بهبود راندمان انرژی در صنعت داروسازی

پتانسیل قابل توجهی برای بهبود راندمان انرژی در صنعت داروسازی وجود دارد و اتخاذ یك رویكرد متمركز این امكان را به هر سازمانی می دهد تا فرصت ها را شناسایی كرده و اقدامات و رویه های بهبود راندمان را به اجرا گذارد. بخش دوم این مقاله نیز بطور خلاصه راهبردهای كاهش هزینه های انرژی در كارخانجات داروسازی را مورد بررسی قرار می دهد.

بخش اول این مقاله كه در شماره قبل ارائه شد به موتورها، محرك ها، و سیستم های هوای فشرده پرداخت.در این شماره، راهكارهای بهبود راندمان انرژی در سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) ، دیگ ها و سیستم های تولید همزمان برق و گرما مورد بحث قرار خواهند گرفت.

تحقیقات این مقاله توسط دپارتمان تحلیل انرژی در آزمایشگاه های ملی لارنس بركلی صورت گرفته است. نتایج این تحقیقات بطور كامل در یك راهنمای 90 صفحه ای با عنوان “فرصت های بهبود راندمان انرژی و صرفه جویی هزینه در صنعت داروسازی” با فرمت pdf در آدرس www.energyystar.gov قابل دستیابی است.

HVAC، دیگ ها و سیستم های تولید همزمان برق و گرما

صنعت داروسازی ایالات متحده در سال 2002 حدود 900 میلیون دلار صرف هزینه انرژی كرد. با بالا رفتن هزینه های انرژی، اكثر شركت های داروسازی اقدامات بهبود راندمان انرژی را مورد توجه قرار داده اند. هر یك از این اقدامات چنانچه جداگانه در نظر گرفته شوند ممكن است صرفه جویی های اندكی را ارائه دهند؛ اما تركیب آنها می تواند صرفه جویی های چشمگیر و دوره استهلاك هزینه كوتاهی را فراهم كند.

بهبود راندمان انرژی در صنعت داروسازی

– HVAC

سیستم های HVAC متشكل از دمپرها، بادزن های رفت و اگزاست، فیلترها، رطوبت زن ها، رطوبت گیرها، كویل های گرمایشی و سرمایشی، كانال ها و انواع سنسورها می باشند. سیستم های HVAC در بخش های تولیدی كارخانجات داروساری دقیقا توسط FDA (اداره غذا و داروی ایالات متحده) نظارت می شوند و باید سایر استانداردهای نظارتی جهانی را نیز براورده كنند؛

بنابراین اقدامات بهبود راندمان انرژی كه بر محیط كار تاثیر می گذارند باید با “رویه های صحیح تولید”یا GPM مطابقت كنند. گرچه GPM اجازه كاربرد تكنیك های جدید را می دهد؛ اما دلایل استفاده از انها باید توضیح داده شوند كه این مستلزم صرف وقت اضافی بوده و خطرات مرتبط با تاخیر در تائید پلان های ساختمان موجب شده كه بعضی شركت های داروسازی از طرح های با راندمان انرژی پایین دست نكشد.

با وجود این، فناوری های جدید غالبا هزینه خود را بازپرداخت می كنند.به عنوان مثال، شركت نوارتیس در یكی از كارخانجات خود در لهستان، كنترل های ریزپردازنده ای بر روی سیستم HVAC نصب كرده كه می توانند طوری برنامه ریزی شوند كه گرمایش كارخانه را بر مبنای دماهای خارج به نحو مطلوبی متعادل كرده و بارهای گرمایشی را در تعطیلات آخر هفته كاهش دهند.

شركت نوارتیس پیش بینی می كند كه این سیستم جدید مصرف كلی انرژی گرمایی را تا 10 درصد كاهش دهد. اقدامات بسیاری برای بهبود راندمان انرژی كه بر محیط تاثیر می گذارند باید با”رویه های صحیح تولید”یا GPM مطابقت كنند.

گرچه GPM اجازه كاربرد تكنیك های جدید را می دهد؛ اما دلایل استفاده از آنها باید توضیح داده شوند كه این مستلزم صرف وقت اضافی بوده و خطرات مرتبط با تاخیر در تائید پلان های ساختمان موجب شده كه بعضی شركت های داروسازی از طرح های با راندمان انرژی پایین دست نكشند. با وجود این، فناوری های جدید غالبا هزینه خود را باز پرداخت می كنند.

به عنوان مثال، شركت نوارتیس در یكی از كارخانجات خود در لهستان، كنترل های ریزپردازنده ای بر روی سیستم HVAC نصب كرده كه می توانند طوری برنامه ریزی شوند كه گرمایش كارخانه را بر مبنای دماهای خارج به نحو مطلوبی متعادل كرده و بارهای گرمایشی را در تعطیلات آخر هفته كاهش دهند. شركت نوارتیس پیش بینی می كند كه این سیستم جدید مصرف كلی انرژی گرمایی را انرژی سیستم های HVAC وجود دارند كه در ادامه بعضی از مهم ترین آنها بحث می شوند:

-تنظیم معكوس دماها در ساعات غیر تولید

بهبود راندمان انرژی در صنعت داروسازی

تنظیم معكوس دماهای ساختمان (پایین آوردن نقطه تنظیم دما در زمستان یا بالا بردن آن در تابستان) طی دوره های بلا استفاده از قبیل تعطیلات آخر هفته یا ساعات غیر تولید، می تواند به بهبود راندمان انرژی در صنعت داروسازی و صرفه جویی های چشمگیری در مصرف انرژی سیستم HVAC منجر شود.

بطور مشابه، كاهش نرخ تهویه در اتاق های تمیز و آزمایشگاه ها طی دوره های عدم استفاده نیز می تواند موجب صرفه جویی انرژی شود. سیستم های HVAC در آزمایشگاه های شركت مرك بر اساس ملاحظات ایمنی به صورت تعویض هوای تك گذر (یكبار گردش) طراحی شده اند.

شركت مرك برای بهبود راندمان انرژی این سیستم ها از فناوری های كنترلی استفاده كرده كه دماهای اتاق های منتخب را طی شب و تعطیلات آخر هفته پایین آورده و از  72⁰F به 64⁰F می رسانند. یك همبند (اینترلاك) با روشنایی اتاق این تنزیل دما را ملغی می سازد. این راهبرد كنترلی برای اتاق هایی اجرا شده است كه دماهای پایین تاثیری بر تجهیزات علمی پژوهشی ایجاد نمی كند و 150 فضای آزمایشگاهی مجزا با زیربنای 350000 فوت مربع را تحت پوشش قرار می دهد.

صرفه جویی انرژی حاصل از این پروژه به تقریبا 30000Mbtu در سال بالغ می شود. همچنین با اجرای این پروژه، از انتشار بیش از 1700 تن دی اكسیدكربن در سال جلوگیری می شود.

-محرك های با سرعت قابل تنظیم (ASD_S)

محرك های با سرعت قابل تنظیم یاASD ها را می توان بر روی هواسازهای حجم متغیر و بادزن های بازچرخشی نصب نمود تا دبی و فشار را در سیستم های هواساز دقیقا با مقتضیات تطبیق دهند. با استفاده از ASDها انرژی مصرفی توسط بادزن ها به نحو چشمگیری كاهش می یابد چرا كه بادزن ها دیگر به طور ثابت در سرعت كامل كار نمی كنند.

از ASD ها می توان چیلر و پمپ های سیستم های آبی نیز استفاده كرد تا مصرف توان را بر مبنای تقاضای وارده بر سیستم به حداقل برسانند. شركت Genentech  با نصب ASD ها بر روی هواسازهای حجم متغیر هوا (VAV) در یكی از ساختمان های خود واقع در Vacaville كالیفرنیا، به كاهش های قابل توجهی در مصرف انرژی دست یافته است و پیش بینی می شود كه این شركت سالانه در حدود 23000 دلار صرفه جویی كند.

-سیستم های بازیافت گرما انرژی مورد نیاز برای گرم یا سرد كردن هوای ورودی ساختمان را توسط مهار انرژی حرارتی هوای اگزاستی ساختمان كاهش می دهند. سیستم های رایج بازیافت گرما عبارتند از:

چرخ های بازیافت گرما، لوله های حرارتی، و لوپ های گردشی مبرد. برای جاهایی كه به 100% هوای جبرانی نیاز دارند، تحقیقات نشان داده اند كه سیستم های بازیافت گرما می توانند هزینه گرمایش/سرمایش یك ساختمان را به ازای هر یك درجه فارنهایتی كه دمای هوای ورودی بالا یا پایین برده می شود حدود 3% كاهش دهند.

شركت مرك در سال 2004 یك سیستم لوپ گردشی گلایكول نصب كرد تا گرما را از هوای اگزاستی سیستم HVAC در یك ساختمان آزمایشگاهی به زیربنای 37000 فوت مربع بازیابی كند. بعد از نصب سیستم، این ساختمان توانست 120000 فوت مكعب بر دقیقه (cfm) از هوای خارج را با استفاده از انرژی بازیابی شده، پیش گرم و پیش سرد كند.

صرفه جویی انرژی به دست آمده از این اقدام به تقریبا 265MBtu در سال می رسد كه این موجب می شود سالانه از انتشار بیش از 30 تن دی اكسیدكربن اجتناب گردد.

-بهبود راندمان چیلر

راندمان چیلرها را می توان با پایین آوردن دمای آب كندانسور و در نتیجه افزایش اختلاف دمای آب سرد بهبود بخشید. این امر می تواند مصرف انرژی پمپاژ را كاهش دهد. اقدام دیگری كه برای بهبود راندمان می توان انجام داد نصب چیلرهای دما بالای مجزا برای سرمایش فرایندی است.

اندازه گیری درست چیلرها بمنظور موازنه بهتر بار چیلر با تقاضا، یكی دیگر از راهبردهای مهم بهبود راندمان انرژی است. در كارخانه داروسازی Genentech در Vacaville، دو چیلر 1400 تنی و یك چیلر 600 تنی بجای سه چیلر هم اندازه انتخاب شدند.

این انتخاب بدین منظور صورت گرفت كه چیلرها تا حد امكان نزدیك به بار كامل كار كنند تا بیشترین راندمان را ارائه دهند. دو چیلر بزرگ در بار كامل كار می كنند و چیلر كوچك تر تنها در صورت نیاز برای تامین سرمایش اضافی بكار می افتد كه این موجب كاهش نیازهای انرژی می شود. صرفه جویی هزینه مرتبط با این راهبرد انتخاب چیلر، 113250 دلار در سال تخمین زده می شود.

بهبود راندمان انرژی در صنعت داروسازی

برای بهبود راندمان انرژی در اتاق های تميز کارهای تحقیقاتی زیادی انجام شده است. يكی از تحقيقاتی كه اخيرا صورت گرفته نشان می‌دهد سيستم های HVAC ، 36تا 67 درصد مصرف انرژی اتاق تميز را به خود اختصاص می‌دهند. يكی ديگر از تحقيقات اخير، توزيع انرژی برای عملكرد اتاق تميز را به اين صورت تخمين می‌زند. 56%برای سرمايش، 36% برای گرمايش، 5% برای بادزن ها و 3% برای پمپ‌ها.

HVAC در اتاق تميز داروسازی

اقدامات زير می‌توانند باعث بهبود راندمان انرژی در اتاق های تميز شود:

1. كاهش نرخ های تعويض هوای باز چرخشی
2. بهبود كيفيت و راندمان فيلتراسيون

HVAC، ديگ ها و سيستم های توليد همزمان برق و گرما

فيلترهای هپا واولپا بطور شايع در صنعت داروسازی به منظور فيلتراسيون هوای جبرانی تازه و هوای بازچرخشی مورد استفاده قرار می گيرد. استفاده از ساير فناوری‌های فيلتر ممكن است موجب كاهش مصرف انرژی شود.

بعنوان مثال، فناوری های جديد فيلتراسيون هوا ذرات فوق العاده ريز (001/0 تا 1/0 ميكرون) كه فيلترهای فعلی بر روی آنها موثر نيستند را جذب می‌كنند و انرژی لازم برای بازگرمايش/بازسرمايش هوای اتاق تميز را كاهش می‌دهند.

استفاده از برج های خنك كن: در بسياری موارد، مقتضيات خنك سازی آب را می‎توان به جای چيلرهای آبی، توسط برج های خنك كن تامين نمود. برج‌ها می‌توانند آب را خيلی موثرتر (با راندمان بالاتر) از چيلرها خنك كنند و بنابراين مصرف انرژی سيستم های HVAC اتاق تميز را كاهش می‌دهند.

كاهش اگزاست اتاق تميز و بهبود راندمان انرژی در اتاق های تميز

انرژی مورد نياز برای گرم و سردكردن هوای جبرانی اتاق تميز بخش قابل ملاحظه‌ای از مصرف انرژی HVAC اتاق تميز را به خود اختصاص می دهد. بنابراين كاستن از حجم جريان هوای اگزاست اتاق تميز می‌تواند به صرفه جويی های انرژی قابل توجهی منجر شود.

-ديگ ها

بهبود راندمان انرژی در اتاق های تميز

ديگ ها و سيستم های بخار از عوامل اصلی اتلاف انرژی در بسياری از صنايع هستند. بنابراين معمولا در اين قسمت ها می‌توان به بهبودهای قابل توجهی در راندمان دست يافت. اقدامات زير می‌توانند راندمان انرژی در ديگ‌ها را بهبود بخشند.

كاهش مقدار گاز دودكش:

گاز دودكش بيش از حد اغلب از نشتی ها در ديگ و يا دودكش ناشی می شود. اين امر، گرمای منتقله به بخار را كاهش داده و مقتضيات (انرژی) پمپاژ را افزايش می‌دهد. اين نشتی‌ها غالبا به آسانی تعمير می‌شوند. صرفه جويی های حاصله به 2 تا 5 درصد انرژی ای كه قبلا توسط ديگ به مصرف می‌رسيد، بالغ می‌گردد.

كاهش هوای اضافه:

هرچه هوای اضافه بيشتری برای سوزاندن سوخت مصرف شود، گرمای بيشتری به جای توليد بخار، در اثر گرمايش اين هوا به هدر می‌رود. يك قاعده تجربی كه اغلب از آن استفاده می شود اين است كه به ازای هر 15% كاهش در مقدار هوای اضافه يا 40⁰f (22⁰c)  كاهش در دمای گاز دودكش، راندمان ديگ را می‌توان 1% افزايش داد.

اندازه گذاری درست سيستم‌های ديگ

طراحی صحيح سيستم ديگ در فشار بخار مناسب می تواند از طريق كاهش دمای دودكش، كاهش تلفات تابشی لوله كشی، كاهش نشتی در تله ها موجب صرفه جويی انرژی شود. يكی از تحقيقاتی كه در كانادا بر روی 30 سيستم ديگ صورت گرفت نشان داد كه صرفه جويی‌های به دست آمده از اين اقدام بين 3 تا 8 درصد كل مصرف گاز می باشند.

عايق كاری درست ديگ

برنامه نگهداری منظم

اجرای يك برنامه نگهداری ساده جهت اطمينان از اينكه كليه اجزای ديگ با كارايی حداكثر كار می كنند می‎تواند به صرفه جويی های قابل توجهی منجر شود. صرفه جويی‌های انرژی مرتبط با نگهداری درست ديگ به طور متوسط 10% تخمين زده می‌شوند.

استفاده مجدد از چگاليده

استفاده مجدد از چگاليده داغ در ديگ ها موجب صرفه جويی انرژی می‌شود و نياز به آب تصفيه شده تغذيه ديگ را كاهش می‌دهد ضمن اينكه آب در گرمای محسوس 100⁰c (f212⁰) بازيابی می‌شود. شركت فايزر در يكی از كارخانجات خود سيستم بازيافت چگاليده را بهسازی كرد و از اين طريق به 9% كاهش در مصرف برق، و 8% كاهش در مصرف آب و دفع فاضلاب دست پيدا كرد. بدين ترتيب شركت فايزر بخاطر كاهش خريد گازوئيل، گاز و آب تقريبا 175000 دلار در سال صرفه جويی می‌كند.

كاربرد سيستم های توليد دوگانه (برق و گرما) در صنعت داروسازی ايالات متحده كماكان محدود است. در حال حاضر، اكثر سيستم هايی بزرگ CHP (توليد تركيبی گرما و برق ) از توربين های بخار استفاده می‌كنند.

بطور كلی، صرفه جويی انرژی تعويض انرژی تعويض يك سيستم سنتی (سيستمی كه از بخار حاصل از ديگ و برق شبكه استفاده می‌كند) با يك واحد CHP استاندارد مبتنی بر توربين گازی حدود 20 تا 30 درصد تخمين زده می‌شود. در صورت تعويض ديگ های قديمی يا ديگ هايی كه از نگهداری كمی برخوردار بوده اند، بهره راندمان بالاتر خواهد رفت.

سيكل های تركيبی (تركيب يك توربين گازی و يك توربين بخار پس فشار ) انعطاف پذيری برای توليد برق و بخار در سايت های بزرگ را فراهم می كنند. توربين های گازی با بخار تزريقی (STAG) می‌توانند بخار اضافه (بواسطه نياز های گرمايشی ) را جذب كرده و با تزريق بخار به توربين، توليد برق را افزايش دهند. سيستم های جديد CHP امكان توليد سه گانه را ارئه می دهند، يعنی علاوه بر برق و گرما، سرمايش را تامين می‌كنند.

سرمايش با استفاده از فناوری های ابزربشن و ادزربشن فراهم می شود كه هر دو با استفاده از گرمای بازيابی شده از فرايند توليد دوگانه (برق و گرما) كار می‌كنند. سيستم های سرمايش ابزربشن از اين واقعيت بهره می برند كه قابليت انحلال آمونياك كه در آب سرد بسيار زياد و در آب گرم بسيار كم می باشد. بنابراين اگر يك محلول آب-آمونياك گرم شود، آمونياك آن خارج می‌شود.

مراحل ابزربشن

در اولين مرحله از فرايند ابزربشن، محلول آب –آمونياك در معرض گرمای تلف شده از فرايند توليد دوگانه قرار می‌‌گيرد كه به موجب آن گاز خارج می‌شود. با برطرف شدن گرما، گاز آمونياك كه هنوز تحت فشار بالا قرار دارد، مايع می شود. آمونياك مايع به بخشی از واحد ابزرشن جريان می‌يابد كه در آن در تماس با گاز هيدروژن قرار می گيرد. گاز هيدروژن، آمونياك را با يك اثر سرمايشی جذب می‌كند.

آمونياك سپس به يك سطح آب سرد برخورد می كند كه دوباره آمونياك را جذب كرده و سيكل بسته می‌شود. در مقابل، سرمايش ادزربشن از ظرفيت مواد خاصی برای جذب آب بر روی سطحشان استفاده می كند كه با اعمال گرما می‌توان آب را از سطح جدا نمود.

واحدهای ادزربشن از آب گرم به دست آمده از واحد توليد دوگانه استفاده مي كنند. اين سيستم ها به جای آمونياك يا نمك های خورنده، از سيليكاژل استفاده می‌كنند (كه اين به كاهش هزينه های نگهداری كمك می‌كند) واحدهای ادزربشن ابتدا در ژاپن توليد شدند و اينك در ايالات متحده نيز عرضه می‌شوند.

در سال 2004، واحد تحقيق و توسعه شركت داروسازی JohnsonZJohnson اقدام به نصب و راه اندازی يك سيستم جديد توليد سه گانه نمود. اين سيستم 2200 كيلو واتی سالانه 15GWh برق به علاوه therm360000 گرما و 1/6 ميليون تن-ساعت آب سرد توليد می‌كند

اين سيستم بيش از 90 درصد برق و بخش عمده نيازهای گرمايشی و سرمايشی ساختمان را تامين كرده و به ساختمان اجازه می‌دهد كه در صورت نياز بطور مستقل از شبكه برق ايالتی كار كند. اين همچنين انتشار دی اكسيد كربن را بيش از 3 ميليون پوند در سال كاهش می‌دهد.

ماخذ:pharmaceutical Manufacturing          Magazine may2006

ترجمه:دكتر سيدعلی اكبرطباطبایی