Емкости с плавающей крышкой (floating roof tanks) представляют собой резервуары для хранения жидкостей, верхняя крышка которых свободно плавает на поверхности содержимого. Такая конструкция позволяет гибко регулировать объем хранимой жидкости, не оставляя над ней свободного пространства, что уменьшает испарение и предотвращает взрывоопасные концентрации паров.
История создания
Первая емкость с плавающей крышкой была разработана и запатентована в 1923 году в Техасе. Инженеры нефтеперерабатывающего завода решили проблему опасных скоплений испарений при хранении легких нефтепродуктов.
Конструкция состояла из стальной цилиндрической емкости и двухслойной понтонной крышки с внутренним каркасом из резиновых пневматических камер. При нагнетании или стравливании воздуха камеры расширялись или сжимались, увеличивая или уменьшая диаметр крышки и плотно прижимая ее к стенкам. Так регулировался объем свободного пространства.
Основные преимущества:
- Отсутствие взрывоопасной концентрации испарений
- Простой способ измерения уровня жидкости по положению крышки
- Хранение произвольного переменного объема
- Бесконтактность с химически активным продуктом (в отличие от стационарной крышки)
Недостатки:
- Большой износ уплотняющей шины от внешних факторов
- Возможность проколов и протечек шины
- Накопление осадков, льда и снега на открытой крыше
- Вероятность деформаций от перепадов температур
Тем не менее этот простой и надежный метод хранения различных жидкостей нашел широкое применение в нефтехимической промышленности и активно используется до сегодняшнего дня.
Применение в пищевой промышленности
В 70-х годах изобретение недорогой нержавеющей стали дало вторую жизнь идее плавающих крышек для емкостей. Небольшие пивоварни, винодельни, сыроварни и другие фермерские производства остро нуждались в гибких резервуарах переменного объема.
Проблемы традиционных фиксированных емкостей:
- Сложность прогнозирования урожая и объемов продукции из года в год
- Затраты на дополнительные резервуары или разлив при частичной реализации
- Сложность контроля процессов брожения в закрытых емкостях
Преимущества плавающих крышек:
- Нулевой ненужный объем воздуха над продуктом
- Возможность полного доступа на начальных стадиях брожения
- Постоянный контроль и регулирование процесса
- Низкая стоимость для небольших производств
Однако пищевая среда обнаружила и свои специфические проблемы:
- Сложность полной очистки и дезинфекции мест стыковки
- Ограниченная эластичность пищевого пластика, трудно обнаруживаемые микропротечки
- Риск перекрестного микробиологического загрязнения продукта от остатков предыдущих партий
Технические решения недостатков
Со временем был разработан целый ряд усовершенствований оригинальной конструкции 1923 года, существенно повысивших надежность и долговечность плавающих крышек:
1. Использование высокотехнологичных композитных полимеров (фторопласт, политетрафторэтилен) в качестве рабочей поверхности крышки. Они обладают исключительной инертностью к агрессивным средам и перепадам температур при низкой стоимости.
2. Применение двойных и даже тройных герметизирующих перегородок с компенсационными камерами между ними. Это надежно защищает от появления щелей и микротечей.
3. Внедрение многоуровневых систем безопасности от переливов, автоматически реагирующих на приближение уровня жидкости к верхней отметке.
4. Замена пневмосистемы на механическое централизованное подъемное устройство (гидравлика или винтовой домкрат). Повышает управляемость, устраняет угрозу проколов и сбоев пневматики.
5. Модульность конструкции плавающей крышки, позволяющая оперативно заменить отдельные части без полной остановки работы резервуара.
6. Встраивание в конструкцию вспомогательных технических средств — обогрев, очистка от осадков, герметизация узлов ввода-вывода жидкости и т.п.
Применение в виноделии
Виноделие довольно поздно пришло к использованию емкостей с плавающими крышками, по сравнению с другими отраслями пищевой промышленности. Дольше всего сохранялись традиции закладки брожения гроздей вина или яблочного сусла в деревянные бочки.
Однако к настоящему моменту уже сотни винзаводов по всему миру оснастили свои производства надежными емкостями с плавающими крышками объемом от 5 тыс. до 500 тыс. литров для хранения и выдержки виноматериалов. Они характеризуются целым рядом важных преимуществ:
1. Возможность полноценного микробиологического и химического контроля на этапе бурного брожения винограда, регулярного перемешивания (пижажа), быстрого прекращения доступа воздуха после брожения.
2. Унификация и автоматизация производственных процессов. Легкое масштабирование в соответствии с урожаями текущего года.
3. Высокая скорость и безопасность технологических операций наполнения и слива за счет насосной подачи.
4. Идеальная герметичность, полное отсутствие кислорода и СО2 в среде выдержки виноматериалов.
5. Дружественность к окружающей среде. Полное отсутствие потерь виноматериалов, 100% переработка гроздей и фруктов.
Таким образом, емкости с плавающей крышкой являются в наши дни практически идеальным технологическим решением как для оптовых винзаводов, так и для небольших фермерских виноделен. Они позволяют полностью решить проблемы гибкого объема, потерь на стадии брожения и хранения, обеспечивают полный контроль за биохимическими процессами. К недостаткам таких емкостей можно отнести лишь довольно высокую стоимость оборудования и необходимость специальной герметичной насосной подачи виноматериалов.