Библиографическое описание:

Узаков Г. Н., Хужакулов С. М. Исследование углубленной холодильной камеры в регулируемой газовой среде с использованием нетрадиционных источников энергии // Молодой ученый. — 2010. — №5. Т.1. — С. 81-83.

При охлаждении и хранении плодоовощной продукции необходимо поддерживать оптимальный теплотехнический режим в холодильных камерах и хранилищах. Теплофизические процессы, связанные с тепловлагообменом, при хранении плодов и овощей достаточно хорошо изучены, разработана методика расчетов, что при эффективном их использовании позволяет удлинить срок хранения и уменьшить потери продуктов. Однако, создание и поддержание оптимального тепловлажностного  режима в плодоовощехранилищах с использованием искусственного холода, является энергоемким процессом и требует определенного расхода энергоресурсов [1].

Малоизученными являются газообменные процессы между плодами, овощами и окружающей средой, не только внутри хранилищ, но и непосредственном в слое овощей. В связи с этим, разработка энерго- и ресурсосберегающей технологии хранения продуктов на основе детального исследования тепловлагообменных и газообменных процессов в плодоовощехранилищах является актуальной задачей.

В обычных  холодильных  камерах  для  хранения  фруктов  и овощей режим хранения характеризуется тремя основными технологическими параметрами: температурой, относительной влажностью и кратностью циркуляции воздуха в помещении. Хорошие результаты при хранении плодов в холодильниках можно получить только при условии одновременного поддержания в камерах оптимальных значений температуры, относительной влажности и кратности циркуляции воздуха. Однако во многих случаях этого недостаточно. Необходимо обеспечить ещё и оптимальный (для плодов каждого вида и сорта) состав среды в камере, характеризуемый определенными концентрациями кислорода, углекислого газа и азота. Хранение фруктов и овощей в атмосфере, отличающейся по газовому составу от обычного атмосферного воздуха, называют хранением в регулируемой газовой среде (РГС), а холодильные камеры, предназначенные специально для такого хранения, - камерами с РГС. В холодильных камерах с РГС можно контролировать процентный состав кислорода, углекислого газа. Этот метод повышает эффективность температурно-влажностный режима холодильной камеры и дополнительно поддерживает заданную концентрацию О2, СО2 и N2. Холодильная камера с регулируемой газовой средой позволяет сократить потери плодоовощной продукции 2 – 3 раза, чем в обычных холодильниках и поможет лучше сохранить товарное качество продуктов.

Для искусственного создания и поддержания газовых сред в камерах с ог­раждениями пониженной плотности наиболее часто в СНГ и за рубежом используют специальные системы генерирования газовых сред (генераторы). Полученные в них газовые смеси представляют собой продукты сгорания углеводородного топлива (сжиженные и природные газы). При этом кислорода в них меньше, а углекислого газа больше, чем в воздухе. Смесь тре­буемого состава для подачи в камеры холодильника получают после очистки продуктов сгорания от избытка СО2 и охлажде­ния.

Газовая среда, вырабатываемая генераторами различных ти­пов, находится в соответствии с составом и теплотехническими характеристиками продуктов полного сгорания (каталитическо­го окисления) сжиженного или природного газов. Получаемые продукты сгорания охлаждают водой до 10-25°С в специаль­ных теплообменниках-холодильниках и газовая смесь подают в холодильную камеру [2].

Но, вышеуказанным способом не всегда удается создание оптимального газового режима в холодильных камерах. Кроме того, во время полного сгорания природного газа, в зависимости от состава образуются агрессивные трехатомные газы, составляющие почти 25% общего объема уходящих газов. В состав агрессивных компонентов можно отнести различные соединения серы и азота. Эти компоненты ускоряют преждевременное старение плодов и овощей, ускоряют процесс увядания в штабеле продукции, ухудшают микроклимат внутри помещений и отрицательно действуют на дыхательные органы обслуживающего персонала.

Проведенные исследования показывают, что в эксплуатируемых холодильниках с РГС вместимостью 1000 т расходуются 0,74 л/с воды, 28,9 кВт тепловой энергии, 13 – 27 м3/час природного газа и 230 кВт электрической энергии. При этом удельный расход электрической энергии на хранении 1 т продукции в период хранения, в зависимости от природно-климатических условиях, составляет  около 1100 – 2000 кВт∙часов/т.

Учитывая вышеуказанные недостатки, нами разработана технологическая система теплохолодо- и газоснабжения холодильной камеры с собственным энергоснабжением  (рис.1.).

 

 

 

а)

б)

Рис. 3. Принципиальная схема теплохолодо- и газоснабжения холодильной камеры.

а) схема приготовления биодизельного топлива и пиролизных топливных газов из растительных отходов холодильной камеры: 1–воздуходувка; 2–печное топливо; 3–неконденсирующийся газ; 4 – топка; 5 – избыточный пиролизный газ; 6 – дымосос; 7 – реактор (стальной) с теплоизоляцией; 8 – конденсатор – холодильник; 9 – люк для выгрузки древесного угля; 10 – емкость для нефтеподобного топлива; 11 – нефтеподобное топливо; 12 – газгольдер; 13 – топливный аппарат; 14 – обогащенная парожидкостная смесь; 15 – клеммы для съема электрической энергии; 16 – дизельная электростанция; 17 – выхлопной газ состоящий преимущественно из СО2; б) холодильная камера с РГС и теплонасосной системой теплохладоснабжения: 17 – выхлопной газ состоящий преимущественно из СО2; 18–логометр; 19 – термодатчики; 20 – трубы для подачи воздуха; 21 – смесительная камера; 22 – теплообменник; 23 – избирательный очиститель – скруббер; 24 – камера для увлажнения воздуха; 25 – форсунки; 26 – регулирующий вентиль; 27 – сжатый воздух из компрессора; 28 – трубопровод воды для увлажнения воздуха; 29 – вытяжной вентиляционный канал; 30 – подпиточная вода; 31 – бак – аккумулятор; 32 – конденсатор теплового насоса; 33 – компрессор теплового насоса; 34 – испаритель теплового насоса; 35 – штабель для продуктов; 36 – холодильная камера; 37 – стена холодильной камеры из пенобетона; 38 – теплоизоляционный слой из пенополиуретана; 39 – гидрозатвор; 40 – газообменник – диффузор; 41 – кассета с адсорбентом; 42 – вентилятор; 43 – поддон для избыточной воды.

Цель разработки упрощение технологической системы теплохолодо- и газоснабжения; создание условий для замкнутого теплового баланса, регулирование газовой среды;  замедление процессов дозревания и удлинение сроков хранения плодов и овощей; снижение убыли массы плодов и овощей; оптимизация процесса увлажнения; управление температурно-влажностным режимом и утилизация теплоты дыхания плодоовощных продуктов и вентиляционных выбросов.

В предложенной технологии требуемый газовый состав обеспечивается комбинированной установкой, где приготавливается биодизельные топлива и пиролизные топливные газы из естественной убыли плодоовощных продуктов и растительных отходов. Полученное топливо сжигается на дизельной электрической станции (ДЭС) и вырабатывается электрическая энергия. Выработанная электрическая энергия используются для электроснабжения компрессоров, вентиляторов и насосов в системе теплохолодо- и газоснабжения, а выхлопные газы (продуктов сгорания) используются для регулирования газовой среды холодильной камеры.

Создана опытная углубленная холодильная камера со строительным объемом Vстр=180 м3 и исследованы тепловлажностные и газовые режимы хранения яблок и картофеля. Расчетным путем определены основные теплопритоки в холодильную камеру, состоящей из теплопритоков через ограждения камеры, от охлаждаемых продуктов, дыхания яблок, грунта и эксплуатационных теплопритоков. В составлении теплового баланса холодильной камеры дополнительно учтены влияние солнечной радиации, теплопритоков от систем РГС и теплота проникающей вентиляционным воздухом и газом. Результаты расчетов показывают что, в углубленных холодильных камерах в условиях жаркого – сухого климата внешние теплопритоки уменьшается 3,5 – 4,0 раза, по сравнению с наземными камерами. Кроме того, в углубленных холодильных камерах наблюдается более стабильный термостатированный режим, тем самым появляются резервы экономии энергии при обеспечении требуемого температурного режима.

Проводились предварительные эксперименты для хранения яблок и картофеля в опытной холодильной камере с РГС при температуре 0 ¸ +4°С и относительный влажности воздуха 90 – 95 %. Содержание СО2 и кислорода в атмосфере камеры проверили газоанализаторами. Необходимая газовая смесь СО2 5 – 10 % и кислорода 10 – 16 % в камере устанавливается через 10 – 18 часов.

Результаты предварительных исследований показывают, что при хранении плодов и овощей с собственным энерго- и газоснабжением в регулируемой газовой среде позволяет 1,5 – 2,0 раза сократить потери и продлить сроки хранения примерно на 20 – 30 суток.

Литература

1.       Узаков Г.Н. Исследование тепломассообменных процессов и теплохладоснабжения в плодоовощехранилищах. Россия, г. Краснодар.: КубГАУ – 2006 г. 152 с.

2.       Янюк В.Я., Бондарев В.И. Холодильные камеры для хранения фруктов и овощей в регулируемой газовой среде. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 128 с.

Основные термины (генерируются автоматически): холодильной камеры, регулируемой газовой среде, холодильных камерах, хранении плодов, углубленных холодильных камерах, углекислого газа, холодильная камера, углубленной холодильной камеры, газоснабжения холодильной камеры, режима холодильной камеры, теплового насоса, электрической энергии, отходов холодильной камеры, стена холодильной камеры, баланса холодильной камеры, среды холодильной камеры, продуктов сгорания, овощей режим хранения, хранения яблок, регулируемой газовой средой.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle