CN207792697U - 一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统，包括依次连接的压缩机、冷冻干燥机、空气缓冲罐、氧氮分离装置和氮气缓冲罐，压缩机与冷冻干燥机之间设置有管道过滤器，冷冻干燥机与空气缓冲罐之间设置有空气除油器，氧氮分离装置与氮气缓冲罐之间依次设置除尘器和灭菌装置；所述氧氮分离装置包括吸附塔A和吸附塔B，吸附塔A和吸附塔B交替循环工作将净化后压缩空气进行吸氧产氮，使系统连续生产高品质氮气，不工作时的吸附塔A或者吸附塔B内的碳分子筛层在对方刚刚工作时快速进行降压再生；本实用新型能制取出纯净的高纯度氮气，为食品提供安全有效的保鲜气氛。

Description

一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统

技术领域

本实用新型涉及制氮技术领域，具体涉及一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统。

背景技术

现在氮气在食品保鲜上的应用越来越广泛，是因为氮气是一种很不活泼的物质,在常温、常压下绝大多数物质都不会与它发生反应，采用氮气隔离氧气来调节食品的存在气氛，可以减慢氧化作用，使食品的新陈代谢和呼吸等活动停止，同时大部分微生物也失去了生存的环境。现有制氮方式主要有三种，即深冷空分法、分子筛空分法和膜空分法，其中深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，其设备复杂、占地面积大，基建费用较高，一次性投资较多，运行成本较高，产气慢；膜空分法虽适宜中、小型氮气用户，但是与相同规格的分子筛空分法的设备相比价格要高出15%以上；而分子筛空分法的工艺流程简单、自动化程度高、产气快、能耗低，其次制取的氮气纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置的适应性较强。

目前采用的变压吸附碳分子筛制氮是以干净的压缩空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，使充满微孔的碳分子筛对气体分子有选择性的吸附来获得氮气，分子筛吸附饱和后，要进行下一次工作需把分子筛孔穴内的氧分子排放出去，排氧分子时，碳分子筛层的压力通过均压后由0.3～0.6MPa降到常压，碳分子筛孔穴内的氧气分压力大于外部氧气分压力，氧气从孔穴内向外流动，就从分子筛孔穴内把吸附的氧分子释放出来。虽然现有的制氮系统可为食品保鲜提供氮气气氛，但由于压缩空气进入碳分子筛分布的吸附塔时，气流高速冲击且分布不均匀，碳分子筛容易跳动甚至粉化，使得吸附效果快速变差，吸附效率不高，碳分子筛的使用寿命缩短，同时也会影响到制取的氮气纯度，更最重要的是食品保鲜使用氮气不同于工业，其需要更加纯净的氮气，以使食品免受厌氧细菌的侵害和粉尘的污染。

因此，研制开发一种提供纯净氮气且可延长碳分子筛使用寿命的食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统是客观需要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种提供纯净氮气且可延长碳分子筛使用寿命的食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统。

本实用新型的目的是这样实现的，本实用新型包括依次连接的压缩机、冷冻干燥机、空气缓冲罐、氧氮分离装置和氮气缓冲罐，压缩机与冷冻干燥机之间设置有管道过滤器，冷冻干燥机与空气缓冲罐之间设置有空气除油器，氧氮分离装置与氮气缓冲罐之间依次设置除尘器和灭菌装置；所述氧氮分离装置包括吸附塔A和吸附塔B，吸附塔A和吸附塔B的上部通过进气管连接，进气管上设置有两个切换阀，两个切换阀中间的进气管与空气缓冲罐连通，吸附塔A和吸附塔B的中部设置有碳分子筛层，吸附塔A和吸附塔B的下端通过出气管连接，出气管上设置有两个切换阀，两个切换阀中间的出气管与除尘器连通，且出气管与除尘器连通处还连接有排气管，排气管上设置有排气阀，排气管端部连接有消音器。

进一步的，吸附塔A和吸附塔B结构完全相同，大小也相同；吸附塔A包括上封头、筒体和下封头，碳分子筛层设置在筒体内，碳分子筛层上方的筒体内壁上安装有均布板，均布板上加工有若干通气孔，均布板与碳分子筛层之间的筒体外壁上设置有均布管，均布管的一端与进气管相连，另一端穿过均布板与上封头内壁相对，下封头的下端设置有出气口，出气口与出气管相连。

所述碳分子筛层设置在筒体内壁上的上压板和下压板之间，碳分子筛层包括碳分子筛筒和碳分子筛颗粒，碳分子筛筒的上端开口下端封口，碳分子筛筒的上端与上压板连接，碳分子筛筒的外壁上加工有若干矩形缺口，碳分子筛颗粒分布在由上压板、下压板、碳分子筛筒外壁及筒体内壁形成的空腔里；上压板加工为圆环形的，上压板的内侧与碳分子筛筒的顶端通过螺栓连接，而上压板外侧通过筒体内壁上的卡条固定；下压板设置为圆形，其边缘与筒体的内壁固定连接，下压板上加工有若干通孔。

本实用新型通过在系统中增设灭菌装置和除尘器，使系统制取出纯净的高纯度氮气，同时对系统中吸附塔进行改进，改变压缩空气进气方式，使气流冲击减小，碳分子筛则不易跳动和粉化，碳分子筛的使用寿命延长，除尘器的工作负荷也相应减小，配合吸附塔内设置特殊结构的碳分子筛，使压缩空气在吸附塔内的流程变长，进一步增大了碳分子筛与压缩空气的接触面积，从而使吸附塔吸收效果好，持续吸收时间长，为食品提供安全有效的保鲜气氛。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为吸附塔A6的结构示意图。

图中：1-压缩机，2-管道过滤器，3-冷冻干燥机，4-空气除油器，5-空气缓冲罐，6-吸附塔A，61-上封头，62-均布板，63-均布管，64-筒体，641-卡条，65-碳分子筛筒，66-矩形缺口，67-碳分子筛颗粒，68-下封头，69-出气口，7-吸附塔B，8-除尘器，9-灭菌装置，10-氮气缓冲罐，11-消音器，12-排气阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括依次连接的压缩机1、冷冻干燥机3、空气缓冲罐5、氧氮分离装置和氮气缓冲罐10，压缩机1与冷冻干燥机3之间设置有管道过滤器2，冷冻干燥机3与空气缓冲罐5之间设置有空气除油器4，氧氮分离装置与氮气缓冲罐10之间依次设置除尘器8和灭菌装置9；所述氧氮分离装置包括吸附塔A6和吸附塔B7，吸附塔A6和吸附塔B7的上部通过进气管连接，进气管上设置有两个切换阀，两个切换阀中间的进气管与空气缓冲罐5连通，吸附塔A6和吸附塔B7的中间设置有碳分子筛层，吸附塔A6和吸附塔B7的下端通过出气管连接，出气管上设置有两个切换阀，两个切换阀中间的出气管与除尘器8连通，且出气管与除尘器8连通处还连接有排气管，排气管上设置有排气阀12，排气管端部连接有消音器11；系统中增设除尘器8和灭菌装置9，使系统制取出氮气更加纯净，更符合食品安全的要求，同时氮气纯度也能达到相应的要求。

吸附塔A6和吸附塔B7结构完全相同，大小也相同；吸附塔A6包括上封头61、筒体64和下封头68，碳分子筛层设置在筒体64内，碳分子筛层上方的筒体64内壁上安装有均布板62，均布板62上加工有若干通气孔，均布板62与碳分子筛层之间的筒体64外壁上设置有均布管63，均布管63的一端与进气管相连，另一端穿过均布板62并与上封头61内壁相对，下封头68的下端设置有出气口69，出气口69与出气管相连；由于压缩空气进入吸附塔A6和吸附塔B7后首先与上封头61内壁接触，再回流至均布板62，通过均布板62上的通气孔进入到碳分子筛层进行氧的吸附，然后从下封头68底部流出，其不同于常规制氮系统的下进上出的传统形式，增加了压缩空气在吸附塔A6和吸附塔B7内的流程，同时使得压缩空气气流冲击减小，碳分子筛层则不易跳动和粉化，碳分子筛层的使用寿命延长，除尘器8的工作负荷也相应减小。

所述碳分子筛层设置在筒体64内壁上的上压板和下压板之间，碳分子筛层包括碳分子筛筒65和碳分子筛颗粒67，碳分子筛筒65的上端开口下端封口，碳分子筛筒65的上端与上压板连接，碳分子筛筒65的外壁上加工有若干矩形缺口66，碳分子筛颗粒67分布在由上压板、下压板、碳分子筛筒65外壁及筒体64内壁形成的空腔里；上压板加工为圆环形，上压板的内侧与碳分子筛筒65的顶端通过螺栓连接，而上压板外侧通过筒体64内壁上的卡条641固定；下压板设置为圆形，其边缘与筒体64的内壁固定连接，下压板上加工有若干通孔；压缩空气从均布板62的通气孔流出后进入碳分子筛筒65后向各个方向扩散，扩散过程中空气与碳分子筛筒65充分接触，再从碳分子筛筒65的侧壁上的矩形缺口66处流出，再次与碳分子筛颗粒67接触，充分吸收空气中的氧气和二氧化碳，这种碳分子筛层的设置增大了碳分子筛层与压缩空气的接触面积，吸附塔A6和吸附塔B7的碳分子筛层能被充分地利用，降低了吸附塔A6和吸附塔B7的加工成本，也使吸附塔A6和吸附塔B7达到良好的吸收效果，而且持续吸收时间更长。

系统工作时，压缩机1提供的压缩空气首先由管道过滤器2除去大部分的油、水、尘，然后经冷冻干燥机3进一步进行除水、除尘，再由空气除油器4进行深度净化，防止可能出现的微量油渗透，为碳分子筛层提供充分保护；净化后的压缩空气进入空气缓冲罐5，空气缓冲罐5可降低气流脉动，起缓冲作用，从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过管道过滤器2、冷冻干燥3和空气除油器4，以便充分除去油水杂质，减轻后续吸附塔A6和吸附塔B7的负荷，同时在吸附塔A6和吸附塔B7进行工作切换时，它也为其提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气，使吸附塔A6和吸附塔B7内压力很快上升到工作压力，保证了设备可靠稳定的运行。

吸附塔A6和吸附塔B7是切换工作的，当净化后的压缩空气经进气管进入吸附塔A6的均布管63后，通过吸附塔A6内的碳分子筛层对空气中的氧吸附后由出气口69向出气管流出，流出的气体即为氮气，一段时间后，吸附塔A6内的碳分子筛层吸附饱和，吸附塔A6自动停止吸附，净化后的压缩空气经进气管进入吸附塔B7内，由吸附塔B7内的碳分子筛层进行吸氧产氮，并对吸附塔A6内的碳分子筛层进行再生；碳分子筛层的再生是通过将吸附塔A6和吸附塔B7内的压力迅速下降至常压，以脱除吸附的氧气、二氧化碳和水来实现的。使用吸附塔A6和吸附塔B7两塔交替进行吸附和再生，完成氧气、氮气及二氧化碳的分离，连续输出氮气，由于碳分子筛层的使用时间越长其产生的粉化就越来越多，故将吸附塔A6和吸附塔B7内分离出的氮气再输送到除尘器8进行精密除尘，除尘后将氮气通入灭菌装置9里进行厌氧细菌的处理，以得到纯净的氮气，处理后的氮气通过氮气缓冲罐10进行收集储存，其可均衡系统分离出的氮气的压力和纯度，保证稳定且连续供给氮气。

上述系统的工作过程均由可编程序控制器（PLC）来控制，系统中所有阀门的启闭均由其控制，从而吸附塔A6和吸附塔B7交替循环工作，以实现连续生产高品质氮气之目的，当出气管氮气纯度小于设定值时，PLC程序作用，自动打开排气管上的排气阀12放空，将不合格氮气自动放空，确保不合格氮气不会流向氮气缓冲罐10，气体放空时利用消音器11可以使噪声小于75dBA。

Claims (6)

1.一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统，包括依次连接的压缩机（1）、冷冻干燥机（3）、空气缓冲罐（5）、氧氮分离装置和氮气缓冲罐（10），其特征在于：所述压缩机（1）与冷冻干燥机（3）之间设置有管道过滤器（2），所述冷冻干燥机（3）与空气缓冲罐（5）之间设置有空气除油器（4），所述氧氮分离装置与氮气缓冲罐（10）之间依次设置除尘器（8）和灭菌装置（9）；所述氧氮分离装置包括吸附塔A（6）和吸附塔B（7），吸附塔A（6）和吸附塔B（7）的上部通过进气管连接，进气管上设置有两个切换阀，两个切换阀中间的进气管与空气缓冲罐（5）连通，吸附塔A（6）和吸附塔B（7）的内部设置有碳分子筛层，吸附塔A（6）和吸附塔B（7）的下端通过出气管连接，出气管上设置有两个切换阀，两个切换阀中间的出气管与除尘器（8）连通，且出气管与除尘器（8）连通处还连接有排气管，排气管上设置有排气阀（12），排气管端部连接有消音器（11）。

2.根据权利要求1所述的一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统，其特征在于：所述吸附塔A（6）和吸附塔B（7）结构完全相同，大小也相同。

3.根据权利要求1或者2所述的一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统，其特征在于：所述吸附塔A（6）包括上封头（61）、筒体（64）和下封头（68），所述碳分子筛层设置在筒体（64）内，碳分子筛层上方的筒体（64）内壁上安装有均布板（62），均布板（62）上加工有若干通气孔，均布板（62）与碳分子筛层之间的筒体（64）外壁上设置有均布管（63），均布管（63）的一端与进气管相连，另一端穿过均布板（62）并与上封头（61）内壁相对，下封头（68）的下端设置有出气口（69），出气口（69）与出气管相连。

4.根据权利要求3所述的一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统，其特征在于：所述碳分子筛层设置在筒体（64）内壁上的上压板和下压板之间，碳分子筛层包括碳分子筛筒（65）和碳分子筛颗粒（67），碳分子筛筒（65）的上端开口下端封口，碳分子筛筒（65）的上端与上压板连接，碳分子筛筒（65）的外壁上加工有若干矩形缺口（66），所述碳分子筛颗粒（67）分布在由上压板、下压板、碳分子筛筒（65）外壁及筒体（64）内壁形成的空腔里。

5.根据权利要求4所述的一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统，其特征在于：所述上压板加工为圆环形，上压板的内侧与碳分子筛筒（65）的顶端通过螺栓连接，而上压板外侧通过筒体（64）内壁上的卡条（641）固定。

6.根据权利要求4所述的一种食品保鲜用变压吸附碳分子筛制氮系统，其特征在于：所述下压板设置为圆形，其边缘与筒体（64）的内壁固定连接，下压板上加工有若干通孔。