马铃薯贮藏库设备的研究

崔英俊，王相友

(山东理工大学 农业工程与食品科学学院,山东 淄博 255000)

1 马铃薯贮藏的农艺要求

马铃薯的休眠期可以分为三个阶段，即为休眠准备期、生理休眠期以及休眠苏醒期，而度过生理休眠期之后薯块开始发芽，新陈代谢速度加快，因此可通过延长马铃薯休眠期以减少采后损失。根据马铃薯农艺要求，不同用途的马铃薯应该设置不同的贮藏温度，种薯贮藏温度为2～4 ℃，食用薯贮藏温度为4～6 ℃，加工用原料薯贮藏温度6～10 ℃[1-3]。在贮藏期间需要保持适宜的库内湿度，薯块表面保持干燥，同时避免薯内水分大量损失；在贮藏期间保持良好的通风，不要引起二氧化碳的积累，以免因组织窒息而产生黑心[4]。

马铃薯在较高的贮藏温度下会发芽，将马铃薯块茎分别贮藏在12 ℃和4 ℃环境中，通过试验发现发芽率都呈现出逐渐增加后下降的趋势，但是12 ℃条件下的马铃薯块茎发芽速度较快[5]。库内贮藏温度较低时，马铃薯出现冷害和冻害现象，内部组织发生褐变，进而变质腐烂。马铃薯变青受品种、成熟度和光照等因素的影响，除了自身问题外，光照变青是主要因素，贮藏期间应最大限度的避免光照，以避免马铃薯出现“青皮”的现象，而 “青皮”现象，会伴随着龙葵素的生成，食用会造成中毒的现象[6-8]。

2 贮藏库建造

根据马铃薯贮藏的农艺条件，贮藏库的建造应选择较合适的地方，比如交通比较便利方便马铃薯的运输，以及地势较开阔利于库内通风。库的类型根据当地的气候以及贮藏条件进行决定，并且在库的顶部以及四周壁均加入保温层，保证库内的气候条件可以调控。该马铃薯贮藏库属于库房式建筑，库房的建筑面积为23.5 m×52 m，且每个库房的马铃薯容量为2500 t，顶部为弧形设计，其主要目的是使库内保持较大的循环通风空间。

3 贮藏设备

3.1 进气窗和出气窗

马铃薯在贮藏期间需要相对封闭的环境，因自身呼吸作用导致贮藏库内的环境发生变化，而进气窗和出气窗的设计能够使库内、外环境实现流通以改善库内环境。

进、出气窗的大小是根据最大通风量进行设计，设计的通风量应满足排出多余热量的通风量、降低库内CO2浓度的通风量、排除库内水汽的通风量，三者最大值[9]。经过理论分析与经验总结，排除库内多余热量的通风量为三者中的最大值，因此进气窗的最大开口量根据最大通风量进行设计。

排除多余热量所需通风量为

(1)

式中Lh—排除多余热量的通风量，m3·h-1；

Q—库内的热量，kW；

CP—空气定压比热容；

ρ—空气密度，常温下可取1.2 kg·m-3；

ΔT—进出贮藏库空气的温度差，℃。

Lmax=3600×SC×VA

(2)

式中Lmax—最大通风量，m3·h-1；

SC—最大开口量的横截面积，m2；

VA—经过进气窗各点的平均速度，m·s-1。

贮藏库选址地区全年日平均风速为4 m·s-1，经计算的最大通风量为1.022×105m3·h-1，将数值带入式(2)，得到SC=7.097 m2，为了保证合理性以及进气窗开口量，将横截面积的值取SC=7.2 m2。

根据实际的情况，有时不需要进气窗全部开启，因此进气窗结构设计为两扇窗页，并且呈上下分布，大的窗扇在下，小的窗扇在上，为了根据库内环境使进气窗具有合适的开口度，使每扇窗叶各有1个推杆；出气窗采用进气窗同样的设计方式，但呈左右分布。当正常工作时，两扇窗扇需要依次打开，即进气窗大窗扇完全开启后，小窗扇才开始开启。而当进气窗关闭时，先将小窗扇完全关闭后，大窗扇才开始开启关闭。出气窗的启闭与进气窗保持一致。

3.2 风机和加湿装置

当进气窗开启时，需要将新鲜空气与库内空气进行交换，或者进气窗关闭时，需要进行库内空气内循环，但由于库房整体较大，需要在合适的位置安装合适的设备以加速空气的流动。因此，在靠近进气窗位置安装风机，风机启动后，可以快速吸入空气并加速将空气吹入库内，实现空气的循环。

该贮藏库采用2个风机进行吹风，呈现左右分布。两台风机串联安装，在确定的风量下获得较大的风压，风机安装在风道的顶部，在相对风阻较小的情况下，能够将足够的风量送入库内，达到降温、通风以及保湿的目的。因此选用轴流式风机，两个风机的中心基本与加湿帘的中心位于同一水平线。工作时，两个风机同时转动，共同完成空气的内、外循环。

风机的选择对于贮藏库有重要的作用，而风机主要依靠风压进行选择。风机性能参数风压是指在标准状态下的全压。标准状态是压力P20=101.3 kPa，温度t=20 ℃，相对湿度φ=50%的大气状态。若贮藏库建造地不是标准状态，两种状态下的空气物性参数不同，需要进行参数变换。

标准进气状态的风机全压为P20，空气密度为ρ20；非标准状态下的空气密度为ρ，风机全压为p，则全压关系有

(3)

一般风机的进气状态就是当地的大气状态，根据理想气体状态方程P=ρRT有

(4)

Pa、ρ、T表示当地大气压、空气密度和空气温度。当地的大气压为Pa=92.52 kPa，ρ=1.395 kg·m-3，T=-20 ℃，带入P=ρRT，求得当地气候环境下的风压P=107.1kPa。

由于电机的额定转速一般为2900 r·min-1，1450 r·min-1，960 r·min-1，由风压看出风机为高压风机，因此选用较大转速n=2900 r·min-1。求得比转速ns

(5)

式中n—风机的转速，r·min-1；

Lmax—最大通风量，m3·h-1；

P—非标准状态下的风机全压，Pa；

解得ns=61.89 r·min-1。

风机的叶轮外径

(6)

式中ψ—压力系数；

ρ—介质密度，kg·m-3；

P—风机全压非标准状态下的风机全压，Pa。

考虑其制造以及安装的实际问题，将风机的外径尺寸进行取整为D=0.95 m。

当贮藏库内湿度达不到贮藏要求时，需要安装加湿装置使库内的湿度环境得到改善。该贮藏库的加湿装置由加湿帘与水泵组成，加湿帘采用特种材质波纹蜂状，水泵安装在水槽的一侧，当库内需要进行加湿时，水泵向水槽内注水，通过风机吹透加湿帘加湿库内环境。

加湿过程为进气窗开启，加湿帘吸取水槽内的注水，当风机运转工作时，吹透加湿帘，通过将水分雾化并吹入库内，达到加湿贮藏库环境的目的，风机运行时，库外的空气从进气窗进入流经加湿帘的多孔湿润表面，将水分带入库内，增加库内湿度。其先后顺序为进气窗—风机—加湿帘—风道，为了使水分充分进入库内，库内墙底部一端设有扇形窗口与风道相连，通过一个个带孔的扇形铁板与另一端相连，增大库内与风道的接触面积，也能使水分或者空气通过铁板的孔隙充分进入。

3.3 混气装置

为了保证进气窗开启合适的角度以及进气时使空气充分与库内空气混合，该贮藏库增加了混气装置。该混气装置由混气框和进气窗构成，将两者设计为一体。该贮藏库设计进气窗开启角度为60°，所形成的混气区间呈30°，保证内外循环过程中能够较大程度的混合。当进气窗开启后，若空气从进气窗位置进入库内，会使靠近进气窗位置的O2浓度大，而远端的CO2浓度以及O2浓度基本没有变化，达不到调控库内气体浓度的目的，所以为了使空气经过库内风道再通过多个扇形窗口进入库内，需要安装隔断，将空气进行阻隔，使其通过风机吹向风道的过程更为合理。

4 结论

(1)马铃薯贮藏库采用库房式的结构设计，保证了合适的贮藏量；进、出气窗、混气装置以及风机等装置能够实现库内空气的内外循环；增加水泵和加湿帘，保持库内的湿度，使马铃薯贮藏获得较好的效果。

(2)通过设计进风窗的大小以及风机的尺寸，使库房获得足以降低库房气候环境、调节CO2的浓度以及保持库房合适湿度的风量，通过安装在风道顶部的风机增压，压入库房内完成通风工作。