BIOMÉRNÖKI SZÁMÍTÁS ÉS TERVEZÉS BMEVEMBA779 ÉLELMISZER-TECHNOLÓGIAI TERVEZÉS 2016.09.22. Általános ismeretek TÁPLÁLÉK: Amit eszünk, iszunk Az emésztőrendszerrel jut a szervezetbe. táplálék ipar élelmiszer élelmi tápanyag anyag étel konyha 2 BIOMÉRNÖKÖK FELADATAI, LEHETSÉGES AKTIVITÁSI TERÜLETEI TERVEZÉS? Gazdaságos termelés: vállalkozóként, alkalmazottként Termelés ellenőrzés: saját termékre minőségbiztosítás, hatóságként (állami civil) Kutatásban: távlati és közvetlen fejlesztés: TERV 3 AZ ÉLELMISZERELŐÁLLÍTÁS FELADATA: Profit-termelés (nyereség, gazdaságosság) és Szakmai: tudományos szempontok összehangolása fogyasztói igények kielégítése érdekében AZ ÉLELMISZER TECHNOLÓGIÁT TERVEZŐ EMBER: tudós vagy mérnök, esetleg művész? egyben közgazdász is! 5 6 számítások - Élelmiszeripar 1
TECHNOLÓGIAI TERVEZŐMÉRNÖK berendezés tervezése helyett: működés tervezése A TECHNOLÓGIAI FOLYAMAT a nyersanyag előállításától a fogyasztó asztalán tálalásig részfolyamatokból műveletekből tevődik össze. felhasználó tervező Új kialakítása Meglevő fejlesztése Régi átalakítása Nyers anyag Előző művelet Energia veszteség Művelet Következő művelet Főtermék Melléktermék Veszteség Energia 7 Tőke Energia Munka Szabályozás 8 IPARI TERMELŐEGYSÉGEK FELÉPÍTÉSE I. Anyagok átalakítását végző termelő vagy műveleti egységek: Allaktorok: a fizikai átalakításokat végző készülékek. Reaktorok: a kémiai átalakításokat végző készülékek. II. A gyártás logisztikai kiszolgálását végző eszközök és berendezések: Szállítóeszközök: anyag és energiamozgató berendezések Tároló berendezések: a kiindulási, félkész- és végtermék tárolására III. A termelést kiszolgáló infrastrukturális alapszolgáltatások víz (ivó-, technológiai- és hűtővíz), levegő (műszer és kompresszor), energiaszolgáltatás (gőz, villamos áram, földgáz fűtőolaj), informatika (hálózat, telefon, hardver-softver) 9 Folyamatábra Elvi, azaz vázlatos: black box A folyamatábrák Az alapanyagtól a végtermékig tartó gyártás/termelés folyamatát egyezményes, szabványosított jelképekkel és jelölésekkel lehet szimbolizálni. A technológiai folyamatok ezen rajzos formáját folyamatábrának nevezik. A folyamatábrák az adott gyártási eljárásban szereplő műveletek és folyamatok egymásutánját, egymáshoz való kapcsolódását szemléltetik. A műszaki gyakorlat megkülönbözteti az elvi-, és a technológiai folyamatábrázolást. A folyamatábra lehet: vázlatos (az eljárásnak csak a jellemző mozzanatait szimbolizálja) és részletes (technológiai folyamatábra). 10 Gépek, berendezések lépték és szinthelyesen Minden be- és kilépő anyag, műszaki és mennyiségi értékek Elvi (vázlatos) folyamatábra A technológia egyezményes, szabványos jelképekkel, jelölésekkel szimbolizálva szőlő termesztés szüret és beszállítás Kén,enzim (kg) T, t, ph, válogatás I.lépéssor: szőlőfeldolg hulladék szár, törköly, kg Művelet neve,... Mennyiség, II.lépéssor: borfeldolg. seprő kg 11 bor 12 számítások - Élelmiszeripar 2
Elvi, azaz vázlatos: black box Gépek, berendezések lépték és szinthelyesen Minden be- és kilépő anyag, műszaki és mennyiségi értékek gépek lépték és szinthelyesen minden be és kilépő anyag műszaki és mennyiségi értékekkel 13 14 Gépek, berendezések lépték és szinthelyesen Minden be- és kilépő anyag, műszaki és mennyiségi értékek Gépek, berendezések lépték és szinthelyesen Minden be- és kilépő anyag, műszaki és mennyiségi értékek 15 16 Gépek, berendezések lépték és szinthelyesen Minden be- és kilépő anyag, műszaki és mennyiségi értékek MŰVELETEK JELLEMZŐI: TÖMEG ÉS ENERGIAMÉRLEGEK I1, a [kg] I2, b [kg] I3, c [kg] E 1, x [kj] Művelet: lényerés E 2, y [kj] O1, d [kg] O2, e [kg] Egy adott műveletre! 17 a + b + c = d + e E 1 = E a + E b + E c E 2 = E d + E e E 1 = E 2 Input kódlista Jel Megnevezés I1 bogyó I2 enzim keverék I3 borkén E1 energiabevitel Output kódlista Jel Megnevezés O1 must O2 törköly E2 energiaelvonás 18 számítások - Élelmiszeripar 3
MŰVELETEK JELLEMZŐI: TÖMEG ÉS ENERGIAMÉRLEGEK A technológiai mérlegek Az anyag- és energiamérlegek mind a termelés hatékonysága, mind a környezetbe kibocsátott káros anyagok számbavétele szempontjából kiemelkedő fontosságúak. A technológiai folyamatábrák által jól reprezentálható a gyártási folyamat egyes, elkülönülő egységeihez tartozó input-output anyag-, energia-, mennyiségek vagy (folytonos üzemű egységeknél) áramok. A tömeg és energia (hő) megmaradási tételek érvényessége alapján a be-, és kilépő anyag-, energia mennyiségek (áramok) mérlegszerű összevetése fontos mérnöki információk levonására ad lehetőséget. A vizsgálat tárgyát képező technológiára több szempont szerint készíthetünk tömeg és/vagy energia mérlegeket. Az anyagmérleg egy lehetséges formája az anyagforgalmi diagramok matematikai modellje: az Input-output Mátrix. Az érvényességi kör alapján elkészíthető: a gyártó technológia egy kiválasztott egységére a gyártó technológia több kiválasztott egységére (akár a teljes folyamatra is) MŰVELETEK JELLEMZŐI: TÖMEG ÉS ENERGIAMÉRLEG Technológiai folyamatra Input kódlista Jel Megnevezés Tömeg I1 Alapanyag - 1 a kg I2 Alapanyag - 2 b kg I3 Víz c kg I4 Adalékanyag d kg Közbenső kapcsolatok Jel Megnevezés Tömeg O1I5 Köztitermék e kg O2I6 Félkész t.-1 f kg O3I7 Félkész t.-2 g kg Input kódlista Jel Megnevezés Tömeg O4 Termék 1 a kg O5 Termék 2 b kg O6 Melléktermék c kg O7 Hulladék d kg 20 TÖMEG ÉS ENERGIAMÉRLEG ÁBRÁZOLÁSA: Shankey diagram Input O1 O2 O3 Input = O1 + O2 + O3 reális Shankey diagram 21 22 SHANKEY DIAGRAM TECHNOLÓGIAI FOLYAMATOK HATÉKONYSÁGÁNAK MÉRŐSZÁMAI: A Művelet T A:alapanyag T: termék v: veszteség ve Konverzió: 24 számítások - Élelmiszeripar 4
TECHNOLÓGIAI FOLYAMATOK HATÉKONYSÁGÁNAK MÉRŐSZÁMAI: AZ ÉLELMISZERELŐÁLLÍTÁS SZAKMAI FELADATA: A A:alapanyag T: termék v: visszavezetés Művelet v Kitermelés: T A fogyasztói igények kielégítése gazdaságosan és folyamatosan azonos színvonalon a szezonális hatások kiküszöbölésével, azaz tartósan (6-24hó) tárolható, értékesíthető termék megvalósítása hőkezeléssel és más tartósító eljárásokkal. Termékválaszték biztosítása, bővítése a nyersanyag átalakításával termékké. 25 26 HŐMÉRSÉKLET HATÁSA SZAPORODÁSRA ÉS TÚLÉLÉSRE ELTÉR! Hőmérséklet: µ Arrhenius függés! Érvényes: mind a szaporodásra, mind a pusztulásra együttes hatás: hőmérséklet optimum t 0 10 20 30 40 50 60 [ C] t min növekedési tartomány pusztulási szakasz HŐPUSZTULÁS JELLEMZÉSE Túlélő csíraszámmal: Elvi összefüggés: ahol k D : hőpuszt.seb.áll. 0-1 -2-3 ln(n) D: tizedelési idő ln(n túlélő ) = f(t hőközlés ) D T i ( C)=állandó t HŐPUSZTULÁS JELLEMZŐI HŐTŰRŐKÉPESSÉG Hőközlés hatékonysága: log(n): vegetatív sejtek eltérő kezdeti élő csíraszám spórák t Vegetatív organizmus Escherichia coli Salmonella spp. Salmonella typhimurium Salmonella senftenberg Staphylococcus aureus Listeria monocytogenes Campylobacter jejuni D-érték (min) 55 C 60 C 65 C 4 0.1 0.02-0.25 0.056 0.8-1.0 0.2-2.0 5.0-8.3 1.1 NyME (ea. dia képek, 2008) számítások - Élelmiszeripar 5
HŐTŰRŐKÉPESSÉG STERILITÁS KRITÉRIUMA Baktériumspóra 100 C D-érték (min) 110 C 121 C Biotechnológia: C. botulinum A és B 50 0.1-0.2 Táptalajok sterilezése: 1-P 0 (t) = 10-3 C. botulinum E C. perfringens C. sporogenes Bacillus cereus 0.3-20 5 < 1 sec 0.1-1.5 Élelmiszertechnológia: Élelmiszertartósítás:1-P 0 (t) = 10-10 NyME (ea. dia képek, 2008) TERVEZÉS TÍPUSAI, CÉLJAI, FÁZISAI Befektetési tanácsadás: hova tegyünk tőkét - hozamcél Projekt-előkészítés: ismert megvalósítási cél ismeretlen mód Projekt finanszírozási tanulmány: ismert cél, ismert mód ismeretlen tőkeigény Kivitelezési, engedélyezési terv: minden részletet tartalmazó leírás TERVEZÉS TÍPUSAI, CÉLJAI, FÁZISAI Befektetési tanácsadás: hova tegyünk tőkét - hozamcél Projektelőkészítés: ismert megvalósítási cél ismeretlen mód Projekt finanszírozási tanulmány: ismert cél, ismert mód: üzleti terv, (hitel)pályázat Kivitelezési, engedélyezési terv: minden részletet tartalmazó leírás ÜZLETI TERV LEHETSÉGES CÉLJAI Egy-egy ötlet megvalósíthatóságának vizsgálata Saját tulajdonostársaink vagy potenciális tulajdonostársak (szakmai és pénzügyi befektetők) meggyőzése Hitelezőknek, ha ilyen formában szeretnénk külső tőkeforráshoz, illetve pénzforráshoz jutni. PROJEKT FINANSZÍROZÁSI TANULMÁNY: Alapkutatás Alkalmazott kutatás fejlesztés Fejlesztés számítások - Élelmiszeripar 6
FEJLESZTÉSI CÉL Meglevő technológia (épület, gép, stb.) bővítése ELKÉPZELÉS: KVÁZI ZÖLDMEZŐS BERUHÁZÁS Elavult technológia (épület, gép,. stb.) korszerűsítése Elképzelt technológia (épület, gép, stb.) megvalósítása NYERSANYAG: SZÜRET SZŐLŐFELDOLGOZÁS: BOGYÓZÁS/ZÚZÁS Érettségi állapot: szedési = magérettség de: Champaigne, Tokaj, stb Cukortartalom > 13%, optimum: 18-25% SZŐLŐFELDOLGOZÁS: DARÁLÁS Technológiai döntési pont: hagyományos reduktív lehetőség Nyitott v. zárt rendszer Normál körülmények hűtés lehetősége SZŐLŐFELDOLGOZÁS: ÁZTATÁS Technológiai elágazás lehetősége: vörösbor fehérbor Kénezés (red., bakteriosztat.): 100 mg/kg Beoltás fajélesztővel Pektinbontó enzim adagolás Hőmérsékletszabályozás: 20-30 C! Idő: ½ 20 nap számítások - Élelmiszeripar 7
SZŐLŐFELDOLGOZÁS: PRÉSELÉS SZŐLŐFELDOLGOZÁS: ERJESZTÉS kis nyomás! zárt rendszer korlátozott kapacitás lazítás törköly értékesítés glükóz etanol + CO 2 Kénezés Beoltás (Epiculatus élesztő) Sacch.elipsoideus, oviformis, saját fajélesztő Vörösbornál - savtompítás: Micrococcus malolacticus almasav tejsav - kénezés! 3 szakasz: zajos, csendes, tisztulás SZŐLŐFELDOLGOZÁS: BORKEZELÉS Szerepe: tükrös csillogó állapot elérése Fejtés többszöri Derítés szeparálás (bentonit, cellulózszárm., zselatin, kazein, sárga vérlúgsó) kovaföldszűrés (bentonit) lapszűrés membrán-ultraszűrés (cross-flow) BORKEZELÉS: ÉRLELÉS Borkezelés: pasztőrözéssel: 1-2 perc, 65-70 C Redukálás: kénezés, zárt rsz., hűtés Oxidálás: barrikolás Házasítás ELKÉPZELÉS MEGVALÓSÍTÁSA: ZÖLDMEZŐS BERUHÁZÁS Cél pontos megfogalmazása CÉL Alapja: meglevő, várható, felkelthető piaci igények Korlátozások felmérése Források megszerzése Pl.: évente 1000 T (100 vagon) szőlő terem a birtokon, amit 50 Ft/kg áron lehet értékesíteni, de a termelési költség 80 Ft/kg. Bor gazdaságosan milyen mennyiségben értékesíthető? 5-10 eft/palackra igény nincs, marketinggel felkelthető? 300 Ft/palack áron igény van, de megéri? számítások - Élelmiszeripar 8
CÉLKITŰZÉS: Minden nyersanyag feldolgozása Nyersanyag: Szőlő: Hárslevelű (őshonos) Termékek: Bor: Tokaji hárslevelű félszáraz, fehér Mennyiség: 300 T/év (10T / nap) nyersanyag! KORLÁTOK Mennyiségi Technológiai Élelmiszerbiztonsági Környezetvédelmi Jogszabályi (jövedéki) Finanszírozási Személyi (munkaerő esélyegyenl.) Stb. Pályázati lehetőségek felmérése GINOP 2.1.1.-15.: K+F versenyképességi és kiválósági együttműködések: 500 MFt - 4.000 MFt!!! Össz: 50 MrdFt Feltételek: kb. 10 oldal, GINOP 3.4.1.-15. : Újgenerációs NGA és felhordó hálózatok fejlesztése 50 MFt 1.500 MFt, Össz: 68 MrdFt TERV RÉSZEI: (PÁLYÁZATTÓL FÜGGŐEN VÁLTOZHAT) Feladat ismertetés: Termékleírás: minőség, mennyiség, Elméleti ismeretek: Nyersanyag, Technológia, Termék Technológiai terv - számításokkal Megtérülési terv - számításokkal KMOP 2010.1.2.1 /A: Mikro és kisvállalkozások technológiai fejlesztése Összefoglalás Hivatkozások Mellékletek, függelék TECHNOLÓGIAI TERVEZÉS Műveletek paraméterezése: Bemenők mérése, számítása, becslése Műveleti paraméterek mérése, számítása, becslése Kimenők mérése, számítása, becslése Technológiai folyamatterv: Folyamatábra paraméterekkel, be-, kimenő anyagokkal Technológia szöveges ismertetése Anyag, energia, stb. mérlegek, áramdiagramok Minőségbiztosítási, élelmiszerbiztonsági KP-k meghat. Melléktermékek, hulladékok hasznosítási terve Gépek, berendezések, közművek specifikációi Technológia oldalnézeti szintelrendezési rajza Technológia alaprajzi elrendezési terv Működtetési - személyzeti terv FUNKCIONÁLIS KAPCSOLÓDÓ TERV-FELADATOK Jogszabályi kötelezettségek terve Tervezésre, létesítésre vonatkozó szabályok Működtetésre vonatkozó szabályok Pénzügyi finanszírozás, pályázat szabályai (esélyegyenl.) Ingatlan tervezése Alaprajzi elrendezési, oldalnézeti, 3D terv Gépészeti, közmű, stb. terv Környezeti, külső kapcsolati terv Gazdasági pénzügyi finanszírozási terv: Beruházási költségterv Működtetési költségterv Bevételi terv Cash-flow: pénzügyi-finanszírozási terv számítások - Élelmiszeripar 9
FORRÁSOK (EU) támogatás bankhitel ESZKÖZÖK FORRÁSOK Saját tőke: Jegyzett tőke, tőketart., lekötött tart., Eredmény(tartalék), MSZE Pályázati támogatás (vissza nem tér.) Mérleg (pénzügyi) Hitel, kölcsön, kötvénykibocs., stb. FENNTARTHATÓSÁGI FELTÉTEL! Pénzügyi / Gazdaságossági ESZKÖZÖK Befektetett eszközök (egyszeri ráfordítás): Tárgyi eszközök: gépek, berend. Szellemi termékek (immat. javak), Ingatlan + közműhálózat Forgó eszközök (folyamatos ráfordítás): Anyagok: nyers, csomagoló, stb. Eszközök: szerszám, göngyöleg Pénz(!): forgótőke (Követelések) BERUHÁZÁS MEGTÉRÜLÉSI TERVE Beruházási költség (egyszeri v. hitelezett!?) Ingatlan, technológia (immateriális, gépek, berendezések) megvalósítása, tervezési díjak, hatósági engedélyezés, egyszeri finanszírozási ráfordítások, stb. Működési költség (folyamatos, rendszeres) Közvetlen: Alapanyag, energia, egyéb közvetlen rezsi, ÉCS pénzügyi, munkabér és járulékai, adóráfordítás Közvetett, általános: anyagi, rezsi, pénzügyi, bér, adó Bevétel (folyamatos, rendszeres) Árbevétel, egyéb bevétel, rendkívüli bevétel EREDMÉNY (MSZE: Profit) Bevétel : (árbev., pü., rendkívüli) árbevétel = egységár * mennyiség Költség : (tev.-hez, pü., rendkívüli) Anyag: nyers, szerszám, energia, Szolgáltatás: biztosítási, jogi, szakmai Személyi: bér+járulék, egyéb Amortizáció (ÉCS): 2%, 14,5%, 33%, Rezsi: általános, technológiához közvetlenül nem köthető kts., díj Megtérülés( idő ) = beruházási_ költség éves _ nyereségek év= 1 n Nyereség( éves) = Árbevétel( éves) Ráfordítás( éves) Ráfordítás = Tárgyévi, folyamatos_ költségek, számítások - Élelmiszeripar 10