способ уравновешивания объема среды

Формула изобретения

Способ уравновешивания объемов среды хранения в процессах диффузии внешней среды хранения при корректировке соотношений компонентов воздуха, включающий снижение объема кислорода окислением углерода и снижение нарастающего объема углекислого газа поглощением с достижением баланса внешнего и внутреннего давлений сред, отличающийся тем, что снижение объема кислорода компенсируют азотом, высвобождаемым в результате хемосинтеза автотрофных бактерий в процессе денитрификации соединений азота, причем избыток теплоты и углекислоты снижают использованием СO₂ в качестве субстрата путем восстановления до органических соединений собственного тела бактерий, а процессы диффузии внешней среды через ограждающие конструкции замедляют допустимым подпором азота, объем которого наращивают, изнутри камер хранения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сфере сельского хозяйства и пищевой промышленности, в частности хранения сочной сельскохозяйственной продукции при охлаждении с коррекцией соотношений компонентов воздушной среды хранения.

Известен способ продления периода хранения сочной сельскохозяйственной продукции, воздушную среду хранения которой корректируют по составу со снижением содержания кислорода, примерно на порядок, повышением содержания углекислого газа примерно на два порядка.

При этом окисление углерода приводит к снижению объема кислорода в камере хранения на объем, равный увеличению объема углекислого газа. Такой рост объема углекислого газа оказывается излишним из условия восприятия его хранимой продукцией. В этой связи, большую часть СO₂ необходимо удалять из объема хранения. Однако, из условия необходимости сохранения давления в камере хранения близким к атмосферному, изъятый объем СО₂ приходится компенсировать вводом в камеру хранения дополнительного объема воздуха. Вместе с воздухом в камеру вводится дополнительный объем кислорода, что требует нового цикла удаления кислорода в присутствии катализатора и избытка СО₂ (А.Ф.Тяжкороб, В.И.Бондарев «Генераторы газовых сред для хранения плодоовощной продукции», Киев, Наукова Думка, 1988, стр.61-65, 126, 142, 153, 163), аналог.

В качестве меры защиты от ввода в объем хранения дополнительного воздуха предусмотрено ГОСТ 50421-92 (ИСО 6949-88) [Фрукты и овощи. Принципы и технические приемы хранения в регулируемых газовых средах. С.5. Госстандарт России] устройство в объеме камеры компенсационных мешков, возмещающих внешним воздухом объем удаляемого углекислого газа. Однако приток в камеру хранения некоторого количества кислорода извне остается в результате его диффузии через ограждающие конструкции вследствие разницы парциальных давлений.

Избыток углекислого газа извлекают из среды хранения скруббирующей установкой, состоящей, как правило, из двух скрубберов, действующих на принципах химического связывания углекислоты или адсорбции (абсорбции) СО₂.

Аналогичная технология предусмотрена патентом RU 2060001 (прототип).

Процесс биосинтеза протекает на один-два порядка при более низких температурах, чем сжигания, и до более глубокого изъятия кислорода, однако, соотношения между объемами изъятого кислорода и произведенного углекислого газа остаются прежними. Скруббирование СО₂ предусмотрено биологическими методами (аналог). Соответственно, процесс ввода дополнительного воздуха для поддержания давления остается одинаковым как в аналоге, так и в прототипе.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по совмещению процессов поглощения углекислого газа и компенсации поглощенного объема газа (СО_2.). Решение технической задачи обеспечивается притоком азота без примеси кислорода для сохранения атмосферного давления в камере хранения сельскохозяйственной продукции или организации допустимого подпора атмосферы изнутри. При этом обеспечивается достижение технического результата, состоящего в продлении периода хранения сельскохозяйственной продукции. Способ уравновешивания объемов среды хранения в процессах диффузии внешней среды хранения при корректировке соотношений компонентов воздуха состоит в снижении объема кислорода окислением углерода и снижении нарастающего объема углекислого газа поглощением с достижением баланса внешнего и внутреннего давлений сред. Указанный технический результат достигается тем, что осуществляют компенсацию среде хранения сельскохозяйственной продукции с избытком углекислого газа, удаляемого объема углекислого газа прибылью объема азота путем введения в подвергаемый корректировке состав воздушной среды азота, вырабатываемого автотрофными бактериями, находящимися в процессе хемосинтеза азота, например, в ходе денитрификации солей азотной кислоты или окисления до серной кислоты различных тио -(Na₂S₂O₃) и тетра (Na ₃S₄O₆) соединений.

Для осуществления предлагаемого способа намечено воспользоваться автотрофными бактериями, осуществляющими процесс хемосинтеза в анаэробных условиях при денитрификации (М.В.Федоров. Микробиология. ГИЗ сельскохозяйственной литературы. М., 1955, стр.300).

При осуществлении цикла биосинтеза автотрофными бактериями на поглощение двух молей углекислого газа (СО₂) приходится выделение трех молей азота (N₂). Такой газовый баланс предполагает создание в камере хранения сельскохозяйственной продукции подпора азота. Возможность выхода этого азота наружу через ограждающие конструкции камер хранения предполагает ликвидацию подтока в камеру хранения излишнего кислорода и других ингредиентов внешней атмосферы. Избыточное давление предусмотрено выравнивать через гидрозатвор. Сброс азота в атмосферу может сопровождаться его утилизацией.

Сущность изобретения - уравновешивания объемов среды хранения в том, что снижение объема кислорода компенсируют азотом, высвобождаемым в результате хемосинтеза автотрофных бактерий в процессе денитрификации соединений азота, причем избыток теплоты и углекислоты снижают использованием СО₂ в качестве субстрата путем восстановления до органических соединений собственного тела бактерий, а процессы диффузии внешней среды через ограждающие конструкции замедляют допустимым подпором азота, объем которого наращивают изнутри камер хранения.

В качестве примера можно привести восстановление нитратов бактерией Thiobac. denitrificans при сопряженном осуществлении восстановления углекислоты до органического соединения по следующему уравнению:

2¹/₂S₂+6KNO₃+2СаСО ₃=3К₂SO₄+2СаSО₄+2СО ₂+3Na₂+ около 645 ккал.

Процесс усвоения углекислоты является эндотермическим, поэтому большое выделение теплоты при денитрификации позволяет Thiobac. denitrificans восстанавливать углекислоту до энергетически ценных органических соединений.

Вместо серы (S₂) могут быть использованы тио- (Nа₂S₂O₃ ) и тетра (Nа₃S₄O₆) соединения (М.В. Федоров. Микробиология. Г.И.З. С/х литературы, М., 1955, стр.131-133).

Возможность создания некоторого подпора в камере хранения азотом предполагает, на первом этапе, замену в камере хранения воздушной среды обычного состава воздухом с повышенным содержанием азота. Такая очередность процесса позволит снизить общий объем кислорода, удаляемого путем биосинтеза, и, тем самым, сократить поглощение кислорода.

Реализация способа достигается дополнением процесса коррекции соотношений компонентов воздушной среды (КСКВ) процессом анаэробной ферментации денитрифицирующих бактерий на неорганическом субстрате, производимом в отдельном ферментере.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа.

К моменту завершения загрузки камеры хранения 1 фруктами (овощами), приурочивают запуск источника азота - установку для бактериальной денитрификации неорганических соединений в анаэробных условиях 2 (см. Н.С.Егоров, А.В.Олескин, В.Д.Самуилов. Проблемы и перспективы. Технология. Т.1. М.: Высшая школа, 1987, стр.75, 76). С некоторым отступом по времени организуют запуск корректора соотношений компонентов воздуха (КСКВ) в среде хранения 4. Камеру герметизируют, гидрозатвор 3 заполняют жидкостью. В герметизированную камеру 1 направляют поток азота из установки 2. При этом повышенным напором часть воздушной среды из камеры хранения 1 удаляют через гидрозатвор 3 и неплотности в герметизации ограждающих конструкций камеры 1. Затем в работу вступает КСКВ, выполняя функцию поглощения кислорода и компенсации его количества тем же количеством углекислого газа. Поскольку концентрация углекислого газа в камере хранения 1 повышается еще и в результате дыхания хранимой продукции, отвод излишней углекислоты производят скруббирующими устройствами 12. При этом внутреннее давление в камере хранения 1 в некоторой мере снижается, но его поддерживают на уровне атмосферного давления и несколько выше подачей азота из установки 2. После снижения в камере хранения концентрации кислорода не более чем за 120 часов до требуемого уровня, например, менее 3% установку КСКВ от камеры хранения 1 отключают. Однако процесс поглощения кислорода в камере хранения 1 продолжается в результате дыхания хранимой продукции, следовательно, должно продолжаться и удаление излишнего углекислого газа. Поэтому установка 2 по денитрификации неорганических соединений постоянно находится в работе, как одно из исполнительных устройств автоматической системы поддержания заданного газового режима. Необходимая интенсификация процесса денитрификации достигается переменным числом оборотов электродвигателя на герметичном циркуляционном насосе 6, а также изменением теплового режима теплообменника 8. Интенсивность теплообмена обеспечивают охлаждающим устройством 9. Резкое увеличение производительности по азоту на момент пуска может быть достигнуто увеличением количества инокулированного субстрата в устройстве 2 (ферментере) подачей его из емкости 10. Снижение производительности ферментера 2 на период поддержания режима в период длительного хранения продукции в камере 1 достигается удалением части субстрата в емкость 11 через систему трубопроводов 7. При длительном хранении действие установки 2 осуществляют по технологии объемно-доливного культивирования. Регулировку потоков субстрата и азота осуществляют запорно-регулирующей арматурой 5. Полученная в результате ферментации обогащенная углеродом органическая биомасса может быть использована в качестве удобрения.