Zastosowanie przemysłowych pomp ciepła przy produkcji żywności
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 13.09.2016

Wpisując w wyszukiwarki internetowe hasło „eksport produktów spożywczych” już na pierwszej stronie wyników pojawiają się hasła „kolejny rekordowy rok” i tym podobne. Możemy o tym przeczytać tak na portalach branżowych, jak i biznesowych.

 

 

 

Do niegdyś flagowych polskich produktów takich jak np. jabłka (które obecnie przeżywają dużo zmian – nie koniecznie pozytywnych) dołączyły już wędliny i mięso, truskawki, borówki, pieczarki, częściowo pieczywo i wiele innych. Historia zmian od lat 90-tych pokazuje, że kolejne wyzwania takie jak np. rosyjskie embarga w perspektywie kilkuletniej nie są już niszczące dla Polskich przedsiębiorców. Tak też na pewno się stanie z brexitem Wielkiej Brytanii.

 

Dlaczego tak się dzieje? Z wielu powodów. Polscy producenci potrafią adaptować swój produkt (jabłka – cydr, warzywa – surówki itd.), dysponują również jeszcze relatywnie tanią siłą roboczą i odważnie podążają za nowościami technologicznymi usprawniającymi produkcję. O tym ostatnim będzie dalsza część artykułu.

 

Banałem będzie napisanie, że w produkcji spożywczej powszechna jest potrzeba chłodzenia. Chłodzenia podczas przechowywania jak i często produkcji. Banałem także będzie pisanie o podgrzewaniu produktu (gotowanie, pasteryzacja, upłynnianie itd.). Nowością jest natomiast możliwość połączenia tych procesów jednym urządzeniem. W naszych rozważaniach skupimy się na rozwiązaniu układu chłodzenia/grzania przy produkcji bardziej ciągłej niż okresowej.

 

Można powiedzieć, że już obecnie istnieje możliwość wykorzystywania urządzeń chłodniczych do jednoczesnego chłodzenia i ogrzewania procesów. Niestety urządzenia pracujące na najpopularniejszych obecnie czynnikach HFC są w stanie uzyskać górną temperaturę w okolicach 60°C bez skraplania (czyli nadal większość ciepła nie jest wykorzystana). Tymczasem w większości procesów wymagana wysoka temperatura wacha się między 70 a 95°C. Jednym słowem w praktyce pompy ciepła na HFC są mało przydatne. 

 

Sytuację tą w sposób wręcz przełomowy zmienia zastosowanie w pompie ciepła jako czynnik R744. Na rysunku 1. przedstawiony został przykładowy obieg chłodniczy dla temperatur 0/35°C (typowy chiller do produkcji żywności).

 

 

2016 08 66 1

2016 08 66 2

Rys. 1. Przykład procesu technologicznego w oparciu o czynnik R744

 

 

Warto przypomnieć, iż uzyskujący wysoką temperaturę tłoczenia, ale już wycofany, czynnik R22 osiąga na tłoczeniu maksimum 105°C, zaś popularny R404A nie więcej niż 80°C. Ze względu na przebieg procesu chłodniczego konieczne jednak jest skroplenie czynnika w skraplaczu, więc całkowita ilość odebranego ciepła będzie przy temperaturze nie wyższej niż temperatura skraplania – załóżmy 45°C.

 

W urządzeniu chłodniczym / pompie ciepła pracującej na R744 (CO2), dzięki zastosowanej technologii oraz wchodzeniu w obszar nadkrytyczny możliwa jest stała praca przy ogrzewaniu medium do temperatury 95°C lub nawet więcej. To pozwala na wykorzystanie do pasteryzacji momentalnej (temperatura około 75°C) lub wysokiej (temp. około 90°C).

 

 

 

Gałęzie przemysłu, w którym możliwe jest wykorzystanie urządzeń chłodniczych / pomp ciepła na CO2 do jednoczesnego ogrzewania i chłodzenia to m.in.:

  • wyroby mleczne (mleko, sery, lody itd.),
  • produkcja czekolady i słodyczy,
  • piwowarstwo,
  • suszenie,
  • produkcja wędlin,
  • produkcja soków,

i wiele innych.

 

 

 

Do zalet łączenia ogrzewania i chłodzenia w jednym urządzeniu na CO2 można zaliczyć:

  • zmniejszenie kosztów eksploatacji poprzez zużycie tylko jednego źródła energii,
  • zwiększenie sprawności poprzez pracę na czynniku CO2, 
  • zmniejszenie kosztów inwestycyjnych (jedno urządzenie zamiast dwóch),
  • zmniejszenie ilości wymaganych źródeł energii (gaz + elektryczność -> elektryczność) – mniejsze koszty przyłączy, 
  • w odpowiednich warunkach kompaktowa konstrukcja, 
  • praca na ekologicznym czynniku i mniejszy całkowity ślad CO2 produktu końcowego (istotne przy produkcji ekologicznej),
  • brak ograniczeń przepisami UE po 2020 r.

 

Niestety, jak każde rozwiązanie układ taki ma też wady:

  • konieczność posiadania odpowiedniej wiedzy technicznej jeśli nie korzysta się z urządzeń typu monoblok, 
  • usterka chłodzenia może automatycznie spowodować przestój w dostarczaniu ciepła (brak możliwości odbioru ciepła nie musi jednak oznaczać problemu z produkcją chłodu),
  • większe koszty inwestycyjne w porównaniu z prostym chillerem,
  • w niektórych wypadkach konieczność synchronizacji zapotrzebowania na chłód i ciepło.

 

Już dziś dostępne są rozwiązania urządzeń kilku producentów – przykład na rys. 2. Cały układ na CO2 został zamknięty w obrębie jednej obudowy. Do podłączenia pozostają jedynie woda/glikol/ inne medium oraz zasilanie elektryczne. Klient zyskuje na połączeniu procesów i pracy na czynniku CO2 (R744), nie będąc zmuszonym do ingerencji w działanie samego urządzenia.

 

 

2016 08 66 3

2016 08 66 4

Rys. 2. Przykładowe rozwiązania pompy ciepła pracującej na czynniku R744

 

 

Pod względem logicznym proponowane w niniejszym artykule rozwiązanie jest bardzo proste. Na dzień dzisiejszy większość klientów realizuje produkcję zgodnie ze schematem przedstawiającym przykładową produkcję czekolady (rys. 3a). Wg naszej idei w firmie, którą prowadzę, promujemy, projektujemy i liczymy czasy zwrotu inwestycji rozwiązań wg schematu 3b.

 

 

a)

2016 08 67 2

b)

2016 08 67 3

Rys. 3. Pod względem logicznym rozwiązanie układu wygląda następująco: a) obecnie stosowane rozwiązania; b) z zastosowaniem pompy ciepła

 

 

W tabeli 1 przedstawione zostało przykładowe porównanie kosztów eksploatacji (bez uwzględnienia kosztów inwestycyjnych) dla najczęściej spotykanych konfiguracji ogrzewanie + chłód oraz dla proponowanej konfiguracji (pompa ciepła na CO2).

 

 

2016 08 67 1

 

 

Powyższe obliczenia przeprowadzone zostały dla procesu zamkniętego. Nadwyżka ciepła skraplania musi zostać oddana do powietrza lub do innego procesu wymagającego ogrzewania (np. ogrzewanie rurociągów z czekoladą).

 

Co ciekawe, przy konfiguracji z typowym dry-coolerem pompa ciepła / urządzenie chłodnicze na CO2 może pracować jak zwykły chiller. Klient wtedy rezygnuje z zysków wynikających z łączenia procesów, ale nadal pozostaje z urządzeniem zużywającym mniej energii (praca na CO2).

 

Podsumowując, z przynajmniej dwóch powodów (przepisy, oszczędności energii) zbliża się czas przeskoku technologicznego dla wielu producentów wykorzystujących instalacje chłodnicze. Jest to oczywiście znacznym kosztem, ale przy odpowiednim podejściu także potencjałem rozwojowym na skalę wcześniej nie spotykaną.

 

 

mgr inż. Maurycy SZWAJKAJZER
współwłaściciel Enreco
Sp. z o.o. sp. komandytowa

 

PODOBNE ARTYKUŁY:

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

Reklama
  • omii

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.