NIEUWE DROOGTECHNOLOGIE VOOR NIEUWE PRODUCTEN. Agro meets Hightech

Transcriptie

1 NIEUWE DROOGTECHNOLOGIE VOOR NIEUWE PRODUCTEN Agro meets Hightech

2 INHOUD PRESENTATIE Intensief Atmosferisch vriesdrogen Een voorgenomen ontwikkeling van TNO/FBR met industriële partners Inkt-jet sproeikop voor monodisperse druppels en poederdeeltjes Een lopende ontwikkeling van TNO met industriële partners Sorptiedrogen (direct contact / indirect contact) Een technologie die is / wordt geïmplementeerd Oververhitte stoom drogen Een technologie met proces- en productvoordelen; meerdere industriële cases

3 INTENSIEF ATMOSFERISCH VRIESDROGEN Partners:

4 VACUÜM VRIESDROGEN STATE OF THE ART Vacuüm vriesdrogen Snelle afvoer van damp door vacuüm Gelimiteerd door warmteoverdracht Hoge kwaliteit Kapitaalintensief Energie-intensief Batchgewijs

5 VRIESDROGEN KWALITEIT DOOR STRUCTUUR Optimale re-hydratatie Structuur mag niet instorten (Pore Colapse) Esveld et al. Journal of Food Engineering 109 (2012), pp Effect of morphology on water sorption in cellular solid foods. Part I: Pore scale network model Journal of Food Engineering 109 (2012), pp Effect of morphology on water sorption in cellular solid foods. Part II: Sorption in cereal crackers Voogt et al. Journal of the Science of Food and Agriculture 91 (2011), pp Predictive model to describe water migration in cellular solid foods during storage

6 VRIESDROGEN STRUCTUUR DOOR GOED INVRIEZEN 1. Buitenkant: snel ingevroren, vloeibaar naar glas-fase type I Slettengren et al. / Journal of Food Engineering 169 (2016) Review - Production and evaluation of water based powder-liquids and powder-liquid mixing 2. Kern: langzaam invriezen => vorming ijskristallen 3. DS concentratie neemt toe in de buurt van ijskristallen. Bij DS max nof altijd rubberfase 4. Daarna verder vriezen naar glas-fase type II.

7 VRIESDROGEN VACUÜM / ATMOSFERISCH / INTENSIEF Waterdamp Lucht Radiation / conduction / convection Vacuüm Vriesdrogen Atmosferisch Vriesdrogen Intensief Atmosferisch Vriesdrogen

8 ATMOSFERISCH VRIESDROGEN PILOT PLANT BESCHIKBAAR BIJ EBBENS

9 Moisture content of zeolite ATMOSFERISCH VRIESDROGEN PILOT PLANT BESCHIKBAAR BIJ HB Van Boxtel et al. / Modern Drying Technology - Vol. 4 (2014) Tsotsas-Mujumbar eds Energy Savings: Zeolites for Reducing Drying Energy Usage 20% -40 C -30 C -20 C -10 C 0 C 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% Water vapour pressure (kpa) -10 C -5 C 0 C 5 C 10 C

10 INTENSIEF ATMOSFERISCH VRIESDROGEN: REKENMODELLEN BESCHIKBAAR Resultaten 4.5 kg verse vis: Dikte 4 mm, 80% water, constant inlaat luchtcondities

11 INTENSIEF ATMOSFERISCH VRIESDROGEN: MEETOPSTELLINGEN BESCHIKBAAR X-ray tomografie om de ontwikkeling van de microstructuur en dichtheid te volgen Dampdiffusie hangt af van porositeit en is veel sneller dan door de vaste fase Sublimatie van ijs geeft porositeit Tenzij pore collapse Temperatuur is kritisch Temperatuurprogramma moet maximum droogsnelheid geven zonder ontdooien

12 INTENSIEF ATMOSFERISCH VRIESDROGEN: PROS & CONS Atmosferisch vriesdrogen (economisch, hoge kwaliteit) is stip op de horizon De beloften van AFD: Lage kapitaalkosten Lage energiekosten Continu ipv batch Eenvoudige warmteoverdracht Op te lossen issues: Pore collapse Lage T noodzakelijk (<-5 /-10 C) Langzaam transport waterdamp Kleine productstukjes nodig Beperkte wateropname per per m 3 lucht Sorptie oplossing (direct of indirect)

13 INTENSIEF AVD: TKI GOEDGEKEURD DOEL EN DELIVERABLES (START 2016) Doel: Doorbraak in Atmosferisch vriesdrogen Deliverables: I-AVD Pilot Gebaseerd op bestaande, beschikbare units (Ebbens, HB, TNO, WUR) Energieverbruik vergelijkbaar met airconditioning CAPEX factor 3 lager dan VVD Inzicht in de ontwikkeling van kwaliteit tijdens AVD AVD Performance Evaluatie Versterken van expertise

14 ATMOSPHERIC VRIESDROGEN INITIATIEF Partners:???

15 NIEUWE NOZZLES VOOR SPROEIDROGERS

16 RAPID MANUFACTURING, HIGH VISCOSITY DROPLET FORMATION, PLASTICS, METALS

17 DRUPPEL PRINTEN, POEDER PRINTEN Viscositeit tot 500 mpa s printen Piezo tot 20,000 Hz Druppelgrootte mu monodisperse druppels Stroboscoop Beeld drogen monodisperse poeders

18 VAN SINGLE NOZZLE TOT MULTI NOZZLE PRINTKOP < 100 mm 1 nozzle ~ 3 ml/min ~ 0,2 L/h 500 nozzle 500 x 3 ml/min ~ 100 L/h

19 DROOG RESULTATEN Conventioneel proces (swirl flow nozzle) Printing poeder proces (Rayleigh break-up nozzle) Grootte en vorm polydispers Grootte en vorm monodisperse Hoge dichtheid en sferisch

20 DROOG RESULTATEN Conventioneel proces (swirl flow nozzle) Poeder Print proces (Rayleigh break-up nozzle) Andere eigenschappen: hoge bulk dichtheid excellente flowability

21 VOORDELEN Grondstof-, energie- en water-rendement Toevoer van emulsies met hoog ds gehalte water + energie Optimale droogcondities door monodisperse druppels energie Monodisperse deeltjes (geen fines ) grondstof + energie Andere product eigenschappen monodisperse poeders van gewenste grootte uniform gedrag Poeders met een hoge dichtheid Additioneel Grote productrange mogelijk flexibiliteit milde procescondities (lage shear) geschikt voor gevoelige producten

22 TNO setup: Tmax 150 C, Hoogte 14 m, Luchtsnelheid m/s DROOGFACILITEIT VOOR KWALITEITS- ONDERZOEK POEDER PRINTEN monodisperse druppelvorming via printtechnologie Droogtoren specifiek voor poeder printen product uitvoer: monodisperse, droge deeltjes

23 TOEKOMSTIGE TECHNOLOGIE POSITIE Non-stop printen van monodisperse poeders Printen van deeltjes met hoge d.s.-gehalte Printen van inhomogene materialen Suspensies Emulsies Nauwkeurige controle over: Druppelgrootte Druppelbaan Druppelsnelheid

24 Agro Meets Hightech ADSORPTIE DROGEN / PROCESSEN IN DIRECT CONTACT

25 Agro Meets Hightech ADSORPTIE DROGEN / PROCESSING MET ZEOLIET ALS ADSORBENT Drooglucht vervangen door klei Ideaal droogproces Geen zuurstof Lage temperatuur Snel, efficient en gecontroleerd Emissie arm Compact (factor >1000)

26 Agro Meets Hightech ADSORPTIE DROGEN MET ZEOLIET IN DIRECT CONTACT Technologie ontwikkeld voor de cacao industrie (emissieprobleem) Wet Product Pretreatment Mechanical Dewatering Wet fraction Membranes Evaporator Concentrate Fuel (Met SHS?) Regeneration Wet Zeolite 100 C Dry zeolite 300 C Dry Product Mixer/Dryer Sieves Pellet Mill Water

27 Agro Meets Hightech ADSORPTIE DROGEN MET ZEOLIET IN DIRECT CONTACT Direct contact van voeding met zeoliet => no-go Lage / geen emissies bij het drogen van mest en slib

28 Agro Meets Hightech ADSORPTIE DROGEN MET ZEOLIET IN DIRECT CONTACT

29 Agro Meets Hightech ADSORPTIE DROGEN / PROCESSEN INDIRECT CONTACT

30 ADSORPTIE DROGEN / PROCESSEN INDIRECT CONTACT: EET PROJECT

31 DRIVERS EN DOEL VOOR INNOVATIE IN SPROEIDROGERS Drivers: Consument wil veilige producten Consument wil nieuwe producten met speciale eigenschappen Producent wil marge op producten vergroten Doel: Innovatie in mild drogen, gebruikmakend van adsorptie technologie Hogere productkwaliteit Lagere OPEX

32 EET SORPTIE DROGER PROJECT Open Kring Kringsluiting Open Kring Installatie op basis van bestaande units

33 EET SORPTIE DROGER PROJECT PROCES ANALYSE Wintercondities zijn optimaal bij constant vochtgehalte inlaatlucht: 2 g/kg De inlaatluchttemperatuur kan dan met 29 C omhoog Kan resulteren in: capaciteitsverhoging van >30% Minder vervuiling Behoud van kwaliteit

34 EET SORPTIE DROGER PROJECT: WINTERCONDITIES MET SORPTIEWIEL 16 h % 207 C 1 bar stoom 162 C 1 bar stoom 210 C 15.4 g/kg dl 26 C 16.7% 61 C 15.4 g/kg dl 143 C 10.6% 100 C 15.4 g/kg dl 51 C 5 g/kg dl 86 C

35 EET SORPTIE DROGER PROJECT: DE AMBITIE IN BEEDUM Grootte (ton water/hr) Luchthoeveelheid (m 3 /hr) 1.4 ton/hr m 3 /hr Investment ( ) Hogere opbrengst (%) 1.5% Lager besmettingsrisico p.m. Extra capaciteit (%) 30% Energiebesparing open systeem (%) Energiebesparing gesloten systeem (%) 7% - 14% 40%

36 DROGEN EN PROCESSING MET OVERVERHITTE STOOM

37 Agro Meets Hightech HET SHS PROCES SHS is droog en vervangt lucht maar doet meer Process variable Steam temperature Product temperature Pressure Gas Steam flow Range C C bar(a) Steam/Air/Nitrogen variable: from any direction

38 Agro Meets Hightech SHS PROCESSEN: GEVEN CONTROLE OVER DE WATER ACTIVITEIT Wateractiviteit is een maat voor de dampdruk boven een product tov die van water (gerelateerd aan het vochtgehalte); Wateractiviteit is een parameter die de kinetiek van processen in producten bepaalt.

39 Agro Meets Hightech SHS IN PROCESSEN VOOR VOEDING O.a. mooiere kleur van wortelpoeder (links SHS, rechts lucht) Vetvrije geëxpandeerde (links SHS, rechts lucht)

40 Agro Meets Hightech SHS DROGEN / PROCESSING: CONCLUSIES Nieuwe mogelijkheden voor productontwikkeling Gecontroleerde wateractiviteit: Betere kwaliteit Hogere opbrengst Groot energie besparingspotentieel: Zuurstofvrij proces

41 BEDANKT VOOR UW AANDACHT