Hővisszanyerés a sütödékben

Racionális energiafelhasználás, energiatakarékosság

BME OMIKK

ENERGIAELLÁTÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG VILÁGSZERTE 45. k. 9. sz. 2006. p. 61–67.


Hővisszanyerés a sütödékben A kenyérsütés az egyik legenergiaigényesebb folyamat az élelmiszeriparban, a sütödék a felelősek a teljes német primer energiafelhasználás 1,5%-áért. Az egyszerű regeneratív hővisszanyerés az eljárás nem folyamatos jellege és a szigorú higiéniai előírások miatt nem oldható meg gazdaságosan, a hőátalakítás hagyományos megoldásai szintén alig alkalmazhatóak. A vízzel és a fagyáspontot csökkentő anyagok hozzáadásával működő reszorpciós hűtőgépek jó elvi lehetőséget kínálnak arra, hogy a különösen nyáron nagy mennyiségben előálló hulladékhőt a hűtésre lehessen felhasználni.

Tárgyszavak: sütöde; hővisszanyerés; hűtés; abszorpciós hűtőgép; reszorpciós hűtőgép.

A kenyérsütés az egyik legenergiaigényesebb

elemzésével, a termodinamikus veszteségek

folyamat az élelmiszeriparban, a sütödék a

forrásainak és részarányainak feltárásával kell

felelősek a teljes német primer energiafelhasz-

kezdeni.

nálás 1,5%-áért. Nem véletlen tehát, hogy sok kutató nagy az energiamegtakarítási lehetősé-

A sütödék energiafelhasználása

geket lát ezen a téren. Nehezíti ugyanakkor a feladatot az, hogy a termék viszonylag érzékeny, gyorsan reagál a gyártási folyamatok

A korszerű sütödék sokféle formában használ-

megváltozására, ugyanakkor be kell tartani a

ják fel az energiát, a tésztakészítéstől a kelesz-

sokféle szigorú élelmiszeripari előírást is. A

tésen és sütésen át a fogyasztóhoz való eljutta-

lehetőségek felmérését a termikus folyamatok

tásig és eladásig. Szinte kizárólag villamos

61


energia a kiinduló energiahordozó, ezt alakít-

fehérje 11%,

ják át zömmel hővé, kisebb részben mechani-

cukor, zsírok, cellulóz, ásványok 4%.

kai, fény- és vegyi energiává. Az 1. ábra ezt a folyamatot mutatja be vázlatosan. A messze

A sütödei termékek, így a kenyér és a péksü-

legnagyobb energiafogyasztó a sütőkemence a

temények tésztájához kb. 60%-nyi lisztet és

maga 58%-ával, de a kompressziós hűtőgépek

36%-nyi vizet adnak. A maradékon az élesztő,

is jelentős részt képviselnek (20%). Jelentős

sütőadalékok és fűszerek osztoznak. Ebből a

mennyiségű hőre (kb. 10%) van szükség 10 oC

tészta víztartalma 44%-ra, keményítőtartalma

körüli – tehát viszonylag mérsékelt hőmérsék-

42%-ra adódik. A vizsgálatok azt mutatták,

leten is – a helyiségfűtés, használati melegvíz

hogy a sütés folyamán lezajló kémiai folyama-

vagy éppen a szállítóedények mosása céljára.

tok a teljes energiafelhasználásnak csak elha-

A maradék energiamennyiséget a kelesztési

nyagolhatóan kis részét igénylik. A felhasznált

folyamat, a mechanikus hajtások és a világítás

energia zöme a kemence, a tészta és az árut

emésztik fel.

tartó állvány (kocsi) felmelegítésére, gőz előállítására és a tésztában levő víz elpárologtatásá-

A sütés legfontosabb nyersanyaga, a liszt a

ra megy el. Noha a különféle termékek előállí-

következő összetevőkből áll, tömegszázalék-

tásához a folyamatparaméterek (a sütőtér hő-

ban kifejezve:

mérséklete, a sütés időtartama, az elején be-

keményítő 71%,

adott gőz mennyisége stb.) széles skálán vál-

víz 14%,

toznak, érdemes egy tipikusnak mondható pél-

tésztakészítés/ dagasztás

formázás

darabonkénti kelesztés kb. 32 oC 75% r.p. 60 perc

a kelés késleltetése -2 – 7 oC 8-24 óra

végső kelesztés kb. 32 oC 75% r.p. 30 perc

a kelés leállítása ≤ -18 oC 1-7 nap

darabonkénti kelesztés kb. 32 oC 75% r.p. 90 perc

értékesítés

sütés 180-240 oC 99% r.p. 15-70 perc

gyorsfagyasztás to < -30 oC fagyasztva tárolás t ≅ -18 oC

1. ábra A sütödei munkafolyamatok sémája a hőfokokkal, relatív páratartalommal (r.p.) és az időtartamokkal kiegészítve

62


dán végigkövetni az energiaátalakítási folya-

elérheti a 180 oC-ot. Az egyes rétegek melegí-

matokat. A vizsgálatok szerint a szállítókocsin

tési hőigényét külön-külön kiszámítva és ösz-

történő zsömlesütés jól képviseli a többi ter-

szeadva kb. 6 kWh adódik. További 5 kWh

mék viszonyait is. Egy jellemző példa erre: a

energia használódik fel a szállítókocsi felme-

szállítókocsira helyezve 600 db zsömlét sütnek

legedése miatt. A sütés előrehaladásával a

meg egyszerre, a nyers tészta tömege 6

tészta gőz formájában vizet veszt, ez a sütési

dkg/zsömle, a sütés időtartama 20 perc. A fo-

veszteség vágott zsömlénél kb. 20%. A kb.

lyamat a következő lépésekből áll:

3*7,2 kg víz elgőzölése és a kemencében ez-

a megrakott kocsi betolása a forró kemen-

után bekövetkező túlhevítése kb. 15 kWh energiát emészt fel. Más anyagok, így alkohol-

cébe, gőzölés kb. 30–60 másodpercig (vízgőz

félék, szerves savak, ízanyagok is elpárolog-

előállítása és befúvása a kemencébe, kon-

nak, de ezek tömege annyira kicsi, hogy az

denzáció a még hideg tésztán),

energetikai elemzésben elhanyagolhatóak. A

a tészta felmelegítése a víz forráspontjáig,

kemence belsejének hőmérséklete 250 oC, a

a tésztában levő víz részleges elpárologtatá-

füstgázoké ennél 30–50 oC-kal magasabb. A

sa (szárítás, pirítás)

füstgázok kiáramlása miatti energiaveszteség

a sütés befejezése.

óránként kb. 2 kWh, a kemence által hősugárzás formájában leadott veszteség további kb. 2

A vázolt méretű kemencéhez a gőzölés időtar-

kWh. Egyműszakos, 8 órás üzemet feltételez-

tama alatt kb. 3,5 kg vizet alakítanak gőzzé,

ve a kemence felfűtésének energiaigénye az

ennek felmelegítéséhez és elgőzöléséhez kb. 7

üzemi órákra elosztva óránként 4 kWh-t tesz

kWh energiára van szükség (feltételezve, hogy

ki.

a kelesztés végén a tészta hőmérséklete 30 oC). Az egy percnél is rövidebb gőzölési időtartam

Fentiek alapján a sütéshez szükséges összes

miatt nagy teljesítményre, kb. 300 kW-ra van

energia nagysága óránként 45 kWh. Ennek

szükség. A gőzt egy a füstgázok által körül-

megoszlását a 2. ábra szemlélteti, ez egyben

áramlott fémtartályban állítják elő, ennek

azt is megmutatja, hogy mely részfolyamatok

üzemi hőmérséklete feltöltött állapotban 250

igénylik a legtöbb energiát, vagyis mik a leg-

o

C. A gőzölés után a tészta hőmérséklete egé-

fontosabb terepei az energiatakarékossági in-

szen a zsömlék közepéig gyorsan 100 oC-ra

tézkedéseknek. Eszerint a legnagyobb súlyt a

emelkedik, a legkülső 2-5 mm-es réteg – ami-

sütési vízveszteség képviseli 35%-kal, de je-

ből a zsömle héja lesz a végén – hőmérséklete

lentős a gőzölés is (16%). A kemence által 63


tárolási veszteség felületi veszteség 8%

gőzölés 16%

4% füstgázok vesztesége 13%

tésztamelegítés 13%

a kocsi és a levegő melegítése 11%

sütési vízveszteség 35%

2. ábra A példában szereplő sütőkemence energiafelhasználása földgáztüzelés esetén vételével (3. ábra) az derül, ki, hogy a 100 oC

hőmérséklet, °C

hőáram

a füstgáz hőmérséklete

elérése és megtartása során használódik fel az

350

energia 69%-a. A hővisszanyerés első ránézés-

300

re nagyon gazdaságosnak tűnik.

250 200 150 100

A hővisszanyerés lehetőségei

50 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

A kemencében, tárolókocsiban

óránkénti hőmennyiség, kWh

és a kisütött áruban tárolt energia 3. ábra A hőáramlás a hőmérséklet függvényében (és a füstgáz hőmérséklete az összehasonlítás kedvéért)

A kenyérgyári nagykemencéktől eltekintve a sütési eljárás diszkontinuus, nem folyamatos, ez

megnehezíti

az

egyszerű

regeneratív

leadott hő jelentős része latens hőként jelenik

hővisszanyerést. A főleg a kemencében, de

meg, ez igaz a füstgázok veszteségére is, ami

kisebb mennyiségben a tárolókocsiban és a

földgáztüzelés esetén az 50%-os arányt is el-

kisütött áruban tárolt energia télen hozzájárul-

éri. A hőmérséklet alakulásának figyelembe-

hat a helyiségek fűtéséhez, ezeknek a hőmeny64


nyiségeknek másfajta regeneratív visszanyeré-

készülék azonban közvetlen kapcsolatban van

se nem igazán valósítható meg. Ha az elkészült

a kemence belső terével, ahova a füstgázoknak

termékeket mélyhűteni kell, akkor még ez a

higiéniai okokból viszont nem szabad bekerül-

lehetőség sem áll fenn, a tárolt hő a fagyasztó-

niük. Ezért csak köztes hőátviteli közeg, a gőz

rendszer kondenzátorain keresztül a szabadba

nyomás alatti tárolása, bonyolult felépítésű

távozik.

hőcserélők alkalmazásával lenne megoldható a feladat, ami a gazdaságosságot kétségessé teszi.

A gőztermeléshez használt víz és az égési levegő előmelegítése

Gőzbevitel, sütési vízveszteség

A gőztermeléshez használt víz 100 oC-ra való

A legnagyobb hőveszteséget a sütés elején

felmelegítése viszonylag kis energiát (kb 1

bevitt gőz előállítása és a tésztában meglevő

kWh) igényel, ezért ennek regeneratív megol-

víz egy részének elpárologtatása a sütés során

dása nem gazdaságos. Ugyanez mondható el

okozzák. Amint a 4. ábra szemlélteti, a ke-

az égési levegő előmelegítéséről, amit a füst-

mence belső terének nedvességtartalma a fo-

gáz

felhasználásával

lyamat elején gyorsan emelkedik, majd több

lehetne megvalósítani, de ez a viszonylag kis

percen át 99%-on állandósul. A gőz legalább

sütödei kemencék esetén nem oldható meg

részbeni kondenzálása megvalósítható, és ezt

gazdaságosan. Az is gátja ennek a megoldás-

használati melegvíz előállítására gyakran al-

nak, hogy a füstgázok magas hőmérséklete a

kalmazzák is.

hulladék-energiájának

forrása a kémény huzatjának. Ha a hőcserélőben a füst erőteljesen lehűlne, a huzatot szi-

Összesítve tehát elmondható, hogy a tipikus

vattyúzással, mesterségesen kellene fenntarta-

sütési eljárás nem folyamatos jellege miatt a

ni, ez részben tovább növelné a beruházási

regeneratív hővisszanyerés csak műszakilag

ráfordításokat, részben energiát igényelne. A

bonyolult módon oldható meg, ami a dolgot

technika mai állása szerint a füstgázok hulla-

gazdaságtalanná teszi. Kivételt ez alól csak a

dék energiáját a helyiségek fűtésére és haszná-

vízgőz kondenzálása jelenti. További ellent-

lati melegvíz készítésére lehet felhasználni.

mondás a nagy mennyiségű, magas hőfokon

Mivel a 2. ábra tanúsága szerint a füstgáz és a

megjelenő hulladékhő és az alacsony hőmér-

gőztermelés körülbelül egyforma nagyságú

sékleten megjelenő, de jóval kisebb hőigény

energiát kínál, illetve igényel, kézenfekvő gon-

ellentmondása.

dolat ezek összekapcsolása. A gőzfejlesztő 65


200

hőmérséklet, °C

hőmérséklet

100

100

a kemence páratartalma

0

a kemence páratartalma, %(V/V)

200

0

00:00

02:00

04:00

06:00

08:00

10:00

12:00

14:00

a sütés ideje, perc

4. ábra A kemence hőmérséklete és páratartalma az idő függvényében

Hőátalakítás

szorpciós és a só hozzáadással működő reszorpciós hűtőgépek felépítése nagyon ha-

Mivel a sütési eljárás nem folyamatos jellege

sonló. A fagyáspontot csökkentő anyagok hoz-

miatt a regeneratív hővisszanyerés nem oldha-

záadásával az elpárologtató nyomása erőtelje-

tó meg gazdaságos módon, meg kell vizsgálni

sen csökken, ennek mértéke az adalék kon-

a hőtranszformáció alkalmazhatóságát. Főleg

centrációjától függ. Ennek következtében vi-

nyáron nagymennyiségű hő áll rendelkezésre

szont nagyon nagy térfogatáramra van szük-

egyrészt, nagy hűtési igény mutatkozik más-

ség, ami viszont megvalósíthatatlan vezeték-

részt – ez abszorpciós vagy adszorpciós hűtő-

átmérőket tesz szükségessé. Emiatt a víz csak

gép alkalmazását valószínűsíti. Sok vizsgálat

igen korlátozottan használható hűtőközegként.

foglalkozott a megfelelő hőátvivő közeg meg-

Ez minden olyan hűtési elrendezésre igaz, ahol

határozásával, ezek nyomán az ammónia-víz

a gőzt a keletkezése helyéről a hőleadás, va-

és a lítiumbromid-víz anyagpárok tűnnek a

gyis a lecsapódás helyére vezetéken keresztül

legalkalmasabbnak. Ezek az anyagok azonban

kell eljuttatni. A kompressziós hűtőgépek mel-

a szigorú élelmiszerhigiéniai előírások miatt

lett ezért az adszorpciós megoldás is csak na-

sütödékben nem alkalmazhatóak. A víz a leg-

gyon korlátozott módon jön számításba. A

inkább környezetbarát hűtőközeg – itt viszont

reszorpciós rendszer viszont elvileg jó lehető-

o

jelentős hűtési teljesítményre van szükség 0 C

ségekkel kecsegtet, mivel ennél a folyamatos

alatti hőmérsékleten. Ez a fagyáspontot csök-

folyadékáramlás miatt a párologtatás és az

kentő anyagok, például só hozzáadásával old-

abszorpció helye tetszőlegesen közelíthető

ható meg. Amint az 5. ábra mutatja, az ad-

egymáshoz. 66


kondenzátor deszorber

reszorber

regeneratív hőcserélő

folyékony víz

folyékony víz + só

elpárologtató

abszorber

gáztalanító

5. ábra Az abszorpciós hűtőgép és a reszorpciós hűtőgép elvi sémája

Összefoglalás

előálló hulladékhőt a hűtésre lehessen felhasználni. További kutatási és fejlesztési munkára

A sütödék termékeinek sokfélesége miatt az

van szükség, főként az alkalmazott anyagok

energetikai elemzéseket minden esetre külön el

optimalizálása terén, kevésbé vagy egyáltalán

kell végezni. Amint azt a bemutatott példa is

nem korrodáló és nem mérgező sókeverékek

szemléltette, mindegyiknél fennáll a nagy hűté-

kidolgozása révén.

o

si igény 0 C alatti hőmérsékleten, és a nagy-

Összeállította: Kis Miklós

mennyiségű, magas hőmérsékletű hulladékhő együttes megléte. Az egyszerű regeneratív Irodalom

hővisszanyerés az eljárás nem folyamatos jellege és a szigorú higiéniai előírások miatt nem

[1] Steinbrück, M.; Weissenberger, A.; Pittroff, M.: Regenerative Wärmerückgewinnung und Wärmetransformation im Backprozess. = VDI-Berichte, 2006. 1924. sz. máj. p. 381–393.

oldható meg gazdaságosan, a hőátalakítás hagyományos megoldásai szintén alig alkalmazhatóak. A vízzel és a fagyáspontot csökkentő anyagok hozzáadásával működő reszorpciós

[2] MIWE GmbH: Des Bäckers Energie – welches Energieträger ist ideal in der Backstube? = http://www.miwe.de/ger/index2.htm

hűtőgépek jó elvi lehetőséget kínálnak arra, hogy a különösen nyáron nagy mennyiségben 67


Röviden… Monopólium? Attól függ, kié Más szabályok érvényesek a nagy államokra az Európai Unióban – állítja Portugália Nemzeti monopólium? Nem, ez egészen más, ez a mi nemzeti bajnokunk. Ezt az érvet hangoztatták az egymást követő francia kormányok az Electricité de France (EDF), az állami tulajdonban lévő elektromos társaság védelmében a külföldi behatolókkal és az európai trösztellenes törvényre hivatkozókkal szemben. De mi történt, amikor Portugáliában a magánkézben lévő, majdnem monopolhelyzetű elektromos társaság, az Energias de Portugal kívánta az állami tulajdonban lévő Gás de Portugal felett az ellenőrzést megszerezni? A fúzió hívei azzal érveltek, hogy elegendően nagy vállalatcsoportra van szükség, hogy versenyképesek legyenek az ibériai közös energiapiacon. Franciaország azonban nagy ország, Portugália pedig kicsi – az EU Versenybizottsága határozottan elutasította a portugál tranzakciót. A portugálok úgy érzik, méltánytalan elbánásban részesültek. 2001-ben Németország legnagyobb elektromos társasága, az E.ON, amelynek a gázpiacon is jelentős érdekeltségei voltak, meg kívánta vásárolni a Ruhrgas-t, a német gázpiac legnagyobb szereplőjét. Németország kartell-ellenes hivatala, a monopóliumok elleni hatóság és a fogyasztóvédelemért felelős minisztérium ellenezte az akciót. A gazdasági minisztérium azonban erős nemzeti energiacéget kívánt (pontosabban a másodikat az RWE után), és övé az utolsó szó – az üzlet megköttetett. Mit szólt ehhez az EU versenybizottsága? Megtalálta a módját, hogy félrenézzen. Elvégre Németország nagy ország. Mindazonáltal az EU-nak igaza volt a portugál EDP-vel kapcsolatban. Elvben Spanyolország és Portugália egységes energiapiacot képez, a valóságban azonban fizikai és egyéb korlátok miatt még sokáig nem ez a helyzet. Portugália már megengedi a versenyt, az EDP, amely valaha állami vállalat volt, jelenleg 80%-ban magántulajdonban van. Az alaptőkéjét nemrég emelte 1,6 milliárd dollárral, hogy megvásárolja a HidroCantrábico-t, Spanyolország negyedik legnagyobb elektromos vállalatát. Portugália gazdasági minisztere szerint az egységes ibériai energiapiac az egyetlen útja a valódi versenynek országában. Az európai tiltás és más belpolitikai okok miatt a portugál terveket egyelőre félretették. De fel foge az EU a nagyobb országok esetében is lépni? Ne számítsunk rá! Az EU évekig nem volt határozott Franciaországgal szemben, amely energiapiacát csaknem zárva tartotta, ugyanakkor az állami tulajdonban lévő EDF felvásárolta szerte Európában a kisebb társaságokat vagy azok részvényeit. Azóta az EU hatására a francia piac némileg nyitottabbá vált, de nem a háztartási fogyasztók számára, azok 90%-át még mindig az EDF uralja. Az EDF 70%-a állami kézben van, növekedése lehetőséget ad érdekei jobb védelmére és hatókörének kiterjesztésére. (The Economist 378. k. 8405. sz. p. 60.)

68

Hővisszanyerés a sütödékben

Recommend Documents