Μελέτη διεργασιών σε βιομηχανία επεξεργασίας ντομάτας και ενσωμάτωσης παλμικών ηλεκτρικών πεδίων με ανάλυση της σχέσης ενέργειας-νερού και αξιολόγηση κύκλου ζωής

Δαμασκηνός, Κωνσταντίνος-Ποθητός; Damaskinos, Konstantinos-Pothitos

dc.contributor.author	Δαμασκηνός, Κωνσταντίνος-Ποθητός	el
dc.contributor.author	Damaskinos, Konstantinos-Pothitos	en
dc.date.accessioned	2023-04-10T08:52:43Z
dc.date.available	2023-04-10T08:52:43Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57531
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25228
dc.rights	Default License
dc.subject	Ανάλυση κύκλου ζωής	el
dc.subject	Παλμικά ηλεκτρικά πεδία	el
dc.subject	Ντομάτα	el
dc.subject	Ανάλυση διεργασιών	el
dc.subject	Life Cycle Assessment (LCA)	en
dc.subject	Water energy nexus	en
dc.subject	PEF	en
dc.title	Μελέτη διεργασιών σε βιομηχανία επεξεργασίας ντομάτας και ενσωμάτωσης παλμικών ηλεκτρικών πεδίων με ανάλυση της σχέσης ενέργειας-νερού και αξιολόγηση κύκλου ζωής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιομηχανία τροφίμων	el
heal.classification	Ανάλυση κύκλου ζωής	el
heal.classification	Ανάλυση διεργασιών	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-21
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασίας έγινε μελέτη των επιπτώσεων που έχει η ενσωμάτωση μονάδας παλμικών ηλεκτρικών πεδίων (Pulsed Electric Field, PEF) στην παραγωγική διαδικασία προϊόντων επεξεργασίας ντομάτας. Τα τελικά προϊόντα της βιομηχανικής παραγωγής είναι κονσερβοποιημένες ντομάτες και σάλτσα ντομάτας. Η μέθοδος των παλμικών ηλεκτρικών πεδίων είναι μια μη-θερμική διεργασία που αποκτά τα τελευταία χρόνια διεθνές ενδιαφέρον διότι συμβάλει στην επεξεργασία φυτικών ιστών με κατανάλωση μικρότερου ποσού ενέργειας συγκριτικά με συμβατικές θερμικές διεργασίες. Αναλύονται με λεπτομέρεια ο σκοπός και τα ισοζύγια μάζας και ενέργειας όλων των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά την διάρκεια της παραγωγικής διεργασίας. Δίχως την προσθήκη της μονάδας PEF το εργοστάσιο επεξεργάζεται 56500 τόνους πρώτης ύλης ντομάτας και παράγει 26770 τόνους κονσερβοποιημένης ντομάτας, 8606 τόνους σάλτσα ντομάτας και 4779 τόνους παραπροϊόντος. Για να παραχθούν οι παραπάνω ποσότητες καταναλώθηκαν 87977 τόνους φρέσκου νερού, 1404,68 MWh και 782490 m^3 φυσικού αερίου. Η ενσωμάτωση της μονάδας PEF είχε ως αποτέλεσμα την εξοικονόμηση 413 τόνους φρέσκου νερού, 0,809 MWh και 29613,14 m^3 φυσικού αερίου. Έγινε αξιολόγηση κύκλου ζωής (Life Cycle Assessment, LCA) και των δύο συστημάτων με ορισμό λειτουργικής μονάδας τα 100 κιλά τροφοδοσίας πρώτης ύλης, με χρήση της μεθόδου ReCiPe 2016 η οποία υπολογίζει το περιβαλλοντικό αποτύπωμα με βάση 18 μεσαία σημεία και 3 τελικά. Τα 3 τελικά σημεία είναι η επίπτωση στην ανθρώπινη υγεία [Daily], η επίπτωση στο οικοσύστημα [species.yr] και μείωση στην διαθεσιμότητα των πόρων [$]. Η ενσωμάτωση της μονάδας PEF οδήγησε σε μεταβολή των τιμών στα τελικά σημεία κατά -2,50%, -3,99%, -3,66% αντίστοιχα. Από τα 18 μεσαία σημεία επιλέχτηκαν τα 5 πιο αντιπροσωπευτικά για το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της βιομηχανίας επεξεργασίας ντομάτας. Αυτά είναι κλιματική αλλαγή χωρίς τον βιογενή άνθρακα, ο σχηματισμός λεπτών σωματιδίων, η εξάντληση ορυκτών πόρων, η κατανάλωση φρέσκου νερού και ο ευτροφισμός φρέσκου νερού. Η προσθήκη της μονάδας PEF οδήγησε σε μεταβολή των 5 μεσαίων σημείων κατά -11,89%, -0,60%, -4,04%, 0,00% και 0,00% αντίστοιχα. Επίσης, υπολογίστηκε η μαθηματική συσχέτιση μεταξύ των πόρων νερού, ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου. Για την υφιστάμενη κατάσταση η σχέση μεταξύ νερού-ηλεκτρικής ενέργειας ικανοποιεί την γραμμική σχέση y=0,0162χ –19,851. Η σχέση μεταξύ νερού-φυσικού αερίου ικανοποιεί την γραμμική σχέση y=9,0801x-16347. Και τέλος η σχέση μεταξύ ηλεκτρικής ενέργειας-φυσικού αερίου περιγράφεται από την γραμμική σχέση y=560,77χ-5215,2. Για την βιομηχανική εγκατάσταση στην οποία έχει ενσωματωθεί η μονάδα παλμικών ηλεκτρικών πεδίων (PEF) ισχύει ότι η σχέση μεταξύ νερού-ηλεκτρικής ενέργειας ικανοποιεί την γραμμική σχέση y=0,0163χ –19,971. Η σχέση μεταξύ νερού-φυσικού αερίου ικανοποιεί την γραμμική σχέση y=8,77851x-15802. Και τέλος η σχέση μεταξύ ηλεκτρικής ενέργειας-φυσικού αερίου περιγράφεται από την γραμμική σχέση y=539,86χ-5020,1. Τέλος, υπολογίστηκε ο περιβαλλοντικός δείκτης Nexus όπου σηματοδοτεί το πόσο ισχυρή είναι η συσχέτιση μεταξύ των καταναλισκόμενων πόρων. Για την υφιστάμενη κατάσταση υπολογίστηκε ίσος με 1 ενώ για το σύστημα όπου έχει γίνει η ενσωμάτωση της μονάδας PEF μειώθηκε ελάχιστα και υπολογίστηκε ίσος με 0,968.	el
heal.abstract	In this thesis, the effects of the integration of a Pulsed Electric Field (PEF) unit in the production process of tomato products were studied. The final products of the industrial production are canned tomatoes and tomato sauce. The pulsed electric field method is a non-thermal process that has been gaining international interest in recent years because it contributes to the processing of plant tissues with less energy consumption compared to conventional thermal processes. The functionality, the mass and energy balances of all the processes that take place during the production process are analysed in detail. Without the addition of the PEF unit, the plant processes 56500 tonnes of tomato raw material and produces 26770 tonnes of canned tomatoes, 8606 tonnes of tomato sauce and 4779 tonnes of by-products. To produce the above quantities, 87977 tons of fresh water, 1404.68 MWh and 782490 m^3 of natural gas were consumed. The integration of the PEF plant resulted in savings of 413 tons of fresh water, 0.809 MWh and 29613.14 m^3 of natural gas. A Life Cycle Assessment (LCA) of both systems was performed with 100 kg of tomato raw material as a functional unit. The LCA was performed based on the ReCiPe 2016 method which calculates the environmental footprint based on 18 midpoints and 3 endpoints. The 3 endpoints are damage to Human Health [Daily], damage to Ecosystems [species.yr] and damage to Resource Availability [$]. The addition of the PEF unit resulted in a change in the values of the endpoints by -2.50%, -3.99%, -3.66% respectively. From the 18 midpoints, the 5 most representative of the environmental impact of the tomato processing industry were selected. These are climate change without biogenic carbon, fine particulate matter formation, fossil depletion, freshwater consumption and freshwater eutrophication. The addition of the PEF unit resulted in a change in the 5 midpoints of -11.89%, -0.60%, -4.04%, 0.00% and 0.00% respectively. The mathematical correlation between water, electricity and natural gas resources was also calculated. For the first system, the water-electricity relationship satisfies the linear relationship y=0.0162x -19.851. The relationship between water and natural gas satisfies the linear relationship y=9,0801x-16347. Finally, the relationship between electricity and natural gas is described by the linear relationship y=560.77x-5215.2. For the industrial facility in which the pulsed electric field (PEF) unit has been integrated, the water-electricity relationship satisfies the linear relationship y=0.0163x-19.971. The water-gas relationship satisfies the linear relationship y=8,77851x-15802. And finally, the relationship between electricity and natural gas is described by the linear relationship y=539.86x-5020.1. In the end, Nexus Quality Indicator was calculated which signals how strong the correlation between the consumed resources is. For the first system, it was calculated to be equal to 1, while for the system where the PEF unit has been integrated, it was reduced minimally and calculated to be equal to 0.968.	en
heal.advisorName	Μαγδαληνή, Κροκίδα	el
heal.committeeMemberName	Μαγδαληνή, Κροκίδα	el
heal.committeeMemberName	Επαμεινώνδας, Βουτσάς	el
heal.committeeMemberName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	138 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false