Оценка эффективности использования теплового насоса в установке экстракции растительного сырья

В работе предложен комплексный способ переработки растительного сырья, который позволяет в рамках одной установки осуществлять процессы замораживания и экстракции, а тепловые потоки перераспределять посредством теплового насоса. Разработана принципиальная схема установки экстракции, в которой тепловая энергия, образуемая в процессе замораживания растительного сырья на примере плодоносящих веток облепихи, расходуется на размораживание древесных отходов в экстракторе, а также на поддержание необходимой температуры экстракции 40%-ым водным раствором этилового спирта в соотношении сырье-экстрагент 1:10. Технические решения обоснованы с точки зрения технологичности, энергоэффективности и экономичности. Для каждого этапа приведены тепловые расчеты на 1 кг условного сырья, которые доказали целесообразность предлагаемых решений. Общая потребность в тепле для заданных условий составляет 651,96 кДж, а затраты электроэнергии на работу теплового насоса – 186,28 кДж. При коэффициенте преобразования энергии (COP) теплового насоса 3.5 экономическая эффективность предлагаемого способа экстракции составляет 0,89 руб. с каждого 1 кг экстрагируемого сырья за счет экономии энергетических затрат.

Предварительное замораживание позволяет увеличить выход экстрактивных веществ до 41 %, что также обеспечивает совокупное снижение энергетических затрат на получение 1 кг условного экстракта. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности предлагаемого способа экстракции растительного сырья, что обеспечит его успешную реализацию и практическую применимость в условиях реального производства.

Ключевые слова: экстракция, замораживание, тепловой насос, коэффициент преобразования энергии, эффективность.

EVALUATION THE EFFICIENCY OF USING A HEAT PUMP IN A PLANT EXTRACTION PLANT

The paper proposes a comprehensive method for processing plant raw materials, which allows freezing and extraction processes to be carried out within a single installation, and heat flows to be redistributed through a heat pump. A schematic diagram of an extraction plant has been developed in which the thermal energy generated during the freezing of plant raw materials, using the example of fruit-bearing sea buckthorn branches, is used to defrost wood waste in an extractor, as well as to maintain the required extraction temperature with 40% aqueous solution of ethyl alcohol in a ratio of 1:10 raw material-extractant. The technical solutions are justified in terms of adaptability, energy efficiency and cost-effectiveness. For each stage, thermal calculations for 1 kg of conditional raw materials are given, which proved the feasibility of the proposed solutions. The total heat demand for the specified conditions is 651.96 kJ, and the cost of electricity for the operation of the heat pump is 186.28 kJ. With the energy conversion coefficient (COP) of the heat pump of 3.5, the economic efficiency of the proposed extraction method is 0.89 rubles for each 1 kg of extracted raw materials due to energy savings. Pre-freezing makes it possible to increase the yield of extractive substances to 41%, which also provides a cumulative reduction in energy costs for obtaining 1 kg of conditional extract. The results obtained indicate the effectiveness of the proposed method of extraction of plant raw materials, which will ensure its successful implementation and practical applicability in real production conditions.

Keywords: extraction, freezing, heat pump, energy conversion factor, efficiency