ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ХРАНЕНИЯ ЦВЕТОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ В РЕГУЛИРУЕМОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

За годы развития способа хранения растительной продукции в регулируемой газовой среде постоянно модернизировались и совершенствовались технические средства, обеспечивающие применение метода.

Работы в этой области ведутся в двух направлениях: создание техники для хранения продукции в трехкомпонентной газовой смеси (кислород, азот и углекислый газ); техническое обеспечение хранения продукции в двухкомпонентной газовой смеси (азот и кислород). В настоящее время в промышленных масштабах применяется хранение в РГС трехкомпонентного состава.

Хранение в РГС предусматривает обязательное использование холода, сочетание которого с оптимальным температурно-влажностным режимом позволяет резко сократить потери продукции. Холодильные установки для камер с РГС принципиально не отличаются от обычных, предназначенных для хранения продукции без РГС. Однако эти установки должны иметь большую надежность, повышенную степень герметичности и автоматизации, обеспечивать более точное и плавное регулирование температурно-влажностного режима в камерах (Янюк, 1984).

Для создания холода при хранении в РГС обычно используют насосно-циркуляционные или безнасосные системы непосредственного охлаждения, дающие возможность отдельно регулировать температуру кипения в каждой камере или группе камер с одинаковыми режимами хранения. Автоматика предусматривает ступенчатое регулирование холодопроизводительности и кратности циркуляции газовой среды путем управления работой компрессоров и воздухоохладителей за счет системы воздухораспределения. Это позволяет снизить мощности холодильных установок и уменьшить осушку воздуха при переходе с режима предварительного охлаждения камер на режим длительного хранения.

Для промышленного хранения цветов при децентрализованном охлаждении рекомендуется использовать автономные фреоновые машины типа ХМФ-32 и другие, состоящие из двух разделительных блоков — компрессорно-конденсаторного и испарительного. Такое разделение облегчает задачу герметизации ограждений камер, у которых монтируется холодильное оборудование.

Температурно-влажностные режимы в камерах с РГС обычно поддерживают с помощью воздушной системы охлаждения, что позволяет обеспечить равномерные газовый состав среды, температуру и влажность по всему объему камер.

Воздухоохладители, размещаемые в камерах, могут быть напольными или подвесными. Последние обычно применяют для камер с большой высотой потолков. Камеры такого типа необходимо снабжать нагнетательными трубками для выпуска газовой смеси под потолком. Напольные воздухоохладители проще в монтаже и установке, так как они не связаны с ограждающими конструкциями камеры и не нарушают ее газоизоляционного слоя.

При любом типе воздухоохладителя эффективно использовать бесканальное распределение газовой смеси по объему камер. Газовая смесь должна равномерно циркулировать, причем скорость ее вокруг продукции должна быть минимальной (0,2 м/с) и достаточно большой в батарее воздухоохладителя (3—5 м/с). Оптимальная кратность циркуляции газовой смеси в камерах в период поддержания стационарного режима хранения — 10—20 объемов незагруженной камеры в час. Температурный напор между газовой смесью в камере и хладагентом в воздухоохладителях не должен быть выше 6—8°С в период охлаждения продукции и 3—4°С при хранении, а разность температур на входе и выходе газовой смеси из воздухоохладителя соответственно 3—4 и 1—2°С. В ориентировочных расчетах холодопроизводительность воздухоохладителей камер с РГС принимают равной 25—35 Вт на 1 м³ камеры при единовременной загрузке не более 10% ее вместимости.

С учетом того что доступ в камеру с РГС ограничен, требованиям и повышенной эффективности и надежности должна отвечать система оттаивания воздухоохладителей. Идеальная система оттаивания — автоматическая с возвратом влаги в камеру путем сублимации снеговой шубы. Для предотвращения разгерметизации камер талую воду после оттаивания необходимо отводить через гидрозатворы с контролируемым уровнем воды в них. Во избежание попадания избытка капельной влаги с потолочных конструкций на продукцию рекомендуется изоляция поддонов воздухоохладителей и их трубопроводов термопластом типа ПСБ-С толщиной до 50 мм.

Запрещается размещать в камере какие-либо вентили или регулировочные устройства, так как их обслуживание связано с разгерметизацией камеры для входа оператора. Надзор за работой системы вентиляции внутри камеры можно вести через смотровое окно по подвижности индикаторных лент, обдуваемых циркулирующей газовой смесью. При необходимости обогрева камер в зимнее время применяют электрокалориферы, вмонтированные в воздухоохладители или специальные калориферы.

Оптимальное для каждого вида хранящейся продукции соотношение между концентрацией кислорода и углекислого газа в камере с РГС поддерживают несколькими способами:

путем замены части газовой среды камеры на наружную (естественное формирование газовой среды, характерное для нормальных газовых смесей);

удалением избытка углекислого газа с помощью специальных скруббирующих устройств с абсорбционными или адсорбционными поглотителями углекислого газа (естественное формирование газовой среды, субнормальные газовые смеси);

заменой части газовой среды камеры на приготовленную в специальных установках-генераторах (искусственное формирование газовой среды, субнормальные газовые смеси);

путем газообмена внутренней среды камеры с наружной атмосферой через диффузионные газообменные, газоразделительные устройства из селиктивно-проницаемых для компонентов газовой среды материалов (естественное формирование газовой среды, субнормальные и нормальные газовые смеси).

В соответствии со способами формирования газовых сред холодильные камеры с РГС подразделяют на виды:

герметичные с ограждениями высокой плотности, в которых газообмен через поверхности ограждений настолько мал, что за счет физиологической активности продукции можно создать и поддерживать на необходимом уровне концентрацию кислорода и углекислого газа;

герметичные с ограждениями пониженной плотности, в которых стабилизация и сохранение требуемого режима достигаются только искусственным путем за счет подачи газовой среды определенного состава из внешних источников (генераторы, азотные установки, баллоны, емкости и т. д.).

Регулирование концентрации углекислого газа при естественном образовании газовых смесей в камерах с высокой степенью герметизации обычно проводят при помощи скрубберов — аппаратов, в которых избыток углекислого газа из газовой смеси поглощается абсорбцией его или адсорбцией химическими или физическими поглотителями. Для поглощения углекислого газа в скрубберах используют активные угли, молекулярные сита, поташ, растворы этаноламина и т. д.

Скруббирующие установки работают по централизованной схеме (группа камер — скруббер — группа камер) Или по децентрализованной (камера — скруббер — камера). Наиболее широко применяются двухсекционные скрубберы непрерывного действия, работающие по децентрализованной схеме (рис. 23). В установке одновременно происходят два процесса. В одной из секций поглощается углекислый газ, в другой — поглотитель регенерируется атмосферным воздухом. Секции попеременно переключаются с режима поглощения на режим регенерации с помощью автоматических четырехходовых клапанов.

Рис. 23. Схема скруббйрующей установки для поглощения углекислого газа с естественным формированием газовых сред: 1 — вентилятор газовой смеси; 2 — вентилятор для регенерации; 3 — автоматические клапаны; 4 — двухсекционный адсорбер С0sub2/sub

Установлено, что при стандартном газовом режиме в герметичной холодильной камере концентрация углекислого газа в результате дыхания растительной продукции возрастает за сутки на 1—1,5% свободного объема камеры. Продолжительность вывода камеры на заданный режим зависит от реальных условий работы установки и вместимости камеры. При этом желательно, чтобы указанное время не превышало продолжительности односменной работы. Обычно в практике промышленного хранения продукции время вывода на режим хранения составляет от 5 до 24 ч (Семашко, 1984).

В нашей стране и за рубежом в качестве автономных скруббирующих установок чаще всего используют аппараты очистки, входящие в состав генераторов газовых сред, выполненные в виде самостоятельных блоков.

В СССР выпускают аппарат очистки А02Б и некоторые другие, в США — аппарат марки «Аркосорб». Из автономных скруббирующих установок можно отметить аппараты серии «Джем» (Италия), «Стал-Астра» (ФРГ), в которых основным поглотителем служит активированный уголь, обеспечивающий попеременно адсорбцию — регенерацию.

Помимо скруббирующих аппаратов с физическими поглотителями, за рубежом используют аппараты абсорбционного типа (мокрые скрубберы), работающие на непрерывно регенерируемом химическом поглотителе углекислого газа в виде водных растворов, например этаноламинов и др. Регенерация поглотителя осуществляется нагреванием раствора или продувкой через него атмосферного воздуха. К установкам такого типа относятся аппараты очистки «Халл» (Италия), «Зульцер» (Швейцария) и др.

Для создания и поддержания газовых сред в камерах с ограждениями пониженной плотности обычно применяют специальные генераторы газовых сред. С их помощью получают газовые смеси путем сжигания или каталитического окисления углеводородного топлива. Эти смеси отличаются повышенным по сравнению с обычным воздухом содержанием углекислого газа и пониженным — кислорода. Смесь необходимого состава для хранения продукции в камерах получают после очистки продуктов сгорания от избытка С02 и охлаждения. При сжигании газов в воздушной среде получаемой газовой смесью постепенно замещают среду камер. Генераторы с таким принципом получения сред относятся к установкам проточного типа. Работают они по открытой схеме атмосфера — генератор — камера — атмосфера (рис. 24).

Рис. 24. Схемы установки для искусственного образования газовых сред с генератором проточного типа (а) и генератором рециркуляционного типа (б): 1 — баллон для сжиженного газа; 2 — воздуходувка (вентилятор); 3 — реактор (горелка); 4 — промежуточный охладитель; 5 — катализатор; 6 — охладитель; 7 — теплообменник; 8 — электронагреватель

При использовании в качестве среды для сжигания горючих газов внутренней атмосферы камеры газовая среда отбирается из камеры, избыток кислорода в ней «выжигается», и очищенная среда подается обратно в камеру. Подобные генераторы относятся к установкам рециркуляционного типа. Они работают по замкнутой схеме камера — генератор — камера. В таких генераторах применяют только специальные каталитические горелки, в которых можно сжигать горючие газы в среде с низкой концентрацией кислорода. Получаемые продукты сгорания охлаждают водой до 10—25°С в обменниках-холодильниках, встроенных в генератор.

Обычно в состав установок генерирования газовых сред включают и блок очистки (скруббер) для полного или частичного снижения концентрации углекислого газа. Блок очистки либо встраивается в генератор, либо придается к нему в автономном виде.

Существенное преимущество камер, оборудованных генераторами, заключается в быстроте создания газовых сред необходимого состава, что позволяет увеличить сроки хранения продукции при стабильном высоком ее качестве. Зарубежные специалисты считают, что при прочих равных условиях вывод камер на заданный режим в течение 1—4 суток против 14—20 суток увеличивает срок хранения продукции в РГС примерно в 1,2 раза.

При использовании генераторов газовых сред снижаются требования к герметичности ограждений, что позволяет быстрее и с меньшими затратами проводить переоборудование холодильных камер обычного хранения в камеры с РГС.

К комплексным установкам, выпускаемым в СССР для организации хранения продукции в РГС, относятся: установка УРГС2Б с генератором проточного типа и рециркуляционная генераторная установка газовых сред РГГС-400.

В последние годы в нашей стране и за рубежом ведутся работы по созданию и использованию для холодильных камер с РГС установок и устройств, регулирующих газовые среды, использование которых не связано с потреблением горючих газов и не требует строительства станций газовых сред с системой газоснабжения. Такое естественное формирование газовых сред можно обеспечить с помощью диффузионных газообменных и газоразделительных устройств. Принцип работы этих устройств основан на селективной диффузии газов через высокопроницаемые полимерные или силиконово-каучуковые мембраны. Циркуляция газовой среды камеры через многокомпонентные диффузионные элементы, объединенные коллекторами, вызывает избирательный газообмен с окружающей средой, вследствие которого внутри камеры создается атмосфера необходимого газового состава. Подобные устройства обычно работают по схеме камера — диффузионный аппарат — камера.

Преимущества этих устройств по сравнению с генераторами заключаются в малом энергетическом расходе, простоте обслуживания и безопасности эксплуатации, а также в отсутствии потребности в горючих газах. Из недостатков следует отметить зависимость от интенсивности формирования продукцией газовой среды естественным путем в процессе дыхания, с чем связана невозможность ускоренного вывода камеры на стационарный режим хранения.

Наибольшее распространение диффузионные газообменные установки для холодильных камер с РГС получили во Франции, число их в настоящее время превысило 300. Эти установки применяют также в США, Италии и других странах.

В нашей стране аналогичный принцип создания и поддержания РГС в холодильных камерах с продукцией положен в основу установки «Барс». Установка позволяет раздельно регулировать концентрацию кислорода и углекислого газа и ускорять выход на заданный режим при использовании диффузионных мембран из полимерных материалов с избирательной, проницаемостью. В установку «Барс» входят: блок азотного снабжения, вакуумный насос, центробежный и осевые вентиляторы, система трубопроводов, запорная и регулирующая арматура, приборы контроля газовой среды и работы оборудования.

С помощью блока азотного снабжения, в котором имеется центральный разделительный аппарат, получают газовую смесь с концентрацией азота 96%. Эту смесь по трубопроводу подают в любую из камер для хранения продукции в РГС. Поступая в камеру, азот вытесняет из нее воздух, удаляемый по отводному каналу в атмосферу. Это позволяет быстро вывести камеру на режим хранения.

Заданный состав газовой среды в камерах поддерживается блоками автоматического регулирования — газообменниками. Каждая камера имеет отдельный блок, который состоит из мембранного газоразделительиого аппарата, осевых вентиляторов, регулирующей и запорной аппаратуры и трубопроводов.

Как уже отмечалось, работа подобного газообменника основана на методе мембранного разделения газовых смесей. Разделение обеспечивается вследствие различных скоростей проникновения молекул разных газов через разделительную мембрану в результате перепада парциальных давлений. Верхний и нижний пределы концентраций газов задаются и могут изменяться в зависимости от вида хранящейся продукции: кислорода от 3 до 10%, углекислого газа от 4 до 10%. Через газообменник избыток углекислого газа удаляется, а газовая смесь обогащается кислородом из воздуха. Кроме газообменника, удалению углекислого газа способствует блок вакуумных насосов.

Рассмотренные выше технические средства хранения в РГС приемлемы только для крупных специализированных цветоводческих хозяйств и недоступны более мелким хозяйствам.

К альтернативным средствам технического обеспечения технологии хранения цветочной продукции во всех типах цветоводческих хозяйств относятся простые и доступные устройства и установки, создающие в замкнутом объеме камеры, контейнера, упаковки модифицированную газовую среду, обедненную кислородом и обогащенную углекислым газом.

В основу подобных устройств и установок заложен принцип избирательной проницаемости для кислорода и углекислого газа газоселективных элементов мембранного типа или самого материала контейнера-упаковки случае использования тонких полимерных пленок.