Промышленные льдогенераторы

В данной статье мы расскажем о принципах работы промышленных льдогенераторов, их особенностях и различиях. Также рассмотрим основные типы льдогенераторов, сферы их применения, методы обработки, транспортировки и хранения льда, а также расскажем об особенностях и преимуществах производства льда в море.

Классификация промышленных льдогенераторов

Термин «льдогенератор» в данном случае используется для обозначения комплекса устройств для производства и хранения льда, включая сам генератор льда, то есть устройство, которое превращает воду в лед вместе, холодильную установку, оборудованием для сбора и хранения льда, а также помещение, необходимое для организации всего процесса. Промышленные льдогенераторы обычно классифицируют по типу льда, который они производят. Отсюда следует, что существуют заводы по производству блочного льда, заводы по производству чешуйчатого льда, заводы по производству цилиндрического (трубчатого), кубикового и пластинчатого льда.

Льдогенераторы также можно разделить на те, которые производят сухой и влажный лед. Термин «сухой лед» в этом случае означает лед с достаточно низкой температурой, при которой частицы льда не становятся влажными. В данной статье этот термин не относится к твердому диоксиду углерода. Как правило, сухой переохлажденный лед производится на установках, которые механически удаляют лед с охлаждающей поверхности. Большинство заводов по производству чешуйчатого льда относятся к этому типу. Когда охлаждающая поверхность льдогенератора нагревается в цикле оттаивания для высвобождения льда, поверхность льда становится влажной и, если затем лед не переохлаждается ниже 0°C, остается влажной при хранении. К этому типу относятся цилиндрические (трубчатые) и пластинчатые льдогенераторы.

Принцип работы кубикового льдогенератора

Машины ячеистого типа формируют лед отдельными кусками кубической формы, которые затем собирают и хранят. Кубики льда формируются индивидуально и имеют совершенно прозрачную структуру. Льдогенератор оснащен испарителем, разделенным на кубические ячейки, установленным открытой стороной вниз. Уплотнительная пластина, через которую вводится и стекает вода, образует нижнюю часть корпуса камеры для заморозки. Пластина оснащается петлями и открывает ячейки камеры после того, как лед готов. Затем кубики отделаются от камеры, падают вниз и попадают в бункер.

Типы промышленных льдогенераторов

Блочные льдогенераторы

Металлические емкости прямоугольного сечения, сужающиеся книзу, и наполненные водой, погружают в бак, содержащий охлажденный рассол хлорида натрия. Размеры этих емкостей и температура рассола обычно выбираются таким образом, чтобы время производства составляло 24 часа. По готовности льда эти емкости опорожняются, и затем снова наполняются. Вес блока льда может варьироваться от 12 до 150 кг в зависимости от требований. Заводы по производству блочного льда работают практически непрерывно и предполагают высокую численность рабочего персонала. Сам льдогенератор и хранилище льда занимают много места и создают большие нагрузки на конструкцию здания. По этим причинам установки для производства блочного льда постепенно выходят из употребления, и их заменяют на более современные автоматические установки.

Льдогенераторы для «быстрого» блочного льда.

Можно значительно сократить время замораживания блоков и, таким образом, уменьшить пространство, занимаемое оборудованием для приготовления и хранения льда. Это достигается путем уменьшения толщины замораживаемого льда. Одна из конструкций льдогенераторов предусматривает пропускание кипящего хладагента через трубки, вокруг которых образуется лед, который в итоге сплавляется в блок. Блоки могут быть освобождены путем цикла оттаивания и автоматически собраны, что значительно снижает трудозатраты, но требуемое пространство для хранения немного больше, чем для того же веса обычного блочного льда, поскольку после снятия с трубок блоки имеют полые сердцевины.

Льдогенераторы чешуйчатого льда

Льдогенераторы чешуйчатого льда производят ледяные кристаллы толщиной 2-3 мм, внешне напоминающие чешую рыбы. Образование льда происходит за счет распыления воды на поверхность охлаждаемого барабана, её замерзания на стенках барабана и последующего срезания со стенок сухих переохлажденных чешуек. В некоторых моделях барабан вращается относительно неподвижного ножа на его внешней поверхности, в других случаях нож вращается и удаляет лед с внутренней стенки стационарного барабана с двойными термоизолированными стенками. В некоторых моделях барабан располагается горизонтально, но чаще он устанавливается вертикально. Вода распыляется на часть барабана, находящуюся значительно впереди ножа, так что лед перед удалением успевает стать сухим и переохлажденным.

Температура хладагента, линейная скорость движения поверхности барабана или ножа, а также степень переохлаждения могут изменяться в установленных пределах, что позволяет изменять производительность льдогенератора и толщину льда. Типичная температура хладагента в таком льдогенераторе составляет от -20 до -25°C, что ниже, чем в большинстве других типов льдогенераторов. Это позволяет обеспечить быстрое охлаждение и, таким образом, делает машину более компактной. Низкая рабочая температура требует большей потребляемой мощности, но это в некоторой степени компенсируется отсутствием цикла оттаивания.

Льдогенераторы цилиндрического (трубчатого) льда

В цилиндрических льдогенераторах вода замерзает на внутренней поверхности вертикальных охлаждаемых труб с образованием полых ледяных цилиндров диаметром около 50 мм и толщиной стенок 10-12 мм. Ледяные цилиндры высвобождаются при автоматическом оттаивании трубок и нарезаются на кусочки длиной около 50 мм вращающимся резаком по мере их выскальзывания. Цилиндрические куски можно переохладить, храня их при температуре -5°C, но может потребоваться их дальнейшее измельчение, прежде чем они станут пригодными для применения в пищевой, и в частности, в рыбной промышленности.

Льдогенераторы пластинчатого льда

В льдогенераторах пластинчатого типа вода замерзает на одной стороне вертикальной охлаждаемой пластины, а слой льда высвобождается проточной теплой водой с другой стороны пластины. Размеры пластин льда могут быть различными, но оптимальная толщина составляет 10-12 мм. Охлаждаемые пластины обычно устанавливаются группами, часто над отсеком, в котором расположено холодильное оборудование, образуя автономный блок. Воду для оттаивания необходимо подогревать, если ее температура опускается ниже 23°C. Как и большинство других льдогенераторов, пластинчатый льдогенератор будет работать без участия человека по автоматическому циклу синхронизации.

Производительность льдогенераторов

Производители промышленных льдогенераторов обычно указывают широкий диапазон суточной производительности для конкретных льдогенераторов, поскольку на их производительность может влиять ряд внешних факторов. Изменения в спросе на готовый продукт лучше всего удовлетворяются путем сокращения времени работы льдогенератора или организацией производства с использованием нескольких блоков и эксплуатации только того количества, которое необходимо.

Промышленное производство льда

Производственные помещения

В Таблице 1 в качестве примера приведены некоторые рекомендации по организации производственного помещения для льдогенераторов номинальной производительностью 50 тонн в сутки. Указанные цифры относятся только к самим льдогенераторам, тогда как площади для расположения холодильного оборудования, оборудования для обработки и хранения льда обычно намного больше, чем для льдогенератора.

Таблица 1. Площадь, необходимая для льдогенератора производительностью 50 т/ сутки

Тип льда	Площадь помещения, м2	Высота помещения, м
Блочный	190	5.0
Быстрый блочный	30	3.5
Трубчатый	3.3	6.6
Чешуйчатый	2.7	3.7

Электрическая энергия

На этапе планирования и проектирования производства должны учитываться как требования к номинальной, так и к максимальной производительности оборудования. Номинальная производительность предполагает, расчетное значение потребляемой электроэнергии при производстве 1 тонны льда, и это важно при расчете эксплуатационных расходов. Максимальная производительность также важна при проектировании, поскольку она определяет, какая может потребоваться подводимая электрическая мощность, если применим коэффициент пикового спроса на производимый продукт.

Энергия, необходимая для производства тонны льда, варьируется в зависимости от ряда факторов, наиболее важными из которых являются:

• тип льдогенератора;
• рабочая температура;
• температура подпиточной воды;
• температура охлаждающей воды;
• температура наружного воздуха;
• производительность предприятия;
• степень загрузки оборудования.

Значения, приведенные в Таблице 2, показывают, как потребности в электроэнергии могут значительно возрасти в зависимости от климата.

Таблица 2. Энергия, необходимая для производства льда, кВтч/тонна

Тип льда	Умеренный климат	Тропический климат
Чешуйчатый	50-60	70-85
Трубчатый	40-50	55-70
Блочный	40-50	55-70

Значения, представленные в Таблице 2, относятся только к льдогенератору и холодильному оборудованию без учета энергопотребления конвейерами, дробилками и другим оборудованием.

Вода

В дополнение к воде для изготовления льда, вода может также потребоваться для охлаждения, конденсатора холодильной установки, или для нагрева, в системе оттаивания теплой водой. Количество воды, необходимое для изготовления льда, примерно равно количеству производимого льда плюс некоторая поправка на потери и для предотвращения накопления твердых частиц в системе циркуляции воды.

Пресная вода для приготовления льда для рыбных продуктов должна соответствовать требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Кроме того, химический состав воды для приготовления льда должен соответствовать требованиям производителей оборудования. Например, жесткая вода, содержащая чрезмерное количество твердых частиц, может засорить льдогенератор, а также может привести к получению мягкого влажного льда. С другой стороны, очищенная и умягченная вода может вызвать проблемы в установках для изготовления чешуйчатого льда, поскольку лед может сильно прилипать к барабану. В этом случае, чтобы улучшить отделение льда от барабана, устанавливают дозирующее устройство, которое добавляет 200-500 г поваренной соли на каждую тонну воды, не делая при этом лед заметно соленым при использовании для рыбных продуктов.

Если в холодильной системе льдогенератора используется конденсатор водяного охлаждения, то на каждую тонну произведенного льда требуется 15 тонн охлаждающей воды при температуре 10°C или 60 тонн при температуре 25°C. На расход охлаждающей воды могут влиять и другие факторы, поэтому на этапе детального планирования следует использовать точные данные производителей.

Конденсаторы с воздушным охлаждением могут использоваться на небольших установках, но для большинства коммерческих установок, скорее всего, будут поставляться испарительные конденсаторы или кожухотрубные конденсаторы с градирней. Испарительные конденсаторы и системы охлаждения градирен обычно используют менее 1/2 тонны воды на каждую тонну льда. Вода для оттаивания пластинчатых льдогенераторов должна быть такого же качества, как и вода для приготовления льда. На каждую тонну льда требуется около 2 тонн воды, поэтому обычно для этих целей создают замкнутый контур с подогревом воды между циклами оттаивания.

Система охлаждения

Большинство современных промышленных льдогенераторов рассчитаны на работу в автоматическом режиме 24 часа в сутки, с непродолжительными остановками на проведение плановых проверок и технического обслуживания. Таким образом, система охлаждения должная быть разработана для обеспечения надежности с защитой от сбоев или неисправностей. Большинство производителей рекомендуют систему охлаждения, которая лучше всего подходит для их льдогенераторов. Система охлаждения льдогенератора не должна зависеть использоваться совместно, например, с морозильной или холодильной камерой. Производители часто рекомендуют отдельную систему для каждого льдогенератора, чтобы при установке нескольких блоков была значительная гибкость и разумная гарантия того, что, по крайней мере, некоторые из блоков всегда находятся в производстве.

Хранение льда

Производство льда редко может удовлетворить немедленный спрос, поэтому необходимо организовать систему хранения произведенного льда для удовлетворения пикового спроса и обеспечения непрерывной работы льдогенератора. Система хранения также служит буфером на случай остановки производства из-за возникновения неисправности или планового обслуживания оборудования. Требуемый размер хранилища будет зависеть от схемы работы всего предприятия. Однако никогда не рекомендуется хранить продукцию в объеме менее чем за 2 дня производства, а в большинстве предприятий принято иметь возможность хранить готовую продукцию в объеме 4-5 дневных выработок.

Тип хранилища льда может варьироваться от простого изолированного бункера до большого охлаждаемого бункера или бункера с автоматической загрузкой, выгрузкой и взвешиванием льда.

Силосное хранилище

Бункеры обычно используются только для сыпучего переохлажденного льда, такого как чешуйчатый лед, и независимая система охлаждения для силоса необходима для поддержания переохлаждения льда при хранении. Обычно для охлаждения пространства кожуха между внутренней обшивкой силоса и внешней изолирующей конструкцией предусмотрен воздухоохладитель. Обычно воздухоохладитель расположен рядом с льдогенератором наверху силоса, и холодный воздух либо падает самотеком в рубашку, либо циркулирует с помощью вентилятора.

Лед удаляется со дна силоса, причем гравитационный поток поддерживается мешалкой с цепным приводом. При этом самый старый лед всегда используется первым. Лед, прилипший к стенке силоса, необходимо периодически освобождать, в противном случае эта ледяная корка становится постоянной, и препятствует свободному движению льда. Хранение в силосах лучше всего подходят для хранения 40-100 тонн льда.

Бункерное хранение

Бункеры могут использоваться для хранения любого вида колотого льда и могут быть любого размера, от простого ящика, вмещающего 1/2 тонны, до установки, вмещающей 1000 тонн и более. Охлаждение бункера не всегда необходимо, но независимо от его размера необходима адекватная теплоизоляция для снижения потерь.

Простая система бункеров подходит для фабрик, производящих лед для собственного использования. Льдогенератор можно установить над бункером, чтобы лед под действием силы тяжести поступал к точке выхода на дне бункера. Таким образом, самый старый лед используется первым. Там, где лед должен быть доставлен клиентам, бункеры вместимостью до 50 тонн могут быть изготовлены с наклонным полом и установлены таким образом, чтобы была возможна быстрая разгрузка непосредственно в грузовик или транспортер.

Глубина хранения льда в бункере ограничена примерно 5 м во избежание плавления льда под давлением; поэтому большие бункеры занимают значительную площадь и обычно требуют некоторых механических средств разгрузки. Для удаления льда из больших бункеров используются специальные грабли, механические лопаты и передвижные шнековые транспортеры, которые обычно удаляют лишь самый верхний слой льда в бункере, оставляя старый лед нетронутым на дне. Поэтому необходимо периодически очищать бункер, чтобы удалить весь старый лед.

Блочное хранилище льда

Ледяные блоки можно дробить и хранить так же, как и другой фрагментированный лед, но чаще блоки хранят и дробят по мере необходимости перед доставкой льда. Из-за их веса и формы блоки трудно хранить иначе, чем в один слой; таким образом, требуется значительная площадь пола. Однако обычно в самом льдогенераторе всегда остается максимальный объем льда, поскольку все банки для приготовления льда обычно должны оставаться полными.

Обработка, транспортировка и взвешивание

Льдогенераторы, расположенные прямо над хранилищем, подают лед под его собственным весом. Если льдогенератор производит влажный лед, рекомендуется слить лишнюю воду перед его хранением. Большие бункеры в отличие от силосов и небольших бункеров, требуют некоторых средств для равномерного распределения льда по всему объему хранилища.

Для транспортировки льда широко используются как ленточные, так и шнековые транспортеры. Шнеки могут осуществлять как горизонтальное, так и вертикальное перемещение льда, но могут работать только на ограниченном расстоянии. Ленточные транспортеры обычно используются для транспортировки льда на большие расстояния, а специальные оребренные ленты можно использовать для транспортировки льда по склонам. Доставка в грузовик или рыболовное судно осуществляется с помощью желоба, который можно перемещать для равномерного распределения льда.

Лед можно взвешивать автоматически на конвейерной ленте с точностью ± 2%. В других местах лед обычно измеряют по объему, взвешивая содержимое стандартного контейнера для определения плотности. Вес подаваемого дробленого блочного льда проверяется путем подсчета количества блочных блоков, доставленных в дробилку.