Производство и применение льда

Раздел: Производство

Стационарные льдозаводы обычно состоят из компрессорного отделения, льдогенераторной и льдохранилища с л ьдор аз дел очными и погрузочными машинами, а также платформой для выдачи льда. Наиболее экономичны льдозаводы при хладокомбината^ и холодильниках, так как в этом случае используется общий компрессорный цех и представляется возможным при хранении части льда в камерах холодильника увеличить сезон его производства.

По производительности льдозаводы разделяются на малые (льдоцехи)—менее 25 т/сут, средние — от 25 до 100 и большие — свыше 100 т/сут. Емкость льдохранилищ на современных льдозаво- дах в зависимости от назначения их соответствует 1—10-суточной льдопроизводительности.

Производительность отдельных льдозаводов на отечественном железнодорожном транспорте достигает 180 т/сут, в рыбной промышленности— 360 т/сут. Суммарная производительность судовых льдозаводов превышает 10 000 т/сут. Мощность стационарных льдозаводов на железных дорогах составляет не менее 4000 т/сут, в рыбной промышленности — 3000 т/сут, что при минимуме 120 сут непрерывной работы соответствует получению 0,84 млн. т льда в год. Льдозаводы на железных дорогах и при рыбных предприятиях обеспечены современной механизацией, необходимой для загрузки льдом (и солью) вагонов-ледников и рыболовецких судов.

Передвижные льдозаводы обычно состоят из льдогенераторной с небольшим льдохранилищем и отделения с холодильными машинами и двигателями. Льдозаводы в поездах и на автомобилях имеют производительности до 25 т/сут.

Рефрижератор производственный типа «Скрыплев» Рефрижератор производственный морозильный типа «Таврия» Крабоконсервный завод типа «Андрей Захаров» Рыбопромысловая база «Восток» Рыбопромысловая база «50-летие СССР»

фирмы «Сабро»

В производстве льда ведущей тенденцией является переход к промышленному автоматизированному производству трубчатого, пластинчатого, чешуйчатого, брикетного и других видов мелкого (неблочного) льда, сохраняемого в механизированных бункерах [140, 142]. Так как по сравнению с обычным блочным льдом себестоимость трубчатого (также пластинчатого) и чешуйчатого (также снежного) льда в среднем меньше примерно на 35 и 45%, то при технологической целесообразности предпочтение отдается этим видам льда. Заметим, что такой вывод обосновывается и приводимыми в  32 средними практическими показателями для льдогенераторов трех основных типов, вырабатывающих указанные виды льда.

При проектировании льдозаводов учитывают заранее состав и температуру имеющейся воды, особенности земельного участка и рядом расположенных предприятий, а также все факторы, которые обычно принимают во внимание при расчете холодильных сооружений. Необходимы экономические расчеты, определяющие потребную суточную производительность льдозавода и емкость льдохранилища.

Размер земельного участка для постройки льдозавода зависит от размеров самого льдозавода, а также от размеров грузового двора, платформ и трансформаторной, если для нее не предусматривается специального места в помещении льдозавода. Целесообразно примыкание грузового двора к улице, так как в этом случае ширина его может быть минимальной при условии подъезда автотранспорта задним ходом прямо к платформе. Обычно выбирают ширину двора до 10 м, ширину платформы 2 м. Необходимая длина платформы зависит от производительности льдозавода и имеющихся транспортирующих устройств. При производительности 50 т/сут льдозаводы имеют платформы длиной не менее 10 м, при производительности 150 т/сут — от 15 до 20 м. В зависимости от производительности и местных условий возможны различные соотношения площадей отдельных частей льдозаводов.

На льдозаводах с рассольным охлаждением применяют автоматизированный пуск и остановку холодильных компрессоров в зависимости от требуемой температуры рассола в льдогенераторах. Автоматизация иногда ограничивается установкой поплавковых регулирующих вентилей на испарителях льдогенераторов небольшой производительности.

Льдохранилища обычно имеют трубное охлаждение и теплоизоляцию, рассчитанные на поддержание температуры около —5° С. Высота крупных льдохранилищ может достигать 6—8 м, поэтому для складирования блоков льда применяют специальные штабелеукладчики с удлиненными стойками. При более низких льдохранилищах ограничиваются обычными аккумуляторными автопогрузчиками и поддонами на 25—30 блоков льда. Кроме автопогрузчиков на льдозаводах применяют цепные и ленточные транспортеры, а также различные наклонные плоскости.

Экспедиция кроме транспортных механизмов может быть оборудована машинами для распиловки, дробления "и сортировки льда. В ряде случаев машины для переработки льда устанавливают в льдохранилищах или на крытых платформах рядом с ними.

Приведем некоторые данные о зарубежных и отечественных льдозаводах.

По данным Шлитта [155], гамбургская рыбная гавань имеет льдозавод с пятью кожухотрубными льдогенераторами производительностью. по 60 т/сут каждый и льдохранилище — бункер емкостью 600 т трубчатого льда. На  109 и 110 приведены планировка и схема механизации этого льдозавода.

Трубчатый лед из льдогенератора дополнительно охлаждается воздухом при —15° С и в сухом виде подается системой ленточных транспортеров в льдохранилище. Из льдохранилища лед выгружается специальным многоковшовым транспортером. Весь льдозавод автоматизирован и обслуживается только четырьмя работниками.

Один из американских льдозаводов, оборудованных фирмой «Вильтер», имеет два автоматизированных снегогенератора с. прессами производительностью по 30 т/сут снежных брикетов каждый. Брикеты с помощью элеватора подаются на хранение в высокий 80-тонный круглый бункер льдохранилища. На  111 представлен льдозавод чешуйчатого льда с механизированным хранилищем.

Для льдоснабжения вагонов-ледников в США и Франции снего- генераторы с прессами и бункерами силосного типа иногда устанавливаются непосредственно на железнодорожных эстакадах ( 112).

Снежные брикеты во избежание смерзания обычно сохраняют в высоких цилиндрических бункерах-льдохранилищах, оборудованных периодически вращающимися цепными мешалками и охлаждающими устройствами.

Из американских льдозаводов блочного льда известен железнодорожный льдозавод на станции Фресно производительностью 600 т/сут с льдохранилищем на 40 тыс. т.

О современных советских льдозаводах дают представление показанная на  113 планировка типового железнодорожного льдозавода и приводимая на  114 схема льдозавода Мурманского рыбного порта.

Технические характеристики ряда советских льдозаводов, в том числе типового железнодорожного льдозавода на станции Гудермес, производительностью 180 т/сут и Мурманского льдозавода на 360 т/сут даны в  34.

Трансзаводопроектом, кроме льдозавода на 180 т/сут, разработаны типовые проекты железнодорожных льдозаводов производительностью 90 и 270 т/сут.

По данным Вайнера, Реморова и Карелина [34], себестоимость получаемого на южных Льдозаводах средней производительности (менее 100 т/сут) 1 т блочного льда составляет 7 р. 34 к., трубчатого льда — 4 р. 65 к.

По Аршанскому и Синкевич [3], расчетная себестоимость 1 т блочного льда 6 р. 67 к. и чешуйчатого льда 3 р. 80 к. для льдозаводов на ,20 т/сут ( 35).

Единая по РСФСР оптовая отпускная цена на наиболее распространенный у нас обычный блочный лед 10 руб./т.

Блочный лед перед отпуском с льдозаводов в ряде случаев подвергается разделке, сортировке и упаковке. При этом часть льда временно сохраняется на льдозаводах в дробленом виде (в рыбной промышленности, на железных дорогах). Различные виды мелкого льда и льдоводяной пульпы широко применяются в современной промышленной технологии для контактного охлаждения рыбы, птицы и овощей, мясного фарша и теста, а также бетона и химических смесей.

Представляют интерес льдорасфасовочная техника и порядок льдоснабжения. Приводим описание американской машины ( 115), работавшей на Ленинградском льдозаводе и предназначенной для распиливания блоков льда массой 136 кг на кубики 40Х40Х Х40 мм. Машина представляет собой наклонную металлическую плоскость, по которой при помощи цепного конвейера по прямоугольнику двигается каретка с заложенным в нее блоком. При движении каретки вверх по левой стороне плоскости торцевая поверхность блока надрезается в вертикальном направлении семью пилами, смонтированными на общем валу под плоскостью и выступающими из нее сквозь прорези. Расстояние между пилами 40 мм. Глубина надрезов несколько более 40 мм. При движении каретки по верхней стороне прямоугольника слева направо блок встречает второй вал с 14 пилами, которые надрезают его в перпендикулярном направлении. При ходе каретки вниз по правой стороне блок встречает отрезную пилу, расположенную на параллельной наклонной плоскости на расстоянии 40 мм от нее. Эта пила отрезает надрезанный торцовый слой блока, и кубики падают вниз в приемный ящик. Затем каретка по нижней стороне прямоугольника возвращается в исходное положение, процесс начинается снова и продолжается до тех пор, пока не будет распилен весь блок.

Валы с надрезающими пилами непосредственно соединены с электродвигателями 2,2 кВт с числом оборотов 1450 в минуту. Отрезная пила непосредственно соединена с двигателем той же мощности, но на 2850 об/мин. Каретка приводится в движение двигателем 1,25 кВт. Диаметры надрезающих пил 226 мм, отрезной 305 мм. Скорость хода каретки в вертикальном направлении 0,173 м/с, в горизонтальном 0,282 м/с.

Мелкодробленый блочный лед в США получают на установках для дробления и сортировки кусочков льда по размера®!: яйца (38 мм), ореха (31 мм — 19 мм), горошины (13 мм). Дробленый лед подается конвейером во вращающийся барабанный грохот диаметром 0,76 м. Первая секция барабана имеет ячейки 13 мм, вторая — 19 мм, третья — 31 мм и четвертая — 38 мм. Длина первой .секции 0,9 м, остальных по 0,6 м. Под сортировочным барабаном, поднятым на высоту 1 м, находятся бункера для приема дробленого льда по размерам. Сортировочная установка имеет общую длину 3,6 м, ширину— 1,2 м и размещается в помещении с температурой —5° С. При более высоких температурах происходит спекание дробленого льда.

В США широко организована продажа дроблёного и кубикового льда. Лед доставляется потребителям в специальных контейнерах. Один из таких контейнеров представляет собой ведро из кипарисового дерева (толщина стенки 16 мм), покрытое внутри парафином. Ведро обладает неплохими теплоизоляционными свойствами: при температуре воздуха 22° С в ведре емкостью 6,8 кг льда в течение 10 ч растаивает всего 1,1 кг, в ведре емкостью 11,3 кг растаивает 1,8 кг льда. Ведро снаружи окрашено под дуб и снабжено гальванизированными обручами и створчатой крышкой на петлях; для переноски служит проволочная дужка с деревянной ручкой.

Потребитель, покупая ведро, получает недорогой постоянный контейнер для льда. Лед доставляют в специальных брезентовых мешках, откуда его пересыпают в ведра. Такой лед продается по цене в 2 раза выше нормальной рыночной цены на блочный лед.

Кубиковый лед, доставляемый в ведрах, имеет лучший вид, чем кубиковый лед, получаемый в испарителях машинных холодильников, к тому же в жаркое время года льда из домашних холодильников может не хватать.

Для удовлетворения потребности в порционном льде случайных покупателей, а также лиц, которые не хотят приобретать постоянные контейнеры-ведра, лед поставляют в контейнерах однократного пользования. Такой контейнер представляет собой цилиндрическую коробку из манильского картона специальной пропитки; емкость контейнера 9,4 л. Практикуется также упаковка кубикового и цилиндрического льда в небольшие водостойкие бумажные пакеты и малые картонные коробки вместимостью до 5 кг. Упакованный лед доставляют в магазины или на дом потребителям в авторефрижераторах.

Значительную часть льда, упакованного в бумажные мешки, пакеты и коробки, продают в уличных торговых автоматах различных конструкций, работающих круглосуточно и обычно охлаждаемых с помощью холодильных машин.

Из ль дор аз дел очного оборудования, применяемого в СССР, кроме льдодробилок и снеговальных агрегатов (см. стр. 56) .несомненный интерес представляет льдорезный агрегат производительностью до 3 т/ч конструкции ВНИХИ и Гипрохолода. Он состоит из станины с горизонтальным валом, имеющим семь дисковых пил диаметром 600 мм, установленных на расстоянии 125—150 мм одна от другой. Пильный вал соединен посредством эластичной муфты с электродвигателем мощностью 3 кВт (1500 об/мин).

Льдоблок весом 25 кг укладывают на качающийся вилочный захват и с помощью рычага подают навстречу вращающимся пилам. Отпиливаемые одновременно 7—8 ледяных брикетов массой по 3 кг выдаются агрегатом через специальный лоток. Описанный льдорезный агрегат нашел применение на наших льдозаводах.

В целях получения данных для расчета льдоразделочных машин автором совместно с Петровской и Валегуро были выполнены экспериментальные исследования. Опыты проводились на искусственном блочном льде матовом и прозрачном плотностью соответственно 900 и 915 кг/м3. Лед распиливали на круглопильном станке, оборудованном электродвигателями для вращения пилы и принудительной подачи блоков искусственного льда массой по 25 кг. Мощность, потребляемую пилой, измеряли самопишущим ваттметром, а усилие подачи — гидравлической мессдозой. Была использована типичная дисковая пила для древесины.

При относительно низких температурах сухая ледяная пыль (опилки) легко удаляется и не тормозит вращения пилы (в этом случае теплота резания льда не вызывает его плавления).

Упрощенно считая, что усилие резания (а следовательно, и мощность резания) зависит от свойства материала срезаться (скалываться), а усилие подачи зависит от свойства материала сминаться, можно объяснить отсутствие заметного увеличения мощности пиления малой зависимостью усилий среза от температуры льда. Так как усилие смятия (сжатия) для льда тем больше, чем ниже температура, то в связи с этим и усилие подачи должно значительно увеличиваться, что и наблюдалось на практике. Приведенные соображения являются лишь вероятным объяснением процесса пиления льда и не претендуют на окончательность.

В принципе эффективность дисковой пилы зависит от скорости подачи, скорости резания, глубины резания, ширины резания, профиля резцов, трения. Для резания льда, однако, проведенные опыты не показали заметного влияния скорости резания на эффективность процесса в проверенном диапазоне скоростей.

Профиль резца (зуба) пилы имеет большое значение для эффективности пиления. Известно, что чем меньше угол заостроения зуба пилы, тем меньше расход мощности на пиление (пределом служит прочность зубьев). То же касается и переднего угла (пределом здесь служит быстрое затупление). Для древесины часто рекомендуется примерный передний -угол зуба в 45° (при угле в 90° расход

мощности увеличивается в ~1,5 раза). Вви ; того что лед является материалом обычно менее прочным, чем древесина, можно полагать, что и передний ,угол здесь допустим меньше 45°. То же соображение может быть выдвинуто и относительно угла заострения.

Получаемый на наших предприятиях расфасованный по 3 кг блочный лед заворачивают в крафт-бумагу с этикеткой «лед» и укладывают в транспортные контейнеры или картонные коробки различной емкости, предназначенные для транспортировки и хранения фасованного льда. Пищевой трубчатый лед частично упаковывают в полиэтиленовые пакеты емкостью 1 кг.

Контейнеры и коробки со льдом перевозят в изотермических кузовах и хранят в камерах с охлаждением при температуре не выше —2°Ч—3°С. Кратковременно контейнеры со льдом можно хранить и без охлаждения.

Один из применяемых контейнеров представляет собой изотермический ящик 380X480X380 мм с откидной крышкой. Его емкость 70 л, вмещает 12 брикетов льда по 3 кг или 30 упаковок трубчатого льда по 1 кг. Конструкция бескаркасная. Такого типа контейнеры можно изготовлять на льнозаводах из стандартных деталей. Лед, предназначенный для ресторанов, часто перевозят в коробках по 5 кг. Расфасованный лед, как и обычные льдобло- ки, целесообразно доставлять потребителям специализированными автомашинами. Отпускная стоимость 1 т блочного льда 10 руб., фасованного—24 руб.

Продажа населению упакованного в полиэтилен трубчатого льда иногда производится из изотермических тележек с сухим льдом.

Для круглосуточной торговли пищевым льдом Веверном [351 в° ВНИХИ сконструирован специальный автомат ( 117), представляющий собой теплоизолированный шкаф 2,9X1.7X2 м с установленными в нем двумя электроприводными конвейерами пульсирующего действия, вмещающими 60 льдобрикетов по 3 кг. Конвейер включается от электрического импульса, получаемого от стандартного монетника, и выдает через приемный лоток, каждый раз один льдобрикет. При продаже упакованных в бумагу льдобрикетов автомат следует охлаждать приставной холодильной машиной.

 Во ВНИХИ был сконструирован весьма компактный вертикальный автомат для продажи льда АПЛ75Х4д на 75 льдобрикетов ( 118). Изолированный контур этого автомата соответствует нагрузке 130 кг/м3. В отличие от предыдущей конструкции он был запроектирован со встроенной автоматической холодильной машиной, поддерживающей в теплоизолированном отсеке температуру воздуха до —5° С.

Сбыт льда населению в Советском Союзе производится через магазины и аптеки в строгом соответствии с санитарными правилами.

На наших предприятиях общественного питания и в быту пищевой лед используется для сервировки и охлаждения вин и водок, овощных закусок, приготовления первых блюд — холодных окрошек и фруктовых супов, а также компотов, холодного кофе, чая, какао и питьевой воды. Мелкий лед употребляется с ягодами и фруктами и при приготовлении коктейлей. Лед также используется для медицинских целей в больницах и на дому.

Получаемый в домашних холодильниках лед в виде прозрачных кубиков применяют у нас в быту, в частности, для непосредственного охлаждения питьевой воды, фруктово-ягодных соков и газированных напитков.

В заключение приводим пример расчета потребности стационарных льдозаводов в льдогенераторах при практически возможном росте производства и потребления искусственного льда предположительно на 15% за пять лет. Расчет носит условный характер и учитывает постепенную замену имеющихся и выходящих из строя рассольных льдогенераторов, дающих около 90% льда, на более современные безрассольные автоматизированные трубчатые льдогенераторы дробленого и блочного льда и на весьма перспективные роторные льдогенераторы непрерывного действия для получения чешуйчатого и снежного льда.

Исходя из общей производительности ~ 1000 000 т/год и роста валового производства льда за 5 лет на 15% при условии замены 50% рассольных льдогенераторов на безрассольные, получаем следующую 'производительность последних: ,0,5 (1000 000 • 0,9) +150000=600000 т/год. В соответствии с имеющейся тенденцией полагаем, что будет произведено 350000 т/год трубчатого блочного и дробленого льда и 250000 т/год — чешуйчатого и снежного льда.

При производительности условного трубчатого льдогенератора 500 кг/ч и работе его минимум в течение 4 мес. по 24 ч в сутки получим годовую продукцию 1440 т льда. Отсюда потребное на пятилетку количество трубчатых льдогенераторов в условных единицах без учета амортизации будет 350000:1440=243, а средняя ежегодная потребность 243: 5=49 льдогенераторов (при работе 240 сут потребуется 25 льдогенераторов). При этом следует считать целесообразным выпуск описанных выше трубчатых льдогенераторов: ЛГТ-10, ЛГТ-50 и ЛГТ-100 (производительность 400—4000 кг/ч); ТБЛ-100 и ТБЛ-450 (производительность 100—450 кг/ч); ОЛ-25/35 (производительность 35 кг/ч).

При производительности условного роторного льдогенератора чешуйчатого льда 250 кг/ч его продукция за 4 мес при работе по 24 ч в сутки составит 720 т/год. Для получения 250000 т льда потребуется без учета амортизации 250000 :720=350 льдогенераторов на 5 лет, или 70 льдогенераторов в год (при работе 240 сут потребуется 35 льдогенераторов). Наиболее приемлемы роторные льдогенераторы описанных ранее типов: ФИЛ-50/100 (450 кг/ч), ИЛ-300 (300 кг/ч), ИЛ-500 (500 кг/ч) и HI-ИЛ 25А (1000 кг/ч).

В будущем в результате широкого внедрения брикетных прессов и эффективных роторных льдогенераторов, в том числе автономных фрезерного типа, льдогенераторы непрерывного действия, про- изводящие чешуйчатый, снежный и брикетный лед, могут стать основными изготовителями льда во многих отраслях народного хозяйства.

Одновременно с организацией более централизованного и массового, чем сейчас,"производства уже освоенных безрассольных льдогенераторов необходимо завершить труд по созданию и промышленному внедрению всех потребных типов трубчатых и роторных льдогенераторов.

Наряду с дальнейшими научными исследованиями теплообмена при образовании и плавлении льда и льдоводяной пульпы важное значение будут иметь:

установление перспективных потребностей отраслей народного хозяйства в искусственном водном льде и уточнение технико-экономических обоснований предпочтительных для советской промышленности конструкций льдогенераторов^

дальнейшая разработка и исследование новых типов льдогенераторов, в частности с термоэлектрическим охлаждением и капиллярных льдогенераторов с переохлаждением воды и образованием льда вне испарителя, а также шнековых прессов непрерывного действия для брикетирования снежного льда;

разработка и исследование интенсивных ледяных холодоаккуму- ляторов, в том числе аккумуляторов с использованием роторных льдогенераторов и льдоводяной пульпы, снеговальных агрегатов, сублимационных и водооросительных кристаллизаторов.