馬鈴薯貯藏庫設(shè)備的研究

崔英俊，王相友

(山東理工大學 農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院,山東 淄博 255000)

1 馬鈴薯貯藏的農(nóng)藝要求

馬鈴薯的休眠期可以分為三個階段，即為休眠準備期、生理休眠期以及休眠蘇醒期，而度過生理休眠期之后薯塊開始發(fā)芽，新陳代謝速度加快，因此可通過延長馬鈴薯休眠期以減少采后損失。根據(jù)馬鈴薯農(nóng)藝要求，不同用途的馬鈴薯應(yīng)該設(shè)置不同的貯藏溫度，種薯貯藏溫度為2～4 ℃，食用薯貯藏溫度為4～6 ℃，加工用原料薯貯藏溫度6～10 ℃[1-3]。在貯藏期間需要保持適宜的庫內(nèi)濕度，薯塊表面保持干燥，同時避免薯內(nèi)水分大量損失；在貯藏期間保持良好的通風，不要引起二氧化碳的積累，以免因組織窒息而產(chǎn)生黑心[4]。

馬鈴薯在較高的貯藏溫度下會發(fā)芽，將馬鈴薯塊莖分別貯藏在12 ℃和4 ℃環(huán)境中，通過試驗發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率都呈現(xiàn)出逐漸增加后下降的趨勢，但是12 ℃條件下的馬鈴薯塊莖發(fā)芽速度較快[5]。庫內(nèi)貯藏溫度較低時，馬鈴薯出現(xiàn)冷害和凍害現(xiàn)象，內(nèi)部組織發(fā)生褐變，進而變質(zhì)腐爛。馬鈴薯變青受品種、成熟度和光照等因素的影響，除了自身問題外，光照變青是主要因素，貯藏期間應(yīng)最大限度的避免光照，以避免馬鈴薯出現(xiàn)“青皮”的現(xiàn)象，而 “青皮”現(xiàn)象，會伴隨著龍葵素的生成，食用會造成中毒的現(xiàn)象[6-8]。

2 貯藏庫建造

根據(jù)馬鈴薯貯藏的農(nóng)藝條件，貯藏庫的建造應(yīng)選擇較合適的地方，比如交通比較便利方便馬鈴薯的運輸，以及地勢較開闊利于庫內(nèi)通風。庫的類型根據(jù)當?shù)氐臍夂蛞约百A藏條件進行決定，并且在庫的頂部以及四周壁均加入保溫層，保證庫內(nèi)的氣候條件可以調(diào)控。該馬鈴薯貯藏庫屬于庫房式建筑，庫房的建筑面積為23.5 m×52 m，且每個庫房的馬鈴薯容量為2500 t，頂部為弧形設(shè)計，其主要目的是使庫內(nèi)保持較大的循環(huán)通風空間。

3 貯藏設(shè)備

3.1 進氣窗和出氣窗

馬鈴薯在貯藏期間需要相對封閉的環(huán)境，因自身呼吸作用導致貯藏庫內(nèi)的環(huán)境發(fā)生變化，而進氣窗和出氣窗的設(shè)計能夠使庫內(nèi)、外環(huán)境實現(xiàn)流通以改善庫內(nèi)環(huán)境。

進、出氣窗的大小是根據(jù)最大通風量進行設(shè)計，設(shè)計的通風量應(yīng)滿足排出多余熱量的通風量、降低庫內(nèi)CO2濃度的通風量、排除庫內(nèi)水汽的通風量，三者最大值[9]。經(jīng)過理論分析與經(jīng)驗總結(jié)，排除庫內(nèi)多余熱量的通風量為三者中的最大值，因此進氣窗的最大開口量根據(jù)最大通風量進行設(shè)計。

排除多余熱量所需通風量為

(1)

式中Lh—排除多余熱量的通風量，m3·h-1；

Q—庫內(nèi)的熱量，kW；

CP—空氣定壓比熱容；

ρ—空氣密度，常溫下可取1.2 kg·m-3；

ΔT—進出貯藏庫空氣的溫度差，℃。

Lmax=3600×SC×VA

(2)

式中Lmax—最大通風量，m3·h-1；

SC—最大開口量的橫截面積，m2；

VA—經(jīng)過進氣窗各點的平均速度，m·s-1。

貯藏庫選址地區(qū)全年日平均風速為4 m·s-1，經(jīng)計算的最大通風量為1.022×105m3·h-1，將數(shù)值帶入式(2)，得到SC=7.097 m2，為了保證合理性以及進氣窗開口量，將橫截面積的值取SC=7.2 m2。

根據(jù)實際的情況，有時不需要進氣窗全部開啟，因此進氣窗結(jié)構(gòu)設(shè)計為兩扇窗頁，并且呈上下分布，大的窗扇在下，小的窗扇在上，為了根據(jù)庫內(nèi)環(huán)境使進氣窗具有合適的開口度，使每扇窗葉各有1個推桿；出氣窗采用進氣窗同樣的設(shè)計方式，但呈左右分布。當正常工作時，兩扇窗扇需要依次打開，即進氣窗大窗扇完全開啟后，小窗扇才開始開啟。而當進氣窗關(guān)閉時，先將小窗扇完全關(guān)閉后，大窗扇才開始開啟關(guān)閉。出氣窗的啟閉與進氣窗保持一致。

3.2 風機和加濕裝置

當進氣窗開啟時，需要將新鮮空氣與庫內(nèi)空氣進行交換，或者進氣窗關(guān)閉時，需要進行庫內(nèi)空氣內(nèi)循環(huán)，但由于庫房整體較大，需要在合適的位置安裝合適的設(shè)備以加速空氣的流動。因此，在靠近進氣窗位置安裝風機，風機啟動后，可以快速吸入空氣并加速將空氣吹入庫內(nèi)，實現(xiàn)空氣的循環(huán)。

該貯藏庫采用2個風機進行吹風，呈現(xiàn)左右分布。兩臺風機串聯(lián)安裝，在確定的風量下獲得較大的風壓，風機安裝在風道的頂部，在相對風阻較小的情況下，能夠?qū)⒆銐虻娘L量送入庫內(nèi)，達到降溫、通風以及保濕的目的。因此選用軸流式風機，兩個風機的中心基本與加濕簾的中心位于同一水平線。工作時，兩個風機同時轉(zhuǎn)動，共同完成空氣的內(nèi)、外循環(huán)。

風機的選擇對于貯藏庫有重要的作用，而風機主要依靠風壓進行選擇。風機性能參數(shù)風壓是指在標準狀態(tài)下的全壓。標準狀態(tài)是壓力P20=101.3 kPa，溫度t=20 ℃，相對濕度φ=50%的大氣狀態(tài)。若貯藏庫建造地不是標準狀態(tài)，兩種狀態(tài)下的空氣物性參數(shù)不同，需要進行參數(shù)變換。

標準進氣狀態(tài)的風機全壓為P20，空氣密度為ρ20；非標準狀態(tài)下的空氣密度為ρ，風機全壓為p，則全壓關(guān)系有

(3)

一般風機的進氣狀態(tài)就是當?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程P=ρRT有

(4)

Pa、ρ、T表示當?shù)卮髿鈮?、空氣密度和空氣溫度。當?shù)氐拇髿鈮簽镻a=92.52 kPa，ρ=1.395 kg·m-3，T=-20 ℃，帶入P=ρRT，求得當?shù)貧夂颦h(huán)境下的風壓P=107.1kPa。

由于電機的額定轉(zhuǎn)速一般為2900 r·min-1，1450 r·min-1，960 r·min-1，由風壓看出風機為高壓風機，因此選用較大轉(zhuǎn)速n=2900 r·min-1。求得比轉(zhuǎn)速ns

(5)

式中n—風機的轉(zhuǎn)速，r·min-1；

Lmax—最大通風量，m3·h-1；

P—非標準狀態(tài)下的風機全壓，Pa；

解得ns=61.89 r·min-1。

風機的葉輪外徑

(6)

式中ψ—壓力系數(shù)；

ρ—介質(zhì)密度，kg·m-3；

P—風機全壓非標準狀態(tài)下的風機全壓，Pa。

考慮其制造以及安裝的實際問題，將風機的外徑尺寸進行取整為D=0.95 m。

當貯藏庫內(nèi)濕度達不到貯藏要求時，需要安裝加濕裝置使庫內(nèi)的濕度環(huán)境得到改善。該貯藏庫的加濕裝置由加濕簾與水泵組成，加濕簾采用特種材質(zhì)波紋蜂狀，水泵安裝在水槽的一側(cè)，當庫內(nèi)需要進行加濕時，水泵向水槽內(nèi)注水，通過風機吹透加濕簾加濕庫內(nèi)環(huán)境。

加濕過程為進氣窗開啟，加濕簾吸取水槽內(nèi)的注水，當風機運轉(zhuǎn)工作時，吹透加濕簾，通過將水分霧化并吹入庫內(nèi)，達到加濕貯藏庫環(huán)境的目的，風機運行時，庫外的空氣從進氣窗進入流經(jīng)加濕簾的多孔濕潤表面，將水分帶入庫內(nèi)，增加庫內(nèi)濕度。其先后順序為進氣窗—風機—加濕簾—風道，為了使水分充分進入庫內(nèi)，庫內(nèi)墻底部一端設(shè)有扇形窗口與風道相連，通過一個個帶孔的扇形鐵板與另一端相連，增大庫內(nèi)與風道的接觸面積，也能使水分或者空氣通過鐵板的孔隙充分進入。

3.3 混氣裝置

為了保證進氣窗開啟合適的角度以及進氣時使空氣充分與庫內(nèi)空氣混合，該貯藏庫增加了混氣裝置。該混氣裝置由混氣框和進氣窗構(gòu)成，將兩者設(shè)計為一體。該貯藏庫設(shè)計進氣窗開啟角度為60°，所形成的混氣區(qū)間呈30°，保證內(nèi)外循環(huán)過程中能夠較大程度的混合。當進氣窗開啟后，若空氣從進氣窗位置進入庫內(nèi)，會使靠近進氣窗位置的O2濃度大，而遠端的CO2濃度以及O2濃度基本沒有變化，達不到調(diào)控庫內(nèi)氣體濃度的目的，所以為了使空氣經(jīng)過庫內(nèi)風道再通過多個扇形窗口進入庫內(nèi)，需要安裝隔斷，將空氣進行阻隔，使其通過風機吹向風道的過程更為合理。

4 結(jié)論

(1)馬鈴薯貯藏庫采用庫房式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證了合適的貯藏量；進、出氣窗、混氣裝置以及風機等裝置能夠?qū)崿F(xiàn)庫內(nèi)空氣的內(nèi)外循環(huán)；增加水泵和加濕簾，保持庫內(nèi)的濕度，使馬鈴薯貯藏獲得較好的效果。

(2)通過設(shè)計進風窗的大小以及風機的尺寸，使庫房獲得足以降低庫房氣候環(huán)境、調(diào)節(jié)CO2的濃度以及保持庫房合適濕度的風量，通過安裝在風道頂部的風機增壓，壓入庫房內(nèi)完成通風工作。