“慢气”。压缩空气从一端进入中空纤维管内，氧气（快气）从管内很快透过管壁，富集在管间隙和管与钢壳间隙内，由于两端的管间隙被树脂封死，富氧气体只能从中部的出口排出；氮气（慢气）则穿过中空纤维管，由另一端的富氮口输出，送回气调库。

中空纤维制氮机工艺流程见图24-12。其工作过程如下：空压机1将气调库内气体升压后，送入高效过滤器2进行除水、油、杂质，以免中空纤维管堵塞影响分离效果；然后通过电加热器3，其作用是保证膜良好渗透系数和分离系数所要求的温度，防止进入分离器的空气中残留的水分结露影响分离效果，加热温度可以自动控制；由电加热器出来的压缩空气进入中空纤维膜分离器，出来的富氮气体经水冷却器5降温，最后经恒压阀6减压，返回气调库。膜分离器的钢壳外设一定厚度隔热层，以保证其所需的工作温度和减少工作温度的波动。

图24-12 中空纤维制氮机工艺流程

1—空压机 2—高效过滤器 3—电加热器 4—中空纤维膜分离器 5—冷却器 6—恒压阀

（2）主要技术性能指标 见表24-4。

表24-4 几种中空纤维制氮机主要技术性能指标

3.二氧化碳脱除机

气调贮藏过程中，由于果蔬呼吸作用等的影响，会使贮藏环境中二氧化碳含量升高，适量高的二氧化碳含量对果蔬有保护作用，但若二氧化碳含量过高，则会对果蔬产生伤害，造成贮藏损失。因此，脱除（洗涤）过量的二氧化碳，调节和控制好二氧化碳含量，对果蔬保鲜是十分重要的。

气调库（或帐）脱除二氧化碳的方法有多种，如使用消石灰吸收、水吸收、乙醇胺溶液吸收、碱溶液吸收（常用氢氧化钠溶液）、盐（如碳酸钾）溶液吸收，以及用二氧化碳脱除机脱除（吸附）。在此，仅介绍二氧化碳脱除机。

（1）工作原理与工作过程 气调库用二氧化碳脱除机中，通常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剂表面分子之间的吸引力，把二氧化碳气体分子吸附在吸附剂表面。吸附剂吸附一定量二氧化碳气体后，会达到饱和，失去吸附能力，就需进行解吸（再生）。气调贮藏二氧化碳脱除机所用活性炭，是一种经特殊浸渍处理过的活性炭，可以用空气在一般环境温度下再生，而且再生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二个吸附罐。

二氧化碳脱除机工艺流程见图24-13。其工作过程如下：脱除运行时，离心式风机8抽出库内二氧化碳含量较高的气体，经阀门9、6，进入吸附罐B，气体中的二氧化碳被活性炭吸附，吸附后二氧化碳含量低的气体，经阀门3、10返回库内，这样就达到脱除目的。一般新鲜干净的活性炭，经数分钟吸附后，即达到饱和或平衡状态。为了使活性炭重新获得吸附二氧化碳的能力，必须进行再生。B罐进行再生时，A罐进行吸附；B罐吸附时，则A罐进行再生。再生运行时，离心式风机5把库外新鲜空气（二氧化碳含量低于0.5%）通过阀门2送入A罐，由于空气中只含有微量的二氧化碳，被活性炭吸附的二氧化碳将释放到空气中，然后由阀门7排到大气。经一段时间的脱附后，活性炭中只留下极微量的二氧化碳，重新获得了二氧化碳吸附能力。

图24-13 二氧化碳脱除机工艺流程

1—活性炭吸附罐A 2、3、6、7、9、10—阀门 4—活性炭吸附罐B 5、8—离心式风机

（2）选型计算 二氧化碳脱除机的选型，应根据贮藏果蔬的呼吸强度、库内实际空气所占体积、库内要求的二氧化碳含量等，来确定脱除机的脱除能力。脱除能力可按下式进行计算：(www.xing528.com)

式中 ——二氧化碳脱除能力（m³/h）；

V——库内实际空气所占体积（m³）；

C₁——脱除前气体的二氧化碳含量（%）；

C₂——脱除后气体的二氧化碳含量（%）；

Z——脱除机工作时间（h）；

g——库内贮藏果蔬的数量（kg）；

c——单位质量果蔬在单位时间内排出的二氧化碳的量（L/h·kg），见表24-5。

表24-5 一些果蔬的二氧化碳排出量

也可按经验数据进行选用，一般300t容量以下的气调库，用一台TXF-100A型脱除机即可。

（3）在不同的温度下一些果蔬的二氧化碳释放量 见表24-6。

表24-6 在不同的温度下一些果蔬的二氧化碳释放量（呼吸强度）^① [单位：mg/（kg·h）]

（续）

（续）

（续）

（续）

（续）

① 通常是用一个范围值来表示呼吸强度，计算采收时的呼吸热时要用其最高值或平均值。将呼吸强度乘以220可转换为Btu/（t·24h），乘以61.2可转换为cal（1000kg·24h），有些低温会引起一些产品，如芒果、秋葵、番木瓜、甜椒、菠萝、番茄和小西葫芦发生冷害，危害性很大，要极力避免。

② 13℃下青色香蕉的呼吸强度为14～20mgCO₂/（kg/h）。

4.减压气调设备

减压贮藏的研究起步较晚，始于1957年，至今仅40多年的历史，尽管1975年出现了可供商用的减压贮藏设备，但未得到推广应用。作为一种特殊的气调贮藏方式，只有低氧效应，没有象常规气调贮藏中能保持适量二氧化碳的效果，存在着经济、技术和结构安全等多方面问题。这里仅提供减压气调贮藏库的工艺流程见图24-14。

图24-14 减压气调贮藏气调库的工艺流程

1—气调保鲜库 2—库房用冷却装置 3—真空泵 4—抽除乙烯（催熟）气体 5—补充一定的水分 6—补充一定量的氧 7—加湿器

5.乙烯脱除机

乙烯（C₂H₄）是一种能促进呼吸、加快后熟的植物激素，对采后贮藏的果蔬有催熟作用。气调库内存在乙烯是不可避免的，控制库内乙烯的含量，对保证果蔬贮藏质量十分重要，特别是那些对乙烯敏感的果蔬（如猕猴桃、蕃茄），应把贮藏环境中的乙烯彻底清除。

乙烯脱除的方法，过去一般采用的是化学法，如用高锰酸钾氧化。化学法虽去除乙烯简单，但效率低。随着气调技术的发展，近年来已研制出高效除乙烯设备。乙烯脱除机及其系统见图24-15，它是根据乙烯在催化剂和高温下，与氧气发生反应，生成二氧化碳和水的原理制成的，反应式如下：

该设备的关键是催化剂（特殊的活性银）的选择，以及一个从外到里能形成15°C、80°C、150°C及250°C温度梯度的变温度场电热装置。它使乙烯脱除机的进、出口温度不高于15°C，而中心氧化反应温度达250°C以上。这样既保证反应效果，又不给库房增加过多的热负荷，而且为进一步降低进入库内气体的温度，乙烯脱除机的进、出气管每隔几分钟切换一次，见图24-15。

图24-15 乙烯脱除机及其系统

与化学法相比，该设备初次投资大，但可连续运转，多库共享同一台乙烯脱除机；除乙烯效率高，能除掉库内气体中所含乙烯量的99%；同时可除掉果蔬所释放出的芳香气体，减轻芳香气体的催熟作用；能对库内气体进行高温杀菌消毒。因此，使用该设备后，保鲜效果、保鲜期和减少果蔬贮藏损失等，均优于化学法，从投入产出比衡量，还是用乙烯脱除机脱除乙烯的经济效益好。