Казалось бы, что может быть проще чем ёмкость переменного объёма? Бак, емкость которого можно регулировать в произвольных пределах от почти нулевой, до максимально конструктивно допустимой, это вещь, которая будет полезна в любых, самых разных отраслях человеческой деятельности. Потребность в такой емкости существует в самых разных производствах, от нефтеперегонки до пищевой. Однако к изобретению и практической реализации в виде емкостей с плавающей крышкой ("floating top" или "floating roof tank") человечество шло очень долго, решая потребности различных производств самыми разными иными способами. Давайте, для начала, определимся о чём мы говорим?
Емкость с плавающей крышкой — это бак для хранения различных жидкостей, который представляет собой цилиндрическую емкость без стационарной верхний поверхности. Верхняя крышка этой емкости непосредственно соприкасается с хранимой жидкостью, а если быть точным, то просто плавает на её поверхности и имеет диаметр незначительно меньший чем диаметр самой емкости. При наполнении или сливе жидкости из емкости через впускную горловину, находящуюся обычно в нижней части емкости, возле ее дна, крышка свободно перемешается вдоль стенок емкости, поднимаемая или опускаемая как понтон, верхней поверхностью содержимого. Между краем крышки и стенками ёмкости расположена фиксирующая система, которая в произвольный момент может быть активирована тем или иным способом, что приводит к блокировке перемещения крышки и превращает емкость в контейнер произвольного фиксированного объема. При необходимости изменить объем хранимой жидкости фиксирующая система освобождается и крышка вновь приобретает возможность свободно подниматься или опускаться, плавая на поверхности хранимого продукта.
Казалось бы, что может быть проще? Однако практическая реализация потребовала от человечества весьма серьезного развития - первая емкость с плавающей крышкой была изобретена и смонтирована не более чем 100 лет назад, в 1923 году. Одна из нефтеперерабатывающих компаний Техаса, в попытке избежать рисков возгораний и взрывов газообразных испарений, образующихся при хранении нефтепродуктов, поставила перед инженерами задачу разработать такую технологию, которая одновременно позволяла бы хранить произвольный и переменный объем легких фракций, без пустого объёма над жидкостью, с нулевым просветом между крышкой ёмкости и топливом. Результатом стал патент на конструкцию, представлявшую из себя толстостенную металлическую колонну с двухслойной понтонной крышей, которая плавала на поверхности нефтепродуктов. Боковая поверхность ее представляла из себя нечто вроде велосипедного колеса - по всей образующей крыши шла глубокая выемка, в которую была уложена толстостенная резиновая изолирующая шина, в которую по мере необходимости можно было нагнетать или стравливать воздух, тем самым увеличивая или уменьшая ее диаметр, тем самым распирая ее в стенки емкости или, наоборот, освобождая.
Достоинства подобной конструкции было трудно переоценить - она не требовала какой-то суперсложной системы контроля за заполненностью емкости - достаточно было физически померять расстояние от текущего положения крыши до верхнего максимального уровня, чтобы точно знать объем хранимого продукта. Она убирала необходимость постоянного контроля насыщенности "хэдспейса" (пустого объема над хранимой жидкостью в емкости) парами лёгких фракций нефти, ввиду его отсутствия. Решение позволяло сколь угодно долго без доступа воздуха хранить произвольное количество продукции внутри ёмкости произвольного объема. Казалось бы - сплошные плюсы!
Однако довольно быстро выяснилось, что конструкции имеет и свои недостатки - основным из них являлось то, что уплотнительная шина постоянно контактировала с химически активными продуктами хранения и требовала резины особого, чрезвычайно высокого, качества и особой химической стойкости. Она также была уязвима к проколам и протечкам. Осадки, выпадающие на крыши ёмкостей открытого хранения (вне помещений), требовали постоянного откачивания воды с поверхности крыши, чистки снега. Солнце и перепады температур могли приводить (и приводили) к изменению геометрии крыши? её прогибам и деформациям с образованием щелей между ней и стенками ёмкости. Однако, несмотря на все "минусы" емкости подобной системы довольно быстро вошли в химическую и нефтеперегонную промышленность и активно использовались (да и сейчас активно применяются) на протяжении многих десятков лет.
Изобретение и существенное удешевление пищевой нержавеющей стали в середине семидесятых годов XX века вдохнуло новую жизнь в эту инженерную идею - фермеры занимающиеся производством сыров, вина, пива, сидра и другой пищевой продукции уже давно нуждались в емкостях переменного объема. Традиционно используемые бочки, амфоры, бетонные бассейны и прочие сосуды всегда ставили перед малым производителем очень сложную задачу: зачастую фермер не может точно предсказать объём продукта, производимый в разные периоды его деятельности, причем этот объем может варьироваться весьма сильно. Особенно ярко это заметно в виноделии - винодел никогда не может загодя точно предсказать, какой урожай ягод он получит и какого объёма емкости для сбраживания и хранения вина ему потребуются. Более того, при реализации готового продукта (вина), в ситуации, когда необходимо продать только часть имеющегося вина, возникает вопрос - "Что делать с оставшимся вином?". Его нужно либо полностью разливать по бутылкам и хранить до следующего покупателя уже готовую продукцию, либо перемещать часть вина в емкость меньшего объёма. Что требует либо дополнительных финансовых средств на покупку бутылки, либо дополнительных емкостей малого объёма, с возможностью заполнить свободное пространство в ёмкости нейтральным газом. Это и дорого, и сложно. С точки зрения производства продуктов алкогольного брожения (вина, сидра, пива) ёмкости с плавающей крышкой имеют еще одно важное достоинство - они позволяют проводить в них бурное алкогольное брожение, предоставляя свободный доступ (при полностью снятой крышке) к содержимому бака. Во время брожения это дает возможность перемешивать содержимое емкости при необходимости (в виноделии процесс называется "пижаж"), проводить регулярный химический и бактериологический контроль процесса ферментации, быстро прекращать доступ воздуха к содержимому в момент окончания процесса брожения.
Однако в процессе эксплуатации таких емкостей в пищевой промышленности обнаружились и некоторые дополнительные специфические недостатки - в первую очередь это проблемы связанные со сложностью гигиены изолирующей шины. В стыке между крышкой и боковыми стенками могут накапливаться остатки продуктов предыдущих партий, вызывая микробиологические и прочие загрязнения. Этот узел крайне сложно поддается полной очистке и дезинфекции, что может приводить к порче продукции. Кроме того, пищевой пластик, который выступает в роли материала для изолирующей шины, имеет весьма ограниченную эластичность и ёмкости склонны к образованию трудно обнаружимых протечек воздуха, что может приводить к окислению и другим нежелательным процессам в хранимой продукции.
Тем не менее можно сказать, что для начальных стадий производства, для получения опыта работы с молочными и фруктовыми продуктами брожения, емкости с плавающей крышкой представляют из себя интересное и сравнительно бюджетное решение, позволяющее решить многие проблемы малого фермерского хозяйства без серьёзных затрат на оборудование.
