Астрахань, Россия
ГРНТИ 20.01 Общие вопросы информатики
ГРНТИ 26.03 Общественно-политическая мысль
ГРНТИ 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
ГРНТИ 44.01 Общие вопросы энергетики
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
ГРНТИ 62.01 Общие вопросы биотехнологии
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
Рассматриваются условия и варианты хранения картофеля на крупных заготовительных плодоовощных базах. Анализируются способы хранения внавал и в контейнерах. Рассматриваются различные системы воздухообмена при естественном (с помощью температур окружающей среды) и искусственном хранении (с помощью холодильных машин и нагревательных устройств) и комбинации первого и второго вариантов. Предлагается новая система вентиляции воздуха в хранилищах при хранении продукции в контейнерах. Новая система вентиляции позволяет улучшить систему циркуляции воздушной массы во всем хранилище, обеспечить индивидуальный подвод воздуха к контейнеру, регулировать при необходимости локальный подвод и проветривание контейнера, что в общем случае при незначительных затратах на реконструкцию хранилища и увеличении расхода электрической энергии на 2–4 % снижает потери плодоовощной продукции на 12–15 %. Применение ПК и программного управления климатическими параметрами (температурой и влажностью воздуха в хранилище) и системой воздухообмена (местными сопротивлениями регулирования расхода и скоростью движения воздушных масс), рационального регулирования системы при комбинированном варианте работы позволит не только значительно снизить потери продукции, но и существенно сэкономить расход электроэнергии
хранение, картофель, внавал, контейнер, системы вентиляции
Введение
Качественная заготовка и хранение плодоовощной продукции является важной народно-хозяйственной задачей, успешное решение которой способствует бесперебойному обеспечению питанием большей части населения.
Главной овощной продукцией является картофель. Для хранения картофеля нужны специальные условия: оптимальная температура 2–5 °C, определенная влажность воздуха вентилируемого помещения [1]. Для создания таких условий в больших помещениях овощехранилищ устанавливаются системы искусственного охлаждения, вентиляции, технологического обогрева, увлажнения, осушения и регулирования газовых сред.
При хранении плодоовощной продукции важно знать основные технические параметры охлаждающего оборудования: холодопроизводительность установки, кратность воздухообмена, скорость движения воздуха и пр. Системы охлаждения, как правило, выполняют следующие задачи: удаление теплопритоков от продукции; удаление теплопритоков через ограждающие стены, пол и потолок, от работы электрических двигателей вентиляторов, от электрического освещения, открытия дверей и находящихся в хранилище людей [2].
Анализ условий хранения плодоовощной продукции
При организации хранения овощной продукции необходимо знать сроки загрузки и реализации продуктов, технологические режимы хранения, расчетные температуры наружного воздуха, тепловлаговыделения продукции в помещение хранения.
В зависимости от условий эксплуатации может применяться система искусственного охлаждения или комбинированная, с использованием естественного холода.
Автоматизация систем охлаждения и обогрева предусматривает регулирование температуры, управление работой воздухоохладителей и другим охлаждающим или нагреваемым оборудованием, защиту оборудования от опасных и аварийных режимов работы.
Вентиляционные системы необходимы для поддержания воздухообмена в камерах, удаления углекислого газа, этилена, обеспечения режимов сушки, прогрева, «лечения» корнеплодов.
Картофель хранят россыпью (внавал) – в этом случае предусматривают активное вентилирование – и в таре (контейнерах), при этом применяют общеобменную вентиляцию [3].
Активное вентилирование обеспечивает подачу в массу продукции наружного или внутреннего воздуха или их смеси оптимальной температуры, а также обеспечивает изменение интенсивности подачи воздуха. Во время вентиляции не допускается образование конденсата на теплоизолирующих ограждениях и продукции. В лечебный период и период охлаждения интенсивность вентиляции массы продукции для картофеля и корнеплодов должна быть не ниже 70 м3/(т·ч) при температуре –20 °C и выше, и не ниже 50 м3/(т·ч) при температуре –30 °C и ниже, а в период основного хранения (зимой) интенсивность вентиляции снижают до 0 %. Хранение плодоовощной продукции (картофеля) внавал (рис. 1) является малозатратным способом, который позволяет максимально полно использовать объем помещения, однако у него есть свои недостатки.
Рис. 1. Схема хранения корнеплодов (картофеля) россыпью (внавал)
При хранении внавал выше процент поврежденных плодов, при этом возникают трудности с контролем и уборкой больных плодов из хранилища; хранящаяся продукция должна быть чистой, без мусора и ботвы; несущие стены хранилища должны быть прочными и хорошо выдерживать боковое давление; необходимы специальные приспособления и техника для разгрузки продукции. Подпольные каналы систем активного вентилирования должны быть достаточно мощными, чтобы выдерживать нагрузки от давления насыпной продукции, грунта и движущегося по нему транспорта и осуществлять равномерную подачу воздуха в насыпь продукции. Воздуховоды, как правило, круглой формы, они выполняются из перфорированных алюминиевых труб. Размеры магистральных и раздающих каналов определяются расчетом исходя из условий обеспечения равномерной раздачи воздуха. Если температура наружного воздуха ниже, чем в хранилище, вентиляционная установка охлаждает продукцию наружным воздухом, в противном случае подключается холодильная установка.
При хранении плодоовощной продукции в контейнерах применяется система общеобменной вентиляции, которая обеспечивает подачу наружного воздуха в камеру хранения, обеспечивая полностью или частично рециркуляцию с внутренним обрабатываемым (охлаждение, подогрев, увлажнение, осушение) воздухом [4] (рис. 2).
Рис. 2. Схема хранения корнеплодов (картофеля) в контейнерах
Основным преимуществом хранения овощей в контейнерах является обеспечение хорошего вентилирования продуктов, при этом поврежденные плоды можно легко заменять, а при помощи автопогрузчиков достигается эффективная механизация погрузочно-разгрузочных работ. Недостатками хранения плодоовощной продукции в контейнерах являются высокая стоимость контейнеров, необходимость дезинфицирования контейнеров после хранения предыдущего урожая, кроме того, необходимы дополнительные площади в камерах хранения, т. к. контейнеры занимают часть полезной площади [5].
Рационализаторское техническое решение
Контейнеры с продукцией, как правило, располагаются напротив напорной стены, между контейнерами образуются вентилируемые зазоры. На рис. 2 показана схема охлаждения и хранения картофеля с горизонтальными и вертикальными каналами. Для эффективной работы такого хранилища нужна такая вентиляционная система, которая способна продуть все контейнеры и всю продукцию. Однако, как показывает опыт, при эксплуатации больших хранилищ между контейнерами возникает своя циркуляция потоков, к некоторым точкам хранения продукции охлажденный воздух поступает плохо, что становится причиной снижения эффективности условий хранения картофеля.
Для улучшения циркуляции воздуха в картофелехранилищах большой емкости предлагается модернизировать существующие помещения, добавив в систему вертикального воздуховода вертикальные перфорированные каналы (рис. 3).
Рис. 3. Схема модернизированной конструкции картофелехранилища
при хранении продукции в контейнерах
Такая конструкция позволяет лучше распределять воздушные циркуляционные потоки охлаждаемого воздуха, хотя и несколько снижает полезную площадь хранения продукции.
Расчет дополнительных вертикальных рукавов был проведен по объемному расходу и гидравлическим сопротивлениям в каналах охлаждаемого воздуха, циркулирующего по хранилищу: Q =∑Qi – объемный расход воздуха, циркулирующий в хранилище, м3/с, где Q – расход, подаваемый центробежными вентиляторами в камеры хранения продукции; Qi – расход соответствующего выходного патрубка.
Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = Q5 = Q6 = ….. = Qn = Q/n,
где n – число выходных каналов воздуха.
Гидравлическое сопротивление одного воздуховода рассчитывается как магистральный трубопровод с эквивалентным диаметром сечения. Таких воздуховодов, расположенных параллельно, может быть несколько.
Гидравлическое сопротивление одного канала P1, Па, определяется по формуле
P1 = [λ (l / d) + ∑ξi] ρ (V 2 / 2),
где λ – коэффициент гидравлического сопротивления воздуховода; l – длина участка воздуховода, м; d – эквивалентный диаметр воздуховода, м; ξi – коэффициенты местных сопротивлений воздуховода, характеризующие изменение сечений и повороты, изменение направления потока в воздуховоде, выходные сопротивления; ρ – плотность воздушного потока, кг/м3; V – скорость потока в соответствующем «живом сечении» воздуховода, м/с.
Коэффициент гидравлических потерь определяется на основании расчета режима течения потока в воздуховоде, по числу Рейнольдса
Re = (V ‧ d) / ν,
где ν – кинематический коэффициент вязкости, м2/с.
Если Re < 2 300 – ламинарный режим течения, то λ = 64 / Re; если 4 000 ≤ Re ≤ 15 / ∆, λ = 0,316 / Re0,25; если 15 / ∆ < Re ≤ 560 / ∆, λ = 0,11[(68 / Rе) + (∆ / d)]0,25; если Re > 560 / ∆, λ = 0,11(∆ / d)0,25, где ∆ – абсолютная шероховатость поверхности воздуховода, мм. Для полиэтиленовых воздуховодов ∆ = 0,02÷0,04 мм, для листовой стали ∆ = 0,1÷0,15 мм, для алюминиевой технически гладкой трубы ∆ = 0,015÷0,06 мм; ξi – выбираются из справочника [6].
Схема расчета представлена на рис. 4.
Рис. 4. Распределение воздуха в параллельном воздуховоде хранилища:
А–К – расчетные узлы воздуховодов; Q1–Qn – объемные расходы воздуха, м3/с
Подобную схему вентиляции в хранилищах применили на овощной базе в Астрахани авторы статьи [7]. В качестве вертикальных каналов применялись брезентовые кожухи с вертикальными открывающимися окнами. Опыт создания подобных систем вентиляции показал эффективность их применения: отсутствуют зоны застоя воздуха между контейнерами, осуществляется принудительный обдув вертикальных штабелей, снижаются потери продукции при длительном хранении.
В современных хранилищах с помощью алгоритма программного управления можно эффективно регулировать и управлять технологическими параметрами среды (температурой, расходом воздушных масс, объемом рециркуляции воздуха, оптимальным переводом с внутренней на наружную циркуляцию и т. п.) и значительно экономить расходы электроэнергии.
Заключение
Таким образом, как показывает опыт эксплуатации реконструированных хранилищ, увеличение расхода энергии всего лишь на 2–4 % за счет возрастания сопротивления потоку воздуха в вертикальных каналах воздуховодов позволяет снизить потери плодоовощной продукции на 12–15 %. Гидравлическое сопротивление воздуха в воздуховодах возрастает из-за увеличения их длины и количества местных сопротивлений, которые учитывают изменение направления потока и выхода струи из канала в большой объем помещения.
1. Длительное хранение картофеля – оборудование, склады. URL: www.vgoda.ru >khraranenie_kartofelja (дата обращения: 02.12.2019).
2. Картофелехранилище – проектирование и оснащение. URL: https: // www.infrost – agro.ru>artidus (дата обращения: 07.12.2019).
3. Технология длительного хранения картофеля на складе: способы хранения. URL: http://skladovoy.ru/ usloviya-i-sposoby-xranenie-kartofelya-na-skladax.html (дата обращения: 07.12.2019).
4. Хранение в контейнерах/ящиках картофеля и овощей. URL: https: //turgor.net>info>blog> sistemihr>konteinerhr (дата обращения: 12.12.2019).
5. Хранение картофеля. URL: agro365.ru.>>tehnologiva- hrandriva- kartofelua (дата обращения: 02.12.2019).
6. Бутаев Д. А., Калмыкова З. А., Подвидз Л. Г. и др. Сборник задач по машиностроительной гидравлике. М.: Машиностроение, 1972. 472 с.
7. Галимова Л. В., Жильцов И. Б., Руденко М. Ф., Сазонов Ю. А. Совершенствование системы воздухораспределения в картофелехранилище // Холодильная техника. 1991. № 3. С. 5–6.
