Підвищення енергоефективності виробничих дільниць з обсмаження кави шляхом використання скидного тепла
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми. Технологічні процеси харчової промисловості,
пов'язані з термообробкою продуктів, належать до найбільш енергоємних.
Обсмаження кави потребує нагріву до 180–200 °C, з корисним використанням теплоти лише 35–40 %. Втрати (20–25 %) формують потенціал для утилізації.
Зростання вартості газу, ISO 50001 та екологічні норми актуалізують рекуперацію тепла. В Україні це критично через нестабільність енергетики. Аналіз ростерів показує потенціал 55–90 кВт тепла, що зменшить газоспоживання на 5–6 % та викиди CO₂.
Метою дослідження є підвищення енергоефективності виробничих
дільниць з обсмаження кави шляхом оцінювання потенціалу вторинних
енергетичних ресурсів та обґрунтування технічно й економічно доцільної системи рекуперації теплоти, що забезпечує зниження споживання природного газу та зменшення теплових втрат технологічного процесу.
Поставлена мета вимагає розв’язання таких наукових завдань:
1. проаналізувати технологічний процес обсмаження кави та визначити
основні джерела теплових втрат у виробничих дільницях.
2. дослідити сучасні методи та технічні рішення рекуперації теплоти у
термічних процесах харчової промисловості.
3. сформувати енергетичний баланс підприємства та оцінити потенціал
вторинних енергетичних ресурсів у потоках димових газів та повітря
охолоджувача.
4. виконати теплотехнічні розрахунки та розробити комбіновану систему
рекуперації теплоти, придатну для інтеграції у діючу інфраструктуру.
5. оцінити економічну та екологічну ефективність впровадження системи,
зокрема вплив на споживання природного газу та викиди CO₂.
6. розробити рекомендації щодо практичного впровадження
запропонованого енергоефективного рішення на виробництві.
Об’єкт дослідження. Енергетичні процеси виробничих дільниць з
обсмаження кави на промисловому підприємстві, зокрема робота ростерів, систем вентиляції, охолодження та теплопостачання, що формують споживання енергоресурсів і теплові втрати у технологічному циклі.
Предмет дослідження. Методи та технічні рішення підвищення
енергоефективності процесу обсмаження кави шляхом утилізації вторинних енергетичних ресурсів, включно з теплотехнічними параметрами димових газів, теплим повітрям охолоджувачів, характеристиками рекупераційних систем і їхнім впливом на енергетичний баланс підприємства.
Методи дослідження. Науково-методичну основу виконаних досліджень
склали аналітичні методи опрацювання науково-технічної літератури та
нормативних документів, положення енергетичного аудиту відповідно до EN 16247-1 та принципів ДСТУ ISO 50001:2020, експериментальні вимірювання теплотехнічних параметрів технологічного обладнання, а також методи теплопередачі та термодинамічного аналізу для оцінювання структурних потоків теплоти. Для обґрунтування ефективності запропонованої системи застосовано
математичне моделювання енергетичного балансу ростера, розрахункові
залежності теплових потоків газових і повітряних середовищ, економічний аналіз енергоощадних заходів та оцінювання екологічного ефекту за питомими коефіцієнтами викидів. Розрахункова частина виконувалась із використанням програмного середовища Microsoft Excel та прикладних інструментів інженерного аналізу.
Наукова новизна результатів дослідження. полягає у комплексному
підході до підвищення енергоефективності процесу обсмаження кави шляхом інтегрованого використання вторинних енергетичних ресурсів, що ґрунтується на поєднанні теплотехнічного аналізу технологічних втрат та математичного моделювання комбінованої системи рекуперації теплоти. На відміну від існуючих підходів, у роботі вперше для умов вітчизняного виробництва обґрунтовано ефективність одночасного відбору теплоти з димових газів після термоокиснювача
та теплого повітря від охолоджувача обсмаженого зерна, що дозволяє сформувати узгоджений тепловий баланс і забезпечити стабільність роботи рекупераційної системи при циклічному режимі ростера. Розроблена модель теплових потоків враховує реальні експлуатаційні дані, включно з нерівномірністю теплового навантаження, що дало змогу кількісно визначити межі ефективності теплообмінників та встановити оптимальні параметри їх роботи. Уперше отримано
розрахункове обґрунтування енергетичного, економічного й екологічного ефекту для підприємств кавової промисловості, що дозволяє інтегрувати систему рекуперації в енергетичний менеджмент відповідно до вимог ISO 50001 та формує наукові передумови для застосування комбінованих рекупераційних технологій у
суміжних термічних процесах харчової промисловості.
Практичне значення полягає у тому, що:
– розроблена комбінована система рекуперації теплоти може бути
безпосередньо впроваджена у виробничих умовах підприємств кавової
промисловості та інших харчових виробництв із подібними термічними процесами;
– отримані результати забезпечують інженерно обґрунтований вибір
параметрів теплообмінного обладнання для утилізації теплоти димових газів і
повітря охолоджувачів обсмаженого зерна;
– сформована теплова модель дозволяє визначати реальний потенціал
утилізації вторинних енергетичних ресурсів та встановлювати оптимальні режими
роботи системи в умовах циклічності технологічного навантаження;
– виконані економічні розрахунки підтверджують доцільність
впровадження системи з огляду на зниження споживання природного газу,
скорочення експлуатаційних витрат та зменшення викидів CO₂;
– запропоновані технічні рішення можуть бути використані під час
модернізації систем опалення та вентиляції, формування політики енергетичного
менеджменту підприємства відповідно до вимог ISO 50001;
– результати роботи можуть бути застосовані при підготовці техніко-
економічних обґрунтувань інвестиційних проектів у сфері енергоощадності.
Опис
Ключові слова
енергетична ефективність, енергетичний аудит, ростер, обсмаження кави, скидне тепло, рекуперація теплоти, енергетичний баланс, димові гази, енергоменеджмент, energy efficiency, energy audit, roaster, coffee roasting, waste heat, heat recovery, energy balance, flue gases, energy management
Бібліографічний опис
Телевний, Д. О. Підвищення енергоефективності виробничих дільниць з обсмаження кави шляхом використання скидного тепла : магістерська дис. : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Телевний Дмитро Олексійович. – Київ, 2025. – 97 с.