Energieffektiv separation ved hjælp af frysekoncentrering

For at koncentrere produktstrømme bruges mest en energikrævende inddampning. Denne metode er industrien vant til at bruge og har meget erfaring med i forbindelse med forskellige produktstrømme. Industrien er meget konservative, og der skal meget til for at ændre de produktionsmetoder, som er blevet brugt indtil nu. Der findes en del metoder til at lave iskrystaller i en produktstrøm. Nogle af dem er kommercialiserede (skrabe ismaskiner), men de er mest brugt til andre formål end frysekoncentrering. En alternative fremstillingsmetode, som fryser isen ind under vakuum og uden varmevekslere, er under udvikling. Ved vakuumteknologien flyttes der store volumener på grund af lav tæthed på vanddampen, som medfører et stort udstyr. Denne metode er derfor forholdsvis dyr for små produktmængder, hvor skrabe varmevekslersystemer er bedre egnet. Der findes meget få kommercielle produkter til isseparering. Det meste af det beskrevne udstyr er på forsøgsstadiet. Issepareringen er en vigtig del af frysekoncentreringen, og det er vigtigt at mindske produkttabet ud med isen og derved renheden af det vand, der udskilles. Markeder for frysekoncentrering er mange og kan opdeles i tre kategorier. Spildevand, hvor formålet er at koncentrere affaldsstofferne, og udskylning af vand, som kan bruges igen eller ledes til kloak uden ekstra afgifter. Vandproduktion, hvor formålet er at fremstille vand ud af eksempelvis havvand eller spildestrømme for at genvinde vand på steder, hvor vand er en mangelvare. Fødevareproduktion, hvor produkter udvindes ved at fjerne vandet og derved koncentrere det resterende produkt. Industrielle virksomheder er meget konservative, og det er svært at få dem til at ændre deres produktionsmetoder. For at implementere teknologien er det derfor vigtigt at starte med produkter, som udover energibesparelsen, også får betydelige andre fordele ved brug af frysekoncentrering i forhold til inddampning eller membranteknologierne. Af de mange undersøgte markeder er der valgt tre for den økonomiske analyse. Bærkoncentrering er et område, hvor det er vigtigt med skånsom koncentrering for at bibeholde smagsstofferne og produktets struktur. På området er der mange producenter, som laver højværdi specialprodukter, som bygger på økologi og bæredygtighed. Energieffektiv frysekoncentrering kunne her være en del af deres image. Limvand er et biprodukt fra mange fødevareproduktioner. Det indeholder meget protein og kan bruges til eksempelvis dyrefoder. Det er et produkt, som er meget vanskeligt at behandle, hvor proteinerne brænder fast på inddamperoverfladen og tilstopper filtrene i membransystemerne. Her kunne frysekoncentrering bruges som skånsom metode overfor proteinerne. Valle er et proteinrigt biprodukt fra osteproduktion hos mejerierne. Her kunne den skånsomme frysekoncentrering bruges på samme måde som for limvand. Der er lavet et økonomisk eksempel med bærkoncentrering, hvor frysekoncentrering ved hjælp af skrabe varmevekslersystem og vakuumsystem til isgenerering er sammenlignet med en tretrins inddamper. På grund af den høje temperatur på produktet er frysekoncentrering med intern varmegenvinding meget fornuftig. Tilbagebetalingstiden for merinvesteringen ved køb af skrabe varmevekslersystemet i forhold til en tretrins inddamper er 0.5 år. Vakuumsystemet er billigere i indkøb og har som skrabe varmevekslersystemet lavere driftsomkostninger. Energibesparelsen for skrabe varmevekslersystemet med varmegenvinding i forhold til en tretrins inddamper er 89% og ved vakuumsystemet med varmegenvinding ligger den på 95%. For limvand blev der udover inddampning også sammenlignet med membraner. I tilfælde, hvor temperaturen på produktet ind til koncentrering er høj, er det, ligesom ved bærkoncentrering, fornuftigt af bruge intern varmegenvinding ved frysekoncentrering. Den meromkostning, der er ved skrabe varmevekslersystemet med varmegenvinding i forhold til tretrins inddampning, er sparet på ca. syv måneder i lavere driftsomkostninger. Omvendt osmoseanlægget er billigere i indkøb, men bruger mere strøm og i forhold til skrabe varmevekslersystemet med varmegenvinding er tilbagebetalingstiden her omkring ni år. For frysekoncentrering med vakuumsystemet er tilbagebetalingstiden i forhold til tretrins inddampning ca. to måneder og i forhold til omvendt osmoses 1,5 år. Energibesparelsen for Skrabe varmevekslersystemet med varmegenvinding er 87%, og ved vakuumsystem med varmegenvinding er den 97% i forhold til tretrins inddampning. For valle var frysekoncentrering sammenlignet med en tretrins inddamper og membranteknologier. Omvendt osmoseanlægget koster mindst i indkøb, men har de højeste driftsomkostninger. Dette skyldes mange filterskift, som har vist sig at være nødvendige. Skrabe varmevekslersystemet er lidt dyrere end en tretrins inddamper, og ekstra omkostningerne er betalt efter ca. tre måneder. Analysen viser tydeligt, hvor stor indflydelse driftsomkostninger har på valget af den rigtige løsning. Omvendt osmose, som er billigst i indkøb, viser sig i den sidste ende at være et dårligt valg. Energibesparelsen i forhold til en tretrins inddamper viser sig at være 89.5% for skrabe varmevekslersystemet og 96% for vakuumløsningen. Omvendt osmose viser sig at spare lige så meget som skrabevarmevekslersystemet. Dette er forskelligt fra limvand, hvilket skyldes det forholdsvis høje energiforbrug ved rensning af filtrene. I gennem projektet er det vist, at frysekoncentrering har et stort potentiale som metode til koncentrering. For at realisere dette potentiale er der brug for videre undersøgelser af vakuumteknologien for større produktstrømme. Endvidere er der brug for at finde ud af produkttabet, som skyldes indfrosset produkt i iskrystallen ved forskellige indfrysningstemperaturer. Issepareringen er også et område, som skal udforskes for at analysere, hvilken metode der passer bedst til de forskellige produkter for at minimere produkttabet.