poniedziałek, 19 czerwca 2017

Archiwum - Majonez

Archiwum - Majonez

 Przemysl spozywczy w zachodniej Europie i Stanach Zjednoczonych powstawal juz w XIX wieku. W Polsce na wieksza skale zaczeto go budowac dopiero w latach piecdziesiatych. Po kryzysie moce produkcyjne polskiego przemyslu spozywczego sa mocno niewykorzystane z braku dostaw surowcow rolnych !
Mechanizacja  a potem automatyzacja produkcji byly odpowiedzia na rosnace koszty pracy. W bogatych w kapital i surowce naturalne USA praca zaczela drozec juz w polowie lat siedemdziesiatych XIX wieku. Nawet potezna emigracja nie powstrzymala wzrostu kosztow pracy. Odpowiedzia na ten stan rzeczy  byl wowczas wysp przeroznych wynalazkow, ktory faktycznie uczynil z USA lidera cywilizacji. Od lat dziewiecdziesiatych XIX wieku USA sa najwieksza gospodarka swiata.  Stan ten utrzymuje sie po wygranej II Wojnie do dzisiaj.

Sytuacja w ktorej zarabiamy po 20 czarnorynkowych dolarow a robot o duzym udzwigu kosztuje na rynku swiatowym  200 tysiecy dolarow z pewnoscia nie sprzyja automatyzacji produkcji.   

Majonez jest emulsja wodno-olejowa. Emulgatorem sa zoltka jaj kurzych. Olejow roslinnych powinno być w majonezie 70-75% calosci, zoltek jaj 5-13%. Skladnikami sypkimi jest proszek z zoltek jaj, sol, cukier, przyprawy, konserwator, substancje smakowo - zapachowe. Znane sa tez majonezy o nizszej zawartosci tluszczu.
Majonez bywa uzywany takze zamiast drogiego i deficytowego masla. Majonez jest produktem wysokokalorycznym, az do 7000 kcal na kilogram.
Skladnikami plynnymi do produkcji majonezu sa olej roslinny, mleko ( a w nim  woda , bialko, tluszcz ), ocet, musztarda lub alternatywnie zmielona gorczyca.
Majonez mozna sporzadzic w kuchni domowej, kuchni duzej restauracji czy zakladu zywienia zbiorowego i w zakladzie przemyslowym. Efekt skali - maleje pracochlonosc i zuzycie energi na jednostke produktu. 
Wszystkie skladniki majonezu podane sa do homogenizatora pracujacego pod zmniejszonym cisnieniem celem zmniejszenia ilosci rozpuszczanego w majonezie powietrza, co jest szkodliwe dla trwalosci wyrobu. Im mniej rozpuszczonego powietrza tym emulsja jest stabilniejsza. Moc silnika homogenizatora majonezu wynosi w przyblizeniu 3-5KW na 100 L jego pojemnosci. Tak wiec moc silnika moze byc znaczna. Konstrukcja homogenizatora to osobny temat. Z punktu widzenia automatyki homogenizator winien miec lokalna i zdalna sygnalizacje niesprawnosci i nadchodzacej niesprawnosci sensorem wibracji oraz lokalne i zdalne sterowanie. Proces oprozniania oraz napelniania substancjami plynnymi homogenizatora moze byc calkowicie automatyczny.
Homogenizatory sa stosowane w przemysle chemicznym, spożywczym, kosmetycznymi  farmaceutycznym. W przemysle spozywczym znajduja zastosowania do produkcji majonezu, ketchupu, sosow i innych produktow. Ich pojemnosc moze przekraczac metr szescienny.
Rurociagi instalacji "plynow" powinny byc wykonane ze stali nierdzewnej bez martwych miejsc gdzie substancje moga dlugo zalegac prowokujac problemy z higiena. Martwe miejsca w instalacji utrudniaja tez okresowe skuteczne mycie instalacji dla zachowania higieny. Pompy i elektrozawory dla oleju, mleka i musztardy nie stanowia obecnie zadnego problemu technicznego. Interfejsy do silnikow pomp powinny generowac lokalny i systemowy sygnal niesprawnosci. Wytworzony homogenizatorem majonez jest wyjsciowa pompa i zaworem podany do rurociagu i zbiornika buforowego do urzadzenia napelniajacego detaliczne sloiki lub wieksze opakowania hurtowe dla restauracji i zakladow zywienia zbiorowego 
Wsadowy proces homogenizacji majonezu trwa 7-13 minut. Procesy wsadowe  wystepuja m.in w branzach chemicznej, spozywczej, kosmetycznej i farmaceutycznej. W zakladzie rownolegle z przeplotem ( w roznych fazach ) pracuje kilka homogenizatorow aby zapewnic ciagla dostawe majonezu do lini napelniajacej sloiki.
Skladniki plynne sa pompowane do homegenizatorow ze zbiornikow buforowych lub wprost z pojemnikow transportowych. Mozna stosować przeplywomierze lub liczniki  lub lepiej waga tensometryczna mierzyc wage. Oczywiscie z uwagi na blad pomiaru rozpoczynamy od napelniania substancji ktorej jest najmniej.
Przy wielkiej skali produkcji olej roslinny i mleko moge byc transportowane ( przy rozladunku przez filtry i licznik objetosci ) do zbiornikow buforowych cysternami a nie beczkami czy wiekszymi pojemnikami co zmniejsza koszta produkcji. Kontrola stanu plynow w zbiornikach (w najprostszym razie okienka szklane z podzialka w zbiornikach buforowych ) jest konieczna bowiem pustka w zbiorniku oznacza uzycie zbyt malej ilosci danej substancji i zlamanie RECEPTY a w konsekwencji koniecznosc klopotliwej utylizacji nieudanego polwyrobu czy wyrobu. Komputer procesowy winien tez prowadzic sensowny bilans przychodu i rozchodu plynow dla celow kontrolnych.
Skladniki stale z worków transportowych z magazynu przyjmujacego dostawy ( a w nim rampa, sztaplarki i wozki ) buforowego sa przez robotnika ( konieczna maska i wentylacja celem zapobiezeniu wdychania pylow ) zasypywane do zbiornikow buforowych ( powinny byc wyposazone w sensory poziomu  lub switche sygnalizujace niedopuszczalnie niski poziom substancji) i stamtad podawane podajnikami slimakowymi na stanowisko nawarzania. Automatyczna waga tensometryczna mierzy wage pojemnika wraz z nasypywanymi substancjami i zalacza / wylacza napedy slimakow. Nasypujemy substancje w kolejnosci ich wagi. Automatyczna waga musi generowac sygnal niesprawnosci swojej i systemu. Robotnik zbiorniki na kolkach lub platformach transportowych przepycha w strone homogenizatorow 
Nawarzanie substancji stalych ( na marginesie - kilogram proszku z zoltek jaj odpowiada ca 110 srednim  jajkom ) i ich transport do homogenizatorow moze byc tez mocniej zautomatyzowany ale obecnie jest to zupelnie niecelowe.
Jak juz powiedziano w przemysle wystepuje silny  efekt skali. Jednak im wieksza skala produkcji i jej koncentracji tym dluzsze linie dostawy wszystkich surowcow i dluzsze linie dystrybucyjne produktow co wplywa na calkowity koszt wyrobu na polce sklepowej. Czas transportu schlodzonego mleka z zakladow mleczarskich sila rzeczy nie powinien byc za dlugi. Zaklad produkujacy majonez nie powinien byc zatem za wielki.
 W gigantycznym zakladzie pojemniki z nawarzonymi substancjami stalymi moga byc transportowane automatycznie. Alternatywnie mozna wymieszane wstepnie sustancje podawane ciagle ze zbiornikow slimakami z regulowanymi napedami dalej podawac podajnikami do homogenizatorow. 
Stwierdzona nieprawnosc w jednym systemie homogenizatora ma powodowac zwolnienie pracy maszyny napelniajacej, jesli to jest mozliwe. Ewentualnie sumaryczna wydajnosc homogenizatorow musi przewidywac awarie jednego z nich. 
Po automatycznym napelnieniu i zamknieciu nastepuje etykietowanie sloikow pakowanych do kartonow a nastepnie paletyzowanych i transportowanych do chlodzonego magazynu wyjsciowego o temperaturze okolo 4C.  Napelnianie i pakowanie sa osobnymi tematami.

Optymalna produkcja margaryny ( to takze jest emulsja tluszczowo-wodna ) powinna odbywac sie na  wydziale zakladow tluszczowych, gdzie przerabia sie dostarczane ziarna roslin olesitych na spozywczy olej.  Majonez tez moze byc produkowany na wydziale zakladow tluszczowych jako ze znow najwazniejszym surowcem jest olej roslinny.
Na Zachodzie funkcjonuja ogromne wytwornie eksportujace markowe wyroby spozywcze na caly swiat. Receptura eksportowa musi byc starannie opracowane aby wyrob mial dobry smak dla konkretnego geograficznie klienta. Pilnowac trzeba jakosci uzywanych surowcow.

W zakladzie znajduja zastosowanie sensory:
- tensometryczne do pomiaru wagi
- temperatury
- cisnienia takze do posredniego pomiaru poziomu cieczy w zbiornikach
- poziomu cieczy w zbiornikach
- binarne poziomu cieczy i substancji stalych w zbiornikach
- binarne wibracji
- liczniki przeplywu cieczy
Swoistym sensorem jest takze wylacznik termiczny silnika z dodatkowym stykiem sygnalizujacym systemowi automatyki zadzialanie na skutek przeciazenia silnika.

Elemetami wykonawczymi systemu produkcyjnego sa silniki elektryczne i elektrozawory. Silnik asynchroniczny jest najtanszy, ogolnie dostepny i zestandaryzowany, ma wysoka sprawnosc i niezawodnosc. Niestety nie mozna go latwo regulowac. Tanie falowniki sa melodia dalekiej przyszlosci. Pewnym rozwiazaniem sa asynchroniczne silniki dwubiegowe. Silniki komutatorowe sa drozsze , mniej sprawne i generuja pyl z zuzywajacego sie komutatora i szczotek . W dodatku maja z reguly wyzsze obroty i potrzebna jest bardziej zlozona przekladnia obnizajaca. Ale jednokwadrantowo mozna je latwo regulowac triakiem lub para tyrystorow.

Duza czesc sensorow sluzy do koniecznego dla niezawodnej pracy systemu wsadowego monitoringu. Jak juz powiedziano zaklocenia w procesie wsadowym maja powazne i nieodwracalne konsekwencje.
Program winien przewidywac czasowa dezaktywacje roznych uszkodzonych sensorow i ustawienie przez operatora ich fikcyjnej wartosci.
Zalożmy ze ulegl uszkodzeniu sensor binarny  badajacy minimalny stan substancji stalej w buforowym zbiorniku.  Moze on falszywie wskazywac niedopuszczalne obnizenie nadzorowanego poziomu w zbiorniku w sytuacji normalnej lub gorzej, nie wskazywac obnizenia poziomu gdy takowe faktycznie nastapilo. Operator kwitujac komputerem Alarm musi podjac akcje celem wyjasnienia sytuacji, zlecic naprawe i wydac robotnikowi polecenie obserwowania i pilnowania poziomu substancji w zbiorniku. Alarm choc pokwitowany i nie mruga namolnie to jednak jest na liscie alarmow i naprawa musi byc wykonana.    
Alarm generowany przez binarny sensor wibracji homogenizatora wskazuje na rozpoczynajace sie problemy. Mozna dokonczyc homogenizacje i oproznienie bez ponownego napelniania ale urzadzenie trzeba obserwowac i prawdopodobnie odstawic do naprawy. Sensor lub okablowanie moze sie uszkodzic i alarm byl falszywy ale i tak trzeba zlecic naprawe.
Homogenizator ma oczywiscie lokalny panel sterowania. Nawet gdy automatycznie sie oproznia i ponownie napelnia cieczami to i tak robotnik wsypujacy mieszanine substancji stalych musi nacisnac przycisk po wsypaniu mieszaniny.
Gdy z uwagi na niezawodnosc systemu ilosc homogenizatorow jest wieksza od wymaganej minimalnej ilosci jeden z nich czysty czeka na sytuacje awaryjna lub pracuja wszystkie ale z czasem martwym - po rozladowaniu scisle wyznaczony przez kontroler czas czekamy na ponowne zalania i zaladowanie.  

Ilosc dostarczanych do produkcji surowcow i wytworzonego majonezu powinna sie bilansowac. Program musi byc na tyle inteligentny aby nie generowal falszywych alarmow na skutek kumulowania sie bledow pomiarow przy kolejnych oproznieniach i napelnieniach zbiornikow buforowych.

Pojemnosc magazynow wejsciowych ( takze dla sloikow i materialow opakowan ) i wyjsciowych zalezy od doskonalosci funkcjonowania systemu zaopatrzenia w surowce i dystrybucji. Trwalosc schlodzonego mleka jest nieduza i moze okazac sie konieczna pasteryzacja przed jego transportem i przechowaniem w magazynie wejsciowym.

Klopotliwa sprawa jest okresowa sterylizacja instalacji celem zachowania wymogow higieny. Produkcja jest zatrzymana. Bezpowrotnie tracimy resztki wyrobu wyplukane z instalacji - sa one klopotliwym do oczyszczenia - utylizacji sciekiem. Od przemyslnosci konstrukcji zalezy ekonomia sterylizacji instalacji i okres jej przeprowadzenia. Sekwencja czynnosci procesu sterylizacji moze byc przeprowadzona automatycznie choc konieczne jest reczne otwarcie zaworow dla sterylizacji.  

W kazdym rozbudowanym systemie automatyki sa funkcje stricte kontrolne, funkcje alarmow i monitoringu. Monitoring sluzy do obserwacji. Alarmy sa reakcja na sytuacje niedopuszczalne i grozne. Moga byc generowane z kombinacji kilku sygnalow a nie tylko z jednego.

O ile stworzenie programu do sterownikow PLC i komputerow nie jest specjalnie trudne to uruchomienie prototypowego obiektu jest spora sztuka. Sprawdzenie funkcji monitoringu i alarmow jest w miare proste. Poniewaz bledne dzialanie systemu kontrolnego moze dac kosztowne niechciane skutki to uruchamianie prowadzimy ze znacznie zwiekszona iloscia obslugi. Przykladowo osoba pilnujaca homogenizator musi przelaczyc na lokalnym pulpicie Auto na Manual i zapobiec wadliwemu sterowaniu.    

Sprawa braku w Polsce surowcow rolnych jest dziwna. Zielona rewolucja czyli zastosowanie nawozow sztucznych i pestycydow oraz lepszych gatunkow roslin, pozwolila zachodowi zapomniec o glodach. Nawozow sztucznych produkujemy nie tak malo.
Takze przetworstwo zywnosci pozwala lepiej nakarmic populacje dysponowanymi produktami rolnymi. 
Surowce rolne na rynku swiatowym sa stosunkowo tanie.
Nawet niewielki, nowoczesny eksport pozwala uzupelnic lokalne deficyty surowcow rolnych. Aby rocznie wyprodukowac kazdemu Polakowi 2.6 kg wysokokalorycznego majonezu potrzeba tylko 70 tysiecy ton oleju spozywczego. 

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz