Urmia şeker fabrikası vakası: kondensat ve buhar yönetim sisteminin enerji ve ekserji analizi

Neden şeker fabrikaları ve enerji kullanımı önemli

Şeker mutfakta basit bir malzeme gibi görünse de, endüstriyel ölçekte üretimi şaşırtıcı derecede çok enerji gerektirir. Birçok ülkede şeker fabrikaları, pancar veya kamış suyunu beyaz kristallere dönüştürmek için gerekli buhar ve ısıyı sağlamak üzere büyük miktarda yakıt yakar. Enerji fiyatlarının yükselmesi, iklim kaygıları ve kaynakların daha akıllıca kullanılmasına yönelik baskılarla birlikte, fabrikaların hangi noktalarda değerli enerjiyi boşa harcadığını ve bu israfın nasıl azaltılabileceğini tam olarak anlamak kritik hale gelmiştir. Bu çalışma İran’ın Urmia kentindeki bir tesisi yakından inceliyor; buhar, sıcak su ve buhar yönetimine odaklanıyor ve sistemin hangi bölümlerinin verimli, hangilerinin ise büyük potansiyel kayıpları olarak davrandığını sorguluyor.

Isıyı yolculuğunda izlemek

Bir şeker fabrikasında buhar önce geniş evaporatörlerde sulandırılmış suyu ısıtarak daha yoğun bir şurup haline getirir ve bu süreçte kondensat (sıcak su) ile düşük basınçlı buhar üretir. Bu ısıyı atmak yerine, mühendisler onu yeniden kullanmaya çalışır. Urmia tesisinin bu amaçla iki ana alt sistemi vardır: kondensattan ısıyı yakalayan ve bir kısmını tekrar kullanışlı buhara dönüştürmek üzere flaşlayan buhar geri kazanım ünitesi ile düşük basınçlı buharı soğutarak yoğunlaştıran ve ekipmanların vakum altında çalışmasını sağlayan buhar yoğunlaştırma ünitesi. Araştırmacılar, buharın, kondensatın ve buhar akışlarının bu birimler içindeki yollarını haritalandırdı; iki üretim sezonu boyunca sıcaklıkları, basınçları ve debileri ölçtüler. Ardından yalnızca ne kadar enerjinin aktığını değil, o enerjinin ne kadarının gerçekten işe dönüştürülebileceğini görmek için termodinamik hesaplamalar yaptılar.

Energiden “kullanışlı” enerjiye

Standart enerji muhasebesi tüm ısıyı eşit kabul eder, oysa pratikte sıcak, yüksek basınçlı buhar ılık suya göre çok daha değerlidir. Bu farkı yakalamak için ekip hem enerji analizini hem de enerjinin işe dönüştürülebilen kısmını izleyen daha açıklayıcı bir yöntem olan ekserji analizini kullandı. Flaş tamburları, eşanjörler, pompalar, kondansörler ve soğutma kulesi gibi her bileşende gelen ve giden ekserjiyi karşılaştırarak büyük sıcaklık farkları ve yoğun karışım gibi tersinirliklerin nerede en çok kullanılabilir enerjiyi yok ettiğini belirlediler. Ayrıca bir ünitenin ekserjiyi daha iyi kullanmasıyla artan bir “sürdürülebilirlik indeksi” ve iyileştirme potansiyelinin ne kadar gelişme payı olduğunu gösteren bir “iyileştirme potansiyeli” hesapladılar.

Güçlü bir performans ve ciddi bir zayıf halka

Buhar geri kazanım ünitesi nispeten başarılı bir örnek çıktı. Şurubu ön ısıtmak ve ikincil buhar üretmek için buhar kondensatını birkaç flaş tamburu ve eşanjörde yeniden kullanıyor, gelen ekserjinin yalnızca küçük bir kısmı kayboluyordu. Ekserji verimi yaklaşık yüzde 86 ve sürdürülebilirlik indeksi yüksekti. Kalan kayıpların çoğu, sıcak ve soğuk akımlar arasında büyük sıcaklık farklarına sahip üç ısı eşanjöründen geliyordu; bu da daha küçük sıcaklık adımları ve geliştirilmiş yalıtım ile çok etkili eşanjörler gibi daha iyi tasarımların daha fazla israfı azaltabileceğini gösteriyor. Buna karşın, buhar yoğunlaştırma ünitesi neredeyse yararlı enerjinin bir enerji çöp kutusu gibiydi: gelen ekserjinin yüzde 98’den fazlası yok ediliyor ve ekserji verimi pratikte sıfıra yakındı. En büyük suçlu, suyun havaya ısı verdiği ve kısmen buharlaştığı soğutma kulesiydi; bunu, buhar ile soğutma suyunu karıştıran barometrik kondansörler izliyordu. Bu parçalar birlikte enerji kalitesinin büyük ölçüde boşaltılmasına neden oluyordu.

Atık buharı bir kaynağa dönüştürmek

Kondensasyon ve soğutma adımlarında çok fazla ekserjinin yok edilmesi nedeniyle çalışma, tesisi iyileştirmenin en iyi yolunun ılık egzozu yeniden yakalamaya çalışmak değil, mümkün olduğunca fazla buharın yoğunlaştırma ünitesine ulaşmasını engellemek olduğunu sonucuna varıyor. Son evaporasyon ve kristalleştirme aşamalarından gelen düşük basınçlı buharlar şu an için ısıtma amacıyla kullanılamıyor—sıcaklıkları çok düşük. Ancak yazarlar, bu buhar mekanik veya termal olarak sıkıştırılıp sıcaklığı ve basıncı yükseltilirse, ek evaporasyon etkilerinde veya diğer proses adımlarında ısı kaynağı olarak yeniden kullanılabileceğini gösteriyor. Bu, kondansörler ve soğutma kulesi üzerindeki yükü önemli ölçüde azaltır, kazan dairesindeki yakıt tüketimini düşürür ve hem maliyetleri hem de çevresel etkileri küçültür.

Daha temiz şeker için bunun anlamı

Genel okuyucu için başlıca mesaj basit: bu şeker fabrikasında buhar yoğunlaştırma ve soğutma sistemine verilen neredeyse tüm “kullanışlı” enerji boşa harcanıyor, oysa geri kazanım sistemi zaten ısıyı geri dönüştürmede makul bir iş çıkarıyor. Ekserjinin nerede ve nasıl yok edildiğini tespit ederek çalışma, şeker üreticilerine hangi yükseltmelerin en büyük getiriyi sağlayacağını gösteriyor. Buharın yeniden sıkıştırılması (vapor recompression) ve daha iyi tasarlanmış ısı eşanjörleri gibi teknolojiler, şu anda atık olan buharı değerli bir kaynağa dönüştürebilir; bu da şeker fabrikalarının daha az yakıt kullanmasına ve daha az sera gazı salmasına yardımcı olur—masanızdaki şekerin tadını değiştirmeden.

Atıf: Samadzadeh, N., Fanaei, A.R., Piri, A. et al. Energy and exergy analysis of condensate and vapor management system: a case study of Urmia sugar plant. Sci Rep 16, 10011 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41065-6

Anahtar kelimeler: şeker fabrikası enerji, ekserji analizi, buhar geri kazanımı, soğutma kulesi kayıpları, endüstriyel verimlilik