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Mar 07, 2023

Wie Lebensmittelverarbeiter Wasser und Betriebsmittel erfolgreich verwalten können

Abwasser ist ein Bereich, auf den Verarbeiter in beiden Fällen achten müssen

Abwasser ist ein Bereich, auf den Verarbeitungsbetriebe sowohl aus Effizienzgründen als auch aus regulatorischen Gründen achten müssen, z. B. wenn Phosphor aus Antiscalants in das Abwasser gelangt. US Water hat PhosZero entwickelt, ein Antiscalant, das ohne Phosphor auskommt. Dieses Bild zeigt Abwasser ohne Phosphor.

Foto mit freundlicher Genehmigung von US Water

In einem Bürogebäude gibt es viele Möglichkeiten, den Energie- und Wasserverbrauch zu reduzieren.

Durch die Nutzung von Tageslicht und Außenluft können Energie- und HLK-Kosten gesenkt werden. Belüfter an Waschbecken und Toiletten mit geringem Durchfluss können den Wasserverbrauch reduzieren. Die HVAC-Sollwerte können angehoben werden, um an Demand-Response-Programmen teilzunehmen, Steckdosenleisten können am Ende des Tages ausgeschaltet werden, um zu verhindern, dass Geräte weiterhin Strom verbrauchen, und hocheffiziente Geschirrspüler im Pausenraum können den Wasserverbrauch senken.

Aber in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben stellen die Produktionsanforderungen die Energie- und Wassereffizienz vor ganz andere Herausforderungen als in anderen Anlagentypen. Das bedeutet, dass Verarbeiter kreativ werden müssen, wenn sie versuchen, ihr Versorgungsmanagement zu verbessern, Geld zu sparen und die Nachhaltigkeitsziele des Unternehmens zu erreichen .

Der Bürogebäude-Vergleich gilt in einem wichtigen Bereich: Er zeigt, wie in Lebensmittelproduktionsbetrieben anders über Energie und Wasser nachgedacht werden muss und wie sich Verarbeiter für Investitionen in Ausrüstung und Ausbildung einsetzen müssen, ohne daraus Vorteile ziehen zu können B. eine neue Bürobeleuchtung, die sich innerhalb von sechs Monaten amortisiert.

Es gibt Möglichkeiten, Energie und Wasser in der Produktion einzusparen, diese sind jedoch den Produktionsanforderungen und behördlichen Anforderungen untergeordnet. Während Bürogebäude den Bauvorschriften entsprechen müssen, wie komplex sind diese im Vergleich zu FSMA-Anforderungen, anderen Sicherheitsvorschriften und Kundenanforderungen an Produktionspraktiken, die bestimmte Standards erfüllen?

„Man kann die Lebensmittel nicht einfach auf die Abtötungstemperatur bringen, nur um Energie zu sparen“, sagt Warren Green, Vizepräsident und Manager für Verfahrenstechnik bei Hixson.

Green betrachtet die Schritte, die bei der Milchproduktion erforderlich sind.

„Es muss kalt beginnen, es muss aufgewärmt werden, und wenn es sich dann um traditionelle weiße Milch handelt, muss man sie wieder herunterbringen und wieder in den Kühlschrank stellen“, sagt er.

All das erfordert Energie und Wasser, und dieser Bedarf wächst exponentiell, wenn man alle Teile des Produktionsprozesses hinzufügt. Das macht Energie- und Wassermanagement sowie Effizienz zu einer gewaltigen Aufgabe, aber nicht zu einer unmöglichen. Verarbeiter haben Optionen, und das Verständnis, wie diese Optionen genutzt werden können, ist entscheidend, um Einsparungen bei Energie, Wasser und dem für beide Dinge erforderlichen Geld zu erzielen.

Sie haben es wahrscheinlich schon eine Million Mal gehört, und das aus gutem Grund: Was Sie nicht messen, können Sie nicht bewältigen.

Sie wenden dieses Konzept höchstwahrscheinlich auf alle Aspekte Ihrer Produktion an, auch wenn Sie es nicht so formulieren. Sie messen, wie viele Teile eines bestimmten Produkts während eines Durchlaufs beschädigt aus einer Produktionslinie kommen, um sicherzustellen, dass Sie sich innerhalb einer akzeptablen Fehlerquote bewegen. Sie messen, wie viel Kapazität Sie in Spitzenzeiten haben und wie viel Spielraum Sie haben, um die Produktion bei Bedarf zu erweitern. Sie messen, wie viele Mitarbeiter Sie an einer Produktionslinie haben, wie viele Stunden sie arbeiten und mit wie wenigen Sie auskommen, wenn die Umstände es erfordern.

Sie messen all diese Dinge, damit Sie sie verwalten können, und Ihre Versorgungsleistungen sollten nicht anders sein. Es beginnt damit, dass Sie sich Ihre Stromrechnungen ansehen und zwei Fragen stellen:

Das klingt ziemlich einfach, und das ist es auch. Aber das ist nur der Ausgangspunkt für komplexere Fragen, sagt Steve Tapper, Berater für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie bei US Water. „In den meisten Fällen kennen [Verarbeiter] den Wassereintritt und den Wasseraustritt und nicht ihre Anwendungen“, sagt er. „Die meisten Anlagen weichen erheblich von den Mindestanforderungen und den Höchstanforderungen ab, aber sie wissen das nicht, weil sie keine echten Messungen haben.“

Dies gilt auch für Energie. In beiden Fällen ist es einfach, den Gesamtverbrauch an Strom, Wasser und Erdgas zu ermitteln. Aber wie viel Strom verbrauchen Ihre Förderbänder? Wie viel Wasser verwenden Sie zum Abwaschen? Wie viel Erdgas verbrauchen Ihre Öfen und Trockner?

Wenn Sie diese Fragen beantworten können, verfügen Sie über Informationen, die Sie wirklich nutzen können, um mit der Suche nach Effizienzsteigerungen zu beginnen. Ältere Geräte seien eine „Blackbox“ gewesen, sagt Phil Kaufman, Manager für Energietechnologie bei Rockwell Automation. Im Allgemeinen konnten daraus keine Informationen über den Energieverbrauch abgerufen werden, sodass der Energieverbrauch nicht für jeden Schritt des Produktionsprozesses aufgeschlüsselt werden konnte.

Nun verfügt wahrscheinlich jedes Gerät in Ihrer Anlage über eine Berichtsfunktion – oder könnte diese im Falle einer Modernisierung im Fall alter Maschinen bieten – und alle diese Daten können ausgewertet werden, um zu sehen, wie jedes Teil Ressourcen beansprucht und wie alle diese Ressourcen sind addieren.

„Ob es sich um eine Maschine, eine Pumpe oder ein Ventil handelt, all diese Informationen haben jetzt irgendeinen Energiegehalt“, sagt Kaufman. „Jetzt erhalten Sie also diese Informationen, und die Reise besteht darin, sie mit der Fertigung zu kontextualisieren. Sie sind von einer Blackbox zu vielen Informationen übergegangen, und jetzt benötigen die Informationen einen Kontext.“

Es gibt viele Möglichkeiten, diese Informationen zu nutzen, und sie reichen von der Aufrüstung oder Maximierung der Fähigkeiten der Ausrüstung bis hin zu verbesserten Schulungen und der Fokussierung auf die Rolle des Bedieners. Aber sie alle beginnen mit der Messung, sagt Brett Robison, strategischer Geschäftsleiter in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie bei US Water.

„Man muss messen“, sagt er. „Man muss die Menge messen, und man muss die Qualität des Wassers messen, das man in jeder Anwendung verwendet. Sobald man das getan hat, kann man sich mit der Priorisierung von Schwerpunktbereichen befassen.“

Die Identifizierung und Bewältigung dieser Schwerpunkte mag entmutigend erscheinen, und es kann überwältigend sein, darüber nachzudenken, wie viele einzelne Komponenten es in einer Produktionsanlage gibt und wie viel Strom, Erdgas oder Wasser jede einzelne davon verbrauchen könnte. Wenn Sie jedoch mit guten Daten beginnen, ist es viel einfacher, zu beurteilen, wie effizient ein Prozess ist und wie Sie ihn verbessern können.

Beispielsweise schreiben Vorschriften vor, dass in Geflügelbetrieben pro verarbeitetem Vogel eine bestimmte Menge Frischwasser verwendet werden muss. Haben Sie Daten darüber, wie nahe Sie diesem Standard sind? Natürlich darf man nicht darunter liegen, aber man muss nicht 25 Prozent darüber liegen. Oder wenn ein Kill-Schritt eine Temperatur von 180 °F erfordert, gehen Sie dann auf 180 °F oder 181 °F oder sogar höher? Wenn Sie genau bestimmen können, wie nah Sie an den Zielen sind, die Sie erreichen müssen, können Sie feststellen, ob Sie diese auf die effizienteste Art und Weise erreichen. Ein zusätzliches Grad in einem Ofen scheint kein großer Unterschied zu sein, aber denken Sie darüber nach, wie viel zusätzliche Energie es über eine gesamte Produktionsschicht, Arbeitswoche, Monat oder Jahr hinweg benötigt, und es summiert sich.

Ein weiterer Aspekt des Regulierungsaspekts sind Anforderungen an Elemente wie Abwasser, insbesondere wenn es um Materialien im Wasser geht. Lokale, staatliche und bundesstaatliche Vorschriften verlangen alle, dass Wasser „weniger als X“ Mengen verschiedener Materialien enthalten muss, und um sicherzustellen, dass Wasser nicht gegen diese Vorschriften verstößt, können Energieinvestitionen erforderlich sein.

„Dinge wie Phosphor werden beispielsweise immer strenger reguliert“, sagt Robison. „Nur weil wir es geschafft haben, den Wert ein Jahrzehnt lang bei 2 ppm zu halten, wird er nächstes Jahr [hypothetisch] vielleicht 0,5 ppm betragen.“

Phosphor ist ein häufiger Bestandteil von Antikalkmitteln, und viele Staaten verbieten die Abgabe von Phosphor, geschweige denn 2 ppm. US Water hat kürzlich ein Antikalkmittel entwickelt, das ohne Phosphor auskommt.

Phosphoreinleitungen sind nur ein Beispiel dafür, dass die Möglichkeit künftiger Verschärfungen der Vorschriften ein weiteres Argument dafür ist, Abwässer so effizient wie möglich aufzubereiten. Wenn die Vorschriften verschärft werden, möchten Sie nicht mit einem Prozess konfrontiert werden, der nicht effizient ist und Sie plötzlich viel Geld kostet, weil Sie sich nie die Mühe gemacht haben, diesen Prozess zu bewerten.

Der erste Schritt besteht also darin, sicherzustellen, dass Sie Ihre erforderlichen Ziele so effizient wie möglich erreichen. Als nächstes werfen Sie einen Blick auf Ihre Prozesse, sowohl aus einer Gesamtperspektive als auch aus einer detaillierten Perspektive, um zu sehen, ob Sie etwas tun können, um ihre Gesamteffizienz zu verbessern, und nicht nur zu sagen: „Wir halten uns an die Vorschriften, also sind wir gut.“ ."

Aus einer Gesamtperspektive können Sie beispielsweise mit der Frage beginnen, ob Sie einen Teil Ihrer Produktion auf eine andere Tageszeit verlagern können. Spitzenlastzeiten belasten das Netz stark und führen zu hohen Belastungen Ihrer Stromrechnung. Können Sie also einen Produktionslauf für die zweite oder dritte Schicht planen? Oder, wenn Ihnen das nicht möglich ist, können Sie andere Möglichkeiten finden, Ihren Energieverbrauch während der Spitzenzeiten zu senken?

Zwei Diagramme aus einem Whitepaper von Rockwell Automation, die den Unterschied zwischen einem Fertigungsbetrieb mit großen Effizienzschwankungen und einem Betrieb, der sich auf hocheffiziente Abläufe konzentriert, zeigen. Diagramme mit freundlicher Genehmigung von Rockwell Automation

Sowohl Ihr Energieversorger als auch Ihre Maschinen stellen Ihnen Daten zur Verfügung, die Ihnen bei der Bewertung Ihrer Spitzenauslastung helfen. Die Maschinen können Ihnen sagen, wie viel Sie in jedem Teil des Prozesses verbrauchen; Der Energieversorger kann Ihnen sagen, wie viel Ihre Nutzung in diesen Zeiten kostet. Eine hohe Nachfragegebühr aufgrund einer Spitzenauslastung während der Spitzenzeiten kann buchstäblich Tausende von Dollar kosten.

„Allein die Erkenntnis und das Wissen darüber, dass diese Vorwürfe da draußen sind, ist so etwas wie Schritt 1, und Schritt 2 ist: ‚Gibt es wirklich etwas, das wir in unserem Tagesgeschäft konkret umsetzen können?‘“, sagt Green von Hixson. „Einige haben diesen Luxus einfach nicht und andere haben vielleicht etwas mehr Spielraum in ihrem Terminkalender, wo sie Dinge verschieben können.

„Aber aus der Sicht eines Herstellers: Wenn er eine Lieferung hat und ein Produkt herstellen muss, darf er nicht zulassen, dass eine Nachfragegebühr in die Quere kommt. Die Produktion ist das A und O, und sie müssen dazu in der Lage sein.“ Produkte herstellen, wenn sie Produkte herstellen müssen.

Eine gerätebasierte Lösung, die helfen kann, sind Antriebe und Motoren mit variabler Drehzahl. In Spitzenzeiten einen Motor von 0 auf 100 Prozent starten zu müssen, ist eine Budgetknappheit. Das Hochfahren eines bereits laufenden Frequenzumrichters oder das Hochfahren eines Motors von 0 auf 20 Prozent ist wesentlich effizienter und kostet deutlich weniger Geld. Durch die Verfügbarkeit von Geräten mit variabler Geschwindigkeit können Sie Produktionsanforderungen oder plötzliche Erhöhungen der erforderlichen Kapazität erfüllen und dabei dennoch ein gewisses Maß an Kontrolle über die Kosten dafür haben.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die freien Stunden für Dinge wie den Eisbau zu nutzen, auch wenn Sie die Produktion nicht verlagern können. Indem Sie Eis nachts herstellen, wenn die Nachfrage geringer ist, können Sie es tagsüber zum Kühlen verwenden, ohne es spontan herstellen zu müssen.

Neue Geräte können nicht nur hinsichtlich der bereitgestellten Informationen, sondern auch hinsichtlich ihrer Betriebseffizienz enorme Vorteile bieten. Aber das führt für Küchenmaschinen zu einem kleinen Rätsel: Wenn Sie ein Gerät kaufen, das eine erwartete Lebensdauer von 15 oder 20 Jahren hat, wird es dann noch effizient sein, wenn es sich dem Ende seiner Nutzungsdauer nähert?

Die Antwort lautet, wie so oft, „vielleicht“. Eine große Kapitalinvestition könnte jetzt in puncto Effizienz erstklassig sein und dann nach der Hälfte ihrer erwarteten Lebensdauer veraltet sein. Leider lässt sich nicht vorhersagen, ob dies der Fall sein wird. Daher müssen die Verarbeiter bereit sein, dieses Risiko einzugehen.

Auch wenn eine große Kapitalinvestition später den Verzicht auf einige Effizienzchancen mit sich bringt, gibt es andere Möglichkeiten, Ihren gesamten Produktionsprozess dennoch optimal zu nutzen. Ein Trockner kann 20 Jahre halten, andere Komponenten der Produktionslinie jedoch möglicherweise nicht, sodass sie am Ende ihrer Betriebslebensdauer durch effizientere Optionen ersetzt werden können.

All das bedeutet, dass Verarbeiter im Vorfeld alles tun müssen, was sie können, um sicherzustellen, dass sie ein Gerät erhalten, mit dem sie ihre Effizienzziele in einem angemessenen Zeitrahmen erreichen können. Daten spielen dabei natürlich eine große Rolle, und die Verfügbarkeit von mehr Daten trägt dazu bei, die geschäftlichen Argumente dafür zu untermauern, dass im Vorfeld mehr ausgegeben werden muss, um die langfristigen Einsparungen zu maximieren.

Wenn Verarbeiter große oder kleine Upgrades beantragen, können sie einige Maßnahmen ergreifen, um ihre Chancen auf eine Genehmigung zu erhöhen. Was den meisten Menschen in den Sinn kommt, ist die Möglichkeit einer relativ kurzen Amortisationszeit, denn je mehr Menschen sich mit Effizienz- und Nachhaltigkeitsinitiativen vertraut machen, desto offener werden sie für die Idee „jetzt mehr zahlen, aber mit der Zeit viel mehr sparen“. ." Wenn die Menschen, die die Finanzentscheidungen treffen, dieser Idee gegenüber aufgeschlossen sind, ist es mit einer datengestützten Prognose einfacher, im Vorfeld mehr Geld auszugeben.

„Die Leute versuchen immer noch, gute Geschäftsentscheidungen zu treffen, aber sie versuchen, ihre Entscheidungen etwas stärker auf Daten zu stützen“, sagt Robison von US Water. „Man geht vielleicht in eine alte, alte Fabrik, aber sie haben fünf neue Ausrüstungsteile, in die sie gerade Millionen und Abermillionen Dollar investiert haben. Nun, manchmal muss man mit dem arbeiten, was man hat, manchmal.“ , müssen Sie möglicherweise einen Plan zusammenstellen, um zu sagen: „Hier sollten wir uns irgendwann mit der Investition von Kapital befassen, denn hier liegt die Amortisation.“

Ausrüstung, Datenerfassung, Messung und Strategie sind alle wichtig, aber einige oder alle davon können durch ineffiziente Abläufe ruiniert werden. Um auf das Beispiel eines Bürogebäudes zurückzukommen: Wenn Sie Ihren Mitarbeitern Zugang zu den Thermostaten gewähren, kann dies zwar die Zahl der Beschwerden verringern, Ihrer Heizkostenrechnung wird es aber wahrscheinlich keinen Gefallen tun. Ein ähnliches Konzept gilt für den Anlagenbetrieb. Automatisierung und Kontrollen können helfen, Elemente des Prozesses effizient zu verwalten, aber die Bediener benötigen Flexibilität, um ihre Arbeit erledigen zu können. Um zu verhindern, dass dies Ihre besten Pläne zunichte macht, müssen Sie die Art und Weise, wie Bediener ihre Arbeit erledigen, nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Produktionseffizienz, sondern auch unter dem Gesichtspunkt der Ressourceneffizienz bewerten, sagt Kaufman.

„Jeder Betreiber ist anders“, sagt er. „Obwohl es viel Automatisierung gibt, richtet jeder die Dinge anders ein und optimiert sie. Wir stellen fest, dass verschiedene Bediener ihre Arbeit sehr gut machen, und dann stellen wir fest: ‚Oh, sie lassen beim Mittagessen alles an‘“, was Energie verschwendet.

„Wir möchten, dass jeder wie Joe [als Operator] ist, aber wenn wir die Energie betrachten, möchten wir, dass jeder wie Nancy ist.“

Schulung ist der Schlüssel, um sicherzustellen, dass Ihre Bediener die besten Seiten von Joe und Nancy nachahmen. Schulungen zur Betriebseffizienz tragen dazu bei, sicherzustellen, dass keine Zeit oder Ressourcen durch das Hinzufügen oder Duplizieren von Schritten verschwendet werden. Schulungen zur Energieeffizienz tragen dazu bei, dass sie verstehen, wann Geräte abgeschaltet oder andere Maßnahmen ergriffen werden müssen, um sicherzustellen, dass keine Ressourcen verschwendet werden.

Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihre Dokumentation der Betriebsabläufe auch Energieaspekte berücksichtigt.

Verarbeiter, die Zeit und Mühe investieren, um effizient zu arbeiten, werden echte Ergebnisse im Hinblick auf die Erfüllung von Zielen und gesetzlichen Anforderungen erzielen.

Für mehr Informationen:

Hixson, www.hixson-inc.com US Water, www.uswaterservices.comRockwell Automation, www.rockwellautomation.com

Casey Laughman ist der ehemalige Chefredakteur der Zeitschrift Food Engineering. Er verfügt über fast zwei Jahrzehnte Erfahrung als Autor und Herausgeber für Mainstream- und Fachpublikationen. Er war mehrere Jahre als Autor und Redakteur für zwei Nachrichtendienste tätig, bevor er Herausgeber einer juristischen Publikation und Chefredakteur einer Fachzeitschrift wurde, die sich mit dem Markt für kommerzielle Einrichtungen befasste.