Производство и хранение продуктов питания требует наличия холодильных камер. Холодильные камеры могут строиться на открытом пространстве или монтироваться в существующих помещениях. В зависимости от ситуации, могут использоваться стационарные, быстровозводимые и другие камеры, однако универсального решения не существует, и в каждой конкретной ситуации необходим тщательный анализ различных инженерных решений, а также подбор оборудования и материалов для строительства холодильной камеры, который осуществляется квалифицированными инженерами.
Прежде всего, определяется функциональное назначение холодильной камеры: производственная, распределительная, заготовительная. Затем осуществляется выбор конструкций и материалов в соответствии с ГОСТами и СНиПами и учетом температур, влажности, теплоизоляции (в качестве теплоизоляционных материалов чаще всего используют пенополиуретан, пенополистирол и минеральную вату), прочности, нагрузок, гидрогеологических условий, ветровой нагрузки, снеговой нагрузки, сезона монтажа и т.д. При строительстве низкотемпературных сборных холодильных камер обязательно предусматривается подогрев (электрический или воздушный) полов, которые, в целях улучшенной теплоизоляции, обычно делают многослойными: песчано-гравийная подушка,гидроизоляция, первоначальная бетонная стяжка, система подогрева грунта,вторичная бетонная стяжка, термоизоляция, гидроизоляция, армированная бетонная стяжка,упрочняющий слой, обеспыливающее покрытие.При строительстве холодильных камер межпанельные стыки (панели, как правило, пенополиуретановые) тщательно уплотняются и герметизируются. Также тщательно осуществляется монтаж потолка, причем длину панелей здесь необходимо рассчитывать дополнительно во избежание деформаций.
Крайне ответственным этапом строительства является подбор холодильного оборудования к конкретной камере, где также учитывается целый ряд параметров, включая тип холодильной камеры (замораживание, охлаждение, хранение, дегазация и др.), тип продукта, общую массу продукта, суточный грузооборот, расположение продукта в камере, температуру поступающего продукта, влажность, размеры холодильной камеры, тип термоизоляции, количество, размеры, время и частоту открывания ворот, наличие тамбуров, количество работников, наличие погрузчиков, тип тары, и т.д. В силу большого количества факторов, расчеты осуществляются на компьютере при помощи специального программного обеспечения. Однако, инженерное решение, включающее схему расположения холодильного оборудования и трубопроводов и т.д., осуществляется опытными инженерами на основании опыта и анализа возможных ситуаций.
Непосредственно строительство начинается только после осуществления всего комплекса работ по проектированию и подбору материалов и оборудования, подбора чиллера. Таким образом, строительство холодильных камер является сложной и ответственной задачей. Грамотный подход обеспечивает надежную работу оборудования, снижение затрат на обслуживание и ликвидацию последствий возможных сбоев, а также на покупку оборудования «излишней» мощности.
Сборно-разборные холодильные камеры предназначены для кратковременного хранения охлажденных и замороженных продуктов на небольших предприятиях торговли и общественного питания, а также для охлаждения и хранения сырья, полуфабрикатов и готовых холодных блюд в отдельных цехах крупных предприятий общественного питания.
Холодильные камеры производят в двух вариантах: среднетемпературные (типа КХС) для хранения охлажденных продуктов при 0 … +2°С и низкотемпературные (типа КХН) для хранения замороженных продуктов при −18 … −16°С. Эти камеры,устанавливаемые в подсобных помещениях предприятий торговли и общественного питания или в производственных цехах, собирают на месте из отдельных унифицированных щитов заводского изготовления. Щиты имеют деревянный каркас, обшитый с двух сторон досками или стальными листами, между которыми помещена тепловая изоляция из пенополистирола толщиной 100 мм. С наружной стороны щиты облицовывают листовой сталью (или фанерой), а изнутри листовым алюминием. Щиты для пола обязательно поверх изоляции покрывают настилом из древесностружечной плиты или из досок (вагонки). Алюминиевая обшивка щитов для пола сделана в виде ванны. Один щит стены имеет дверь. Щиты соединяют стяжными болтами. В местах стыков герметичность достигается прокладкой профильной резины.
Из унифицированных щитов с металлической облицовкой собирают конструкции полезным объемом 6 м3(КХС-6), 12 м3 (КХС-12) и 18 м3 (КХС-18). Они имеют примерно одинаковую высоту (2250 мм) и глубину (2000 мм) и различаются только шириной (соответственно 2000, 3500 и 5800мм).
Камера КХС-6 (рис. 24.1) имеет одно отделение. Промышленность выпускает их в двух вариантах: с двумя одинаковыми отделениями, разделенными глухой перегородкой (каждое отделение имеет свою дверь), и с одним отделением (без перегородки) и одной дверью. Испарители располагают по обеим сторонам или в середине ее. Камера КХС-18Б состоит из двух отделений, разделенных глухой перегородкой, и у каждого отделения своя дверь.
Рис. 24.1. Среднетемпературная камера КХС-2-6М:
а — общий вид; б — разрез; 1 — воздухоохладитель; 2 — терморегулирующий вентиль; 3 — панель ограждения; 4 — шкаф электрооборудования; 5 — холодильный агрегат; 6 — сосуд для сбора талой воды; 7 — трубка для отвода талой воды; 8 — стеллаж для продуктов; 9 — замок двери; 10 — дверь; 11 — пульт управления
Камеры оборудованы стеллажами с решетчатыми съемными полками для размещения мелких продуктов, вешалами для мясных туш и напольными решетками для размещения продуктов в таре. Каждая камера охлаждается отдельно стоящим компрессорно-конденсаторным агрегатом. Испарители холодильной машины размещают над полками. Под испарителями устанавливают поддоны для сбора конденсата.
Сборные КХС-6Ю и КХС-12Ю предназначены для работы в южных районах России. Их устройство не отличается от устройства КХС-6 и КХС-12, но они укомплектованы более мощными агрегатами. В отличие от других КХС-2-6М, КХС-12Б и КХС-18Б имеют фанерную обшивку наружной поверхности щитов.
Сборная низкотемпературная камера КХН-1-8,0К предназначена для хранения замороженных продуктов. По конструкции КХН-1-8,0К аналогична КХС-1-8,0К. Отличие состоит в том, что на потолке размещены две холодильные машины МХНК-630, работающие на R502.
Холодильные агрегаты устанавливают вне сборно-разборных камер в непосредственной близости от них. В настоящее время для предприятий торговли и общественного питания ПО «Марихолодмаш» выпускает низкотемпературные холодильные камеры КХН, низкотемпературные закрытые холодильные прилавки ПХН-1-0,4 и открытые ПХН-2-2М, а также низкотемпературные секции СН-0,15.
КХН-2-6См состоит из охлаждаемого объема и машинного отделения. Охлаждаемый объем образован панелями, представляющими собой деревянные рамы, облицованные с обеих сторон металлическими листами. Пространство между облицовками заполнено теплоизоляционным материалом — пенопластом ПСБ-С — теплоизоляция типа «Сэндвич». Для доступа в камеру предусмотрена дверь, снабженная запором и замком.
Внутренний объем охлаждается холодильной машиной, состоящей из двух агрегатов, расположенных в машинном отделении, воздухоохладителя и терморегулирующего вентиля, соединенных трубопроводами. Заданная температура поддерживается автоматически с помощью термореле ТР-1-02Х.
Оттаивание инея с поверхности воздухоохладителя осуществляется автоматически горячими парами хладагента по команде реле времени и температуры РВТ-8/12/24.
Для получения низких температур, применяют герметичные низкотемпературные агрегаты ВН-630, АК 4,5-2-4 и среднетемпературные агрегаты ВС-1250.
Низкотемпературные агрегаты работают на хладоне R502 в диапазоне температуры кипения от −40 до −25°С, а среднетемпературные — на хладоне R12 в диапазоне от −25 до −10°С.
Технические характеристики сборно-разборных камер приведены в табл. 24.1.
Таблица 24.1
Технические характеристики морозильных камер
Камера
Внутренний охлаждаемый объем, м3
Площадь пола, м2
Масса загружаемого продукта, кг
Температура, °С
Холодильный агрегат
КХС-6
6
4
600
0…+2
ФАК-1,1Е
КХС-6Ю
6
4
600
0…+2
ФАК-1,5МЗ
КХС-6Б
6
3,9
600
0…+2
ФАК-1,1Е
КХС-12
12
7
1200
0…+2
ФАК-1,5МЗ
КХС-12Ю
12
7
1200
0…+2
ФАК-1,1Е (2 агрегата)
КХС-12Б
12
6,8
1200
0…+2
ФАК-1,5МЗ
КХС-18Б
18
9,7
1800
0…+2
ИФ-56
КХН-1-8,0К
8,0
4,0
800
-18…-16
МХНК-630 (2 агрегата)
КХН-2-6См
5,7
3,9
650
-13
ВСЭ 1250 (2 агрегата)
Стационарные холодильные камеры предприятий торговли и общественного питания могут располагаться в подвалах или на первом этаже в виде отдельного блока. Вход в камеры осуществляется из тамбура, что позволяет уменьшать притоки, вносимые с воздухом при открывании дверей. Рядом располагается машинное отделение (рис. 24.2).
Испарители должны не только охлаждать воздух и продукты, но и препятствовать поступлению теплового потока, поступающего через стены к продукту.
Рис. 24.2. Расположение стационарных холодильных камер:
При расположении испарителей в камере их устанавливают в первую очередь на стены, через которые наибольшие теплопритоки (внешние стены). Сборные холодильные камеры проектируются без естественного освещения, так как наличие окон приведет к дополнительным теплопритокам. Кроме того, солнечный свет, воздействуя на пищевые продукты, сокращает сроки их хранения. Сами камеры не должны располагаться рядом с туалетами, душевыми, моечными или горячими цехами, через них не могут проходить никакие трубопроводы (холодная, горячая вода, газ, канализационные трубы). Минимальная площадь любой из камер не должна быть меньше 6 м2. Высота составляет 2,7—3,3 м. Для уменьшения теплопритоков через стены, имеющие высоту 3,3 м или более, может быть установлен ложный потолок на высоте 2,5 м из пенополистирола толщиной 100 мм. Для выравнивания по объему камеры температуры и относительной влажности, а также для удаления запахов осуществляется смена воздуха. Холодный воздух выбрасывается наружу, а теплый — через воздушный фильтр подается в камеру. За сутки меняется от двух до четырех объемов воздуха охлаждаемого помещения.
При эксплуатации холодильных камер испарители покрываются снеговой шубой. Причиной образования снеговой шубы является конденсация водяных паров. Воздух, проходя через испаритель, охлаждается до точки росы и из него выпадают водяные пары. Наличие снеговой шубы на испарителе — явление нежелательное, так как воздух, проходя через испаритель, охлаждается и осушается. При подогреве воздуха продуктом его относительная влажность резко уменьшается, и из продукта начинает переходить влага. Происходит усушка продукта. Снеговую шубу надо периодически оттаивать. Делается это или автоматически, или вручную.
Древесина состоит из клеток преимущественно удлиненной веретенообразной формы с плотными стенками и внутренними полостями. Стенки древесных клеток состоят из частиц, называемых мицеллами. Мицеллы обладают способностью притягивать и удерживать воду.
Влага, содержащаяся в древесине, представляет собой водный раствор некоторых солей, органических кислот, необходимых для поддержания жизненных функций растущего дерева. В сырой свежесрубленной древесине влага заполняет полости клеток, межклеточные пространства, а кроме того, пропитывает клеточные стенки, располагаясь между мицеллами. Влага, заполняющая внутренние полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной, а пропитывающая стенки или гигроскопической.
Свободную влагу можно удалить из древесины сравнительно легко, например путем механического воздействия. Если влажную доску подвергнуть быстрому вращению вокруг поперечной оси (в центрифуге), то древесина потеряет под действием центробежной силы свободную влагу. Связанную же влагу, заключенную в стенках древесных клеток, можно удалить только испарением.
При высушивании древесины в первую очередь испаряется свободная влага из полостей клеток, а затем, после ее удаления, связанная. Состояние древесины, когда из нее удалена вся свободная влага и осталась лишь связанная, называется пределом гигроскопичности, или точкой насыщения волокна. Древесина, из которой удалена вся влага (и свободная и связанная), называется абсолютно сухой.
Воздух играет очень важную роль в процессе сушки древесины. С воздухом подводится тепло к высушиваемому материалу, воздух поглощает и уносит пары влаги, удаляемой из материала. Он является агентом сушки, или сушильным агентом.
Воздух, окружающий земной шар, представляет собой механическую смесь газов — азота, кислорода, водорода, углекислоты, аргона. Атмосферный воздух всегда содержит в себе некоторое количество водяного пара, т. е. является влажным.
Давление, которое оказывает воздух на все предметы, называется атмосферным, или барометрическим. Оно измеряется весом в килограммах или высотой в миллиметрах ртутного или водяного столба с основанием 1 см2.
В технике в качестве единицы барометрического давления принята техническая атмосфера, равная давлению 1 кГ на 1 см2 или весу столба ртути высотой 736 мм или же воды высотой 10000 мм.
Барометрическое давление составляется из суммы частичных давлений сухого воздуха и водяного пара, содержащегося в воздухе. Эти частичные давления носят название парциальных.
Плотность и удельный объем влажного воздуха
Плотность и удельный объем влажного воздуха являются величинами переменными, зависящими от температуры и относительной влажности воздушной среды. Эти величины нужно знать при подборе вентиляторов для сушильных камер, при решении задач, связанных с перемещением сушильного агента по воздуховодам, при определении мощности электродвигателей вентиляторов.
Плотность воздуха — это масса (вес) 1 м3 смеси воздуха и водяного пара при определенной температуре и относительной влажности. Удельный объем влажного воздуха представляет собой объем воздуха и водяного пара, приходящийся на 1 кг сухого воздуха.
В деревообрабатывающей промышленности применяют различные способы сушки древесины: атмосферную, камерную, контактную, сушку в жидкостях (петролатумную), в поле токов высокой частоты, индукционную, ротационную и радиационную, сушку в камерах ПАП.
Атмосферная сушка древесины производится на открытых складах или под навесами. Воздух при низкой температуре обладает малой способностью поглощать пары влаги, и поэтому атмосферная сушка протекает медленно, а в зимние месяцы практически прекращается. Атмосферную сушку широко используют для подсушки экспортных пиломатериалов на заводах с сезонной отгрузкой продукции {в морских портах). Целесообразно применять ее в качестве этапа, предшествующего сушке древесины в камерах.
Камерная сушка древесины, получившая наиболее широкое распространение в промышленности, осуществляется в специально построенных и отапливаемых помещениях — сушильных камерах. Процесс ведется в газообразной среде: в нагретом воздухе {смеси топочных газов с воздухом) или в перегретом паре при атмосферном давлении.
Камерная сушка протекает независимо от внешних атмосферных и климатических условий, отличается гораздо меньшей продолжительностью по сравнению с атмосферной. Процесс камерной сушки поддается регулированию и позволяет получить материал с любой конечной влажностью.
Контактной сушке подвергаются тонкие плоские материалы в форме листов, например шпон, фанера, которые зажимаются между двумя нагретыми поверхностями в прессе. Тепло к высушенному материалу передается от нагретой плиты путем непосредственного их контакта, откуда и происходит название этого способа.
Сушка в жидкостях (например, в петролатуме) заключается в следующем. Влажную древесину погружают в ванну с маслянистым веществом, нагретым выше 100°С. Влага в древесине быстро нагревается до точки кипения, и образовавшийся пар, имеющий упругость выше атмосферного давления, будет стремиться выйти из древесины в воздух, преодолевая сопротивление слоя масла. На этом и основан способ сушки древесины в ваннах с петролатумом.
Петролатум — смесь парафинов и церезинов с высоковязким очищенным маслом, получается при химической переработке нефти. При температуре петролатума 120—130°С сушка в нем происходит в 5—7 раз быстрее, чем в сушильных камерах. Существенным недостатком этого способа является то, что петролатум проникает в древесину. Загрязнение древесины петролатумом затрудняет ее механическую обработку, препятствует ее склеиванию и качественной отделке лаками. Поэтому петролатумную сушку применяют на небольших предприятиях для сортиментов, не подвергающихся дальнейшей механической обработке (шпалы, детали инженерных сооружений). Наличие пропитанного маслом слоя является иногда и полезным, так как защищает древесину от увлажнения.
Сушка в электрическом поле токов высокой частоты (ТВЧ) отличается высокой интенсивностью.
Древесина — плохой проводник электрического тока. Будучи помещенной в электрическом поле ТВЧ между обкладками высокочастотного конденсатора, она обнаруживает способность быстро нагреваться. На этом свойстве и основана диэлектрическая сушка, или сушка ТВЧ.
Процесс сушки ТВЧ характеризуется значительной скоростью прогрева материала и интенсивным испарением из него влаги. Однако из всех известных способов сушки этот способ наиболее дорогой при современных отпускных ценах на электроэнергию и требует очень сложного оборудования. Поэтому он не получил промышленного применения.
Индукционная сушка основана на использовании свойства ферромагнитных металлов нагреваться в переменном электромагнитном поле внутри соленоида. Если на нагретый таким образом металлический элемент поместить древесину, то благодаря контакту с ним она нагревается и сохнет.
Для индукционной сушки ряды досок укладывают на прокладки и сетки из ферромагнитного металла и штабель помещают внутрь каркаса, обмотанного электропроводом большого сечения, который образует соленоид, питаемый током промышленной частоты. Сетки, представляющие в данном случае сердечник соленоида, интенсивно нагреваются, передавая тепло доскам. Качество пиломатериалов, высушенных индукционным способом, оказывается очень низким, а себестоимость сушки значительно выше, чем в обычных камерах за счет низкого косинуса «фи» электроустановки.
Способ может применяться в частных случаях при малых объемах сушки, при отсутствии других источников энергии, кроме электрической.
Ротационная сушка основана на использовании центробежной силы. Штабель пиломатериалов, уложенных на прокладках, устанавливается на платформе карусели, устроенной внутри отапливаемого помещения. При вращении карусели центробежная сила, направленная вдоль досок, способствует перемещению свободной влаги внутри древесины к торцам и наружным поверхностям досок. При этом создается интенсивное направленное движение нагретого воздуха внутри штабеля, что способствует равномерному просыханию загруженного пиломатериала в сроки более короткие, чем в обычных камерах. Мощность привода карусели незначительна и оказывается меньше, чем мощность привода вентиляторов.
Однако из-за громоздкости конструкции и неудобства блокировки карусельные камеры в промышленности не применяются. При радиационной сушке тепло подается к материалу только прямым лучеиспусканием от сильно нагретого тела. Источниками тепла служат специальные электрические лампы или плиты (керамические или чугунные, нагреваемые до.красного каления). Лучистая теплота, представляющая собой поток инфракрасных лучей, распространяется прямолинейно и задерживается любыми экранами и телами, находящимися на пути потока. Поэтому высушивать лучистой теплотой можно только предметы, которые открыты для непосредственного облучения со стороны источника тепла.
Исследования советских ученых показали, что лучистая теплота легко проникает в древесину на глубину 10—12 мм. Таким образом, при двустороннем обогреве в течение нескольких десятков минут можно высушить доски хвойных пород толщиной 20—25 мм. Это в десятки раз быстрее камерной сушки древесины. Однако при этом пришлось бы сушить доски в свободном незажатом состоянии,.что привело бы к неизбежному их короблению. Это обстоятельство и служит препятствием для применения радиационой сушки тонких пиломатериалов.
Сушка в камерах ПАП. За последнее время проводились опыты по сушке пиломатериалов в бескалориферных рециркуляционных металлических камерах с аэродинамическим подогревом типа ПАП.
В качестве генератора тепла и одновременно для перемещения воздуха в этих камерах использован ротор центробежного вентилятора с лопатками специального профиля. При вращении ротора, создающего поток воздуха в замкнутом контуре, значительная доля механической энергии, затраченной в вентиляторе, переходит в тепловую, нагревая воздух до высоких пределов. Температура нагрева может регулироваться за счет изменения мощности воздушного потока. Нагретый воздух передает свою теплоту высушиваемому материалу чисто конвективным путем при высокой скорости циркуляции.
Влага, содержащаяся в древесине, представляет собой водный раствор некоторых солей, органических кислот, необходимых для поддержания жизненных функций растущего дерева. В сырой свежесрубленной древесине влага заполняет полости клеток, межклеточные пространства, а кроме того, пропитывает клеточные стенки, располагаясь между мицеллами. Влага, заполняющая внутренние полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной, а пропитывающая стенки или гигроскопической.
В деревообрабатывающей промышленности применяют различные способы