[科普中國]-人工降氧法

定義

人工降氧法，又稱"快速降氧法"，是用機(jī)械在庫外制取所需的人工空氣之后，再輸入冷藏庫內(nèi)的降氧方法。它是在一種氣體發(fā)生器的裝置中加入助燃劑，使空氣中氧氣燃燒，過多的二氧化碳，用二氧化碳脫除機(jī)除去，不足的氣體用氮?dú)庋a(bǔ)充，氮?dú)庥弥频獧C(jī)制取。

除上述方法，還有用CA保鮮庫內(nèi)的空氣不斷地通過氣體發(fā)生器，把過多的二氧化碳除掉，然后再返回冷藏庫中。

人工降氧必須采用專門的降氧措施或設(shè)備。人工降氧的特點(diǎn)是降氧速度快、時(shí)間短，一般只需1一2天即可把庫內(nèi)氧濃度降至接近規(guī)定值，水果能很快地進(jìn)入低氧的貯藏狀態(tài)；圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性稍差一些也可以達(dá)到降氧的目的。但是，設(shè)備投資大，管理操作復(fù)雜，貯藏的成本也較高。

該法是在短時(shí)間之內(nèi)可以制取CO2與O2的組成低于21%的人工空氣，在歐州、美國和日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家已廣泛采用。1

優(yōu)勢(shì)快速降氧法雖然需要一定的設(shè)備，還要消耗燃料、電力等，而且流人的人工空氣溫度高，又增加了冷凍負(fù)荷，但它和自然降氧法相比，有如下諸方面的優(yōu)。

降氧速度快所要求的人工空氣組成，在很短的時(shí)間里可以達(dá)到所需的含量。因此，冷藏的食品效果好，尤其對(duì)那些不耐保藏的果蔬更加顯著。如草莓，若以“自然降氧”貯藏，草莓早就壞了，而用“快速降氧法”，就可以獲得新鮮、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

可以及時(shí)排除庫內(nèi)乙烯快速降氧法由于庫內(nèi)的空氣經(jīng)常和外界空氣交換，因此。果蔬所放出的乙烯可及時(shí)地排除。于是可以推遲果蔬的后熟作用和防止因冷藏而產(chǎn)生的果蔬的中毒性病害。

庫內(nèi)氣密性要求不高，減少建筑費(fèi)用快速降氧法所要求的氣密性不像“自然降氧法”那樣高，這樣氣密結(jié)構(gòu)所需的經(jīng)費(fèi)就可以減少。并且，由于要求的氣密性低，可以將普通的高溫庫改造為CA冷藏庫。我國第一個(gè)由高溫庫改建為貯藏蘋果、梨的CA貯藏庫于1980年在青島建成。1

分類充氮降氧一般是用氣氮瓶(罐)充氮降氧。這種降氧應(yīng)采用開式循環(huán)系統(tǒng)。氣氮瓶(罐)內(nèi)的高壓氮?dú)饨?jīng)減壓閥降壓后，從進(jìn)氣管充入庫內(nèi)，庫內(nèi)氣體從排氣管排出庫外，直到庫內(nèi)的氧濃度接近規(guī)定值為止。在貯藏過程中，如發(fā)現(xiàn)

庫內(nèi)二氧化碳濃度過高時(shí)，可開啟二氧化碳洗滌器脫除二氧化碳。沒有二氧化碳洗滌器時(shí)，也可用充氮法降二氧化碳。此時(shí)如庫內(nèi)氧濃度過低，可開啟進(jìn)氣閥或排氣閥向庫內(nèi)加入適量空氣。也可采用液氮?dú)饣蟪淙霂靸?nèi)降氧。

1)氣氮瓶(罐)內(nèi)充灌的是高壓氣態(tài)氮，絕對(duì)壓力為1．3×104一1．5×105KPa，如果不降壓直接充入庫內(nèi)，將危及氣調(diào)庫圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。因此，要在氣氮瓶(罐)的氮?dú)獬隹谏涎b上減壓裝置，使出口壓力控制在表壓10KPa以下。

2)庫房的進(jìn)氣口與混合氣體的排出口呈對(duì)角線設(shè)置。因氮?dú)獗瓤諝廨p，進(jìn)氣口應(yīng)靠近庫頂，排氣口靠近地面。這樣氮?dú)廨^多的聚集在庫內(nèi)上部，可節(jié)省氮?dú)庥昧?。進(jìn)氣管徑要與排出管徑相匹配，使進(jìn)氮?dú)饬颗c混合氣體排出量接近平衡，否則會(huì)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成威脅。

3)充氮過程中操作人員不得離開現(xiàn)場(chǎng)，并隨時(shí)取樣檢測(cè)庫內(nèi)的氣體成分(主要是氧濃度)。當(dāng)庫內(nèi)氧濃度接近規(guī)定值時(shí)，應(yīng)立即停止充氮，否則將對(duì)水果造成低氧傷害。

4)充氮時(shí)應(yīng)盡量使庫內(nèi)各處的氣體成分趨向一致，這樣在充氮過程中，取樣分析的結(jié)果才能與庫內(nèi)實(shí)際的氣體成分相符合。為此，在充氮時(shí)應(yīng)保持庫內(nèi)冷卻設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，借助于庫內(nèi)氣體的強(qiáng)制循環(huán)來均衡各處的氣體成分。

普通的氣氮瓶容積只有0．04m3左右，盡管其充灌壓力高達(dá)1．3×10一1．5×10KPa，若將其膨脹至正常的大氣壓力(約102kPa)，膨脹后的體積也只有5-6m3。對(duì)于一個(gè)貯量為100t的氣調(diào)間(公稱容積約450m3左右)，即使其庫容利用系數(shù)達(dá)到0．8，庫內(nèi)仍有約300m3的剩余空間，要把這么多的含氧量為21%的空氣，稀釋置換為含氧量為5%一6%的氣體，需要的氮?dú)饬渴呛艽蟮摹Ｓ捎跉獾康牡獨(dú)饬坑邢?，為了降氧就得不停地更換氣氮瓶，故充氮操作麻煩，充氮降氧的時(shí)間也比較長，這就妨礙了這種降氧方式在商業(yè)氣調(diào)貯藏中的普及。現(xiàn)有的大中型氣調(diào)庫一般很少采用，只有一些小型的氣調(diào)庫(幾十噸至一二百噸)才采用。

如果在氣調(diào)庫的周圍不遠(yuǎn)處有制氧廠，或者將氣調(diào)庫建在制氧廠內(nèi)或附近，利用制氧廠空分裝置生產(chǎn)的副產(chǎn)品氮?dú)?，用管道直接引入氣調(diào)庫降氧是十分合算的。這樣可節(jié)省氣氮瓶(罐)的購置、校驗(yàn)、充灌、運(yùn)輸裝卸等工作量和費(fèi)用，使操作簡單、管理方便并降低充氮降氧的成本。2

制氮降氧配置專門的制氮設(shè)備來生產(chǎn)降氧所需的氮?dú)?，也是采用開式循環(huán)系統(tǒng)，只是用制氮設(shè)備取代了氣氮瓶(罐)。制氮設(shè)備所需的氣源就是取之不盡，用之不竭的大氣。空壓機(jī)將壓縮空氣送入制氮設(shè)備，空氣被制氮設(shè)備分離為富氮和富氧。富氧氣體直接外放到大氣中去，富氮用管道送到氣調(diào)庫用于降氧。

分離降氧采用氣體分離裝置(如制氮機(jī))和閉式循環(huán)系統(tǒng)，把庫內(nèi)需降氧的混合氣體抽至分離裝置，進(jìn)行氧、氮分離，然后將分離后的氧氣排至大氣，將富氮?dú)怏w送回庫內(nèi)，如此循環(huán)，直至庫內(nèi)的氧濃度達(dá)到規(guī)定值。分離除氧裝置系統(tǒng)與制氮降氧裝置系統(tǒng)大同小異，將排氣管與空壓機(jī)的進(jìn)氣管接通即可。

燃燒降氧利用專門的燃燒器，將庫內(nèi)的氣體抽到燃燒器中與其它可燃性氣體混合后燃燒，這樣就把庫內(nèi)的氣體中所含的氧氣燒掉了。燃燒后的氣體經(jīng)冷卻后又送回庫房。這是閉式燃燒系統(tǒng)。或者將室外空氣引入燃燒器中與可燃?xì)怏w混合后燃燒而獲取富氮?dú)怏w，然后將富氮?dú)怏w冷卻后充入庫內(nèi)降氧。這是開式燃燒系統(tǒng)。2

降氧設(shè)備氧氣轉(zhuǎn)化器屬于催化燃燒類裝置。用鼓風(fēng)機(jī)從庫房內(nèi)抽出氣體，與可燃性氣體(丙烷)相混合，混合氣體通過熱交換器預(yù)熱至燃點(diǎn)溫度(300℃左右)，然后進(jìn)入反應(yīng)燃燒室，在催化劑的作用下進(jìn)行無陷燃燒。

燃燒后的高溫氣體返流通過熱交換器，與燃燒前的混合氣體進(jìn)行熱交換而被冷卻，再進(jìn)入冷卻器中被水冷卻，最后被送回氣調(diào)庫。電加熱器僅用于氧氣轉(zhuǎn)化器剛開始工作時(shí)加熱和調(diào)整溫度。

無焰催化燃燒裝置是在有焰直接燃燒裝置的基礎(chǔ)上改進(jìn)的。早期使用的有焰直接燃燒裝置存在很多缺陷：一是溫度，燃點(diǎn)溫度高達(dá)1000℃以上，耗能太大；二是燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生有毒的氮氧化合物或其它有害氣體；三是燃燒后氣體中的氧氣殘留量高；四是當(dāng)吸入的氣體中氧濃度偏低時(shí)，混合氣體不易起燃，使燃燒設(shè)備無法正常工作，除非加入適量空氣。除此之外，當(dāng)庫內(nèi)制冷設(shè)備或管道發(fā)生泄漏后，氨或氟利昂將混入庫內(nèi)氣體中被送入燃燒室，氟利昂蒸氣遇到明火后，會(huì)分解出對(duì)人體有毒害的光氣(COCl2)；而氨的含量達(dá)到16%一25%時(shí)會(huì)引起爆炸。幾乎所有的氣調(diào)庫都是采用氨或氟利昂作為制冷工質(zhì)的，制冷工質(zhì)的泄漏也是難免的。因此，有焰直接燃燒裝置不宜采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)采用開式系統(tǒng)，而開式循環(huán)系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)就是降氧所消耗的氮?dú)饬枯^大，耗能較多；

無焰催化燃燒裝置克服了有焰直接燃燒裝置的上述多數(shù)缺陷。它因選用了特殊的催化劑，可以將燃點(diǎn)降到650℃以下，裝置的催化溫度僅為300℃。由于催化劑妁作用，使燃燒充分和完全，殘留的氧氣少，也無其它有毒氣體伴生；它不受原始?xì)怏w中氧濃度的限制，可以采用閉式循環(huán)。2