专利名称：变压吸附法制氮气调方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明及一种用变压吸附法生产氮气，加湿后送入库中对水果、蔬菜、粮食、食品进行气调保鲜的气调方法和设备
背景技术：
目前随着生活水平的提高，人们对绿色食品的需求量越来越大。尤其是北方地区受气候影响，冬季很少生产新鲜蔬菜和水果，靠调运南方果菜成本又很高，这就迫使人们要想尽办法去贮存夏秋季果菜，留作冬季食用；另外根据市场规律，夏秋季果菜价格比较低，如果贮存一段时间再上市，搞反季贸易，也会因果菜增值而获得利润，这些都提出一个如何使果菜保持新鲜的问题。
贮存果菜最早的方法是地窖或冰库，后来发展到现在的冰箱、冰柜，再大一点就是冷冻库或者冷藏库。这些方法的原理是通过降低温度的方法，来延缓果菜腐烂变质的速度，达到水果蔬菜保鲜的目的。最新研究表明导致水果蔬菜腐烂变质的根本原因，是因为有氧气存在，水果蔬菜中的多种组元，包括糖份、果蛋白、纤维质、维生素等都可以与氧气发生反应而引起成分的改变。即使采用冷藏技术，也只能是放慢成分变化的速度，最终还是要因为氧气的氧化腐蚀而使果菜变质。所以要使果菜各种成分不变，唯一的方法是使水果蔬菜与氧气隔绝！为了隔绝氧气，有些人采用涂抹保鲜剂的方法，这样做又带来保鲜剂与水果蔬菜的副作用，使果菜变味；有些人则用抽真空的方法来包装水果，但只能暂时解决问题，因为水果蔬菜刚刚采摘时，自身会释放出来一些气体，比如二氧化碳、乙烯等，而这些气体恰恰又是催熟剂，很快就会使果菜腐烂。所以真空包装只适用于肉食品包装，不能用于果菜保鲜。
现在人们才普遍认识到隔绝氧气、保持果菜新鲜度最好的方法是气调保鲜技术，就是人为创造一种气氛，合理调节贮存空间的气体配比，在降低贮存空间氧气的同时，还要降低果菜释放出来的二氧化碳和乙烯的含量，只要调节气氛合理，果菜在适宜的气氛条件下就会处于一种休眠状态，原有的新陈代谢和呼吸等活动就会停止，即使是在常温下，果菜也不会腐烂！经过对比得知，氮气正好是隔离氧气、调节气氛的最好气体。
提到氮气，现在有很多人把深冷空分方法生产的氮气通到库中趋赶氧气，也有一些人用有机膜法制氮机为库中充氮气，还有人用变压吸附法制氮机来为库里充氮气，然后把库中气体直接排空。这些方法对趋赶库中的氧气有效，但果菜存入库中后，在很长一段时间内要不断释放出二氧化碳和乙烯气体，这些杂质气体不抽出，就会影响贮存效果，如果不断充氮气排出杂质气，就会使库中先一步充入的氮气又随杂质气体排空，这样就大比例增加贮存成本；无奈有的人又专门制作一种用于脱出二氧化碳的设备，还有专门脱出乙烯的设备，这些设备在使用过程中要用电加热再生填料，这样就会使库内温度升高，破坏贮存条件；同时又增加了设备的制作成本，使设备占地面积大，操作麻烦，成本成倍提高。
发明内容
本发明就是要解决随时去除气调库中二氧化碳和乙烯等技术问题，提供一种在制氮循环过程随时去除对储存蔬菜水果等有害的气体及物质的气调方法和气调机。
本发明的变压吸附法制氮气调方法，就是用吸附法制氮气调机富集的氮气排入气调库内，其特征在于气调机是从气调库内吸入气体(主要是从气调库内，必要时可以从外界吸入部分补充的空气)，并经吸附去除气态水、二氧化碳、乙烯、氧气后形成富集氮气排入气调库。这样不但可以使气调库内的空气不断富集成氮气，而且可以将气调库内随时产生的气态水、二氧化碳、乙烯、氧气及时去除，确保对气调库内的蔬菜水果无害和储存安全，并且不用单独再设置去除二氧化碳、乙烯的循环设备。本发明的变压吸附法制氮气调机，有压缩机组，与压缩机组输出管路并连交替工作的吸附器(主要是吸附柱)，与吸附器出口管路连接的排气分布管。其特征在于压缩机组的进气管路连接着分布在气调库的吸气管；吸附器(吸附柱)的填料分别为用来吸附气体中气态水的填料，用来吸附气体中二氧化碳和乙烯的填料，用于吸附气体中氧气的填料(填料层)，或者吸附柱分层填制有用来吸附气体中气态水的填料层、用来吸附气体中二氧化碳和乙烯的填料层、用于吸附气体中氧气的填料层。吸附气体中气态水的填料为氧化铝颗粒层。用来吸附气体中二氧化碳和乙烯的填料的炭素材料或分子筛材料层，是用金属离子交换的活性炭颗粒，也可以是分子筛或硅胶颗粒。用于吸附气体中氧气的填料是碳分子筛。空气压缩机组由空气压缩机1，风冷器2，电风扇3，冷却铜管4，冷却器5，制冷机组6，分水罐7，过滤器8，吸附除油器9组成。吸附器主要是吸附柱及配合的组合阀门。吸附与排气分布管之间还可以设置稳压罐13，流量计14，加湿器15，液位计16。空气增压后经风冷器和冷却器冷凝排水，经吸附除油后进入两个吸附柱轮换产生氮气，经稳压计量后进入加湿器中用水饱和，通过氮气分布管分别送到每个气调库中，再把库中的混有杂质气的气体引出，由压缩机送入气调机中分离，杂气排空。交替工作的吸附柱高压进气管路各并联一组阀门，每组中一只阀门与再生排气管连通，另一只阀门与压缩机组的排出管路连通。交替工作的吸附柱低压出气管路分别设有并列的阀门，交替工作的吸附柱低压出气管路之间设置有连通管路并带有均压阀。净化后的气体经过组合阀门10进入两个吸附柱11中，组合阀门10由吸附柱上面的3个阀和吸附柱下面的4个阀共7个阀组成，阀门是气动阀或电磁阀，由PLC程序控制器控制两个吸附柱之间气体的轮流切换。
图1是本发明的整个变压吸附法制氮气调机的组合流程图，显示气调机各个主要组件之间的连接顺序；图2是两个吸附柱内部装料的刨面图及七个阀门之间的连接关系图。
具体实施例方式实施例一、一种全功能变压吸附法气调保鲜机(附图1)。是由空气压缩机1，风冷器2，电风扇3，冷却铜管4，冷却器5，制冷机组6，分水罐7，过滤器8，吸附除油器9，组合阀门10，台形吸附柱11，消音器12，稳压罐13，流量计14，加湿器15，液位计16，氮气分布管17，杂气排出管18和回气管19组成。每一个部件的组成顺序与上相同。
首先用空气压缩机为变压吸附法制氮机提供稳定带压的空气。由于压缩空气的温度会升高，所以在压缩机出口安装一台风冷器2(有条件的地方也可以安装水冷却器)，用电风扇3为风冷器吹风散热；被风冷的空气进入冷却器5内，被冷却铜管4进一步冷却降温到10℃以下，降低空气露点以便进一步冷凝出水分，从分水罐7的底部排出；冷却铜管4内部流动的是制冷机组6提供的低温冷剂，制冷机组6一般由冷剂压缩机、冷却器、节流膨胀阀等关键部件组成，由冷剂压缩机把高温气态的冷剂压缩，在冷却器中降温液化，由膨胀阀节流汽化制冷，再把冷流体送到冷却铜管4内，达到为压缩空气降温的目的；冷剂可以是氟里昂、液氨或不含氯的其他冷剂。
经过冷却分水后的空气进入两级精密过滤器分出冷凝的水滴和油滴，后一级滤出精度为0.01um，使压缩空气品质达到IS08573.1质量等级1级。剩有0.001ppm的气态挥发性油氛，我们用吸附除油器9中的活性炭将其彻底除尽，不含任何油氛的空气通过组合阀门10进入吸附系统。
吸附器(吸附系统)由两个同样大小体积的吸附柱11组成，每个吸附柱由耐压金属材料制成上小下大的台形筒，这个台形筒的截面可以是圆形，也可以是直边多边形或直曲相间的多边形。这样在里面装入颗粒状吸附剂、压缩空气从底部进入后，适合从下往上逐步减少被吸附组分吸附量的实际情况，同时在降压解吸时，也可以减少从上到下逐步加重的局部气体阻力，有利于快速排气解吸。吸附柱11的底部壳体内固定开满小孔的金属筛板作吸附剂的支撑板，筛板上面敷设金属筛网，在筛板上面的壳体上开有手孔，底部封头上开有气体进出口；吸附柱11的上部一般由法兰与封头连接，封头上开有气体进出口。
吸附柱11内从下到上装有三种颗粒状吸附剂，分别是最下层28是粒径在1.5～6mm之间的圆球状氧化铝颗粒，用来吸附空气中的气态水；第二层29是用金属离子交换的活性炭颗粒，也可以是分子筛或硅胶颗粒，用来吸附气调库中返回来的二氧化碳和乙烯气体第三层30是碳分子筛颗粒，用于吸附空气中的氧气。装满三种吸附剂的颗粒上部用筛板和筛网压住，必要时用弹簧把筛板压紧，避免吸附剂随气流浮动和磨损。
净化空气经组合阀门10中的原料气阀门21(见附图2)进入吸附柱11A柱的底部，分别流经吸附剂三个床层，在压力作用下，水、二氧化碳、、乙烯、氧气扩散到吸附剂孔内而被吸附，氮气不被吸附而得以富集，从吸附床顶部引出。当吸附剂吸附杂质气接近饱和时，阀门21关闭，空气经过阀门22进入吸附柱11的B中；A床底部的排气阀23开启，把吸附剂吸附的杂质气反向解吸经过消音器12排到大气中，使三种吸附剂得以再生。当B中的吸附剂吸附杂质气接近饱和时，阀门22关闭，空气经过阀门21进入吸附柱11的A中；B柱底部的排气阀24开启，把吸附剂吸附的杂质气反向解吸经过消音器12排到大气中，使三种吸附剂得以再生。两个吸附柱轮换操作，可以使生产连续进行。轮换操作由组合阀门10按PLC控制器指令自动启落来实现。
组合阀门10上部三个阀门中的中间一个阀门25是两柱之间的均压阀，当处于高压状态的吸附柱在准备解吸前，要把高压气体向刚刚解吸完毕处于常压状态的另一个吸附柱(比如B柱)均压，同时刚刚解吸完毕处于常压状态的另一个吸附柱底部原料阀门(比如22阀门)与此均压阀门同步启动，从上下两端共同完成对常压柱的充压步骤，原料阀门继续开启，均压阀门提前关闭。这样用原料气和高压柱顶部气体来为常压柱充压的方法，避免了以前用高压柱底部高浓度强吸附组分气体对常压柱充压的弊端，同时可以省略底部均压阀门。组合阀门10最上部的两个阀门26和27，分别是两个吸附柱的产品气出口阀门，当低压柱被高压柱充压完毕而用原料气继续升压、均压阀25关闭时，升压柱顶部的产品气出口阀门开启，产品氮气流入后步系统，两个产品气出口阀门26和27可以是气动阀门、电磁阀门或单向止逆阀门。
产品氮气从吸附柱顶部产出后进入稳压罐13混合，经过流量计14计量后，从底部进入装有水的饱和加湿器15中，氮气用鼓泡形式穿过水层，使水汽化进入氮气中，氮气被水饱和加湿，再通过氮气分布管17送到每个库中。还可以用强制加湿办法，在加湿器15中装入一个等离子、或者超声波、喷雾、湿膜、电极、蒸汽式加湿器，对氮气强制加湿。
氮气分布管17是由与气调库间相等数量的分支管组成，每个分支管上装有一个阀门，当需要向对应的库中充氮气时阀门打开，其他阀门关闭。氮气通过阀门进入库中，因氮气比重比空气略小，所以氮气管线吊装在库内顶面上，根据库的面积大小再决定分成多路，按照库间的顺向平行吊装，每个分路管线上每隔一段距离打上2～8mm的小孔，氮气从这些小孔中溢出分散在库间上面，并不断向下扩散，把库内原有的空气、氧气、二氧化碳、乙烯等气体同时推向下面。
在库间下面的周边安装有气体回收管，上面分距离钻有小孔，被氮气推下来得杂质气体通过小孔进入管内，由一根管路汇集，通过阀门与杂气排出管18相连，由回气管19统一送回到气调机空气压缩机的入口中，经过分离后由消音器12排空。杂气排出管18上有与库间数量相同的分支管路，每一支管路上都装有一个阀门，用于每个库房之间的切换。氮气分布管17和杂气排出管18都由塑料管或者金属管制作，每个分支管上的阀门材质与管路相同。
实施例二、为一套六间气调库配用的变压吸附法制氮气调机，空气压缩机1是螺杆式，排气量2.5m3/min，出口压力0.7Mpa；风冷器2是翅片式，散热面积2.6m2；电风扇3是叶片式，功率30w；冷却铜管4尺寸φ16×12000mm，螺旋状固定；冷却器5是圆筒式，内径205mm；制冷机组6功率1.0P，氟里昂制冷；分水罐7是圆筒式，尺寸φ217×500mm；过滤器8分0.1μm和0.01μm两级精度；吸附除油器9是圆筒式，尺寸φ217×1000mm，内装φ2×2mm的柱状活性炭20kg；
组合阀门10由七个阀门组成，原料气阀21和22是DN25气动阀；排气阀23和24是DN32气动阀；均压阀25是DN15气动阀；产品气出口阀26和27是DN20单向止逆阀；两个台形吸附柱11截面是圆形，底面口径φ500mm，上面口径φ400mm，高1700mm；从下到上第一层装φ3mm圆球氧化铝颗粒20kg；第二层装用金属离子交换改性的φ2mm柱状活性炭10kg；第三层装碳分子筛115kg。稳压罐13是圆筒形，尺寸是φ400×1500mm；饱和器15是圆筒形，尺寸是φ350×1500mm，内装水深1200mm。
氮气分布管17由聚乙烯塑料管制作，管内径32mm，六个分支管内径和塑料阀门通径也是32mm，每个分支管进入库内分成两道长12m的平行直管，每根直管上钻4mm小孔60个；六间库每个库间下面周边离地面100mm高固定内径45mm的聚乙烯塑料管38m，共钻6mm小孔150个，中间由一个内径45mm的塑料管通过阀门与杂气排出管18相连，再统一由回气管19引回到空气压缩机入口。
经过实际运行，制氮气调机的产气量30m3/h，氮气浓度98％，每个容积480m3的气调库，经过28.6个小时后，库内氧气含量下降到2.3％，二氧化碳浓度1.6％，乙烯含量为零，气体湿度86.2，达到了气调库所要求的气氛标准。
权利要求
1.一种变压吸附法制氮气调方法，是用吸附法制氮的气调机产生的富集氮气排入气调库内，其特征在于所说的气调机是有从气调库内吸入气体，并经吸附去除气态水、二氧化碳、乙烯、氧气后排入气调库。
2.根据权利要求1所说的制氮气调方法，其特征在于按序依次吸附去除气态水、二氧化碳、乙烯、氧气。。
3.一种变压吸附法制氮气调机，有压缩机组，与压缩机组输出管路并连交替工作的吸附柱，与吸附柱出口管路连接的排气分布管，其特征在于压缩机组的进气管路连接着分布在气调库的吸气分布管，吸附柱的填料分别为用来吸附气体中气态水、用来吸附气体中二氧化碳和乙烯、用于吸附气体中氧气的填料层，或者吸附柱分层填制有用来吸附气体中气态水、用来吸附气体中二氧化碳和乙烯、用于吸附气体中氧气的填料层。
4.根据权利要求3所说的制氮气调机，其特征在于交替工作的吸附柱高压进气管路并联两组阀门，其中一组阀门与再生排气管连通，另一组阀门与压缩机组的排出管路连通，交替工作的吸附柱低压出气管路分别设有并列的阀门，交替工作的吸附柱低压出气管路之间设置有连通管路并带有均压阀。
5.根据权利要求3所说的制氮气调机，其特征在于吸附柱11带有组合阀门10，组合阀门10由吸附柱上面的3个阀和吸附柱下面的4个阀共7个阀组成，阀门是气动阀或电磁阀，由PLC程序控制器控制。
6.根据权利要求3所说的制氮气调机，其特征在于两个吸附柱内的吸附填料依次是氧化铝颗粒层、用金属离子交换的活性炭颗粒或分子筛或硅胶颗粒层、碳分子筛层。
7.根据权利要求3或4或5或6或7所说的制氮气调机，其特征在于空气压缩机组是由空气压缩机1，风冷器2，电风扇3，冷却铜管4，冷却器5，制冷机组6，分水罐7，过滤器8，吸附除油器9构成。
8.根据权利要求1所说的制氮气调机，其特征在于吸附柱由组合阀门10，台形吸附柱11，消音器12。
9.根据权利要求1所说的制氮气调机，其特征在于吸附柱与排出管18之间还连通有稳压罐13，流量计14，加湿器15，液位计16。
10.制氮气调所用的吸附器，由两个交替工作的吸附柱11和吸附柱进出管路的阀门构成，其特征在于每个吸附柱的高压进气管路并联两只阀门，其中一只阀门与再生排气管连通，另一只阀门与压缩机组的排出管路连通，交替工作的吸附柱低压出气管路分别设有并列的阀门，交替工作的吸附柱低压出气管路之间设置有连通管路并带有均压阀。
全文摘要
变压吸附法制氮气调机和方法，有压缩机组，与压缩机组输出管路并连交替工作的吸附柱，与吸附柱出口管路连接的排气分布管，压缩机组的进气管路连接着分布在气调库的吸气分布管，吸附柱的填料分别为用来吸附气体中气态水、用来吸附气体中二氧化碳和乙烯、用于吸附气体中氧气的填料层。压缩机组由压缩机1、风冷器、电风扇、冷却器、分水罐、过滤器、吸附除油器组成，从气调库抽出的气体增压后经风冷器和冷却器冷凝排水，经吸附除油后进入两个吸附柱轮换产生氮气，经稳压计量后进入加湿器中用水饱和，通过氮气分布管分别送到每个气调库中。该制氮气调机用于水果、蔬菜、粮食、食品和肉类的保鲜贮藏，效果非常好。
文档编号C01B21/00GK1666809SQ20041002138
公开日2005年9月14日 申请日期2004年3月9日 优先权日2004年3月9日
发明者孙善林, 张永春 申请人:大连广汇气体设备有限公司