В настоящее время многие предприятия молочной промышленности проводят модернизацию производства, направленную на улучшение качества конечной продукции, уменьшение эксплуатационных затрат и приведение производственных процессов к требованиям современных санитарных норм и правил. При этом технологический процесс сгущения молочной продукции часто остается за пределами модернизации и не удовлетворяет вышеуказанным тенденциям развития отрасли, что объясняется рядом причин.

Циркуляция устарела!

Большинство предприятий молочно-консервной отрасли были построены в советское время и оснащены выпарным оборудованием, выпущенным в 1970-80-х гг., основную часть которого составляли аппараты циркуляционного типа. Около половины производимой продукции приходилось на сгущенное цельное молоко. Немногие предприятия бывшего СССР могут похвастаться наличием у них вакуум-выпарных установок с падающей пленкой с принудительной циркуляцией, ведущих европейских фирм – Wiegand (ФРГ), Niro, Andydro, MKT. Как правило, это предприятия, производившие детское питание или входившие в систему «Союзконсервмолоко». Принимая во внимание срок эксплуатации данных аппаратов – поддержание их нормального технического состояния требует немалых материальных и технических ресурсов.

 

Отсутствие адекватной альтернативы.

В настоящее время для производства сухих молочных продуктов, в основном используются неэкономичные двухкорпусные аппараты циркуляционного типа производства Германии – «Виганд». Эксплуатация таких энергозатратных установок как «Виганд». объясняется несколькими причинами:

  • отсутствием адекватной альтернативы достаточно дорогим установкам, производимым европейскими компаниями;
  • необходимостью дополнительных финансовых вложений для строительной части проекта, обусловленной потребностью в увеличении высоты здания;
  • отсутствием информации об экономической эффективности использования вакуум-выпарных аппаратов пленочного типа, в частности, установок с механической компрессией.

 

Основными преимуществами ВВУ пленочного типа являются их экономичность, малое время нахождения продукта в зоне тепловой обработки, получение конечного продукта высокого качества, лучшая управляемость процессом, а также возмож-ность перерабатывать сырье с повышенной кислотностью.

Установки с механической компрессией вторичного пара.

Начиная с 1980-х гг., ведущие мировые производители вакуум-выпарных установок начали использовать в проектах данного оборудования механическое сжатие вторичного пара в качестве альтернативы термокомпрессионному сжатию. Аппараты пленочного типа с механической компрессией, в отличие от термической, на порядок экономичнее в потреблении пара, поскольку основное в них потребление – электрическая энергия. Механическое сжатие вторичного пара осуществляется вентиляторами-турбокомпрессорами, последние модели которых обеспечивают увеличение температуры греющего пара до 8°С. В установках с термической компрессией пара разница температур между греющим паром и продуктом определяется количеством острого пара, подаваемого на инжектор.Задачу, которую выполняет острый пар в установках с термокомпрессией, принимает на себя вентилятор, используя электроэнергию. Пар необходим только для поддержания теплового баланса, компенсируя потери в окружающую среду. Для примера: для установки производительностью 10 тыс. кг испаренной влаги в час необходимо 50-70 кг острого пара давлением 8 бар.Таким образом, количество тепла, необходимое для испарения тех же 10 тыс. кг воды из молока, можно получить, используя или пар, или электроэнергию. Используя установки с термокомпрессией, понадобится около 2 тыс. кг острого пара, а при эксплуатации установок с механическим сжатием – 100 кВт электроэнергии.

Практика расчета энергозатрат и замены.

Следует отметить, что для сгущения сыворотки до содержания сухих веществ порядка 60% необходимо применение дополнительной колонны с термической компрессией, поскольку для испарения воды из более насыщенных растворов требуется более высокая разница температур, чем может обеспечить вентилятор. В этом случае установка оснащается одной колонной с механической компрессией и одной – с термической.

В данной ситуации, с учетом предварительного подогрева продукта в трубчатом подогревателе и применением острого пара для второй колоны, потребность в паре составляет (для случая 10тыс. кг испаренной влаги) примерно 500 кг/час. Графики и таблицы по энергозатратам обоих вариантов, применительно к местным условиям некоторых стран бывшего СССР, в статье представлены. Инвестор или Собственник, перед которым стоит задача приобретения или замены выпарного оборудования, должен найти ответы на два принципиальных вопроса.

  1. При строительстве новых цехов с комплектацией их новым оборудованием необходимо определить, какого типа установки по выпариванию, в зависимости от производимого продукта, выгоднее ставить?
  2. Есть ли экономический смысл замены действующих циркуляционных вакуум-выпарных аппаратов типа «Виганд» на установки с падающей пленкой?

 

Если ответ «да», то на установку какого типа следует его менять – с термической или механической компрессией пара. Определиться с выбором также помогут графики.

 

ТАБЛ.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ
Показатель В долларах США, приведены по состоянию на 31.12.2016 г.
Киргизия Украина Беларусь Казахстан Россия*
Стоимость ПАРА**, кг 0,020 0,027 0,024 0,008 0,007
Стоимость Э/ЭН, кВт 0,032 0,092 0,106 0,050 0,048
Стоимость газа, м.куб. 0,260 0,354 0,276 0,100 0,081
Отношение стоимости газа/электроэнергии в единицах их измерения 8,13 3,83 2,61 2,00 1,70
Отношение стоимости кВт эл.эн/кВт газ, при теплоемкости природного газа 9000 ккал/м.куб. 1,29 2,73 4,01 5,23 6,16
Примечание: *цена ресурсов зависит от региона и может отличаться; **стоимость пара ориентировочная, используемое топливо – газ природный

 

ТАБЛ. 2. ДАННЫЕ ПО ПОТРЕБЛЕНИЮ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ УСТАНОВКИ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ 10 ТЫС. КГ ИСПАРЕННОЙ ВЛАГИ В ЧАС
Показатель ВВУ термокомпрессия ВВУ MTVR (смешанная) ВИГАНД 8000
(затраты приведены на производительность 10 тыс. кг испар. влаги)
Расход пара, кг/час 2000 500 4200
Электроэнергия, кВт/час 50 100 40

 

ТАБЛ. 3. СУММАРНЫЕ ЗАТРАТЫ ЗА ГОД ПО СТАТЬЯМ "ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ+ПАР" ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВКИ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ 10 ТЫС. КГ ИСПАРЕННОЙ ВЛАГИ В ЧАС
Всего затрат, дол. США TVR MTVR Разница энергозатрат TVR и MTVR ВИГАНД
Украина 409230,7692 158846,1538 250384,6154 873923,08
Беларусь 417835,9873 159535,6794 258300,3079 799395,89
Киргизия 291200 92400 198800 638960,00
Казахстан 129500 63000 66500 266000,00
Россия 116666,6667 58333,33333 58333,33333 238333,33
Примечание: расчет выполнен для работы оборудования 20 часов в день 350 дней в году

 

ТАБЛ. 4. СООТНОШЕНИЕ ЗАТРАТ ПО СТАТЬЯМ "ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ+ПАР" ВАКУУМ-ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК С ТЕРМО-(TVR) И СМЕШАННОЙ (MTVR) КОМПРЕССИЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ 10 ТЫС. КГ ИСПАРЕННОЙ ВЛАГИ В ЧАС
Показатель Киргизия Украина Беларусь Казахстан Россия
Соотношение затрат TVR/MTVR 3,152 2,576 2,619 2,056 2,000

 

ТАБЛ. 5. ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ И ЭНЕРГОЗАТРАТЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Месяц эксплуатации Затраты, дол США
TVR (термокомпрессия) MTVR (смешанная: 1 колона механическая + 1 колона термическая) ВИГАНД
(действующая ВВУ)
0 1 060 000
(первичная инвестиция)
1 260 000
(первичная инвестиция)
0
1 1 093 364 1 274 039 83 137
3 1 160 091 1 302 117 249 412
5 1 226 818 1 330 196 415 686
7 1 293 546 1 358 274 581 960
9 1 360 273 1 386 352 748 235
11 1 427 000 1 414 431 914 509
13 1 493 728 1 442 509 1 080 783
15 1 560 455 1 470 587 1 247 058
17 1 627 182 1 498 665 1 413 332
19 1 693 909 1 526 744 1 579 606
21 1 760 637 1 554 822 1 745 881
23 1 827 364 1 582 900 1 912 155
25 1 894 091 1 610 978 2 078 429

 

Энергозатраты различных вакуум-выпарных установок с учетом местных условий по ценам для России, Беларуси, Казахстана, Киргизии и Украины, дол США Зависимость эффективности использования ВВУ с механической компрессией от разницы в стоимости энергоносителей.
Рис.1. Энергозатраты различных вакуум-выпарных установок с учетом местных условий по ценам для России, Беларуси, Казахстана, Киргизии и Украины, дол США Рис.2. Зависимость эффективности использования ВВУ с механической компрессией от разницы в стоимости энергоносителей.

 

Краткий анализ приведенных таблиц и графиков.

На рис. 2 изображена кривая (зеленого цвета) соотношения энергозатрат TVR и MTVR.Как видно, при имеющихся ценах на энергоносители, выгоднее эксплуатировать установки с использованием механической компрессии. Естественно, чем меньше коэффициент стоимости электроэнергии к стоимости газа, тем экономически выгоднее будет работа с MTVR. Но что обуславливает использование TVR, а не MTVR в данной ситуации? Это инвестиционные затраты. Стоимость ВВУ с механической компрессий дороже в среднем на 20-25%. Поэтому, если посмотреть на рис. 1 и обратить внимание на разницу в энергозатратах (зеленый цвет), видно, что решение о приобретении той или иной ВВУ зависит от времени покрытия разницы в цене оборудования экономией во время ее эксплуатации. Обычно эта разница, применительно к вакуум-выпарной уста-новке европейского производителя мощностью 10 тыс. кг испаренной влаги в час, может составлять €200-400 тыс. То есть, для России время окупаемости разницы в цене составляет 4-7 лет. Для стран, где сравнительно высокая стоимость энергоресурсов (Беларусь, Украина) или большая разница в цене на электроэнергию и газ (Киргизстан), разница в инвестиционных затратах окупается сравнительно быстро за счет экономии в процессе эксплуатации оборудования. Ответить положительно на основной вопрос нашей статьи о целесообразности замены устаревших морально и физически вакуум-выпарных аппаратов циркуляционного типа «Виганд» на современные экономичные установки пленочного типа по-зволяют представленные данные (табл. 4; рис. 3). На установку какого типа производить замену – TVR или MTVR – это решение принимается для каждого конкретного предприятия, с учетом расчетных графиков.

Замена устаревших ВВУ на более современные.

Рассмотрим разницу в сроках окупаемости затрат аппаратов с термической и механической компрессией пара на примере Беларуси, где, учитывая объемы производства сухих молочных продуктов, наиболее актуальна тема замены устаревших ВВУ на более современные. В данном расчете учтены только затраты на электроэнергию и производство пара, хотя и по другим показателям современ-ные установки имеют ряд преимуществ (качество продукта, затраты на мойку, зарплата персонала и др.). Для расчета принимаем ориентировочную сумму инвестиций ВВУ производительностью 10 тыс. кг испаренной влаги:

  • с термокомпрессией – $1 млн;
  • с механической компрессией – $1,2 млн.

 

Срок окупаемости инвестиционных затрат.
Рис.3. Срок окупаемости инвестиционных затрат.

 

Из рис. 3 видно, что более высокие инвестиционные затраты по установке ВВУ с механической компрессией пара перекрываются экономией энергоносителей уже после 11 месяцев эксплуатации. Начиная с 12 месяца, область зоны между зеленой и красной кривой – это прибыль, полученная за счет выбора ВВУ с механической компрессией. А затраты по замене ВВУ типа «Виганд» покрываются за счет экономии газа и электроэнергии при эксплуатации ВВУ пленочного типа с механической компрессией пара после 19 месяцев, а в ВВУ с термической компрессией – после 22 месяцев. 

Нюансы в выборе продукта.

Мы понимаем, что такой подход к расчетам эффективности является весьма упрощенным и не учитывает многих нюансов и условий каждого конкретного предприятия, но тенденцию развития оборудования по выпариванию он явно демонстрирует. Также имеет значение продукт, предназначенный для сгущения, – молоко, сыворотка либо другой. Если предполагается на одном оборудовании перерабатывать и молоко, и сыворотку, то важно подобрать аппарат такой производительности, чтобы обеспечить поточность работы ВВУ и сушильной установки при работе на молоке. В отличие от сыворотки, которая после сгущения отправляется на кристаллизацию, сгущенное молоко должно быть сразу направлено на сушку, и хранению не подлежит.

Выводы.

Учитывая вышеизложенное и принимая во внимание важность и актуальность вопроса замены вакуум-аппаратов циркуляционного типа, а также необходимость иметь адекватные по цене и соответствующие европейским требованиям по качеству выпарные установки, ПрАО «Калиновский машиностроительный завод» в партнерстве с MilkSystem LLC в 2016 г. приступил к выпуску вакуум-выпарных аппаратов пленочного типа, в частности, с механической компрессией. Наряду с ранее производимым оборудованием для молочной промышленности (а именно: сушильные распылительные установки А1-ОР2Ч различной производительности, пастеризационно-охладительные установки, станции кристаллизации сыворотки, установки циркуляционной мойки) наше предприятие осуществляет выпуск вакуум-выпарных установок с механической компрессией пара различной производительности для различных продуктов. В установке используются выпарные трубы из материала AISI316, специальные насосы для работы в вакуум-выпарных аппаратах AlfaLavalEvap, вентилятор-турбокомпрессор Piller (Германия). Система управления полностью автоматизирована на контроллере Siemens.

© Калиновский машиностроительный завод 1934-2018