4.2. Стационарные звенья «холодильной цепи»

Режимные параметры. Одним из способов, которым можно улуч­шить качество и снизить массовые потери охлаждаемого, замора­живаемого или хранимого продукта, является понижение темпе­ратуры охлаждающей среды. При охлаждении возможно применение пониженных температур. Так, при двухстадийном и программном методах охлаждения мяса используют воздух с температурой до —15...—20°С:

Для хранения охлажденных продуктов животного происхожде­ния нижним пределом являются температуры в камере от 0 до —2°С, а для продуктов растительного происхождения эти температуры еще выше и ограничены критическими температурами, ниже которых возникают функциональные расстройства, приводящие к ухудшению качества, стимулирующие развитие фитопатогенной микрофлоры.

Вместе с тем многие продукты (мясные, рыбные, яйца и др.) можно без снижения качества значительно более длительный срок хранить в подмороженном (переохлажденном) состоянии при температурах хранения до —4...—6° С. Применение подмораживания к мясу в полутушах, четвертинах и отрубах позволяет увеличить также загрузку камер и особенно транспортных средств, так как такое мясо можно хранить в штабеле. При хранении усушка под­гороженного продукта меньше, чем охлажденного. Пока этому способу уделяется недостаточное внимание.

Замораживание, как правило, производится при минимально низких температурах. Понижение температуры среды при замораживании определяется экономическими соображениями, в первую очередь затратами энергии на холодильный процесс. Сомнительна целесообразность понижения температуры среды ниже —50°С в камерных морозилках или в морозильных аппаратах при получении холода с помощью компрессионных холодильных машин (поршневых, винтовых). В отдельных случаях целесообразность понижения температуры среды определяется высокой стоимостью продукта переработки, сложностью или требованиями технологиче­ского процесса. Например, при получении медицинских препаратов;, (инсулина и др.) из сырья животного происхождения лучшим сред­ством для замораживания оказался жидкий азот, несмотря на его сравнительно высокую стоимость.

При хранении продукции в замороженном виде особых техноло­гических ограничений понижению температуры среды нет, вместе с тем рациональный предел ограничен криогидратными температурами в области около —55° С. Практическая целесообразность ог­раничена эксплуатационными расходами на производство холода. В передовой зарубежной практике на вновь строящихся предприя­тиях принимаются температуры хранения от —25 до —30° С. В на­стоящее время принимаются меры по внедрению метода низкотемп­ературного хранения и в отечественной практике.

Переход на хранение замороженных продуктов при температурах ниже

-25°С потребует существенного пересмотра схем механизации и перехода на строительство механизированных и автома­тизированных холодильников. Тенденция к понижению температуры хранения отмечается во всех звеньях непрерывной холодильной цепи, в том числе на транспорте, в торговле и в домашних холо­дильниках.

Современные низкотемпературные домашние холодильники спо­собны длительный срок сохранять качество замороженных продук­тов, так как в морозильниках, выпускаемых (холодильники «Минск») и предполагаемых к выпуску (холодильник «Минск-25» — первый из ряда холодильников нового поколения), расчетная тем­пература воздуха равна —18...—24°С (режим замораживания —25° С, режим хранения —18° С). Продолжительность хранения замороженных продуктов в морозильнике зависит от температуры и составляет при —6° С около 1 нед., при -12°С — около 1 мес. и при -18°С — 3-8 мес.

Для ускорения процессов охлаждения и замораживания продук­тов применяются преимущественно интенсивные методы теплообме­на. Они сочетаются с высокими скоростями воздуха, достигаемыми в воздушных системах охлаждения, с применением морозиль­ных аппаратов, в том числе на основе криогеники и флюидизации (см. 3.3).

Влияние температуры, скорости и влажности охлаждающей сре­ды на изменения, происходящие в пищевых продуктах при их хо­лодильной обработке, в значительной степени изучено, поэтому представляет интерес влияние, оказываемое комплексом мероприя­тий, сочетанием нескольких факторов, в том числе изменением со­става газовой среды.

Объемно-планировочные решения и системы охлаждения. Чтобы технологический процесс, схема хладоснабжения, оборудование по­лучили широкое распространение, они должны быть технически доступны, технологичны и экономически оправданны. К экономиче­ским показателям относятся прежде всего капитальные затраты (первоначальная стоимость сооружения) и эксплуатационные. Из эксплуатационных затрат на холодильниках прежде всего необхо­димо отметить затраты на выработку холода, производство погрузочно-разгрузочных работ, а также стоимость потерь продукта (в частности, от усушки).

В последнее время в структуре холодильной емкости во многих странах произошли серьезные изменения. Как в нашей стране, так и за рубежом сделан упор на строительство одноэтажных холодильников различного назначения, разной вместимости — от малых до крупных. Одноэтажные холодильники строятся быстрее (менее года) и быстрее вводятся в строй. Стоимость 1 м3 здания обходится дешевле. По зарубежным данным, стоимость 1 м3 охлаждаемого объема при высоте камер 9 м на 20% ниже, чем при высоте 6 м, а при высоте 12 м — ниже на 32%. Допустимая нагрузка на пол одноэтажного холодильника в 3... 4 раза выше, чем многоэтаж­ного, эксплуатация проще, а главное — в одноэтажных холодильни­ках в большей степени поддаются комплексной механизации и ав­томатизации погрузочно-разгрузочные и транспортно-складские (ПРТС) работы. Несмотря на увеличение теплопритоков через воз­растающую площадь поверхности наружных ограждений одноэтаж­ных холодильников, они более целесообразны, так как на первом плане стоит увеличение производительности труда на тяжелых малопривлекательных ПРТС работах. Дело в том, что в условиях низких температур (от —20 до —30° С) условия работы людей ус­ложнились. Стоимость механизации может оказаться определяю­щим фактором в сумме приведенных затрат. Рентабельность хо­лодильника определяется соотношением амортизационных и экс­плуатационных расходов. На зарубежных холодильниках стоимость рабочей силы (с учетом расходов на ПРТС работ) составляет около 65% эксплуатационных расходов. В связи с этим требуется более широкое внедрение схем механизации. Предполагается, что в буду­щем холодильник будет рассматриваться в качестве изолированно­го охлаждаемого контура вокруг системы механизации ПРТС работ. Если при проектировании междуэтажных перекрытий многоэтаж­ных холодильников принимается допустимая нагрузка 2000 кг/м² при высоте этажа 4,8 м, 2500 кг/м² при высоте 5,4м и 3000 кг/м² при высоте этажа 6,0 м, то на пол одноэтажных холодильников до­пустимая нагрузка составляет 4000...5000 кг/м², а на пол высотных одноэтажных холодильников стеллажного типа с кранами-штабелерами — до 8000...10 000 кг/м².

Рациональный решением при выборе строительно-изоляционной конструкции холодильника является строительство полносборных холодильников из облегченных металлоконструкций (каркаса) и изоляционных панелей типа «сэндвич» заводского изготовления. По данным Гипрохолода, расход материалов на строительство таких холодильников находится в пределах 10... 15% от расхода при традиционном строительстве из железобетонных конструкций, сроки возведения их сокращаются в 2... 4 раза. Применение облегченных конструкций кроме прямой экономии материалов, упрощает их транспортировку и организацию монтажных работ.

Планировка холодильника должна обеспечить возможность при­менения различных схем и оборудования механизации ПРТС работ, Основным условием здесь является минимальное количество колонн в камерах: при шаге колонн 6 м пролеты должны быть по возможности большими — 18, 24, 30, 36 и даже 42... 48м. Камеры хранения должны быть большими, насколько это позволяет ассор­тимент продукции, разрешенной для совместного хранения, и возможно большей длины, достигающей на крупных холодильниках 80...90 м, на мелких — 20 м. Длина камер более 90 м становится неудобной для механизации обработки грузов и организации системы распределения воздуха. Например, Гипрохолодом при проек­тировании серии плодоовощных холодильников из облегченных конструкций в качестве модуля принята унифицированная секция здания, в которой размещаются две холодильные камеры номи­нальной вместимостью 300 и 200 т. В зарубежной практике площадь камер крупных холодильников доходит до 1500... 3000 м², Существуют камеры площадью даже до 10 000 м².

Применение механизмов при производстве транспортно-складских работ, при штабелировании грузов позволило довести высоту камер в одноэтажных холодильниках до 8... 10 м, а в высотных — до 20... 30 м и даже до 44 м.

Д ля уменьшения теплопритока при открывании дверей холо­дильники должны снабжаться автоматическими откатными (раз­движными) одно- или двухстворчатыми изолированными дверями (рис. 4.2), которые перемещаются непосредственно на полу или на монорельсе. Вдоль рамы двери уложена лента с электроподогре­вом, предохраняющая дверь от примерзания. Дверь открывается или закрывается за 5... 7с с помощью электрического, пневмати­ческого или гидравличе­ского привода.

На выбор планировки, оказывает влияние систе­ма охлаждения. На хо­лодильных складах вме­стимостью до 3000 т, особенно на фруктовых, а также в системах тех­нологического кондицио­нирования воздуха и ох­лаждения воздуха в не­больших камерах на предприятиях различных отраслей промышленности экономически оправдано применение децентрали­зованной системы охлаж­дения, позволяющей располагать почти все обо­рудование на открытых площадках под навесом. В этом случае холодильные машины выполняются в виде автоматизированного блока полной заводской готовности. В зарубежной практике де­централизованная система охлаждения применяется и на крупных холодильниках, где число небольших автономных холодильных машин достигает нескольких десятков (для холодильника вмести­мостью 10 000 т требуется 10...15 холодильных машин). Каждая хо­лодильная машина обслуживает один или несколько воздухоохла­дителей. На рис. 4.3 показан план одного из этажей холодильника (а) и разрез (б) с децентрализованной системой охлаждения, где каждый компрессорный агрегат 2 работает на свой воздухоохла­дитель 1.

Охлаждение камер должно быть непосредственное с системой автоматического регулирования температуры и влажности воздуха в охлаждаемых помещениях. Этому способствует выпуск холодиль­ных машин с регулируемой производительностью, особенно с вин­товыми компрессорами. Применение смесей хладагентов позволяет снизить расходы на выработку холода.

Управление и механизация погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ. Последним направлением в совершенство­вании стационарных звеньев холодильной цепи является создание высотных автоматизированных холодильных складов. За рубежом уже находится в эксплуатации значительное количество механизи­рованных или полностью автоматизированных холодильников с раз­личной степенью участия человека в операциях — от ручного уп­равления механизмами при полной механизации всех транспортно-складских операций до автоматического управления грузовым потоком с помощью ЭВМ как внутри, так и вне холодильного скла­да. В последнем случае в функции ЭВМ входит сбор и обработка информации о состоянии продукции, ее виде, качестве, количестве, продолжительности хранения, сведения о движении тары, о нали­чии свободных и занятых емкостей в камере. Система выполняет также функции управления механизмами, комплектации и выдачи грузов, оформлении документации, а также другие работы.

Естественно, что высокая степень механизации на холодильни­ках невозможна без дополнительной обработки продукции по ее упаковке и группированию в транспортные пакеты. Широко при­меняются различные типы поддонов (плоские, стоечные и ящичные) и контейнеры, а также пакетирующие стропы.

Механизация грузовых работ зависит от назначения холодиль­ника. На распределительных и плодоовощных холодильниках, а также в камерах хранения производственных холодильников (при мясокомбинатах, маслосырбазах, заготовительных холодильниках, рыбных, городских молокозаводах) существующие схемы механизации основаны на пакетировании грузов и использовании электрифи­цированного напольного транспорта (рис. 4.4) — э лектропогрузчи­ков, электротележек, штабелеров, буксиров.

В камерах охлаждения и замораживания мяса, а также в ка­мерах хранения охлажденного мяса (в полутушах и четвертинах) применяют подвесные конвейерные системы (рис. 4.5), состоящие из накопительных штанговых конвейеров 4, имеющих групповой привод 8, конвейеров подачи 1 и выдачи 7 с индивидуальным приводом. Стрелки и механизмы включения имеют дистанционное диспетчерское управление. В морозильных аппаратах подача, выгрузка и перемещение производятся с помощью подвесных и напольных конвейерных систем и транспортеров. В охлаждаемых овощехранилищах используются ленточные транспортеры. Для механизации грузовых операций п рименяют ручные столы, роликовые дорожки, ручные тележки и др.

И з схем механизации ПРТС работ в холодильных складах наи­большее применение нашла схема с использованием напольного электротранспорта (погрузчиков, ведомых водителем). По одной схеме грузы располагаются на стоечных поддонах, устанавливае­мых в 4...6 ярусов в зависимости от высоты камер (при пятиярус­ном стеллаже высота камеры 10,6 м). Поддоны могут располагать­ся в сплошном грузовом штабеле длинной стороной в направлении проезда (рис. 4.6), но в этом случае не выполняется важный технологический принцип — «первым вошел — первым вышел», так как доступ к поддонам ограничен. При таком способе укладки поддо­нов использование объема зоны хранения составляет 70... 80%.

П ри стеллажном способе хранения плоские поддоны располага­ют на стеллажах. Стеллажи бывают стационарные (рис. 4.7) и пе­редвижные (рис. 4.8). В обоих случаях соблюден принцип «первым вошел — первым вышел», но по-разному. В первом случае, чтобы обеспечить свободный доступ к ячейкам, стеллажи располагают по принципу «два стеллажа — проход». Недостатком такого спо­соба при наличии проходов ши­риной 2...3,5 м является низкая степень использования зоны хра­нения (30...40%). Чтобы увели­чить степень использования объе­ма камер, на некоторых стелла­жных холодильниках используют компактные погрузчики, работаю­щие в узких проездах шириной 1,6 м. Во втором случае — при оборудовании камер передвижны­ми стеллажами — степень ис­пользования площади холодиль­ника под грузы доходит до 85%. Передвижные стеллажи устанавливаются на опорные тележки, пе­ремещающиеся по направляющим в полу холодильника. Стеллажи располагают вплотную друг к другу, оставляя один проход на весь блок стеллажей. Для доступа к ячейкам и организации про­езда между стеллажами их раздвигают. Например, тележка с полной загрузкой 120 т, опирающаяся на 20 колес диаметром 300 мм, перемещается со скоростью 0,1 м/с с помощью двух при­водных двигателей мощностью по 0,4 кВт. Операция по перемеще­нию осуществляется за 0,5 мин.

Погрузочно-разгрузочные работы на стеллажных холодильниках механизируют с помощью мостовых (с поворотным вилочным ме­ханизмом) или напольных (с телескопическим механизмом) кранов-штабелеров. Схемы компоновки стеллажей различны.

На автоматизированном стеллажном холодильнике (рис. 4.9): работой крана- штабелера 2, перемещением его из одного проезда в другой, приемом с конвейера и подачей на конвейер 3 груженых поддонов управляет автоматическое устройство 1. Высота стелла­жей на этом холодильнике достигает 18 м. Благодаря уменьшению ширины прохода между стеллажами до 0,9…1,3 м увеличивается степень использования объема зоны хранения до 40...50%. При­меняются также другие системы ПРТС работ.

Высотные холодильники (высота 20 м и более) этажерочного ти­па с использованием кранов-штабелеров выгодны при большом ассортименте и 20…30-кратном грузообороте в год, т. е. в условиях динамичного грузооборота.