29038_TB.fm Page 7 Monday, July 28, 2003 3:15 PM
Inhoud
Voorwoord 5
❑ INHOUD
1
Stoom 9 1.1 Stoom als verhittingsmedium 9 1.2 Soortelijke warmte, vloeistofwarmte en verdampingswarmte 12 1.3 Stoomsoorten en stoomproductie 16 1.4 Rendement bij stoomgebruik 23 1.5 Appendages bij stoomgebruik 30 1.6 Samenvatting 36
2
Koelmiddelen 39
3
Elektriciteit 40 3.1 Opwekking en gebruik van elektrische stroom 40 3.2 Begrippen uit de elektriciteitsleer 42 3.3 Transport van elektrische stroom 51 3.4 Stroomsoorten 52 3.5 Magnetisme en inductie 54 3.6 Opwekken van een elektrische stroom 59 3.7 Draaistroommotoren 65 3.8 Besparen op elektriciteit 67 3.9 Veilig omgaan met elektriciteit 70 3.10 Samenvatting 77
4
Luchtconditionering 82 4.1 Temperatuur van lucht 82 4.2 Luchtvochtigheid 83 4.3 Waterdampdruk 88 4.4 Mollier-diagram 89 4.5 Toepassing van het Mollier-diagram 96 4.6 Luchtsamenstelling 104 4.7 Samenvatting 108
5
Perslucht 111 5.1 Toepassing van perslucht 111 5.2 Opwekking van perslucht met een compressor 112 5.3 Behandeling van perslucht 115 5.4 Energiebesparing bij gebruik van perslucht 121 5.5 Samenvatting 127
6
Water 128 6.1 Herkomst van water 128 6.2 Koolzuur in water 130 6.3 Winning van grondwater 133
7
29038_TB.fm Page 8 Monday, July 28, 2003 3:15 PM
6.4 Watersoorten in een bedrijf 136 6.5 Kwaliteit van het water 137 6.6 Ontijzeren van water 140 6.7 Ionenwisselaars 145 6.8 Ontharden 150 6.9 Ontzouten (demineraliseren) van water 155 6.10 Desinfectie van water 161 6.11 Samenvatting 165 7
Procesbewaking 167 7.1 Voorkomen van storingen 167 7.2 Foutenanalyse controleapparatuur 168 7.3 Metaaldetectie 170 7.4 Samenvatting 172
Bijlage 1
Mollier-diagram voor vochtige lucht (1) 173
Bijlage 2
Mollier-diagram voor vochtige lucht (2) 174
Bijlage 3
Mollier-diagram voor vochtige lucht (3) 175
Trefwoordenlijst 177
8
❑ BASISVOORZIENINGEN EN PROCESBEWAKING
29038_TB.fm Page 9 Monday, July 28, 2003 3:15 PM
1
Stoom
Oriëntatie In de meeste voedingsmiddelenbedrijven wordt stoom gebruikt als verhittingsmedium voor bijvoorbeeld het pasteuriseren, steriliseren en blancheren van producten. Je leert een aantal eigenschappen van stoom kennen en je kunt aan de slag met de begrippen die met stoom te maken hebben.
1.1
Stoom als verhittingsmedium
In de meeste voedingsmiddelenbedrijven wordt stoom gebruikt als verhittingsmedium. Vroeger werd stoom gebruikt voor de aandrijving van bijvoorbeeld treinen en schepen. Nu wordt op sommige bedrijven nog steeds stoom gebruikt voor de aandrijving van een generator die elektrische stroom opwekt.
Stoomgebruik en de voordelen van stoom Als – – – –
verhittingsmedium kan stoom gebruikt worden voor bijvoorbeeld: pasteurisatie; sterilisatie; opwarming van reinigingsvloeistoffen; blancheren.
Vaak wordt voor stoom als verhittingsmedium gekozen omdat: – stoom gemakkelijk (onder druk) door leidingen getransporteerd kan worden; – stoomopwekking op één centrale plek plaatsvindt (ketelhuis), wat erg efficiënt is; – stoom een grote warmte-inhoud heeft, met andere woorden één kg stoom bevat zeer veel warmte; – de warmteafgifte tijdens de condensatie van de stoom plaatsvindt bij een constante temperatuur; – na condensatie van stoom geen schadelijke stoffen overblijven, alleen zuiver water.
Wat is stoom? Stoom is waterdamp die ontstaat als water kookt. Je hebt vast wel eens het koken van water gezien, bijvoorbeeld in een pan. Als water kookt, zie je in de vloeistof dampbellen ontstaan, die opstijgen uit het water.
❑ STOOM
9
29038_TB.fm Page 10 Monday, July 28, 2003 3:15 PM
Fig. 1.1 Koken van water en ontstaan van dampbellen.
verdampen
Fig. 1.2 Het koken van water in een gesloten vat.
Voordat stoom kan ontstaan, moet het water dus verdampen. Vergis je niet: waterdamp en dus ook stoom, is onzichtbaar. Wat wij vaak stoom noemen, is gecondenseerde waterdamp, die ontstaat door afkoeling van waterdamp die dan als hele fijne waterdruppeltjes zichtbaar wordt. Voor de vorming van stoom moet water dus aan de kook worden gebracht. De gevormde waterdamp kan vervolgens als verhittingsmedium toegepast worden. Het verdampen van water is de overgang van vloeistof naar damp. Hiervoor is warmte nodig, bijvoorbeeld warmte die vrijkomt bij het verbranden van aardgas. Bij het koken van water stijgen de dampbellen op en de waterdamp ontsnapt uit de vloeistof. Dit gaat gemakkelijker naarmate er boven het water minder dampmoleculen zijn. Als er namelijk veel dampmoleculen boven het water aanwezig zijn, botsen de dampmoleculen die uit het water opstijgen tegen de dampmoleculen boven de vloeistof. Daardoor kunnen ze dus moeilijker uit het water ontsnappen. Als er veel dampmoleculen boven de vloeistof aanwezig zijn, is de druk boven de vloeistof hoog. Je kunt dus zeggen dat naarmate de druk boven de vloeistof hoger is, de dampmoleculen moeilijker uit het water kunnen ontsnappen. Om toch dampmoleculen uit de vloeistof te laten opstijgen, is meer warmte en dus een hogere kooktemperatuur nodig.
A Pl
Tl
We gaan water in een doorzichtig vat aan de kook brengen (zie figuur 1.2). Het vat is voorzien van een thermometer (TI) en een manometer (PI). In het begin is klep A open, zodat de lucht boven de vloeistof kan ontsnappen. Als de gevormde waterdamp
10
❑ BASISVOORZIENINGEN EN PROCESBEWAKING
29038_TB.fm Page 11 Monday, July 28, 2003 3:15 PM
alle lucht boven de vloeistof heeft verdreven, sluiten we klep A. Dan constateren we het volgende: 1 Tijdens het koken, met klep A open, stijgt de temperatuur niet boven 100 °C. Alle toegevoerde warmte wordt gebruikt voor het verdampen van het water. 2 Als we klep A sluiten, zal de druk boven de vloeistof toenemen, doordat de waterdamp niet weg kan. De vloeistof houdt op met koken en pas als de temperatuur tot een bepaalde waarde is gestegen, zullen opnieuw dampbellen ontstaan. 3 We noteren bij de verschillende drukken telkens de temperatuur waarbij het water kookt. Deze kun je aflezen in de tabel van figuur 1.3. 4 Als we de verwarming stoppen en we verminderen de druk boven het water door klep A even te openen, zal het water gedurende korte tijd spontaan gaan koken. Omdat voor verdampen warmte nodig is, zal de temperatuur dalen en het koken zal weer stoppen. Zoals je ziet in de tabel van figuur 1.3 is er een verband tussen de kooktemperatuur van water en de druk van de waterdamp boven het water. Hoe hoger de druk boven het water, des te hoger is de temperatuur waarbij het water kookt. Fig. 1.3 Verband tussen de druk boven het water en het kookpunt van water.
Vragen 1.1
Overdruk (bar)
Kookpunt water (°C)
Overdruk (bar)
Kookpunt water (°C)
0 0,1 0,5 1 1,5 2 3 4 5
100 102 111 120 127 134 144 152 159
06 07 08 09 10 11 12 13 14
165 170 175 180 184 188 192 195 198
a b c d e f g h i j
❑ STOOM ALS VERHITTINGSMEDIUM
Wat zijn de voordelen van het gebruik van stoom als verhittingsmedium? Wat is stoom? Kun je stoom zien? Geef een toelichting. Hoe kun je zien dat er ergens stoom lekt, bijvoorbeeld via een slecht werkende afsluiter? Wat is verdampen? Wat is condenseren? Hoe kun je zien dat een vloeistof kookt? Hoe kun je verklaren dat het kookpunt van een vloeistof stijgt, als de druk boven de vloeistof stijgt? Welke temperatuur heeft stoom van 5 bar? Bekijk figuur 1.2. In het gesloten vat zitten water en stoom van 5 bar overdruk en een temperatuur van 159 °C. Je opent klep A even en laat stoom ontsnappen, totdat je een druk van 2 bar bereikt. Wat zie je gebeuren? Geef een toelichting.
11
