Bir peynir üretim tesisinin ekserji ve eksergoekonomik analizine yönelik vaka çalışması ile tesis atık ısısının hidrojen üretiminde kullanılabilirliğinin incelenmesi
Yükleniyor...
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Necmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu tez çalışmasında, bir vaka çalışması kapsamında bir kaşar peyniri üretim tesisi analiz edilmiştir. Tesis süt pastörizasyonu, kaşar peynir üretimi ve buhar üretim sistemi olmak üzere üç ana üretim biriminden oluşmaktadır. İlk olarak tesisin performans özelliklerini ortaya çıkarmak için enerji, ekserji ve SPECO yöntemi ile eksergoekonomik analizi yapılmıştır. Bu sonuçlara göre; süt pastörizasyonu & kaşar peyniri üretimi ve buhar üretim sistemlerinin toplam özgül ekserji geri kazanım potansiyeli sırasıyla 185,51 kJ/kg ve 2862,4 kJ/kg olarak hesaplanmıştır. Tesisin toplam işletme maliyeti 1476,27 $/h olarak elde edilmiştir. En yüksek ekserji yıkımına sahip birimlerin maliyet oranı sırası ile (455,33 $/h) proses tankı, (267,43 $/h) rejenerasyon-1, (153,98 $/h) ısı eşanjörü-2 ve (134 $/h) kazan & brülördür. En yüksek sermaye yatırımı, işletme ve bakım maliyetlerine sahip üniteler sırasıyla krema separatörü (%22,92), ekonomizer (%13,72) ve çiğ süt tankıdır (%11,11). İkinci olarak tesisin 130-160 ⁰C aralığında baca gazı atık ısısı kullanılarak hidrojen üretim sisteminin uygulanabilirliği incelenmiştir. SRÇ (Steam Rankine Çevrimi)-PEME (Proton Elektrolit Membranlı Elektrolizör), ORÇ (Organic Rankine Çevrimi)-PEME ve SRÇ-ORÇ-PEME entegrasyonları araştırılmıştır. SRÇ-PEME entegrasyonunda; 160 ºC ısı kaynağı altında evaporatör pinch noktası sıcaklık farkı incelemesinde, optimum değerin ΔTppe = 8,792 noktası olduğu, 1043 kg/yıl hidrojen üretimi, minimum geri ödeme süresi 6,93 yıl ve karbon kredisi kazancı 417,3 $’dır. ORÇ-PEME entegrasyonunda R141b için; optimum değerin ΔTppe = 9,333 noktası olduğu, 1360 kg/yıl hidrojen üretimi, minimum geri ödeme süresi 7,33 yıl ve karbon kredisi kazancı 543,9 $’dır. R245fa için; optimum değer ΔTppe = 8,75 noktası olduğu, 1610 kg/yıl hidrojen üretimi, minimum geri ödeme süresi 7,55 yıl ve karbon kredisi kazancı 644,1 $’dır. SRÇ-ORÇ-PEME entegrasyonunda; ORÇ ünitesindeki R141b akışkanı için; 129,1 ºC ısı kaynağı altında evaporatör pinch noktası sıcaklık farkı incelemesinde, optimum değerin ΔTppe = 8,792 noktası olduğu, 1752 kg/yıl hidrojen üretimi, minimum geri ödeme süresi 7,701 yıl ve karbon kredisi kazancı 700,8 $’dır. ORÇ ünitesindeki R245fa akışkanı için; 1736 kg/yıl hidrojen üretimi, minimum geri ödeme süresi 7,845 yıl ve karbon kredisi kazancı 694,2 $ olarak elde edilmiştir.
This thesis analyses a kashar cheese production plant as a case study. The plant consists of three main production units: milk pasteurisation, kashar cheese production and steam production system. Firstly, an energy, exergy and exergoeconomic analysis using the SPECO method is carried out to reveal the performance characteristics of the plant. According to the results; the total specific exergy recovery potential of milk pasteurisation & kashar cheese production and steam production systems were calculated as 185.51 kJ/kg and 2862.4 kJ/kg, respectively. The total operating cost of the plant was obtained to be 1476.27 $/h. The cost ratio of the units with the highest exergy destruction are (455.33 $/h) process tank, (267.43 $/h) regeneration-1, (153.98 $/h) heat exchanger-2 and (134 $/h) boiler & burner. The units with the highest investment, operating and maintenance costs are cream separator (22.92%), economiser (13.72%) and raw milk tank (11.11%). Secondly, the applicability of the hydrogen production system using the waste heat from the plant in the range of 130-160 ºC was investigated. SRC (Steam Rankine Cycle)- PEME (Proton Electrolyte Membrane Electrolyzer), ORC (Organic Rankine Cycle)-PEME and SRC-ORCPEME integrations were investigated. In the SRC-PEME integration; In the evaporator pinch point temperature difference investigation under 160 ºC heat source, the optimum value is ΔTppe = 8.792 points, 1043 kg/year hydrogen production, minimum payback period of 6.93 years and carbon credit gain of $417.3. For R141b in ORC-PEME integration, the optimum value is ΔTppe = 9.333 points, 1360 kg/year hydrogen production, minimum payback period of 7.33 years and carbon credit gain of $543.9. For R245fa, the optimum value is ΔTppe = 8.75 points, 1610 kg/year hydrogen production, minimum payback period of 7.55 years and carbon credit gain of $644.1. In the SRC-ORC-PEME integration; for R141b fluid in the ORC unit; in the evaporator pinch point temperature difference analysis under 129.1 ºC heat source, the optimum value is ΔTppe = 8.792 points, 1752 kg/year hydrogen production, minimum payback period is 7.701 years and carbon credit gain is $700.8. For R245fa fluid in the ORC unit, 1736 kg/year hydrogen production, minimum payback period is 7.845 years and carbon credit gain is $694.2.
This thesis analyses a kashar cheese production plant as a case study. The plant consists of three main production units: milk pasteurisation, kashar cheese production and steam production system. Firstly, an energy, exergy and exergoeconomic analysis using the SPECO method is carried out to reveal the performance characteristics of the plant. According to the results; the total specific exergy recovery potential of milk pasteurisation & kashar cheese production and steam production systems were calculated as 185.51 kJ/kg and 2862.4 kJ/kg, respectively. The total operating cost of the plant was obtained to be 1476.27 $/h. The cost ratio of the units with the highest exergy destruction are (455.33 $/h) process tank, (267.43 $/h) regeneration-1, (153.98 $/h) heat exchanger-2 and (134 $/h) boiler & burner. The units with the highest investment, operating and maintenance costs are cream separator (22.92%), economiser (13.72%) and raw milk tank (11.11%). Secondly, the applicability of the hydrogen production system using the waste heat from the plant in the range of 130-160 ºC was investigated. SRC (Steam Rankine Cycle)- PEME (Proton Electrolyte Membrane Electrolyzer), ORC (Organic Rankine Cycle)-PEME and SRC-ORCPEME integrations were investigated. In the SRC-PEME integration; In the evaporator pinch point temperature difference investigation under 160 ºC heat source, the optimum value is ΔTppe = 8.792 points, 1043 kg/year hydrogen production, minimum payback period of 6.93 years and carbon credit gain of $417.3. For R141b in ORC-PEME integration, the optimum value is ΔTppe = 9.333 points, 1360 kg/year hydrogen production, minimum payback period of 7.33 years and carbon credit gain of $543.9. For R245fa, the optimum value is ΔTppe = 8.75 points, 1610 kg/year hydrogen production, minimum payback period of 7.55 years and carbon credit gain of $644.1. In the SRC-ORC-PEME integration; for R141b fluid in the ORC unit; in the evaporator pinch point temperature difference analysis under 129.1 ºC heat source, the optimum value is ΔTppe = 8.792 points, 1752 kg/year hydrogen production, minimum payback period is 7.701 years and carbon credit gain is $700.8. For R245fa fluid in the ORC unit, 1736 kg/year hydrogen production, minimum payback period is 7.845 years and carbon credit gain is $694.2.
Açıklama
Doktora Tezi
Anahtar Kelimeler
Atık Isı, Eksergoekonomi, Geri Ödeme Süresi, Hidrojen Üretimi, Karbon Kredisi Kazancı, PEME (Proton Elektrolit Membranlı Elektrolizör), Waste Heat, Exergoeconomics, Payback Period, Hydrogen Production, Carbon Credit Gain, PEME (Proton Electrolyte Membrane Electrolyzer)
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Kısakesen, T. (2025). Bir peynir üretim tesisinin ekserji ve eksergoekonomik analizine yönelik vaka çalışması ile tesis atık ısısının hidrojen üretiminde kullanılabilirliğinin incelenmesi. (Yayımlanmamış doktora tezi). Necmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Konya.
