biyomedikal uygulamalarda kullanılan biyomalzemeler

Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi
Cilt: 12, No: 3, 2015 (99-108)
Electronic Journal of Machine Technologies
Vol: 12, 3, 2015 (99-108)
TEKNOLOJİK
ARAŞTIRMALAR
www.teknolojikarastirmalar.com
e-ISSN:1304-4141
Makale
(Article)
Buharlaşma Prosesi Eşanjör Isı Transferi Analizi: Şeker Fabrikası
Örneği
Tolga TANER* ve Mecit SİVRİOĞLU**
*Aksaray Üniversitesi Teknik Bilimler MYO Motorlu Araçlar ve Ulaştırma Teknolojisi Bölümü, 68100 Aksaray
** Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü, 06100 Ankara
e-posta: [email protected]
Özet
Bu çalışmada, dünyanın en önemli şeker entegre tesislerinden biri olan Çumra Entegre Tesisinin ham şerbet
buharlaşma prosesi ısı transferi hesaplamaları yapıldı. Bu çalışmanın amacı, ham şerbet üretiminde buharlaştırıcı
olarak kullanılan eşanjörlerin (ısı değiştirgeçleri) kütle denkliği ve enerji hesaplamaları ile buharlaştırıcı proses
sıcaklık giriş ve çıkışları fabrika proses enerji analizi hesaplamalarında kullanabileceğini göstermektir. Bu enerji
hesaplamalarında kullanılan bazı parametrik veriler fabrikanın otomasyon kumanda merkezinden alınmış ve bazı
kabuller yapılmıştır. Bu hesaplamalara göre şeker üretimindeki buhar ihtiyacı ve özellikleri hesaplanmıştır.
Evaporatörlerdeki buharlaştırıcı sıcaklık farkının 5.0 ile 8.7 [°C] arasında değiştiği hesaplanmıştır. Ayrıca
basıncın ise 0.17 ile 0.87 [bar] aralığında olduğu bulunmuştur. Hesaplamalar sonucunda, ham şerbet üretiminde
kullanılan eşanjör (ısı değiştirgeci) enerji miktarının 2723.00 [kJ/pg] ve kireçli ham şerbet üretiminde kullanılan
eşanjör enerji miktarının ise 11453.75 [kJ/pg] bulunmuştur. Bu çalışmada, kireçli ham şerbet üretiminde
kullanılan eşanjörden elde edilen enerjinin daha fazla olduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Buharlaşma, Isı transferi, Enerji, Eşanjör, Evaporatör.
Heat Transfer Analyse of Evaporation Process Exchanger: A Case of
Study Sugar Factory
Abstract
In this study, we presented the evaporation of the raw juice process was calculated heat transfer for Cumra
integrated sugar plant which is the one of the important integrated sugar plant in the world. The aim of this study,
we showed heat exchangers process mass balance and temperatures that can be used energy analyse calculation for
the production of raw juice evaporator. These data were recently taken in collaboration with the Department of
Factory Central Monitoring and Directorate of Maintenance and Energy. It was assumed for the calculation of the
production of sugar vapour demand and features. The evaporator temperature difference that was calculated was
found 5.0 to 8.7 [°C]. Moreover, the evaporator pressure was found 0.17 to 0.87 [bar]. The result of this study, the
production of the raw sugar used the heat exchanger energy quantity that was found 2723.00 [kJ/pg], and the
production of the calcareous raw sugar used the heat exchanger energy quantity that was found 11453.75 [kJ/pg].
This study extrapolated that the production of the calcareous raw sugar energy quantity was more than the
production of the raw sugar used the heat exchanger energy quantity.
Keywords: Evaporation, Heat Transfer, Energy, Heat Exchanger, Evaporator.
1. GİRİŞ
Dünyadaki şeker üretimi gıda sektöründe en önemli konumda bulunmaktadır. Şeker fabrikaları büyük
miktarlarda enerji kullanmaktadır. Şeker üretim proseslerinde büyük miktarlarda buhar enerjisi
kullanmasından dolayı enerjiye olan ihtiyaç çok fazladır. Bu çalışmada, ham şerbet üretiminde kullanılan
Bu makaleye atıf yapmak için
Taner T.*, Sivrioğlu M., “Buharlaşma Prosesi Eşanjör Isı Transferi Analizi: Şeker Fabrikası Örneği” Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2015, 12 (2) 99-108
How to cite this article
Taner T.*, Sivrioğlu M., “Heat Transfer Analyse of Evaporation Process Exchanger: A Case of Study Sugar Factory” Electronic Journal of Machine Technologies,
12 (2) 99-108
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
Buharlaşma Prosesi Eşanjör Isı Transferi Analizi: Şeker Fabrikası
Örneği
buharlaştırıcılardaki ısı değiştirgeçlerinin enerji miktarları hesaplanmıştır. Kireçli ve kireçsiz olarak ham
şerbet üretiminde kullanılan buhardaki miktarlar karşılaştırılmıştır. Kireçli ham şerbet buharlaştırıcısından
elde edilen enerjinin büyük olduğu görülmüştür.
Gıda prosesleri enerji ve ekserji analizlerinin, işletme karlılığına olan katkısı çok büyüktür. Gıda
sektöründe üretim prosesinde enerjinin çok kullanılmasından ötürü enerji tüketimi çok fazla olmaktadır.
İşletmelerin karlılığı için; enerjiden maksimum tasarruf elde etmek ve enerji – ekserji kayıplarını en aza
indirgemek gerekmektedir.
Gıda sektörü proseslerinde enerjinin korunumu için mühendislik bilgileri çok iyi kullanılmalıdır.
Özellikle termodinamik ve ısı transferi prensipleri uygulamaları enerji ve ekserji hesaplamaları için çok
önemlidir.
Daha önce benzer çalışmalar incelenmiştir. Bu çalışmalar şu şekildedir. Şeker fabrikası kazan sistemi
ekserji yıkımının başlıca sebeplerinden birisinin ısı değiştirgeçleri olduğu sonucuna ulaşılmıştır [1].
Bu nedenle, her bir evaporatör için sıcak ve soğuk akışkan tüketiminde, ortalama logaritmik sıcaklık farkı
ve ısı transferi katsayılarını belirlemede ve minimum enerji tüketimi sağlamada iyi bir ısı değiştirici
tasarımı gereklidir [2].
Bir başka çalışmada, ham şerbet üretiminde ısı değiştirgeçlerde enerji üretimindeki ısı transfer yüzey
alanının hesaplamalarda çok önemli olduğu belirtilmiştir [3, 4].
Isı değiştirgeçlerin, sıcaklık ve basınçların yüksek olduğu zaman meydana getirecekleri korozyonu
önlemede ve küçük entalpi değişikliklerinde çok gereklidir [5].
Bir başka çalışmada, ısı değiştirgeçlerinin ısıyı tekrar geri kazanmak için kullanıldığı belirtilmektedir [6].
Ensinas ve Ark. [7] çalışmalarında buhar tüketimini belirlemek için, bir eşanjör ağı tasarlayarak her işlem
biriminde buhar tüketimini tespit etmişlerdir.
Başka çalışmada, enerji dengesi hesabı ısı değiştirici için gerekli buhar miktarını belirlemektedir. Ham
şerbet üretim prosesi boyunca; ham şerbet yoğunluğunun değişimi, ısıtıcılara giren suyun sabit basınçtaki
özgül ısı (Cp) hesabında çok önemlidir [8].
Bu çalışma, dünyanın en büyük entegre tesislerinden birine sahip Çumra Şeker Entegre Tesislerindeki
ham şerbet üretim proses ısı değiştiricilerinde yapılmıştır. Fabrikanın merkez otomasyon bölümünden
alınan değerlerle ısı değiştirgeçlerinin kütle denkliği ve enerji hesaplamalarında bulunulmuştur. Bu
çalışmadaki amaç ise buharlaştırıcıların enerji analizinin şeker fabrikaları ham şerbet üretiminde önemli
bir yere sahip olduğunu göstermektir.
2. MATERYAL ve METOT
Fabrikanın öncelikle proseslerdeki ısı transferi ile ilgili hesaplamaları yapılarak Şekil 1’deki
evaporatörlerdeki gerekli miktardaki buhar ihtiyacının bulunması için ısı değiştirgeçleri kütle ve enerji
hesaplamaları yapılmıştır. Bu hesaplamalara göre şeker üretimindeki buhar ihtiyacı ve özellikleri
hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda bazı noktaların belirlenmesi gerekmiştir.
Şekil 1 fabrikanın merkez bilgisayar sistemindeki anlık ekran görüntüsü olarak alınmış olup, fabrika
evaporatörlerine ve ısı değiştirgeçlerine ait şematik bir şekildir. Burada fabrikada adlandırılan ismi ile
tephir olan terimin teknik adı buharlaştırıcıdır. Aynı şekilde sulu şerbet ısıtıcıları diye adlandırılan eşanjör
100
Taner T., Sivrioğlu M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
terimin teknik adı ise ısı değiştirgeçleri olarak anılmaktadır. Evaporatörlerin basıncı 1.0 ile 2.7 bar
arasında değişmektedir. Isı değiştirgeçleri vasıtasıyla evaporatörlerde ki buharlaştırma prosesi
gerçekleşmektedir.
Şekil 1. Evaporatör ve ısı değiştirgeçleri genel görünüm (Fabrikanın merkez bilgisayar sistemi monitör
anlık görüntüsü) [9]
Şeker fabrikalarının şeker üretim proseslerinde enerji ve ekserji analizlerinin karşılaştırmasını
yapılabilmesi için kütle enerji denkliğinde (literatür taramalarda da) 100 [pg] birim pancar olarak 100
[kg]’lık kütle ele alınmıştır. Bir başka deyişle 100 [kg/pg] kütle enerji denkliğinde baz alınarak
hesaplamalar yapılmıştır.
Fabrikanın ısı değiştirgeçleri kütle ve enerji hesaplamaları için, fabrika verilerine göre ve literatür
taramalarına göre bazı parametre değerleri kabul edilmiştir [10].
Buna göre proses enerji ve ekserji analizi hesaplamalarında kullanılan bazı parametreler ve değerler Tablo
1’de verilmiştir. Ham şerbet üretimindeki Şekil 1’de detay resmi verilmiş ısı değiştirgeçlerin kütle
denkliği ve enerji hesaplamaları yapılmış, sonuçlar Tablo 1’de verilmiştir.
Bu fabrika verilerine ve bazı kabullere göre buharlaşma prosesi için buhar hesaplamaları yapılmıştır.
Buhar hesaplamalarında ham şerbet verileri çok önem kazanmaktadır. Bunun nedeni ise hamr şerbet
üretim prosesinde ısı değiştirgeçlerinin kullanılmasıdır. Tablo 1’de ham şerbet saflığının% 88, ham şerbet
sıcaklığının 35 ℃ ve Evaporatör sulu şerbet brix oranının %16.5 olduğu görülmüştür.
101
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
Buharlaşma Prosesi Eşanjör Isı Transferi Analizi: Şeker Fabrikası
Örneği
Tablo 1. Fabrika verileri ve bazı kabuller [9]
Pancar şeker oranı
Taze pancar kıyımı saflığı
Pancar brix
Pancar sıcaklığı
Ham şerbet saflığı
Ham şerbet brix
Ham şerbet sıcaklığı
Difüzyon sıcaklığı
Sıkılmış küspe brix
Sıkılmış küspe saflığı
Koyu şerbet brix
Koyu şerbet saflık
Prese suyu brix
Nemli küspe brix
Şeker saflık
Şeker brix
Nemli kristal şeker brix
Nemli kristal şeker saflığı
Filtre çamuru (pfk)
Sulu şerbet brix
Sulu şerbet saflığı
Evaporatör sulu şerbet brix
Rafine koyu şerbet brix
Melas brix
Melas saflık
% 17,00
% 78,50
% 23,38
22 ℃
% 88,00
% 17,30
35 ℃
68 ℃
% 23,00
% 8,36
% 72,00
% 90,80
% 1,50
% 10,00
% 100,0
% 55,00
% 72,00
% 100,0
% 70,00
% 16,50
% 90,80
% 16,50
% 71,00
% 85,00
% 55,00
2. 1 Buharlaşma Prosesi İçin Buhar Hesaplamaları
Buharlaştırıcı sıcaklık hesabı:
Tb Tsu,d + TKNY
(1)
Eşitlik (1)’de TKNY ifadesi kaynama noktası yükselme sıcaklığıdır. Buharlaşma sırasında pancar giriş
sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklıkta kaynaması anlamına gelir.
Buharlaştırıcı sıcaklık farkı hesabı:
Tb Th,i -Tb
(2)
Buharlaştırıcı ısı değişim katsayı hesabı [10]:
Buharlaştırma prosesinde, ham şerbet daha yüksek bir kaynama noktasında kaynamaya başlamasıdır.
Ham şerbet yüksek derişimli bir çözelti olduğu için kaynama noktası yükselmesi bu tip çözeltilerde çok
102
Taner T., Sivrioğlu M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
görülür ve basınç arttıkça da kaynama noktası yükselmeye başlar. Kaynama noktası yükselme sıcaklık
hesabı [10]:
TKNY 6,064 10-5 *
2
(273+Tb,i ) x2s,o
(374,3-Tb,i)
0.38
2
+ *5,84 10-7 (xs,o -40) +0,00072+
(4)
Ham şerbet üretimi ısı değiştirgeçleri kütle denkliği ve enerji hesaplamaları şu şeklide yapılır. Ham şerbet
üretimi ısı değiştirgeçleri kütle denkliği ve enerji hesaplamaları için aşağıdaki ısı transferi
denklemlerinden yararlanılmıştır [9].
Isı transfer yüzey alanı:
Ah
Qh
(5)
Uh Th,log
Isı değiştirgeçleri ısı değişim katsayı hesabı:
Uh 6,978
v
0,8
Th,i (1,8a )
(6)
Isıtıcı sıcaklık farkı hesabı:
Th,log
(Th,b -Ts,i) (Th,b -Ts,o )
ln(
(7)
Th,b -Ts,i
)
Th,b -Ts,o
Isı değiştirgeç enerji dengesi:
Q̇ h = UhAh∆Th,log
(8)
Buharlaşma prosesi buhar hesaplamaları için Şekil 2’ye göre teknik özellikler çıkarılmıştır. Bu resim
fabrikanın merkez bilgisayar sistemi monitörlerinden alınmış olup, buna göre hesaplamalar yapılmıştır.
IA.
Evap.
I. Evap.
II.
Evap.
III.
Evap.
Yedek.
Evap.
IV.
Evap.
V.
Evap.
Şekil 2. Evaporatörler (Fabrikanın merkez bilgisayar sistemi monitör anlık görüntüsü) [9]
Şekil 2’ye göre sırasıyla IA, I, II, III, IV, V nolu evaporatörler aracılığıyla buharlaşma prosesi
tamamlanmaktadır. Ayrıca sistemde herhangi bir arızaya karşı yedek evaporatörde bulunmaktadır.
Evaporatörlerin buradaki görevi buharlaşmayı sağlamaktır.
103
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
Buharlaşma Prosesi Eşanjör Isı Transferi Analizi: Şeker Fabrikası
Örneği
Buharlaştırıcı sıcaklığının bulunması için öncelikle kaynama noktası yükseltme sıcaklığı bulunmuştur.
Burada doymuş su giriş sıcaklığı ile ham şerbet çıkış kuru madde oranı parametrelerinden faydalanılarak
kaynama noktası yükseltme sıcaklığı aşağıdaki şekilde hesaplanmış ve Tablo 2’de TKNY ifadesi ile yer
almıştır. Kaynama noktası yükseltme sıcaklıkları bulunduktan sonra buharlaştırıcı sıcaklık sonuçları
bulunmuştur.
Buharlaştırıcı sıcaklıkları fabrikanın proses kütle giriş ve çıkış sıcaklıkları olarak kullanılmıştır. Buna
göre enerji ve ekserji analiz hesaplamaları yapılmıştır. Buharlaştırıcı sıcaklık giriş ve çıkış
hesaplamalarında şu formüller kullanılarak Tablo 2 oluşturulmuştur.
Ayrıca buharlaştırıcı ısı değişim katsayısı da hesaplanarak evaporatörler arasındaki fark bulunmuş ve
Tablo 2’de gösterilmiştir. Burada küçükten büyüğe doğru sırasıyla IA, V, III, II, I, IV nolu
evaporatörlerde buharlaştırıcı ısı değişim katsayısının sıralandığı görülmektedir.
Buharlaştırıcı ısı değişim katsayısı hesaplanırken Şekil 2 ele alınarak hesaplamalar yapılmıştır.
Buharlaştırıcı sisteminde izlenmesi gereken parametreler aşağıda verilmiş, Tablo 2’de buharlaşma
prosesindeki buharın teknik özellikleri yukarıda verilen ısı transferi formülleri ile hesaplanmıştır.
Tablo 2. Buharlaşma prosesindeki buharın teknik özellikleri tablosu [9]
Proses Adları ve
Teknik Özellikler:
Proses Parametre:
Birim:
Buhar girişi
Buhar çıkışı
(Isıtma için)
Tb,i
Pb,i
[°C] [bar]
(Şerbet için)
Tb,o
Pb,o
[°C]
[bar]
Buhar Sıcaklık, Basınç Farkları ve Kaynama
Noktası Yükseltilme Sıcaklığı
KM
[%]
S
[%]
∆Tb
[°C]
∆P
[bar]
∆TKNY
[°C]
Isı Transfer
Hesaplamaları
Qg
[kJ/kg]
Tb
[°C]
Ub
[kW/m2K]
IV. Evaporatör
108
1,31
102,5
1,03
15 75,20
5,50
0,28
0,26
2230,55
108,26
33,56
I. Evaporatör
134
3,20
129,0
2,34
25 69,04
5,00
0,86
0,67
2168,35
134,67
25,05
II. Evaporatör
128
2,50
121,0
1,96
35 66,80
7,00
0,54
1,08
2199,75
129,08
17,15
III. Evaporatör
119
1,90
111,9
1,32
45 67,50
7,10
0,58
1,69
2222,77
120,69
12,47
V. Evaporatör
101
1,10
96,0
0,87
55 68,00
5,00
0,23
2,59
2260,44
103,59
8,76
IA. Evaporatör
129
2,70
120,3
2,53
65 111,2
8,70
0,17
5,55
2200,58
134,55
9,63
Not: KM kuru madde, S şeker saflığı, Pb,i giriş basıncı, Pb,o çıkış basıncı, ∆Tb buharlaştırıcı sıcaklık farkı, ∆P giriş ve çıkış
basınç farkı, Qg gizli ısı (Buhar giriş sıcaklığına göre bulunmuştur), Tb buharlaştırıcı sıcaklığı, Ub buharlaştırıcı ısı değişim
katsayısı, Tb,i ve Tb,o buharlaştırıcı giriş ve çıkış sıcaklığı, kaynama noktası yükseltme sıcaklığıdır.
Qg gizli ısıları doymuş su sıcaklık tablosuna göre alınmış olup ısıtma için gerekli olan buharlaştırıcı giriş
sıcaklığına göre bulunmuşlardır [11]. Yukarıdaki tabloda bulunan sıcaklık giriş ve çıkışları değerler
fabrika proses uygulamalarının enerji ve ekserji analizinde kullanılmıştır.
3. ARAŞTIRMA BULGULARI
Ham şerbet üretimindeki ısı değiştirgeçleri kütle denkliği ve enerji hesaplamaları Materyal ve Metot
bölümünde verilmiştir. Bazı kabullere göre kütle denklik ve enerji parametreleri hesaplanmıştır.
Ham şerbet üretimi ısı değiştirgeçleri kütle denkliği ve enerji hesaplamaları için ısı transferi
denklemlerinden yararlanılmıştır [10, 12].
Isı değiştirgeçleri ile ilgili hesaplamalarda Şekil 3 ele alınarak hesaplamalar yapılmıştır.
104
Taner T., Sivrioğlu M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
Evap.1-2-3A
Evap.3B-4-5
SULU ISI DEĞİŞTİRGEÇLERİ
Şekil 3. Isı değiştirgeçleri
Eşanjör (Fabrikanın merkez bilgisayar sistemi monitör anlık görüntüsü) [9]
Isı değiştirgeç ısıtılan ürün (soğuk akışkan) için enerji dengesi formülü ile enerji miktarı aşağıdaki formül
ile bulunarak Tablo 3 oluşturulmuştur.
Qh,i = ṁ Cp ∆Th
(9)
∆Th = Th,o – Th,i
(10)
Isı değiştirgeçleri ısı değişim katsayısı hesabı yapılmıştır.
Isı değiştirgeçleri ısı değişim katsayı hesabı:
Uh 6,978
v
0,8
Th,b (1,8a )
(11)
Daha sonra ısı değiştirgeci ısıtan ürün (sıcak akışkan) için logaritmik ısıtıcı sıcaklık farkı hesaplanmıştır.
Isıtıcı sıcaklık farkı hesabı:
Th.log
(Th,b -Ts,i) (Th,b -Ts,o )
ln(
Th,b -Ts,i
)
Th,b -Ts,o
(12)
Bulunan bu değerlerden sonra ısı transfer yüzey alanı hesaplanmıştır.
Isı transfer yüzey alanı:
Ah
Q
Uh Th,log
(13)
Isı değiştirgeç enerji dengesi:
Qh = UhAh∆Th,log
(14)
Yukarıdaki formüller eşliğinde ham şerbet üretimindeki ısı değiştirgeçlerindeki kütle denkliği ve enerjiler
hesaplanarak Tablo 3 oluşturulmuştur.
105
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
Buharlaşma Prosesi Eşanjör Isı Transferi Analizi: Şeker Fabrikası
Örneği
Tablo 3. Ham şerbet üretimindeki ısı değiştirgeçlerin kütle denkliği ve enerji tablosu [9]
Th,b [°C]
Th,o[°C]
∆Th,log [°C]
ṁ h,o [kg/pg]
Uh [W/m2 K]
Isı değiştirgeç ısıtılan ürün (soğuk akışkan)
Ham Şerbet Ham Şerbet Kireçli Ham Şerbet
100
100
119
34
41
50
41
46,6
75
3,88
3,88
3,85
2 723
2 178,4
11 453,75
% 17,30
% 17,30
% 71,00
Isı değiştirgeç ısıtan ürün (sıcak akışkan)
Su
Su
Su
50
58
96
43
44
61
12,17
14,01
31,88
117,28
54,9
74,21
1 938,00
1 996,25
2 225,42
Ah [m2]
114,90
Isı değiştirgeçleri parametre/birim
ṁ h,i [kg/pg]
Th,i [°C]
Th,o[°C]
Cp [kJ/kg K]
Qh,i [kJ/pg]
xh,o (% KM)
Isı değiştirgeçleri parametre/birim
77,87
161,43
Not: 100 pg 100 kg birim pancara göre demektir. Va = 1,5 [m/s], ortalama şerbet hızı
Ham şerbet üretimindeki ısı değiştirgeçlerindeki kütle denkliği ve enerji hesaplamaları ile ısı
değiştirgeçlerindeki yüzey alanları bulunmuştur. Buradaki sıcaklık giriş ve çıkışları fabrika proses
uygulamalarında kullanılmıştır.
4. SONUÇLAR ve ÖNERİLER
Bu çalışma, şeker fabrikalarında enerji buharının ne kadar önem arz ettiğini vurgulamıştır. Şeker
fabrikalarında yoğun olarak kullanılan enerjiden tasarruf sağlamak için ısı transferi hesaplamalarına
dikkat edilmesi gerektiği ortay konmuştur. Buna benzer çalışmalar ele alındığında ısı değiştirgeçleri ile
ilgili bir çalışmada basıncın 0.20 ile 1.01 [bar] arasında olduğu görülmüştür [2]. Bizim çalışma ile
benzerlik göstermektedir. Ensinas ve Ark. [7] çalışmalarında evaporatörlerdeki buharlaştırıcı sıcaklık
farkını mümkün olduğunca en aza indirmenin enerji tasarrufu sağlayacağını belirtmişlerdir. Bir başka
çalışmada, ısı değiştirgeçleri basınçların 0.16 ile 1.69 [bar] arasında değiştiği gözlemlenmiştir [10].
Bu çalışmada ise, evaporatörlerdeki buharlaştırıcı sıcaklık farkının 5.0 ile 8.7 [°C] arasında değiştiği
hesaplanmıştır. Ayrıca basıncın ise 0.17 ile 0.87 [bar] aralığında olduğu bulunmuştur. Hesaplamalar
sonucunda, ham şerbet üretiminde kullanılan eşanjör (ısı değiştirgeci) enerji miktarının 2723.00 [kJ/pg]
ve kireçli ham şerbet üretiminde kullanılan eşanjör enerji miktarının ise 11453.75 [kJ/pg] bulunmuştur.
Bu çalışmada, kireçli ham şerbet üretiminde kullanılan eşanjörden elde edilen enerjinin daha fazla olduğu
sonucuna ulaşılmıştır.
Böylece, şeker fabrikalarında ham şeker üretim prosesinde kireçli ham şerbet üretiminden elde edilen
enerji yoğunluğunun büyük avantaj sağladığı görülmüştür [9]. Buradan elde edilen buhar enerjisinin diğer
proses aşamalarında kullanılmasının fabrika için kar sağlayacağı gösterilmiştir.
106
Taner T., Sivrioğlu M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
5. TEŞEKKÜR
Çumra Şeker Fabrikası Entegre Tesislerinde çalışan üst düzey yöneticilere bu çalışma sırasında göstermiş
oldukları katkılarından dolayı teşekkür ederiz.
6. KAYNAKLAR
1. Vuckovic G.D., Stojiljkovic M.M., Vukic M.V., Stefanovic G.M., Dedeic E.M., Advanced exergy
analysis and exergoeconomic performance evaluation of thermal processes in an existing industrial
plant, Energy Conversion and Management, 85, 655–662, 2014.
2. Palacios-Bereche R., Ensinas A.V., Modesto M., Double-effect distillation and thermal integration
applied to the ethanol production process, Energy, 82, 512-523, 2015.
3. Gul S., Harasek M., Energy saving in sugar manufacturing through the integration of environmental
friendly new membrane processes for thin juice pre-concentration, Applied Thermal Engineering, 43,
128-133, 2012.
4. Klemes J.J., Varbanov P.S., Heat integration including heat exchangers, combined heat and power,
heat pumps, separation processes and process control, Applied Thermal Engineering, 43, 1-6, 2012.
5. Bramsiepe C., Sieversa S., Seifert T., Stefanidis G.D., Vlachos D.G., Schnitzer H., Muster B.,
Brunner C., Sanders J.P.M., Bruins M.E., Schembecker G., Low-cost small scale processing
technologies for production applications in various environments—Mass produced factories,
Chemical Engineering and Processing, 51, 32–52, 2012.
6. Lever M., Modelling the energy performance of a farm-scale cellulose to ethanol process with on-site
cellulase production and anaerobic digestion, Renewable Energy, 74, 893-902, 2015.
7. Palacios-Bereche R., Ensinas A.V., Modesto M., Nebra S.A., New alternatives for the fermentation
process in the ethanol production from sugarcane: Extractive and low temperature fermentation,
Energy, 70, 595-604, 2014.
8. Cutz L., Santana D., Techno-economic analysis of integrating sweet sorghum into sugar mills: The
Central American case, Biomass and Bioenergy, 68, 195-214, 2014.
9. Taner T., Gıda Sektöründe Enerji Verimliliği ve Enerji Yönetimi: Şeker Fabrikası Örneği, Gazi
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara, 2013.
10. Ensinas A.V., Nebra S.A., Design of evaporation systems and heaters networks in sugar cane
factories using a thermoeconomic optimization procedure, International Journal of Thermodynamics,
10 (3), 97-105, 2007.
11. Cengel Y.A., Boles M.A., Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw Hill, New York,
2011.
12. Genceli O.F., Isı Değiştirgeçleri, Birsen Yayınevi, İstanbul, 2005.
SEMBOLLER
Ah
Cp
KM
ṁ h,i
ṁ h,
Pb,i
Pb,o
Q̇ h
Qg
S
Tb,i
Isı değiştirgeç transfer yüzey alanı, [m2]
Sabit basınçta özgül ısıl, [kJ/kg K]
Kuru madde, [%]
Giriş kütlesi, [kg/pg]
Çıkış kütlesi, [kg/pg]
Giriş basıncı, [bar]
Çıkış basıncı, [bar]
Isı değiştirgeç enerjisi, [W]
Gizli ısı, [kJ/kg]
Şeker saflığı, [%]
Buhar su giriş sıcaklığı, [℃]
107
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) 99-108
Tb
Th,b
Th,i
Ts,i
Ts,o
Tsu,d
Ub
Uh
va
xh,o
xs,o
Tb
∆Th,log
TKNY
Buharlaşma Prosesi Eşanjör Isı Transferi Analizi: Şeker Fabrikası
Örneği
Buharlaştırıcı sıcaklığı, [℃]
Isı değiştirgeç buhar sıcaklığı, [℃]
Isıtıcı (ısı değiştirgeci) giriş sıcaklığı, [℃]
Ham şerbet giriş sıcaklığı, [℃]
Ham şerbet çıkış sıcaklığı, [℃]
Doymuş su sıcaklığı, [℃]
Buharlaştırıcı ısı değişim katsayı, [kW/m2℃]
Isı değişim katsayısı, [kW/m2K], [W/m2 ℃]
Ham şerbet akış hızı, [m/s]
Kuru madde oranı, [%]
Ham şerbet çıkış kuru madde oranı, KM [%]
Buharlaştırıcı sıcaklık farkı, [℃]
Isı değiştirgeç ortalama logaritmik sıcaklık farkı, [℃]
Buharlaştırıcı sıcaklığı ile doymuş su sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkı, [℃]
108