Охолоджувальні комплекси зерна
Розробка та широке впровадження охолоджувальних комплексів у систему зберігання зернопродукції дасть змогу проводити холодильну обробку сільськогосподарської сировини безпосередньо в місцях заготівлі, що сприятиме підвищенню якості й подовженню тривалості її зберігання. Особливо це завдання актуальне для різних зернових продуктів.
Метод охолодження зерна штучно охолодженим повітрям дає змогу зберігати його й насіння олійних культур із підвищеною вологістю впродовж тривалого часу. Крім того, що метод зберігає якість зерна і є екологічно чистим, він дає змогу зменшити енерговитрати вдвічі-вчетверо порівняно з використанням традиційного методу сушіння зерна.
Вирішення завдання низькотемпературного зберігання зерна пов’язане з розробкою мобільних транспортних холодильників із холодильною потужністю від 50 кВт і більше. Наразі розробок такого типу холодильного обладнання в Україні немає, а фактично єдиний вітчизняний виробник такого обладнання — «Рефма» (Мелітополь) — не повною мірою вирішує проблеми переходу на екологічно безпечні робочі реагенти, дозволені до використання світовою спільнотою.
Ідея використання штучного холоду не нова — її вже давно застосовують за кордоном у США, Німеччині, Японії, Австралії та інших високорозвинутих країнах. Фахівці Німеччини й Чехії підрахували, що використання штучного холоду для зберігання зерна підвищеної вологості економічніше, порівняно із сушінням, на 25...30%. У Японії, наприклад, завдяки застосуванню охолодження тривалість зберігання рису збільшили вдвічі, і тепер цей термін становить два роки.
Враховуючи, що Австралія велику кількість зерна експортує до Європи, то для боротьби з його шкідниками — замість традиційної хімічної обробки — вимушена була перейти на екологічно чисті методи подолання проблеми з їхньою шкодочинністю — застосування штучного холоду в процесі зберігання збіжжя.
Ще в середині 90-х років минулого століття в Україні, зокрема на Тростянецькому ХПП, впровадили мобільну (на пересувній платформі) холодильну установку ТХУ-50-2-0 (холодопродуктивністю 37 тис. ккал/год) для охолодження зерна за допомогою повітря в типовому складі ємністю 3200 т.
Німеччина щороку охолоджує в своїх зерносховищах та в інших країнах до 70 млн т зерна.
Зокрема, фірма Granifrigor випускає пересувні (мобільні) холодильні установки параметричної лави з холодильною потужністю: 9,46; 15,68; 32,70; 65,4; 107,00 кВт. У проспекті фірми наведені дані про тривалість зберігання зерна залежно від початкової вологості й температури зберігання (табл. 1).
Зменшення вологості зерна за його охолодження досягається внаслідок підсушування повітря шляхом виморожування вологи: за зниження температури на 10°С рівень вологості падає приблизно на 0,5–1,0%.
Охолоджене сухе зерно не піддається самозігріванню, в ньому не розвиваються шкідники, відпадає потреба його переміщення з однієї зберігальної ємності в іншу, що неодмінно зумовлює появу відходів, додаткову витрату електроенергії, а також пришвидшує спрацювання обладнання.
Насіннєве зерно за його охолодження краще зберігає схожість. Але за використання методу охолодження слід дотримуватися двох умов: вологість зерна не має перевищувати 18%, а температура охолодження не має опускатися нижче рівня 5°С.
У результаті охолодження, порівняно з традиційним методом сушіння, на виході отримують екологічно чисте зерно без денатурації білка, забруднення вуглеводнями, сажею, окислами сірки й азоту, важкими металами, нітритом і нітратами.
Таким чином, застосування штучного холоду під час зберігання зернових поліпшує смакові й хлібопекарські властивості зерна, забезпечує постачання населення здоровою їжею, тим більше, що хліб, крупи й борошняні вироби є основними продуктами харчування в Україні.
Комплексне використання штучно охолодженого повітря під час зберігання зерна та тепла, яке виділяється в перебігу цього процесу в конденсаторі, для підігрівання, підсушування зерна або опалення приміщень є ідеєю нині покійного академіка Міжнародної академії холоду В.Ф. Чайковського.
Ми опрацювали схеми охолодження зерна в типових зернових складах із використанням поперечних і поздовжніх каналів системи вентиляції. А також — варіанти охолоджування зерна в елеваторах із використанням силосів та над- і підсепараторних ємностей, питання очищення й охолодження зерна в потоці.
Установили, що зниження енерговитрат досягається завдяки тому, що установка працює в режимі теплового насоса, а це дає змогу не тільки охолоджувати зерно, а й надалі використовувати виділене тепло для його сушіння, наприклад: для підігрівання в разі використання як насіннєвого матеріалу або для переробки на борошномельних і круп’яних заводах; опалювання приміщень, теплиць тощо.
З урахуванням потрібної холодильної потужності й параметрів маси та габаритних характеристик у мобільних системах охолодження зерна найбільші перспективи мають парокомпресійні холодильні машини (ПКХМ) і газові (повітряні) холодильні машини (ГХМ).
До переваг ГХМ відносять безпроблемне застосування робочого тіла (реагента) — повітря вибухопожежобезпечне, тому його можна без побоювання подавати безпосередньо в охолоджуване приміщення. До того ж ГХМ прості в експлуатації і не чинять впливу на озоновий шар атмосфери. Проте є й певні недоліки — зокрема, низька енергетична ефективність за роботи на температурному рівні -30...-20°С. Так, наприклад, за температури -30°Сдійсний холодильний коефіцієнт ПКХМ вищий, ніж ГХМ у 2,1–2,9 разу.
Проблеми використання ПКХМ у системах охолодження зерна пов’язані з переходом на озонобезпечні робочі тіла — холодагенти. Наразі є пропозиції цілого спектра замінників традиційного холодагента ПКХМ — R12, у тому числі й природними, наприклад, аміаком.
Для визначення перспектив використання традиційних і нових холодагентів у системах охолодження в зернових господарствах було проведено термодинамічний аналіз циклів ПКХМ. Аналізи результатів переконують, що найбільші перспективи в мобільних системах охолодження зерна має природний холодагент — аміак, що має до того ж чудові екологічні характеристики.
Холодильний коефіцієнт ПКХМ за температури охолоджування (кипіння) 5°С і температури навколишнього середовища (конденсації холодагента) 30°С становить 7,5, а холодопродуктивність — 650 кВт.
Витрати електроенергії ПКХМ на виробництво одиниці штучного холоду, наприклад 1 кВт, становлять 0,13 кВт.
Сьогодні в Україні працюють системи охолодження зерна шведської компанії Tornum. Для охолодження зернових культур ця компанія пропонує сучасний охолоджувач зерна Tornum Grain Cooler, який дає змогу забезпечити температуру надійного зберігання збіжжя незалежно від умов навколишнього середовища.
Серед багатьох переваг Tornum Grain Cooler є такі:
— усунення потреби в застосуванні хімікатів для боротьби з комахами та проведення фумігації;
— ефект сушіння в процесі охолодження зерна з умістом вологи 15% або більше (на кожні 10°С зниження температури ефект сушіння становить 0,5–1,0%);
— безпечні умови зберігання;
— низькі експлуатаційні витрати;
— зменшення втрат унаслідок «дихання» зерна;
— довготривале зберігання збіжжя підвищеної вологості без ризику зниження його якості.
Система охолодження, застосована в охолоджувачах Tornum Grain Cooler, — це надсучасне вирішення непрямого охолодження, що потребує на 80% менше холодоагенту порівняно з традиційними системами. Цього вдалося досягти завдяки охолодженню етиленгліколю, що подається в охолоджувальний змійовик, через який проходить та охолоджується повітря. Оскільки зерно є гігроскопічним, також слід контролювати відносну вологість охолодженого повітря, яке подають до зернової маси. Після охолоджувального змійовика повітря проходить через змійовик повторного нагрівання — для забезпечення балансу відносної вологості охолодженого повітря та вологості зерна, що охолоджується. Для повторного нагрівання повітря не потрібні додаткові витрати енергії, адже для цього процесу використовують лише зайве тепло від системи охолодження.
Увесь процес охолодження повністю автоматизований і контролюється за допомогою системи програмованого логічного контролера (ПЛК), програма якого охоплює процес обробки 11 різних видів зерна, а також передбачає ручне керування.
Охолоджене повітря розподіляється всередині силосу/зерноскладу через систему повітропроводів у нижній частині зерносховища. Під час проходження охолодженого/кондиційованого повітря вгору через зернову масу температура зерна знижується до заданого значення. Зерно є відмінним ізолятором, тому після охолодження до низької температури воно залишатиметься охолодженим протягом значного періоду часу.
Проте за такої схеми зберігання зерна (подавання охолодженого повітря в нижню частину силосу) виникають певні труднощі, з рівномірним розподілом повітряного потоку за об’ємом зернового шару. Ця проблема може бути успішно вирішена за допомогою високоефективних двофазних теплових систем, наприклад, термосифонів, убудованих до складу конструкції силосу.
Tornum Grain Cooler повністю комп’ютеризований та готовий до використання одразу після підключення до мережі електроживлення. Охолоджувачі мобільні, у стандартній комплектації їх постачають із 5-метровим гнучким шлангом для з’єднання охолоджувача, силосу/зерноскладу й зовнішнього датчика температури — таке рішення гарантує мінімальні аеродинамічні втрати через перехід від стаціонарного вентилятора системи аерації до установки.
Додатково, за бажанням замовника, охолоджувачі можна комп’ютеризувати, забезпечивши таким чином зручне керування ними за допомогою центральної комп’ютерної системи. Залежно від використовуваних температурних кабелів, можна об’єднати охолоджувач із температурними кабелями, що дає можливість автоматичного запуску/зупинення охолоджувача відповідно до заданих температурних рівнів.
Висновки
На жаль, спосіб охолодження зерна поки не набув значного поширення в Україні. Натомість, враховуючи відомі переваги холодильних машин, додатковим продуктом у процесі роботи яких є отримання тепла, що можна з користю використовувати для задоволення господарських потреб, та екологічну безпеку цих установок, можна впевнено рекомендувати їх як мобільні холодильні установки для елеваторів і зерноскладів України та країн СНД.
О. Тітлов, д-р тех. наук, професор, С. Петушенко, канд. тех. наук, доцент, Одеська національна академія харчових технологій (ОНАХТ), Одеса
Ю. Сухенко, д-р. тех. наук, професор, В. Василів, канд. тех. наук, доц.,НУБіП України, Київ
Інформація для цитування
Охолоджувальні комплекси зерна / О. Тітлов, С. Петушенко, Ю. Сухенко, В. Василів// Пропозиція/ — 2017. — № 3. — С. 185-188