بهینه‌سازی وکیوم پکیج در صنایع روغن خوراکی
بهینه‌سازی وکیوم پکیج در صنایع تولید روغن خوراکی و اسیدهای چرب
چگونه می‌توان در واحد بی‌بو‌سازی، خلأ موردنیاز فرآیند را با دبی مکش مناسب و کمترین مصرف بخار تأمین کرد؟ در این راهنما، معیارهای عملکرد وکیوم پکیج اجکتوری، روش تخمین مصرف بخار، ارزیابی اتلاف انرژی و راهکار کنترل هوشمند مصرف در فصول مختلف سال بررسی می‌شود.
چرا بهینه‌سازی وکیوم پکیج در واحدهای روغن ضروری است؟
بخش مهمی از فرآیند تولید روغن‌های خوراکی و اسیدهای چرب تحت خلأ انجام می‌شود. در واحد بی‌بو‌سازی معمولاً از وکیوم پکیج چهارمرحله‌ای اجکتوری و در بخش هیدروژناسیون از سیستم‌های دومرحله‌ای استفاده می‌شود.
مدیریت هزینه‌های جاری
مصرف بخار، آب خنک‌کننده و برق تجهیزات جانبی، بر هزینه‌های جاری کارخانه اثر مستقیم دارد. انتخاب و بهره‌برداری بهینه از سیستم خلأ می‌تواند هزینه تأمین انرژی را کنترل کند.
پایداری تولید و نگهداری
کاهش توقف‌های ناخواسته، حداقل‌کردن تعمیرات و حفظ ظرفیت فرآیند از شاخص‌های مهم انتخاب تجهیزات در خطوط تولید هستند.
اجکتورهای بخار به دلیل ساختار ساده، عملکرد پایدار، نداشتن قطعات دوار و مستهلک‌شونده و قابلیت کارکرد پیوسته، در بسیاری از کاربردهای صنعتی از جمله تولید روغن خوراکی و اسیدهای چرب مورد استفاده قرار می‌گیرند.
عملکرد اجکتور به هندسه و ابعاد داخلی نازل و شیپوره وابسته است. عبور بخار محرک از نازل، سرعت بالایی ایجاد می‌کند و با انتقال مومنتوم به جریان مکش، امکان ایجاد خلأ را فراهم می‌سازد. بنابراین هرگونه انحراف از هندسه طراحی، کیفیت ماشین‌کاری یا وضعیت سطوح داخلی می‌تواند راندمان اجکتور را کاهش دهد.
حتی در سیستم‌های استاندارد نیز پس از چند سال کارکرد، فرسایش سطوح داخلی و تغییر ابعاد نازل‌ها و شیپوره‌ها ممکن است باعث افزایش مصرف بخار، افت ظرفیت مکش و کاهش سطح خلأ شود. پیامد این وضعیت می‌تواند طولانی‌شدن زمان فرآوری، افت ظرفیت تولید و تغییر کیفیت محصول باشد.
تأثیر فشار خلأ بر زمان فرآیند بی‌بو‌سازی
فشار مطلق محفظه بی‌بو‌سازی بر زمان موردنیاز فرآیند اثر مستقیم دارد. هرچه فشار مطلق پایین‌تر و خلأ عمیق‌تر باشد، جداسازی ترکیبات فرّار و نامطلوب آسان‌تر شده و زمان فرآیند می‌تواند کاهش یابد. در مقابل، افت خلأ ممکن است زمان تولید را افزایش دهد.
بر اساس مثال گزارش، در فشار مطلق 2.6 mbar زمان بی‌بو‌سازی حدود ۴ ساعت است. با افزایش فشار محفظه به حدود 6 mbar، زمان فرآیند به حدود ۶ ساعت می‌رسد؛ یعنی در این مثال، زمان فرآیند حدود ۵۰ درصد افزایش پیدا می‌کند.
خلأ عمیق‌تر علاوه بر کاهش زمان فرآیند، می‌تواند به جداسازی مؤثرتر ترکیبات بودار و اسیدهای چرب آزاد (FFA)، بهبود کیفیت نهایی روغن، کاهش تنش حرارتی وارد بر محصول و حفظ بهتر ترکیبات ارزشمند آن کمک کند.
مشخصات فنی وکیوم پکیج‌های کاراجت برای واحد بی‌بو‌سازی
جدول زیر مدل‌های استاندارد وکیوم پکیج اجکتوری کاراجت را برای واحدهای بی‌بو‌سازی روغن خوراکی نشان می‌دهد. شرایط مبنای طراحی عبارت‌اند از فشار بخار محرک 7 barg، فشار مطلق خلأ 2.6 mbar و دمای آب خنک‌کننده ۳۰ تا ۳۸ درجه سانتی‌گراد.
این اطلاعات می‌تواند برای انتخاب اولیه مدل، تخمین مصرف بخار و برآورد ظرفیت آب خنک‌کننده مورد استفاده قرار گیرد. طراحی نهایی باید بر اساس ترکیب گاز مکش، بار بخار اسپارج، اسید چرب، هوای نشتی و شرایط واقعی سایت انجام شود.
| مدل | بخار محرک | ترکیب گاز مکش در فشار خلأ 2.6 mbar | آب خنک‌کننده | وزن (تن) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| مصرف بخار (kg/hr) | بخار اسپارج (kg/hr) | اسید چرب (kg/hr) | هوای نشتی (kg/hr) | مجموع گاز مکش (kg/hr) | دمای ورودی (°C) | دمای خروجی (°C) | دبی حجمی (m³/hr) | ||
| DVP-15 | 183.8 | 11.7 | 1.46 | 1.83 | 15 | 30 | 38 | 13.1 | 0.25 |
| DVP-30 | 367.5 | 23.4 | 2.9 | 3.7 | 30 | 30 | 38 | 26.2 | 0.5 |
| DVP-50 | 612.5 | 39 | 4.88 | 6.1 | 50 | 30 | 38 | 43.7 | 0.8 |
| DVP-70 | 857.5 | 54.6 | 6.8 | 8.5 | 70 | 30 | 38 | 61.2 | 1.2 |
| DVP-100 | 1225 | 78 | 9.8 | 12.2 | 100 | 30 | 38 | 87.4 | 1.7 |
| DVP-150 | 1837.5 | 117.1 | 14.6 | 18.3 | 150 | 30 | 38 | 131.1 | 2.5 |
| DVP-200 | 2450 | 156.1 | 19.5 | 24.4 | 200 | 30 | 38 | 174.9 | 3.4 |
| DVP-250 | 3062.5 | 195.1 | 24.4 | 30.5 | 250 | 30 | 38 | 218.6 | 4.2 |
| DVP-300 | 3675 | 234.1 | 29.3 | 36.6 | 300 | 30 | 38 | 262.3 | 5 |
| DVP-350 | 4287.5 | 273.2 | 34.1 | 42.7 | 350 | 30 | 38 | 306 | 5.8 |
با توجه به دانش فنی و تجربه کاراجت در طراحی سیستم‌های خلأ اجکتوری، امکان طراحی و ارائه سیستم سفارشی متناسب با شرایط فرآیندی، ظرفیت تولید و محدودیت‌های بهره‌برداری هر کارخانه نیز وجود دارد.
انتخاب فشار بخار محرک نیز باید متناسب با فشار بهینه و بخار در دسترس سایت انجام شود. طراحی بر مبنای فشار بخار نامتناسب با شرایط کارخانه می‌تواند هزینه تأمین بخار و استهلاک دیگ بخار را افزایش دهد.
روش تخمین مصرف بخار اجکتورها و بخار اسپارج
۱. مصرف بخار محرک اجکتورها
دبی بخار عبوری از نازل اجکتور، با فرض بخار اشباع، به دو عامل اصلی وابسته است: فشار بخار در پشت نازل و قطر گلویی نازل. جدول زیر مقدار تقریبی مصرف بخار محرک را برای قطرهای مختلف گلویی و فشارهای متفاوت نشان می‌دهد.
| قطر گلویی نازل (mm) | فشار بخار پشت نازل اجکتور (barg) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 12 | 14 | |
| 2 | 10 | 12 | 13 | 15 | 17 | 18 | 21 | 25 |
| 2.5 | 16 | 18 | 21 | 23 | 26 | 28 | 33 | 39 |
| 3 | 23 | 26 | 30 | 34 | 37 | 41 | 48 | 55 |
| 3.5 | 31 | 36 | 41 | 46 | 51 | 56 | 66 | 75 |
| 4 | 40 | 47 | 53 | 60 | 66 | 73 | 86 | 99 |
| 4.5 | 51 | 59 | 67 | 76 | 84 | 92 | 108 | 125 |
| 5 | 63 | 73 | 83 | 93 | 104 | 114 | 134 | 154 |
| 5.5 | 76 | 89 | 101 | 113 | 125 | 138 | 162 | 186 |
| 6 | 91 | 105 | 120 | 135 | 149 | 164 | 193 | 222 |
| 6.5 | 106 | 124 | 141 | 158 | 175 | 192 | 226 | 260 |
| 7 | 123 | 143 | 163 | 183 | 203 | 223 | 262 | 302 |
| 7.5 | 142 | 165 | 187 | 210 | 233 | 256 | 301 | 347 |
| 8 | 161 | 188 | 213 | 239 | 265 | 291 | 343 | 395 |
| 8.5 | 182 | 211 | 241 | 270 | 299 | 329 | 387 | 445 |
| 9 | 204 | 237 | 270 | 303 | 336 | 368 | 434 | 499 |
| 9.5 | 227 | 264 | 301 | 337 | 374 | 410 | 483 | 556 |
| 10 | 252 | 293 | 333 | 374 | 415 | 455 | 536 | 616 |
| 10.5 | 278 | 323 | 367 | 412 | 457 | 501 | 590 | 679 |
| 11 | 305 | 355 | 403 | 452 | 502 | 550 | 649 | 746 |
| 12 | 363 | 422 | 480 | 538 | 597 | 655 | 772 | 888 |
| 13 | 426 | 495 | 563 | 632 | 701 | 768 | 906 | 1042 |
| 14 | 494 | 574 | 653 | 733 | 813 | 891 | 1050 | 1208 |
| 16 | 646 | 750 | 854 | 957 | 1062 | 1164 | 1372 | 1578 |
| 18 | 817 | 949 | 1080 | 1212 | 1344 | 1473 | 1736 | 1997 |
| 20 | 1009 | 1172 | 1334 | 1496 | 1659 | 1819 | 2144 | 2466 |
| 22 | 1220 | 1418 | 1614 | 1810 | 2007 | 2201 | 2594 | 2983 |
| 24 | 1452 | 1687 | 1920 | 2154 | 2389 | 2619 | 3087 | 3551 |
برای مثال، اجکتوری با قطر گلویی نازل 6.5 mm در فشار بخار محرک 7 barg، مطابق جدول حدود 141 kg/hr بخار مصرف می‌کند.
۲. مصرف بخار اسپارج
بخار اسپارج به‌صورت مستقیم و از طریق اریفیس‌های نصب‌شده در بخش پایینی برج بی‌بو‌سازی به داخل روغن تزریق می‌شود. حباب‌های بخار به جداسازی ترکیبات فرّار، بودار و طعم‌دهنده‌های نامطلوب از روغن کمک می‌کنند. این عملیات معمولاً در شرایط خلأ و دمای بالای فرآیند انجام می‌شود.
مصرف بخار اسپارج بر اساس قطر اریفیس و فشار بالادست آن تغییر می‌کند. مقادیر جدول زیر، دبی بخار را برای قطرها و فشارهای درج‌شده نشان می‌دهد.
| قطر اریفیس (mm) | فشار بالادست اریفیس (barg) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.5 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | |
| 0.5 | 0.0561 | 0.11 | 0.215 | 0.318 | 0.42 | 0.521 | 0.622 | 0.823 | 1.023 |
| 1 | 0.224 | 0.439 | 0.858 | 1.271 | 1.68 | 2.086 | 2.49 | 3.293 | 4.093 |
| 1.5 | 0.505 | 0.987 | 1.931 | 2.86 | 3.78 | 4.693 | 5.602 | 7.41 | 9.209 |
| 2 | 0.897 | 1.755 | 3.433 | 5.084 | 6.719 | 8.343 | 9.959 | 13.17 | 16.37 |
| 2.5 | 1.402 | 2.742 | 5.364 | 7.944 | 10.5 | 13.04 | 15.56 | 20.58 | 25.58 |
| 3 | 2.018 | 3.949 | 7.725 | 11.44 | 15.12 | 18.77 | 22.41 | 29.64 | 36.84 |
چگونه قطر گلویی نازل اجکتور را اندازه‌گیری کنیم؟
برای تخمین مصرف بخار سیستم موجود، ابتدا باید قطر گلویی نازل اجکتورها مشخص شود. مطابق دستورالعمل گزارش، نازل پس از بازکردن از اجکتور بررسی شده و قطر گلویی با استفاده از مته‌ای با قطر متناسب اندازه‌گیری می‌شود.
اگر مته‌ای با قطر دقیق در دسترس نباشد، طبق روش پیشنهادی گزارش می‌توان دور نزدیک‌ترین مته موجود نوار چسب پیچید تا قطر آن به اندازه‌ای برسد که با گلویی نازل مماس شود؛ سپس قطر خارجی با کولیس اندازه‌گیری می‌شود.
میان‌یابی برای قطرهای بین مقادیر جدول
اگر قطر اندازه‌گیری‌شده دقیقاً در جدول موجود نباشد، می‌توان مصرف بخار را بین دو قطر مجاور و در فشار یکسان میان‌یابی کرد. برای نمونه، در فشار 12 barg و قطر 7.8 mm، مقدار مصرف بین قطرهای 7.5 و 8 mm قرار می‌گیرد و مطابق مثال گزارش حدود 326 kg/hr برآورد شده است.
چگونه تشخیص دهیم وکیوم پکیج با کمترین هزینه کار می‌کند؟
برای ارزیابی یک سیستم خلأ اجکتوری، فقط مشاهده فشار خلأ کافی نیست. باید فشار مطلق محفظه بی‌بو‌سازی، مصرف بخار محرک اجکتورها، مصرف بخار اسپارج، دمای آب خنک‌کننده و ساعات واقعی بهره‌برداری هم‌زمان بررسی شوند. در ادامه، مثال عددی گزارش برای مقایسه یک سیستم متداول با وکیوم پکیج DVP-100 کاراجت بازآرایی شده است.
الف) مقایسه فشار خلأ و زمان فرآیند
در مثال گزارش، فشار عملکردی سیستم متداول 4 mbar abs در نظر گرفته شده و فشار طراحی سیستم کاراجت 2.6 mbar abs است. بر اساس توضیح گزارش، زمان موردنیاز برای بی‌بو‌سازی با سیستم متداول در این مقایسه حدود ۲۰ درصد بیشتر فرض شده است.
ب) محاسبه مصرف بخار چهار اجکتور
در نمونه بررسی‌شده، سیستم خلأ چهارمرحله‌ای بوده و فشار بخار پشت نازل‌ها 12 barg است. با اندازه‌گیری قطر گلویی و استفاده از جدول مصرف بخار، دبی هر مرحله محاسبه می‌شود.
| مرحله اجکتور | قطر گلویی نازل (mm) | مصرف بخار محرک (kg/hr) |
|---|---|---|
| مرحله اول | 7.8 | 326 |
| مرحله دوم | 15.6 | 1307 |
| مرحله سوم | 4.8 | 124 |
| مرحله چهارم | 4.9 | 129 |
| مجموع مصرف بخار محرک | 1886 | |
ج) محاسبه مصرف بخار اسپارج
در نمونه بررسی‌شده، پنج اریفیس با قطر 2.5 mm و فشار 6 barg برای تزریق بخار اسپارج استفاده شده‌اند. با توجه به جدول ۳، مصرف کل بخار اسپارج برابر 77.8 kg/hr است.
د) مقایسه سیستم موجود با وکیوم پکیج DVP-100 کاراجت
در گزارش، برای فرآوری مقدار یکسان روغن، سیستم متداول با مصرف بخار محرک 1886 kg/hr به مدت 15 ساعت در روز در نظر گرفته شده است. در مقابل، وکیوم پکیج DVP-100 کاراجت با مصرف بخار محرک 1225 kg/hr برای 12 ساعت کار روزانه فرض شده است.
سیستم متداول نمونه
1886 kg/hr مصرف بخار محرک
15 ساعت کارکرد روزانه
28,290 kg/day مصرف روزانه بخار
وکیوم پکیج DVP-100 کاراجت
1225 kg/hr مصرف بخار محرک
12 ساعت کارکرد روزانه
14,700 kg/day مصرف روزانه بخار
مبنای هزینه بخار در مثال گزارش
در محاسبات نمونه، قیمت بخار بر مبنای مصرف گازوئیل 10 دلار به ازای هر تن و بر مبنای مصرف گاز طبیعی 0.75 دلار به ازای هر تن در نظر گرفته شده است.
| پارامتر | سیستم متداول | وکیوم پکیج کاراجت |
|---|---|---|
| ساعات کار روزانه | 15 ساعت | 12 ساعت |
| قیمت بخار بر مبنای گاز طبیعی (دلار/تن) | 0.75 | 0.75 |
| قیمت بخار بر مبنای گازوئیل (دلار/تن) | 10 | 10 |
| شاخص | سیستم متداول | وکیوم پکیج کاراجت |
|---|---|---|
| مصرف بخار (kg/hr) | 1886 | 1225 |
| مصرف روزانه بخار (kg/day) | 28,290 | 14,700 |
| هزینه روزانه بر مبنای گاز طبیعی (دلار) | 21.2 | 11 |
| هزینه روزانه بر مبنای گازوئیل (دلار) | 282.9 | 147 |
| هزینه سالانه بر مبنای گاز طبیعی (دلار) | 7,725 | 4,014 |
| هزینه سالانه بر مبنای گازوئیل (دلار) | 103,259 | 53,655 |
| اختلاف هزینه سالانه (گاز طبیعی / گازوئیل) | 3,711 / 49,604 دلار | |
برآورد آب خنک‌کننده و برق پمپ‌ها
در مثال گزارش، اختلاف مصرف بخار محرک 13,590 kg/day و اختلاف دمای آب ورودی و خروجی کندانسور 8°C (از 30 تا 38°C) در نظر گرفته شده است. با استفاده از گرمای نهان تبخیر و ظرفیت گرمایی ویژه آب، نسبت جرمی آب خنک‌کننده به بخار به شکل زیر برآورد می‌شود.
دبی حجمی متناظر با این مقدار آب در گزارش برابر 0.010617 m³/s در نظر گرفته شده است. با فرض هد کل 20 m و راندمان پمپ 75 درصد، توان موردنیاز برای یک پمپ به شکل زیر محاسبه می‌شود.
با فرض کارکرد دو پمپ، انرژی روزانه و سالانه متناظر با این توان به شکل زیر به دست می‌آید:
در متن محاسبات گزارش، مقدار توان 2.777 kW و انرژی سالانه یک پمپ 15,206.6 kWh/year نیز درج شده است؛ مقدار 30,413 kWh/year در جدول نهایی با درنظرگرفتن دو پمپ قابل بازسازی است.
| نوع اتلاف | مقدار روزانه | مقدار سالانه درج‌شده در گزارش | هزینه سالانه بر مبنای گاز طبیعی (دلار) | هزینه سالانه بر مبنای گازوئیل (دلار) |
|---|---|---|---|---|
| بخار | 13,590 kg | 4,960.4 ton | 3,711 | 49,604 |
| آب | — | 4,960.4 (واحد طبق گزارش مشخص نشده) | 49.6 | |
| برق | 83.3 kWh | 30,413 kWh | 170.3 | |
| مجموع | — | 3,931 | 49,823 | |
کاهش مصرف بخار وکیوم پکیج تا ۳۰ درصد در فصول سرد سال
سیستم‌های خلأ اجکتوری معمولاً بر اساس بیشترین دمای آب خنک‌کننده در گرم‌ترین ماه‌های سال طراحی می‌شوند. در این شرایط، فشار کندانسورها افزایش می‌یابد و اجکتورها برای حفظ سطح خلأ موردنیاز، به بخار محرک بیشتری نیاز دارند.
در ماه‌های خنک‌تر، افت دمای آب خنک‌کننده موجب بهبود شرایط چگالش، کاهش فشار کندانسور و کاهش نسبت تراکم موردنیاز در مراحل اجکتوری می‌شود. بنابراین بخار موردنیاز سیستم می‌تواند کمتر از مقدار مصرف در شرایط طراحی تابستان باشد.
در بسیاری از سیستم‌های متداول، با وجود کاهش دمای آب خنک‌کننده، فشار یا دبی بخار محرک ثابت باقی می‌ماند. در نتیجه بخشی از بخار بدون ایجاد ارزش افزوده مصرف می‌شود و هزینه بهره‌برداری افزایش پیدا می‌کند.
کاراجت با طراحی سیستم کنترل هوشمند وکیوم پکیج اجکتوری، شرایط عملکرد سیستم را به‌صورت پیوسته پایش می‌کند و متناسب با تغییرات دمای آب خنک‌کننده، فشار یا دبی بخار محرک را تنظیم می‌کند. هدف این راهکار، حفظ خلأ موردنیاز فرآیند و جلوگیری از مصرف غیرضروری بخار در شرایط متغیر فصلی است.
بر اساس نمودار گزارش، با کاهش دمای آب خنک‌کننده از 30°C به 15°C، مصرف بخار موردنیاز اجکتورها می‌تواند تا حدود ۳۰ درصد کاهش یابد. این کاهش، علاوه بر کاهش هزینه تولید بخار، مصرف سوخت دیگ بخار و بار تجهیزات جانبی را نیز کم می‌کند.
داده‌های ماهانه گزارش، کاهش متوسطی در حدود ۲۰ درصد را برای مصرف بخار در طول سال نشان می‌دهد. میزان صرفه‌جویی واقعی به اقلیم محل کارخانه، ظرفیت برج خنک‌کن، دمای آب ورودی کندانسورها و محدوده مجاز عملکرد اجکتورها وابسته است.
جمع‌بندی؛ ارزیابی و بهینه‌سازی سیستم خلأ موجود
بهینه‌سازی وکیوم پکیج فقط به انتخاب یک مدل با ظرفیت بالاتر محدود نمی‌شود. بررسی قطر گلویی نازل‌ها، فشار واقعی بخار محرک، بار مکش، مصرف بخار اسپارج، فشار مطلق محفظه بی‌بو‌سازی و دمای آب خنک‌کننده باید در کنار یکدیگر انجام شوند.
کاراجت امکان بررسی فنی سیستم‌های خلأ موجود و طراحی و ساخت وکیوم پکیج‌های اجکتوری متناسب با ظرفیت و شرایط فرآیندی کارخانه را فراهم می‌کند. راهکار کنترل فصلی نیز با هدف کاهش مصرف بخار و حفظ خلأ موردنیاز قابل بررسی است.
برای ارزیابی مصرف بخار و بهینه‌سازی سیستم خلأ کارخانه خود اقدام کنید
برای بررسی شرایط فرآیندی، ظرفیت موردنیاز و امکان کاهش مصرف بخار با کارشناسان کاراجت در ارتباط باشید.
کارا صنعت تدبیر پایا | KARAJET | مشهد، شهرک صنعتی توس، بلوار اندیشه، اندیشه ۱۵، شماره ۸۷۰ | تلفن: 05135413212 | ایمیل: commercial@karajet.com | karajet.com
نظر بدهید