Підвищення енергоефективності виробничих дільниць з обсмаження кави шляхом використання скидного тепла

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorБориченко, Олена Володимирівна
dc.contributor.authorТелевний, Дмитро Олексійович
dc.date.accessioned2026-03-31T09:31:39Z
dc.date.available2026-03-31T09:31:39Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractАктуальність 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.
dc.description.abstractotherRelevance of the topic. Technological processes in the food industry related to heat treatment of products are among the most energy-intensive. Roasting coffee requires heating to 180–200 °C, with only 35–40% of the heat being used effectively. Losses (20– 25%) create potential for utilization. Rising gas prices, ISO 50001, and environmental standards make heat recovery a pressing issue. In Ukraine, this is critical due to the instability of the energy sector. Analysis of roasters shows a potential of 55–90 kW of heat, which will reduce gas consumption by 5–6% and CO₂ emissions. The aim of the research is to improve the energy efficiency of coffee roasting production areas by assessing the potential of secondary energy resources and justifying a technically and economically feasible heat recovery system that reduces natural gas consumption and heat losses in the technological process. The set goal requires solving the following scientific tasks: 1. Analyze the coffee roasting process and identify the main sources of heat loss in production areas. 2. Investigate modern methods and technical solutions for heat recovery in thermal processes in the food industry. 3. Formulate the energy balance of the enterprise and assess the potential of secondary energy resources in flue gas and cooler air flows. 4. Perform thermal calculations and develop a combined heat recovery system suitable for integration into the existing infrastructure. 5. Assess the economic and environmental efficiency of the system's implementation, in particular its impact on natural gas consumption and CO₂ emissions. 6. Develop recommendations for the practical implementation of the proposed energy-efficient solution in production. Object of research. Energy processes in coffee roasting production areas at an industrial enterprise, in particular the operation of roasters, ventilation, cooling, and heat supply systems, which determine energy consumption and heat loss in the technological cycle. Subject of research. Methods and technical solutions for improving the energy efficiency of the coffee roasting process through the utilization of secondary energy resources, including the thermal parameters of flue gases, warm air from coolers, the characteristics of recovery systems, and their impact on the energy balance of the enterprise. Research methods. The scientific and methodological basis of the research was formed by analytical methods of processing scientific and technical literature and regulatory documents, energy audit provisions in accordance with EN 16247-1 and the principles of DSTU ISO 50001:2020, experimental measurements of the thermal parameters of technological equipment, as well as heat transfer and thermodynamic analysis methods for evaluating structural heat flows. To substantiate the effectiveness of the proposed system, mathematical modeling of the energy balance of the roaster, calculated dependencies of heat flows of gas and air environments, economic analysis of energy-saving measures, and assessment of the environmental effect by specific emission factors were used. The calculation part was performed using the Microsoft Excel software environment and applied engineering analysis tools. The scientific novelty of the research results lies in a comprehensive approach to improving the energy efficiency of the coffee roasting process through the integrated use of secondary energy resources, based on a combination of thermal analysis of technological losses and mathematical modeling of a combined heat recovery system. Unlike existing approaches, the work substantiates for the first time for domestic production conditions the effectiveness of simultaneous heat extraction from flue gases after the thermal oxidizer and warm air from the roasted grain cooler, which allows for the formation of a coordinated heat balance and ensures stability. of the recovery system during the roaster's cyclic operation. The developed heat flow model takes into account real operating data, including the unevenness of the heat load, which made it possible to quantitatively determine the limits of heat exchanger efficiency and establish the optimal parameters for their operation. For the first time, a calculated justification of the energy, economic, and environmental effects for coffee industry enterprises has been obtained, which allows the integration of the recovery system into energy management in accordance with the requirements of ISO 50001 and forms the scientific prerequisites for the application of combined recovery technologies in related thermal processes in the food industry. The practical significance lies in the fact that: – the developed combined heat recovery system can be directly implemented in the production conditions of coffee industry enterprises and other food production facilities with similar thermal processes; – the results obtained provide an engineering-based selection of parameters for heat exchange equipment for the utilization of heat from flue gases and air coolers for roasted beans; – The thermal model developed allows determining the real potential for utilizing secondary energy resources and establishing optimal operating modes for the system under conditions of cyclical technological load. – Economic calculations confirm the feasibility of implementing the system in view of the reduction in natural gas consumption, operating costs, and CO₂ emissions. – The proposed technical solutions can be used during the modernization of heating and ventilation systems and the formation of the company's energy management policy in accordance with the requirements of ISO 50001. – The results of the work can be used in the preparation of technical and economic justifications for investment projects in the field of energy efficiency.
dc.format.extent97 с.
dc.identifier.citationТелевний, 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.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/79858
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectенергетична ефективність
dc.subjectенергетичний аудит
dc.subjectростер
dc.subjectобсмаження кави
dc.subjectскидне тепло
dc.subjectрекуперація теплоти
dc.subjectенергетичний баланс
dc.subjectдимові гази
dc.subjectенергоменеджмент
dc.subjectenergy efficiency
dc.subjectenergy audit
dc.subjectroaster
dc.subjectcoffee roasting
dc.subjectwaste heat
dc.subjectheat recovery
dc.subjectenergy balance
dc.subjectflue gases
dc.subjectenergy management
dc.titleПідвищення енергоефективності виробничих дільниць з обсмаження кави шляхом використання скидного тепла
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
TelevnyiDO_magystr.pdf
Розмір:
1.42 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ЕП)
Магістерські роботи