Пароэжекторный тепловой насос как источник альтернативной энергии в технологиях пищевой промышленности

На укрепление аграрной экономики оказывает влияние рост экономической эффективности при переработке новых альтернативных масличных культур при выработке функциональных масложировых продуктов, что, в свою очередь, влияет на качество продукции и возможность приносить прибыль для обновления производственного процесса [12, 14–20].

Одним из резервов экономии топливноэнергетических ресурсов в маслоэкстракционном производстве является совершенствование режимов энергоемкого оборудования [1, 2, 14], а также в реализации основных принципов энергосбережения, направленных на снижение энергозатрат, за счет организации рециркуляционных схем по материальным и энергетическим потокам посредством тепловых насосов [3, 6–7, 21–25].

На основании этого предлагается технология, в которой растительные масла получают с помощью пароэжекторного теплового насоса. Он необходим, чтобы получить энергоносители разного температурного потенциала, что позволит снизить удельные энергозатраты из-за максимальной рекуперации и утилизации отработанных теплоносителей в замкнутых термодинамических циклах [4, 5, 8–11, 14, 15].

В данной работе представлен пароэжекторный тепловой насос как источник альтернативной энергии в технологиях пищевой промышленности.

В сравнении с известными теплонасосными технологиями [4, 12–16] его применение открывает реальные перспективы в решении важнейших производственных задач:

• –    создаются экологически безопасные условия реализации технологии за счет применения воды в качестве хладагента, исключая использование токсичных, взрыво- и пожароопасных рабочих сред, а также за счет организации замкнутых рециркуляционных схем по материальным и энергетическим потокам со значительным снижением отвода вторичных энергоресурсов из схемы тепло– и холодо-снабжения;

• –    в качестве высокопотенциального пара может быть использован водяной пар с давлением 0,05…0,06 МПа, благодаря чему достигается экономия электроэнергии, которая расходуется только на работу органов управления и насосов высокого давления при подаче пара в эжектор;

• –    в условиях децентрализованных систем теплоснабжения, когда тепловая энергия генерируется непосредственно на объекте производства, создаются реальные условия утилизации пара низкого давления, в частности, бросового тепла газотурбинных установок и котельных агрегатов;

• –    снижаются удельные энергозатраты на 5–10 % за счет рационального использования вторичных энергоисточников.

Методы и обсуждения

Предлагаемая теплонасосная технология производства растительных масел осуществ- ляется следующим образом (см. рисунок) [13].

Исходные масличные культуры с начальной влажностью 17,5 % сначала по линии 1.1 подают в сушилку 1, где снижается влажность до 8 %, и выводят из нее по линии 1.2 на вальцовый станок 2 для измельчения масличных культур до размера 1 мм, после чего по линии 1.3 продукт подают на сепарирующую машину 3, где сход по линии 1.4 направляют на доизмельчение на вальцевый станок 2, а измельченные масличные культуры по линии 1.5 направляют на обжарку до доведения влажности 2 % в обжарочный аппарат 4, образовавшуюся мезгу по линии 1.6 подают на форпресс 5, масло по линии 1.7 из форпресса 5 направляют на фильтрацию в фильтрпресс 6, где по линии 1.8 отводят форпрессовый жмых на экстракцию, по линии 1.9 отводят осадок на дальнейшую обработку, а профильтрованное масло по линии 1.10 из фильтрпресса 6 направляют в экспозитор с рубашкой 7 для вымораживания восковых веществ, которые отводят по линии 1.11 , а готовое масло выводят по линии 1.12 .

Процесс сушки масличных культур в сушилке 1 осуществляют кондиционированным воздухом, который подогревают в теплообменнике-рекуператоре 9, при этом отработанный воздух после сушки в линии 3.1 подвергают очистке от взвешенных частиц в циклоне 8 с последующим охлаждением и осушением в испарителе 15 пароэжекторной холодильной машины, включающей двухсекционный холо-доприемник, одна секция 13 из которых работает на подготовку холодной воды перед подачей в рубашку экспозитора 7, а вторая секция 12 – для конденсации влаги из отработанного воздуха в виде тумана или капельной жидкости с последующим отводом образовавшегося конденсата в сборнике конденсата 21; перегретый пар после электропароперегревателя 10 теплового насоса подают на обжарку 4, при этом часть отработанного перегретого пара в количестве испаряемой из продукта влаги подают по линии 4.1 в теплообменник-рекуператор 9 для нагрева воздуха, образовавшийся при этом конденсат отводят в сборник конденсата 21, а вторую часть отработанного пара отводят по линии 4.0 в электропароперегреватель 10, где его перегревают и вновь подают на обжарку 4 в режиме замкнутого цикла.

Линия производства растительного масла

Рабочий пар по линии 5.0 из парогенератора 20 подают в эжектор 14, эжектируемые пары по линии 6.1 из испарителя 15 создают в нем разрежение с температурой кипения воды 5…7 °С, которая используется в качестве хладагента; смесь рабочего и эжектируемого по линии 5.1 паров подают в конденсатор 11, где кинетическая энергия потока смеси в эжекторе преобразуется в тепловую энергию; часть конденсируемых паров из конденсатора 11 через терморегулирующий вентиль 26 отводят на пополнение убыли воды по линии 6.0 в испаритель 15, а другую часть посредством насоса 18 подают в парогенератор 20; отработанный сушильный агент с температурой 60…70 °С подвергают очистке в циклоне 8 и подают в одну из секций холодоприемника 12, где он охлаждается до температуры точки «росы» и осушается с последующей подачей сначала в конденсатор 11 пароэжекторной машины, где нагревается до температуры 70 °С, а затем в теплообменник-рекуператор 9, в котором его температура доводится до 85…90 °С, с которой подается в сушилку 1 в режиме замкнутого цикла; процесс обжарки осуществляют перегретым паром, в контуре рекуперации которого устанавлен электропароперегреватель 10; излишнюю часть отработанного перегретого пара в количестве испарившейся влаги из продукта отводят по линии 4.1 из контура рециркуляции в теплообменник-рекуператор 9 для подогрева воздуха, подаваемого на сушку в сушилку 1, образовавшийся конденсат из теплообменника- рекуператора 9 вместе с образовавшимся конденсатом в виде капельной жидкости в секции холодоприемника 12 при охлаждении отработанного сушильного агента отводят в сборник конденсата 21; процесс охлаждения продукта в экспозиторе с рубашкой 7 осуществляют водой, охлажденной в секции холодоприем-ника 13 с подачей охлажденной воды по линии 2.0 в рубашку экспозитора 7 с возвратом по линии 2.0 в секцию холодоприемника 13 в режиме замкнутого цикла.

Заключение

Пароэжекторный тепловой насос в масложировой промышленности на примере получения растительных масел позволяет обеспечить:

– подготовку высокопотенциального перегретого пара для реализации процесса обжарки и последующим использованием низкопотенциального пара для подготовки сушильного агента в процессе сушки;

• –    подготовку холодного воздуха в испарителе теплового насоса для интенсивного охлаждения семян масличных культур;

• –    повысить надежность теплонасосной системы;

• –    повысить энергетическую эффективность производства растительных масел;

• –    получать растительное масло, обладающее высоким качеством;

• –    создать безотходную и экологически чистую технологию получения растительных масел;

• –    снизить энергозатраты и себестоимость на 5–10 %.