teknik+och+livsmedelsteknik+( ).pdf

Transkript

1 1 teknik+och+livsmedelsteknik+( ).pdf 1. Kemisk processteknik och livsmedelsteknik Kemisk processteknik utgör den teknologiska basen för processindustrin i vid bemärkelse innefattande branscher som kemi, bioteknik, läkemedel, livsmedel, massa och papper samt mineralanrikning. Sveriges ställning inom processteknisk forskning, i ett internationellt perspektiv, är medelstark till stark. Till de starkare områdena hör transportprocesser/modellering, kristallisation, torkning, membranprocesser, tillämpad elektrokemi, och katalys. Livsmedelsteknik är ett delområde inom kemitekniken och livsmedelsteknisk forskning har en lång tradition i Sverige och en erkänd position internationellt. Forskningen i Sverige innefattar värmebehandlings- och torkprocesser baserade på traditionella och nya tekniker, strömningsrelaterade fenomen i processutrustning, blandningsprocesser, separation och emulgeringsprocesser. För att framställa livsmedelsprodukter i framtiden krävs en förståelse för samspelet mellan råvaran, processen och produkten. Utmärkande för kemisk processteknik är kopplingen mellan kemisk reaktion, strömning, mass- och värmetransport. Kemitekniska processer är ofta flerfasprocesser med samtidig reaktion och transport över fasgränsytor. Viktiga tillämpningar utgörs av reaktions-, separations- och blandningsprocesser. Kemisk processteknik är branschöverskridande och utgör en teknologisk bas för processindustrin i vid bemärkelse inkluderande kemi, läkemedel, livsmedel, bioteknik, massa och papper, samt mineral. Mer än hälften av Sveriges nettoexport kommer från denna industri. Behovet av processteknisk forskning ökar nu kraftigt på grund av kravet på processindustrin att minska energiförbrukningen och ställa om produktionen mot mer förnyelsebara råvaror. Sverige har redan idag fördelen av att ha en stark processindustri baserad på förnyelsebara råvaror. Både den skogsbaserade industrin och livsmedelsindustrin är stark. Även den mekaniska industrin som bygger utrustning för processindustrin är trots en nedgång sedan 1990-talet fortfarande stark och företag som Tetra Pak, Alfa Laval och Metso är världsledande inom sina segment Effektiv tillverkningsprocess Produktionen pågår dygnet runt året om. Maskiner, teknisk utrustning och arbetssätt trimmas kontinuerligt för att möta ökade krav på såväl produktkvalitet som miljö. Att tillverka massa och papper är komplicerat. Det är samspelet mellan råvara, processer och kunniga medarbetare som avgör resultatet.

2 2 1. Solen som drivande kraft Med hjälp av solens strålar omvandlar träden koldioxid och vatten till syre och kolhydrater. Kolhydraterna behövs för att bygga upp träden. Den struktur av fibrer som träden sedan bildar utgör basen i pappers- och massatillverkningen. 2.Ved blir flis När veden kommer till bruket tas stockarna in i renseriet. Där barkas de i en roterande barktrumma. Därefter huggs stockarna till flis i flishuggaren. Flisen lagras i stora silor eller på stack. Barken blir bränsle. Från silorna transporteras flisen i rör till kokerierna. 3. Kokning ger massa Cellulosafibrerna i flisen måste frigöras från varandra på ett skonsamt sätt. Det sker genom kokning under tryck tillsammans med kemikalier. Kokvätskan, som kallas vitlut, färgas svart i processen och därefter benämns den svartlut. Cirka hälften av veden blir till pappersmassa. Resten av veden finns löst i svartluten och kommer till nytta som biobränsle i sodapannan. 4. Massan tvättas och silas För att avlägsna resterna av svartluten och flis som inte sönderdelats, så tvättas och silas massan i flera steg för att rena den och ta bort fasta föroreningar. Därefter går den till blekeriet eller till direkt till pappersmaskinen om det är oblekt papper som tillverkas. 5. Blekning ger vithet Blekning är en process som ger en renare, vitare och mer åldersbeständig massa. Processen sker i flera steg och de kemikalier som används är syrgas, klordioxid, väteperoxid och natronlut. Den blekta cellulosafibern är nu klar att bli vit papper.

3 3 6. Kemikalier i kretslopp Den använda kokvätskan, svartluten, torkas för att sedan förbrännas i en sodapanna. Förbränningen ger energi till ång- och elproduktion medan kemikalierna bildar en smälta i botten av pannan. Smältan löses i vatten till något som kallas grönlut. Grönluten behandlas med kalk och omvandlas till ny kokvätska (vitlut) som återförs till kokeriet. Denna cirkulation av kemikalier i olika kretslopp är en viktig förutsättning för både miljö och ekonomi i en massafabrik. 7. Papperstillverkning Cellulosafibrerna späds med vatten, mals och tillförs kemikalier. Blandningen, en så kallad mäld, sprutas ut på pappersmaskinens vira, där det formas till en pappersbana. Papperbanan förs fram genom pappersmaskinen med ett sinnrikt system av filtar och valsar där pappret avvattnas, pressas och torkas. I slutet av pappersmaskinen samlas det färdiga pappret upp på stora rullar. 8. Bestrykning förbättrar tryckbarhet En del papper bestryks i särskilda bestrykningsmaskiner. Genom bestrykningen, som innebär att papperet beläggs med ett tunt skikt av en vit färg, blir papperet slätare, tätare och bättre att trycka på. 9. Färdiga produkter förpackas De stora pappersrullarna skärs ner i mindre storlekar och transporteras till packstationen, där de packas för att skydda dem under lagring och transporten till kunderna. 10. Avloppvattenrening Interna åtgärder i fabriken, för minskade utsläpp från olika avdelningar, kompletteras med en så kallad extern rening av det samlade avloppsvattnet. Vattnet renas först med hjälp av sedimenteringsbassänger där partiklar (mest fibrer) i vattnet avskiljs. Därefter renas vattnet med någon typ av biologisk rening som bygger på principen att mikroorganismer bryter ner föroreningar i avloppsvattnet TILLVERKNING AV MALTWHISKY Mältning Huvuduppgiften i processen att göra whisky är att omvandla stärkelsen i kornet till alkohol. Jästen som ska göra grundjobbet kan bara hantera enklare sockerarter och därför måste vi först bryta ner stärkelsen till socker. Detta påbörjas i mältningsprocessen där man först blöter kornet i vatten, låter det börja gro för att sedan avbryta processen genom att torka kornet. Vi har nu fått det som kallas malt. Det är även här man bestämmer om whiskyn ska vara orökt eller rökig. Eldar man med lätt fuktig torv i början på torkningen så tar malten upp röksmaken och slutresultatet blir en rökig whisky.

4 4 På Box gör vi inte vår egen malt. I likhet med de flesta andra destillerier köper vi i stället in den. Vi har valt att samarbeta med några olika mälterier som är riktigt duktiga på malt av den typ vi vill använda. Malning Det mältade kornet transporteras till Box med lastbil och lagras i en maltsilo innan det ska användas i vår tillverkningsprocess. Vi har fyra maltsilor på destilleriet. Var och en av dem rymmer 13 ton malt. När malten har fått vila i några veckor ska den malas till ett grovt mjöl som vi kallar gröpe. Maltkvarnen är en över 100 år gammal fyrvalsad Boby som tidigare bland annat har tjänstgjort på ett sedan länge nedlagt bryggeri. Att mala de kilo malt vi behöver till en batch tar ungefär en timme. Det är viktigt att sammansättningen mellan fint mjöl, krossad malt och skaldelar blir rätt för att mäskningen ska fungera. Mäskning Gröpen blandas med varmt vatten i vår mäsktunna. Blandningen ska hålla 64,5 C för att nedbrytningen av stärkelsen ska bli bäst. Efter fyllning får blandningen vila i 45 minuter innan vi försiktigt börjar sila av den söta vörten. Den pumpas sedan, via en värmeväxlare, vidare till ett jäskar. Därefter sprejar vi på en ny omgång vatten på gröpen. Denna gång lite varmare för att få ut mer socker. Efter en stund dräneras även detta vatten och pumpas till jäskaret. Vi har nu tagit hand om nästan allt socker från malten, men för att få ut det sista skickar vi in en tredje omgång med ännu varmare vatten. Det vi nu får ut innehåller inte tillräckligt med socker för att kunna jäsas utan pumpas tillbaka till en bryggvattentank och blir första vattnet till nästa mäskning. Vi har två bryggvattentankar i rostfritt stål som vardera rymmer 6000 liter. Mäsktunnan är en semi lauter och mäter 290 centimeter i diameter och har en kapacitet på ca 1,5 ton. Mäskningen tar allt som allt cirka 6 timmar. Jäsning Jäsningen förbereds genom att vi blöter upp vår jäst i ljummet vatten som får stå en stund för att jästen ska aktiveras. Den blandas sedan med den kylda vörten i jäskaren. Våra tre jäskar är i rostfritt stål. De rymmer ca liter vardera och fylls med liter vört. Temperaturen är viktig för jäsningen. Blir mäsken för varm får man oönskade bismaker som inte går att få bort. Är den för kall tar det för lång tid att få igång jäsningen. Det är mycket viktigt att all utrustning är mycket ren för att kunna kontrollera smakutvecklingen. Efter ungefär två dygn har vi fått en alkoholhalt kring 7,5% och i princip allt socker är förbrukat. Smakutvecklingen fortsätter ett tag till och ger en karaktär till mäsken. Låter man jäsningen gå för långt är det risk att mäsken surnar och blir obrukbar. En jäsning på Box kan pågå mellan tre och fyra dygn. Destillation Destillationen, som sker i stora kopparpannor, går ut på att få alkoholen att lämna mäsken i form av ånga. En maltwhisky destilleras normalt två gånger.

5 5 Den färdigjästa mäsken pumpas in i lågvinspannan och destilleras en gång. En mäsk under uppvärmning kan skumma kraftigt och destillatören får ha ständig uppsikt på synglaset på pannans hals så att inte skummet stiger för högt och följer med genom kylaren. Lågvinet håller, i destillationens början, en alkoholhalt på cirka 46% och går mot 0% vilket ger ungefär 22% på hela destillationen. Lågvinet pumpas sedan vidare till spritpannan som är lite mindre. Här kan man styra och bestämma vilken karaktär spriten ska få. Den första delen av destillatet, som vi kallar huvudet, består av högre alkoholer och leds vidare till lågvinstanken för att sedan följa med i nästa destillation. När destillatet håller hög kvalitet växlar vi flödet och leder spriten som kallas hjärtat till sprittanken. Vill man ha mycket fruktiga estrar gör man denna brytning tidigt. Under destilleringen sjunker alkoholhalten och här gäller det att avbyta hjärtat vid rätt tidpunkt för att inte få med oönskade ämnen och smaker. Är det en rökig malt som används låter man i regel hjärtat gå lite längre för att få med rätt mängd fenoler som ska ge den önskade röksmaken. Den sista delen av destillationen som kallas svansen leds tillbaks till lågvinstanken och följer med lågvinet till nästa spritdestillation. Den färdiga orökta spriten har en alkholhalt runt 71 72% och den rökta runt 68%. En destillering tar mellan 5 och 6 timmar. Båda våra destillationspannor är självklart i koppar och tillverkade i Speyside i Skottland. Tillverkaren är Forsyths, ett anrikt kopparslageri som försett whiskyindustrin med utrustning sedan slutet av 1800-talet. Lågvinspannan har traditionell form och en kapacitet på liter. Spritpannan rymmer liter. Våra lågvin- och feintstankar är i rostfritt stål med en volym på liter vardera. Vi har separata tankar för vårt orökiga respektive rökiga recept. Lagring & Buteljering Alkoholhalten justeras till önskad styrka. Därefter pumpas spriten från destilleriet över till tapphuset där den fylls på ekfat. Faten kan tidigare ha innehållit bourbon eller sherry och vi använder även en del helt nya ekfat. Som en naturlig del av lagringsprocessen dunstar varje år ca 2% av innehållet i faten bort. I Skottland kallas detta för The Angels share. Efter tre år får vi kalla spriten för whisky men den största delen av vår whisky kommer att lagras betydligt längre än så innan den buteljeras och säljs. Före buteljering är det vanligt att destillerier kylfiltrerar sin whisky. För att få bort vissa fettsyror som uppkommer under tillverkningen kyler man ner whiskyn och filtrerar den. Detta gör man för att whiskyn inte ska bli grumlig om man tillsätter lite vatten när man ska dricka den. Nackdelen med kylfiltrering är att en del av whiskyns karaktär och smaker fastnar i filtret. Vi har två mellanlagringstankar i rostfritt stål som rymmer liter sprit. I tapphuset ligger två rostfria tankar på liter vardera varifrån vi fyller våra fat Raffinering av råolja Råolja används egentligen inte som den är. Den raffineras istället för att på det sättet omvandlas till en rad olika oljeprodukter som exempelvis drivmedel, uppvärmningsbränslen, smörjmedel eller olika typer av insatsvaror i annan tillverkning eller petrokemiska produkter.

6 6 Råoljan har olika sammansättning beroende på varifrån den kommer. Det beror på att råolja är en komplex blandning av kemiska föreningar mellan kol och väte, så kallade kolväten, vars struktur bestämmer de specifika egenskaperna hos varje typ av råolja. Valet av råolja har därför stor betydelse beroende på vad som skall framställas. Ofta innehåller råolja icke önskvärda ämnen som svavelföreningar vilka avskiljs och kan användas på andra ställen exempelvis som råvara i den kemiska industrin. Priserna på råoljor varierar beroende på hur mycket av bensin, dieselbränsle, villaolja och tjockolja man kan producera av den i olika typer av raffinaderier. Halten av framför allt svavel, men även av metaller och andra ämnen, har också stor prispåverkan. I Sverige finns det idag fem raffinaderier varav tre tillverkar bensin, diesel och eldningsolja. De har tillsammans en kapacitet att hantera ungefär 30 miljoner ton råolja per år. Raffinering För att få fram olika oljeprodukter ur råoljan behöver den raffineras. Det innebär att råoljan hettas upp så att de olika produkterna kan separeras från varandra. Raffinering är möjlig eftersom varje produkt har en bestämd kokpunkt. Vid den för varje produkt specifika temperaturen övergår det från flytande form till gas eller kondenseras från gas till vätska. På det sättet kan varje produkt särskiljas. Den centrala delen i raffineringsprocessen är det höga och cylinderformade torn som kallas fraktioneringskolonn. Råoljan hettas först upp till mellan 370 och 430 C och förs sedan in i kolonnen. Resultatet blir att de lättare kolvätena stiger som gas mot tornets topp medan de tyngre typerna av tjockoljor blir kvar och utvinns nära botten. Bland de lättare kolväteföreningarna återfinns bland annat bensin och flygbränsle medan de något tyngre varianterna utgörs av exempelvis diesel och eldningsoljor. I och med att de olika typerna av kolväteföreningar separeras från varandra kan de nu var och en pumpas ut ifrån deras specifika nivå i fraktioneringskolonnen. Efter det följer ytterligare behandlingar för att ta fram högklassiga produkter färdiga för användning. Vidareförädling Hur mycket som går att få ut av varje oljeprodukt vid raffinering bestäms av råoljans sammansättning och raffinaderiets konfiguration. Det går därför exempelvis inte att raffinera hela mängden råolja till bensin om så önskades. Istället brukar utbytet av bensin ligga på maximalt 25 procent. Ett problem med det är att marknadsbehovet är betydligt högre. För att kunna hantera den ekvationen har många raffinaderier utvecklat olika typer av processer som kan öka utbyte till mellan 40 och 60 procent. Bland de metoder som används för vidare bearbetning av petroleumprodukterna efter raffinering finns termisk och katalytisk krackning samt hydrokrackning. Ordet krackning kommer från den engelska termen cracking som betyder nedbrytning och beskriver hur tunga kolväten med längre molekyler bryts ner till lättare kolväten med kortare molekyler. Nedbrytningen kan antingen ske genom värme, så kallad termisk krackning, eller med hjälp av katalysatorer, så kallad katalytisk krackning. Termisk krackning Termisk krackning, nedbrytningen under hög temperatur, gör tjockoljan mer lättflytande och ökar utbytet av dieselbränsle, eldningsolja 1 och bensin.

7 7 Katalytisk krackning Genom att använda en katalysator påverkas kolvätemolekylernas omvandling som ger slutprodukterna högre oktantal och bättre kemisk stabilitet jämfört med termisk vid krackning. Framförallt påverkar metoden mängden bensin, dieselbränsle och eldningsolja 1 som kan utvinnas ur råoljan. Bensinutbytet kan stegras ytterligare genom en väteförbehandling (hydrotreating) av utgångsoljan. Hydrokrackning Hydrokrackning innebär att en mindre mängd väte tillförs. Det är en flexibel metod som gör bensinen stabil, gasutbytet litet och produkterna lågsvavliga Tillverkning av etanol Råvaror Etanol kan tillverkas från ett flertal råvaror som innehåller socker eller stärkelse som i sin tur kan brytas ner till socker. I fabriken används vete, rågvete och korn som råvara. Det behövs cirka ton spannmål för att producera m3 etanol. Tillverkningsprocessen - Spannmålen kommer till fabriken med lastbil och töms i en intagsgrop. Via transportörer förs spannmålen vidare för rensning och mellanlagring. - Malning sker till ett fullkornsmjöl. - Inmäskning likvifiering och försockring. Mjölfraktionen blandas med vatten till en "gröt" varefter enzymer tillsätts. Stärkelsen i spannmålen (cirka 60 procent av innehållet) bryts då ned till socker/sockerlösning - mäsk. - Jäsning. Till sockerlösningen tillsätts jäst som omvandlar sockret till etanol och koldioxid. - Destillation. För att avskilja etanolen ur mäsken sker en destillation i två steg. Det sista vattnet avskiljs i en molekylsikt, varvid vattenfri etanol erhålls. - Fodertorkning. Den alkoholfria mäsken kallas drank. Dranken är rik på protein och därmed en högvärdig ingrediens i djurfoder. Huvuddelen av dranken torkas och pelleteras till Agrodrank 90.

8 Tillverkning av FOAMGLAS Sand, återvunnet glas och andra material blandas för framställning av smält glas. Glaset extruderas till ett rör och mals till fint pulver och blandas med kol. Blandningen placeras i formar som förs genom en uppvärmd cellbildningsugn, för att framställa ett glasblock. Därefter passerar FOAMGLAS -blocket genom en kylningsugn för kontrollerad svalning. Därefter kapas blocket till önskat format, testas och packas, med sträng tillämpning av kvalitetskontrollstandarderna enligt ISO 9001:2000. Tillverkningsprocessen bygger på värmeåtervinning, vilket minimerar energiförbrukningen och ger en ekologiskt hållbar isoleringsprodukt. Ekologiskt uppfyller FOAMGLAS cellglas de strängaste kraven på miljömässigt hållbara material. Vid tillverkningen används ofta 60 % skrotglas tillsammans med en tillverkningsprocess med minimal energiåtgång. Resultatet blir ett isoleringsmaterial som har hög prestanda under hela sin livstid, inklusive slutlig avfallshantering som inert material eller återanvändning. VIDEO: FOAMGLAS Thermal Insulation Clip 7. Tillverkning av EPS-cellplast EPS står för expanderad polystyren och är en hård termoplast. Den tillverkas i flera steg via granulat, små plastkulor, som expanderas och skummas ihop till homogena block för att slutligen skäras till skivor i lämplig storlek. Steg 1 Förskumning Granulaten skruvas in i förskummaren där het ånga tillsätts under omrörning i en kontinuerlig process som får pentan att expandera granulaten till kulor ca 3-6 mm stora, beroende på önskad kvalitet och typ av granulat. I detta moment bestäms vilken tryckhållfasthet cellplastskivorna slutligen får. Det styrs till stor del av densiteten. När önskad kulstorlek är uppnådd transporteras kulorna med fläktar över till lagersilos i ett angränsande lager för mellanlagring. Steg 2 Blockgjutning Efter lagring i 1-3 dygn blåses kulorna över till en stående blockform, drygt sex meter hög. Formen fylls ända upp, vilket gör att man inte kan justera mängden/densiteten i detta steg. När formen är fylld trycks ånga in genom tunna spalter runt hela formen och kulorna expanderar ytterligare tills blocket blir helt homogent.

9 9 Kombinationen av värme, tryck och fuktighet får de nu fasetterade kulorna att bindas hårt i varandra. Efter några minuters kylning kan blocket avformas, kontrolleras, märkas upp och med truck ställas i rader för ännu en mellanlagring. Hela proceduren tar ca fem minuter. Steg 3 Skärning Efter att blocken stått några dagar hämtas lämpliga block med truck och ställs på transportbandet för att automatiskt läggas ner och matas in för tillskärning i skärlinan. Skärningen sker med ett antal glödtrådar som ställs in beroende på önskad skivtjocklek, bredd och längd. Över- och underskivan samt sidorna kapas rent samtidigt. I nästa steg kapas skivorna i rätt längdmått. Nettomåttet för ett renskuret block är x x mm. Skivorna förpackas därefter utifrån önskemål och behov i paket, plastas eller endast bandas på pall. Vintertid täcks ofta pallarna helt för att undvika att skivorna fryser samman Tillverkning av plaströr och plastslangar Skapandet av plastprodukter är en process som innefattar flera olika steg. Benämningen som processen går under är extrudering. Principen bygger på att skicka en viss typ av plast ner till en form där den upphettas och sedan får smälta för att kunna anta de mått som formen ger upphov till. Det är själva verktyget som kallas för extruder, varifrån tillverkningsnamnet härstammar. Det går också bra att kalla plasttillverkningsprocessen för strängsprutning. Det som skiljer plastslangar och plaströr från varandra är att slangarna är tillverkade med en mjukare plast som gör att slangen blir böjlig och brukbar enligt denna karaktäristik. Ett plaströr tillverkas normalt sett i en hårdare plasttyp som omöjliggör böjningar i någon riktning. Detta gör produkten ytterst lämplig att lägga längst med golv i samband med byggnation eller andra typer av underhållsarbeten. Plast är ett mycket bra material att använda som skydd. Därför är också plastbeläggning en process kan göra stor nytta som ytbehandling för exempelvis metaller som inte är rostskyddade. Att skapa alla dessa produkter kräver ett så kallat renrum. Mer specifikt är detta ett rum som är frittfrån smuts och andra partiklar som kan leta sig in i plasten och sänka slutproduktionens kvalité.

10 Tillverkningsprocess Blåst film Granulatet blandas (1) och extruderas genom en ringformad mall (2) och formar en tunnväggig rörformad cylinder. Luft tillförs genom öppningen i mitten av mallen där granulater pressas in. Cylindern rör sig uppåt varvid resten blir kyld av luft. Granulatet blandas (1) och pressas genom ett profilgivande ringformat munstycke eller matris (2) så att materialet formar sig till en rörformad cylinder. Luft tillförs genom en öppning i mitten av matrisen. Cylindern rör sig uppåt och kyls ständigt med kall luft. Med hjälp av lufttrycket blåser man ut filmen till rätt storlek. Ett system av ringar (3) som omsluter cylindern avgör cylinderns yttermått. Under tiden mäts cylinderväggarnas tjocklek (4) och om nödvändigt justeras extrudern. När cylindern är tillräckligt avkyld pressas cylindern ihop (5) till en flat plastfilm. Sedan leds filmen nedåt via ett system av luftkylda och drivna upptagningsrullar (6). Den tillplattade filmen är nu (nästan) färdig för användning. Filmen kapas av på bägge sidor, med två plana filmer som resultat. Slutligen lindas dessa plana filmer upp på en rulle (7). Kontrollpanelen (8). 1. Extruder 2. Blåsning av filmmaterial med luftkyld ring 3. Storleksbestämning 4. Bestämning av tjocklek 5. Pressenhet 6. Vändenhet 7. Upplindning 8. Automatisering