Prosjektnummer
900948
Tørking av protein med overhetet damp: Fase 1
Fiskemel- og fiskeoljeprodusentene er sammen med andre aktører innen norsk marin ingrediensindustri interessert i å utrede bruk av overhetet damp for tørking av marint råstoff. Dette prosjektet hadde som målsetning å etablere kunnskapsstatus for tørketeknologi basert på overhetet damp, vurdere alternative tørkedesign og forprosjektere et pilotskala forsøksanlegg.
Det finnes flere ulike typer varmluftstørker som kan konverteres til bruk med SHS, som trommel-, mølle-, ring-, belte-, batch- og fluid bed tørke. I prosjektet er det utført en spørreundersøkelse blant 16 aktuelle leverandører om interesse og erfaring innen tørking av varmesensitive produkter. Fra undersøkelsen ble trommel-, mølle- og ringtørke valgt ut som de mest interessante designene og fire leverandører valgt for ytterligere vurdering.
Kunnskapsstatus innen tørking av varmesensitive produkter og fiskemel spesielt er oppsummert i rapporten. Generelt er det liten kunnskap hos leverandørene og få publiserte studier på bruk av overhetet damp til tørking av marine produkter og følgende kunnskapshull er identifisert knyttet til de aktuelle tørkedesignene:
1. Trommeltørke: tap av biologisk fordøyelig protein, fibrighet og lav bulktetthet på melet.
2. Mølletørke: driftsproblemer knyttet til fettslipp i tørkesonen, klogging av filter ved høyt fettnivå i melet, fibrighet og lav bulktetthet. Mølletørken fungerer uten tap av biologisk fordøyelig protein.
3. Ringtørke: tap av biologisk fordøyelig protein, driftsproblemer knyttet til klogging av rør grunnet fettslipp, fibrighet og lav bulktetthet.
Priser på aktuelle pilotanlegg er innhentet, men det anbefales å utføre tester hos leverandører av trommel- og ringtørke før endelig beslutning om etablering av et pilotanlegg. De supplerende undersøkelsene vil gi et klart sikrere grunnlag for valg av tørkedesign i prosjektets fase 2 og behov for eventuell etablering av et pilotanlegg. Et testanlegg i Norge anbefales installert på en fiskemelfabrikk. Dette vil gi mulighet til å kjøre parallelle tørkeforsøk og direkte sammenligning av melkvalitet basert på dagens varmluftstørke. Plasseringen vil også gi mulighet for å gjennomføre tester med og uten fortørking på damptørke og lengre produksjonsserier for å evaluere robusthet og eventuelle driftstekniske problemer.
Et arbeidsmøte (workshop) angående tørking med overhetet damp med deltakelse fra interesserte bedrifter og fagmiljø vil bli arrangert i 2. halvår 2015.
Det finnes flere ulike typer varmluftstørker som kan konverteres til bruk med SHS, som trommel-, mølle-, ring-, belte-, batch- og fluid bed tørke. I prosjektet er det utført en spørreundersøkelse blant 16 aktuelle leverandører om interesse og erfaring innen tørking av varmesensitive produkter. Fra undersøkelsen ble trommel-, mølle- og ringtørke valgt ut som de mest interessante designene og fire leverandører valgt for ytterligere vurdering.
Kunnskapsstatus innen tørking av varmesensitive produkter og fiskemel spesielt er oppsummert i rapporten. Generelt er det liten kunnskap hos leverandørene og få publiserte studier på bruk av overhetet damp til tørking av marine produkter og følgende kunnskapshull er identifisert knyttet til de aktuelle tørkedesignene:
1. Trommeltørke: tap av biologisk fordøyelig protein, fibrighet og lav bulktetthet på melet.
2. Mølletørke: driftsproblemer knyttet til fettslipp i tørkesonen, klogging av filter ved høyt fettnivå i melet, fibrighet og lav bulktetthet. Mølletørken fungerer uten tap av biologisk fordøyelig protein.
3. Ringtørke: tap av biologisk fordøyelig protein, driftsproblemer knyttet til klogging av rør grunnet fettslipp, fibrighet og lav bulktetthet.
Priser på aktuelle pilotanlegg er innhentet, men det anbefales å utføre tester hos leverandører av trommel- og ringtørke før endelig beslutning om etablering av et pilotanlegg. De supplerende undersøkelsene vil gi et klart sikrere grunnlag for valg av tørkedesign i prosjektets fase 2 og behov for eventuell etablering av et pilotanlegg. Et testanlegg i Norge anbefales installert på en fiskemelfabrikk. Dette vil gi mulighet til å kjøre parallelle tørkeforsøk og direkte sammenligning av melkvalitet basert på dagens varmluftstørke. Plasseringen vil også gi mulighet for å gjennomføre tester med og uten fortørking på damptørke og lengre produksjonsserier for å evaluere robusthet og eventuelle driftstekniske problemer.
Et arbeidsmøte (workshop) angående tørking med overhetet damp med deltakelse fra interesserte bedrifter og fagmiljø vil bli arrangert i 2. halvår 2015.
-
Sluttrapport: Tørking av marint råstoff med overhetet damp: Fase 1 – Kunnskapsstatus
Nofima. Rapport 23-2015. 11. mai 2015. Av Tor Andreas Samuelsen, Øistein Høstmark og Åge Oterhals.
Valg av tørketeknologi er en sentral kostnads- og kvalitetsfaktor for produsenter av tørre produkter fra marint råstoff. Dette gjelder både for produkter som inngår som ingrediens i fôr, og for ingredienser beregnet på humant konsum. Varmluftstørker (konveksjonstørker) gir normalt lavere temperaturbelastning på produktet under tørkeprosessen enn eksempelvis indirekte damptørker (kontakttørker). Ulempen er at varmluftstørker er mer energikrevende. Hvordan tørkegodset transporteres under tørkeforløpet har også betydning for kvalitet, kapasitet og energiforbruk. Luftfluidisering eller mekanisk fluidisering av tørkegodset er spesielt gunstig med tanke på å forhindre dannelse av aggregater med fare for lokal overoppheting under tørkeforløpet.
Produktets partikkelstørrelse er avgjørende for nødvendig tørketid. Hvis en reduserer partikkelstørrelsen under tørkeforløpet vil tørketiden kunne reduseres til sekunder avhengig av formalingsgrad. Kort tørketid øker muligheten til å heve produkttemperaturen under tørkeforløpet uten at det går ut over produktkvaliteten. Dette åpner for å benytte overhetet damp (“superheated steam” (SHS)) under tilnærmet atmosfæriske betingelser som tørkemedium for fiskemel i stedet for varm luft (Høstmark 2002). Når vanndamp varmes opp høyere enn metningstemperaturen (overhetes), er dampen i stand til å ta opp fuktighet fra en våt masse. Tørking på denne måten kan i forhold til tørking i varmluft gi betydelig energibesparelse, miljøgevinst, inert tørkemedium, (dvs. medium som ikke har lett for å inngå forbindelser med andre stoffer), lavere kimtall (indikator på produktets mikrobiologiske kvalitet) i produktet, og sikkerhet mot tørkebrann og støveksplosjon i tørken (Mujumdar 2010).
Hovedutfordringene i designet av en testtørke tilpasset overhetet damp med sikte på tørking av varmefølsomme produkter, er:
• å sikre mot innsuging av falskluft,
• å unngå for høye temperaturer, og
• å sørge for at kort oppholdstid/høy tørkehastighet oppnås ved at partikkelstørrelsen reduseres.
Forhold som negativt kan påvirkes av ikke gunstige betingelser ved bruk av overhetet damp er primært biologisk fordøyelighet og egenskaper ved bioaktive komponenter. Det kan forventes positive effekt på fettoksidasjon og dreping av mikroorganismer (kimtall; Mujumdar 2000). I en batch-tørke med mekanisk fluidisering (Idecon-tørke) er det påvist at overhetet damp kan gi effektiv dreping av bakterier (Nygaard 2008).
Sammenlignet med kommersielle lufttørker er det få konveksjonstørker som er basert på overhetet damp i industriell skala (rester fra sukkerindustri, tremasse og slam), og ingen kjente på varmefølsomme produkter. Marine råstoffer som f.eks. fiskemel, kjennetegnes ved at de er varmefølsomme og må tørkes ved lav temperatur (svakt vakuum eller atmosfæretrykk) eller med kort oppholdstid hvis temperaturen er høy.
Produktets partikkelstørrelse er avgjørende for nødvendig tørketid. Hvis en reduserer partikkelstørrelsen under tørkeforløpet vil tørketiden kunne reduseres til sekunder avhengig av formalingsgrad. Kort tørketid øker muligheten til å heve produkttemperaturen under tørkeforløpet uten at det går ut over produktkvaliteten. Dette åpner for å benytte overhetet damp (“superheated steam” (SHS)) under tilnærmet atmosfæriske betingelser som tørkemedium for fiskemel i stedet for varm luft (Høstmark 2002). Når vanndamp varmes opp høyere enn metningstemperaturen (overhetes), er dampen i stand til å ta opp fuktighet fra en våt masse. Tørking på denne måten kan i forhold til tørking i varmluft gi betydelig energibesparelse, miljøgevinst, inert tørkemedium, (dvs. medium som ikke har lett for å inngå forbindelser med andre stoffer), lavere kimtall (indikator på produktets mikrobiologiske kvalitet) i produktet, og sikkerhet mot tørkebrann og støveksplosjon i tørken (Mujumdar 2010).
Hovedutfordringene i designet av en testtørke tilpasset overhetet damp med sikte på tørking av varmefølsomme produkter, er:
• å sikre mot innsuging av falskluft,
• å unngå for høye temperaturer, og
• å sørge for at kort oppholdstid/høy tørkehastighet oppnås ved at partikkelstørrelsen reduseres.
Forhold som negativt kan påvirkes av ikke gunstige betingelser ved bruk av overhetet damp er primært biologisk fordøyelighet og egenskaper ved bioaktive komponenter. Det kan forventes positive effekt på fettoksidasjon og dreping av mikroorganismer (kimtall; Mujumdar 2000). I en batch-tørke med mekanisk fluidisering (Idecon-tørke) er det påvist at overhetet damp kan gi effektiv dreping av bakterier (Nygaard 2008).
Sammenlignet med kommersielle lufttørker er det få konveksjonstørker som er basert på overhetet damp i industriell skala (rester fra sukkerindustri, tremasse og slam), og ingen kjente på varmefølsomme produkter. Marine råstoffer som f.eks. fiskemel, kjennetegnes ved at de er varmefølsomme og må tørkes ved lav temperatur (svakt vakuum eller atmosfæretrykk) eller med kort oppholdstid hvis temperaturen er høy.
Fase 1 (dette prosjektet)
1) Å etablere kunnskapsstatus for tørketeknologi basert på overhetet damp.
2) Å velge beste teknologi for tørking av fiskemel og andre marine produkter.
3) Å uforme forprosjektering av pilotskala forsøksanlegg inklusiv utnyttelse av overskudd damp fra tørke.
1) Å etablere kunnskapsstatus for tørketeknologi basert på overhetet damp.
2) Å velge beste teknologi for tørking av fiskemel og andre marine produkter.
3) Å uforme forprosjektering av pilotskala forsøksanlegg inklusiv utnyttelse av overskudd damp fra tørke.
Fase 2 (ved evt. videreføring) har foreløpig følgende mål
1) Å etablere pilotanlegg for tørking i overhetet damp.
2) Å drifte og gjennomføre forsøk i testanlegget.
3) Å opparbeide produkt for testing og analyser.
Fase 1 og 2 skal gi grunnlag for oppskalering i industriell skala i fase 3 og 4.
Bruk av overhetet damp istedenfor luft ved tørking av marine pulvere skal gi følgende fordeler:
• energibesparelse på 30–50 % avhengig av eksisterende tørke-/ inndampingsutstyr
• forbedret mikrobiologisk produktkvalitet og sikkerhet
• redusert fettoksidasjon og forbedret stabilitet på sluttprodukt
• eliminering av fare for støveksplosjon og tørkebrann
• miljøgevinst ved redusert utslipp av støv og lukt til luft
• energibesparelse på 30–50 % avhengig av eksisterende tørke-/ inndampingsutstyr
• forbedret mikrobiologisk produktkvalitet og sikkerhet
• redusert fettoksidasjon og forbedret stabilitet på sluttprodukt
• eliminering av fare for støveksplosjon og tørkebrann
• miljøgevinst ved redusert utslipp av støv og lukt til luft
Utvikling til industriell anvendelse av overhetet damp som tørkemetode/teknologi for marine proteinprodukter er her basert på følgende utviklingsforløp:
Fase 1: Utvikle teknologiske løsninger for etablering av pilotskala testanlegg.
Fase 2: Bygging av testanlegg og gjennomføring av forsøk
Fase 3: Uttesting i demonstrasjonsskala (i bedrift).
Fase 4: Etablering av fullskala ny tørketeknologi (i bedrift).
Dette prosjektet er fase 1. Aktiviteten i fase 1 omfatter:
• Etablering av kunnskapsstatus for tørketeknologi basert på overhetet damp.
• Avklaring av samarbeidspartnere, herunder dekke akademiske og industrielle kunnskapsbehov. Dette gjelder leverandører av tørke, varmeprosess, filter, samt faglig samarbeid med f.eks. Avvanningslaboratoriet (SINTEF Energi).
• Utarbeide plan for utforming og kostnadsberegning for testanlegg i laboratoriet hos Nofima.
• Definere testsystem og analyser for å kvantifisere kvalitet på overskuddsdamp, grad av overoppheting, luftinnblanding grunnet lekkasje og innhold av organisk materiale i damp.
• Utforme plan for, samt kostnadsberegne testanlegg og driftsopplegg for fase 2 i detalj. Det er en spesiell utfordring knyttet til at anlegg må gjøres helt tett for å unngå innsuging av falsk luft, både ved innmating og ved uttak av produkt.
Det vil arrangeres et arbeidsmøte (workshop) med invitasjon til ingrediensindustrien, med tema: Bruk av overhetet damp til tørking av varmefølsomme produkter.
Det utarbeides rapport med oppsummering fra møtet og beslutningsgrunnlag for bygging av testanlegg i fase 2. Denne publiseres på fhf.no.
Det utarbeides rapport med oppsummering fra møtet og beslutningsgrunnlag for bygging av testanlegg i fase 2. Denne publiseres på fhf.no.
-
Sluttrapport: Tørking av marint råstoff med overhetet damp: Fase 1 – Kunnskapsstatus
Nofima. Rapport 23-2015. 11. mai 2015. Av Tor Andreas Samuelsen, Øistein Høstmark og Åge Oterhals.