【教学课件】第十章气调储藏P.ppt
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1、第十章 气调储藏 P234,第一节 概 述,气调储藏是以控制气体进行粮食储藏的一门科学。气调储藏(Controlled Atmosphere storage of Grain)有悠久的历史,是从气密储藏(Airtihgt storage)发展而来,早在4000年以前,东方的中国、印度,西方的西班牙,中东的埃及,以及欧洲的新石器时期,均采用了地下窖储藏粮食,一些阿拉伯国家如也门、索马里以及非洲东部的塞浦路斯、肯尼亚从古代到现代广泛应用地下窖或半地下仓进行储粮并进行科学的探测粮情和管理,,当时的目的主要是为了消灭收获后自田间带人粮堆的虫害,这是密封粮食达到改变大气(modification Atm
2、osphere)达到安全储粮的雏型,从地下气密储藏发展到地上气调仓储粮食,经过了漫长的时间,直到16世纪才开始了文字记载,人工气调和气密库的确立,由于缺乏建筑手段使气调储藏进展缓慢。,虽然在1860年法国已有过真空和燃烧大气的试验和报导,但因费用帛贵而停滞不前,自然缺氧气密储藏的科学论证最早为1708年法国雷尼姆(Reneaume)在巴黎皇家科学院发表的学术论文,1920年登台DendyA等作了早期研究。,发展到人工气调最早的鼻祖要推1921年英国的佛罗盖特(WWFroggatt),他首先采用C02有效地控制脱粒玉米免遭虫害的感染,70年代气调储藏在世界领域内有了极大的进展,美国农业部的贝莱(
3、BaileySW)、奥克来(OxleyTA)、史托雷(Storye L),意大利的谢巴尔(j.shejba1),澳大利亚的班克斯(BanksHT)诸学者在这方面作了大量研究和论证,并于80年代相继在意大利、澳大利亚、以色列、加拿大等国召开过多次国际气调储藏的学术讨论会,从而促进了世界范围内气调储藏的巨大反响和发展。,我国的气密储藏也具有悠久的历史,远在仰韶文化时期已有气密性的缸、坛窖藏。新中国成立后,气密储藏技术更有较快发展。先后在上海、浙江、江西、江苏、河南、山东等省开展了此项工作,目前已有稻谷、玉米、豆类、油料、大米、油晶等二十多个粮种采用了自然缺氧气密储藏。人工气调也有较大进展,并致力于
4、气密技术和气调保鲜理论研究。,迄今国内外已确认气调储藏对粮食生理、生物学、品质保持以及控虫、防霉等方面均较之空气常规储藏更具明显的优越性和储藏效应。,第二节 气调储藏基本原理,在密封粮堆或气密库中,采用生物降氧或人工气调改变正常大气中的氮、二氧化碳和氧的比例,或使在仓库或粮堆中产生一种对储粮害虫致死的气体,抑制霉菌繁殖,并降低粮食呼吸作用及生理代谢。实验证明,当氧气浓度降到2%左右,或二氧化碳浓度增加到40%以上,霉菌受到抑制,害虫也很快死亡,并能较好地保持粮食品质。,目前,气调储藏技术有以下几种:气密储粮,包括自然缺氧、微生物降氧、脱氧剂储粮等;氮气储粮,包括充氮储粮、液氮储粮、分子筛富氮、
5、制氮机储粮等;二氧化碳储粮,包括排气净化法、充二氧化碳法,吸附密着包装、二氧化碳化学发生器储粮等;减压储粮,包括抽气,减压,真空包装等。,上述气调储藏技术可归纳为生物降氧和人工气调两大类,二者各有不同的理论根据,生物降氧是通过生物体的自行呼吸,将塑料薄膜密闭账幕或气密库粮粒孔隙中的氧气消耗殆尽,并相应积累了高的二氧化碳。这是以生物学因素为理论根据的。,人工气调则是应用一些机械设备,如燃烧炉、制氮机,它们的燃料可以用木炭、液化石油气、煤油等亦可用分子筛或真空泵,先抽真空再充入氮气或二氧化碳气体。这些应用催化高温燃料、变压吸附、充入或置换等方法借以改变粮堆原有的气体成分,使大气达到高浓度的氮、二氧
6、化碳或其他气体,因此这是以人工气调为依据的。,第二节 气调储藏基本原理P 235,防治虫害的作用抑制霉菌的作用降低呼吸强度气调储藏对粮食品质的影响,第三节 密封工艺 P245,粮堆密封材料目前,在粮食与食品保存中,密封技术的运用越来越广泛。粮食的整仓密封熏蒸和粮堆的密封贮藏,粮食及食品的小包装存放,常采用塑料薄膜密封。由于塑料薄膜具有一定的不透水性和不透气性,有较好的柔顺性,价格便宜,市场供应充足等特点而被广泛应用。密封的主要目的在于阻止包装内外气体相互窜流,保证密封空气气体成分或密度不变,以此防治害虫发生、抑制微生物繁衍,从而保证贮存物的质量。,1塑料的基本组成与特性,塑料由合成树脂、填充料
7、、增塑剂、硬化剂、附加剂等组成。其中合成树脂起胶结作用,不仅本身胶结在一起,而且把其他成分也牢固地胶结起来。因此,它决定了塑料的基本性质。合成树脂的大分子一般为蜷曲状的长链结构,在长链两侧常键合着侧基或支链。在长链同一侧每隔一个碳原子健合侧基的称为等规立构;在长链两侧每隔一个碳原子键合侧基的,称为间同立构;侧基不规则地键合,称为无规立构;具有规整立构的合成树脂较不规整的刚度大,并有较高的融点,分子排列得较有秩序,也较紧密,因而具有结晶化的倾向,此时的塑料一般具有较好的不透气性和不透水性,结晶化程度越高,密闭性就越好。相反,在合成树脂中有不规则分布的侧基或支链,以及在主链节上结合着不同的单体,即
8、具有较大的枝化程度时,结晶化倾向就降低,此时塑料具有较高的透气性。,2气体的渗漏过程与途径,气体穿过密封材料的方式有两种,一是由于机械性缺陷而引起的漏气,诸如“微孔”、“砂眼”、“裂缝”等,这类机械性缺陷一般是在生产制造、施工或使用不当造成的,对这类漏气,可以通过各种探伤的方法查找出漏气点进行修补,防止漏气。另一种漏气是非机械性缺陷造成的,而与材料的基本组成和构造特点有关。这类漏气是气体从浓度大(分压高)的一侧穿过材料内分子间的空隙向气体浓度小(分压低)的一侧移动的结果,一般可以认为是热力学单分子扩散的过程。根据热力学单分子扩散理论,可以进一步描述非机械性漏气的过程。首先,在气体浓度大(气体分
9、压高)的一侧,气体分子接触材料的表面,并溶解或吸附于其中。接着通过材料内部的空隙内向低浓度(气体分压低)的一侧扩散,所谓空隙实际上是材料中合成树脂并非结晶部分,结晶部分能有效地阻止气体分子的移动。最后在材料的另一侧蒸发。,3减小材料透气量的方法和材料的选择,由以上叙述可知,材料的透气性系数是气体的溶解度系数与气体在材料中的扩散系数的乘积(P=DS),这直接反应了透气是由气体的溶解和扩散而决定的。气体在材料中的溶解是透气的第一个环节,气体在材料中的扩散是透气的第二个环节。因此,要提高材料对气体的不透气性,应从这两方面入手,一是降低气体在材料中溶解度,二是阻止气体在材料中的扩散。根据物质间“相似相
10、溶”的规则,与密封材料极性相似的气体(即具有与材料类似结构的气体)在该材料中有较大的溶解度系数S,在具有同样扩散系数D的材料中,决定了具有较大的透气性系数P=SD,从而可得到较大的透气量。相反,与材料极性不同的气体在材料中的溶解度系数较小。这就是说,材料对气体的通过有一定的选择性,非极性气体对非极性,极性气体对极性材料有较好的透气性;非极性气体对极性材料,极性气体对非极性材料有较好的不透气性,这是我们在选择材料时应考虑的一个重要因素。,例如,在粮食的密闭贮藏中,通常造就一个低氧、高氮、高二氧化碳气体的贮藏空间,则应使用与氧气、氮气、二氧化碳气体极性相反的材料作为密封材料,以阻止氧气的进入,同时
11、阻止氮气和二氧化碳气体的消散。由于这几种气体是非极性气体,故应选用聚氯乙烯、尼龙、聚酯等极性塑料薄膜,其厚度一般在。,又如,在粮食熏蒸杀虫作业时,通常使用的药物是磷化氢、溴甲烷、环氧乙烯等极性熏蒸剂,为了减缓药消散的速度,在一定的时间和空间内保持熏蒸剂的有效浓度,则应使用非极性塑料薄膜封罩,以获得较好的气密性,如聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜。除了考虑降低气体在材料中的溶解度之处,降低材料透气性的另一个方面是阻止气体在材料内部的扩散。如前所述,气体在材料内部是从非结晶区通过,而不能从结晶区通过,这就说明塑料中结晶度越高则气体扩散速度就越小,同时,结晶的形状、大上和排列方式也影响气体分子的通过。,一般
12、讲,塑料薄膜经定向拉伸后其透气性就降低。这是因为材料的分子由于拉伸,其排列趋向规整有序,结晶度提高。目前,通过塑料更新聚合物生产工艺,可以提高合成树脂中规整立构分子的比例,使材料强度增加,结晶度提高,并可采用单轴或双轴定向技术对塑料薄膜进行定向处理,减少大分子的枝化程度,并使其彼此有序平行排列,缩短分子间距离,增大分子间作用力,提高材料的密度,从而增加气体扩散过程中的阻力,从根本上降低了材料的透气性,同时也降低了材料的透水性,使材料的密闭性能更佳。表10-10,所以,在选择密封材料中,不仅要根据不同的密闭对象,对材料的极性作出选择,还应该选择密度较大,结晶化程度较高,经定向处理过的材料。,粘合
13、剂 P246,作用粘合剂可以使塑料膜之间或薄膜与其它物体之间粘合,在缺氧储粮时多用于补洞和辅助将薄膜粘于墙或地坪。薄膜与薄膜之间粘合 聚氯乙烯胶 过氯乙烯胶 塑料胶水或万能胶水,薄膜与物体之间的粘合,聚乙烯醇胶羧甲基纤维素,仓房密封剂的喷涂料 P247,密封层:仓墙、地墙采用石灰、水泥、砂浆作基层后,涂刷沥青,再粘贴0.14mm聚乙烯薄膜一层,或采用石灰浆、油毛毡、粘贴纱纸,再涂刷酚醛清漆或“701”胶。很大程度上改进了仓库的气密性。,仓房门、窗及通风道密封可采用硅酮橡胶、聚氯乙烯带及聚氨酯泡沫加以复盖和嵌缝,或用聚氯乙烯与丙烯酸结合起来密封仓门及管道,阻止仓房气体的泄漏。,粮筒密封山东招远用
14、聚氨酸泡沫作油罐涂层和气密隔温层、天津军粮城仓库用钢玻璃作立筒仓气密层,都取得了良好的密封效果,国外还有采用丁基橡胶园筒仓,钢板焊接和钢筋水泥储粮箱进行喷涂丙烯酸系列乳剂后,进行气调储粮,保护薄膜层免受紫外线照射而软化。,四、气调库的气密必性P248,气密性试验气密性检测方法烟雾试验:适用于15t以下的小型粮仓。追踪气体系列:用气体测试管检测。音频检测:用音频放大器检测。温度记录器:在200Pa的压力变化范围内检测漏洞,气体流失以周围及内部的温度及压力为变量的函数来描述。荧光粉检测:在一定压力下荧光粉粉末在泄漏处可见发光。皂沫检测:用2浓度的洗涤剂喷射不密封的表面,稍加压力(200Pa),漏气
15、处将出现抱沫,能检测出涂层的缺陷。以上几种方法中以皂沫检测法应用最有成效且使用简便。,气调仓气密性措施实例,中央储备粮绵阳直属库气调仓为2栋24m跨度,96m长的双廒间钢筋混凝土拱板屋架平房仓、仓高7.8m,设计仓容0.18亿kg;围护结构为620mm厚空心砖墙。,仓房内墙面涂刷(涂)气密涂料,采用聚酰胺环氧树脂涂料作气密涂料,施工前将涂料充分搅拌均匀。涂布方法为涂刷2遍,第一层宜用较稀释涂料涂刷,便于墙体吸附,第二层可用较厚稠涂料涂刷,以增加密封层厚度,加强其气密性。每层涂料厚薄均匀,用量达到0.5kg/m2,厚度0.5mm,玻纤布层0.8mm,涂刷中要求每次涂刷时间间隔以漆面干燥不粘手为宜
16、,涂刷后应仔细检查涂刷面,要求涂料均匀粘附在仓壁上,无气泡,干燥成膜后无裂痕,无孔眼。,仓壁与仓顶、地坪和墙身及其连接处的密封处理:仓壁与仓顶连接处采用聚氨酯涂料与聚酯纤维无纺布或玻纤布进行密封处理,在密封涂布前先用聚氨酯泡沫或嵌缝胶等将较宽缝隙填充,再将各交接处做成R150mm弧形,采用二布三涂进行密封处理,并对裂缝、气泡、砂眼进行修补处理,达到密封要求。采用专业厂家生产的特别气密保温门窗及气密保温通风筒,安装时框架采用预埋形式,并与墙体的连接处密封严实。,增加气密接缝胶:由于现有的拱板做法是拱板之间留有约1cm宽、18cm深的缝隙,并会随着钢筋混凝土的正常变形而变化,这是影响仓房气密性的重
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