Investigation of the Energy Efficiency of a Sugar Factory by Exergy Analysis

Abstract

Şeker üretimi yapan endüstriyel fabrikalarda enerji ve ekserji incelemeleri ve hesaplamaları termodinamik açısından çok büyük önem taşımaktadır. Bu incelemeler yapılırken şeker fabrikaları kütle hesaplama formüllerinden yararlanılmıştır. Bu çalışmada, Erciş Şeker Fabrikasının şeker üretim süreci termodinamiğin birinci ve ikinci kanununa göre ayrı ayrı analiz yapılarak sonuçlara gidilmiştir. Şeker fabrikasında pancardan kristal şeker üretim aşamasına kadar ki üretim aşamaları açık sistem modeli ile şeker fabrikasının 2020 yılı kampanya verilerine göre termodinamik incelenmesi yapılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde şeker pancarının özellikleri ve şeker üretim aşmalarına, ikinci bölümünde kaynak araştırmalarına, üçüncü bölümde literatür çalışmaları, şeker fabrikası enerji ve ekserji analizi hesaplanması için gerekli cebirsel ifadelere yer verilmiştir. Dördüncü bölümünde şeker üretim sürecine giren ve çıkan ürünler fabrika verileri ve şeker üretim kütle hesaplama denklemleri ile miktarları hesaplanmıştır. Üretim aşamasındaki şerbet veya lapaları ısıtmak için kullanılacak brüde miktarları, retür ve her bir brüde ayrı ayrı hesaplanmış ve her bir ünite için enerji ve ekserji hesaplamaları yapılmıştır. Beşinci bölümünde bu hesaplamalar sonucu ortaya çıkan veriler analiz edilerek verimini artırılabilmesi için üretim tesisi için yararlı iyileştirmeler konusun da düşünceler sunulmuştur. Fabrikada üretim sürecinde en büyük tersinmezlik 32.1 ile buhar üretim ünitesine aittir.

Energy and exergy analyzes and calculations in industrial factories producing sugar are of great importance in terms of thermodynamics. While making these examinations, sugar factories' mass calculation formulas were used. In this study, the sugar production process of Erciş Sugar Factory was analyzed separately according to the first and second laws of thermodynamics, and the results were obtained. In the sugar factory, the production stages from beet to the crystal sugar production stage were examined with the open system model and the thermodynamic analysis of the sugar factory according to the campaign data of 2020. In the first part of the study, the properties of sugar beet and sugar production stages, in the second part, resource studies, in the third part, literature studies, the necessary algebraic expressions for the calculation of sugar factory energy and exergy analysis are given. In the fourth part, the quantities of the products entering and leaving the sugar production process are calculated with the factory data and sugar production mass calculation equations. The amount of brute to be used to heat the syrup or porridge in the production phase, retur and each bruise were calculated separately, and energy and exergy calculations were made for each unit. In the fifth chapter, the data obtained as a result of these calculations are analyzed and thoughts on useful improvements for the production facility are presented in order to increase its efficiency. The greatest irreversibility in the production process in the factory belongs to the steam generation unit with 32.1.