Экономико-математическое моделирование : Компьютерное моделирование технологических процессов пищевых производств
Компьютерное моделирование технологических процессов пищевых производств
Министерство образования и науки РФ Федеральное агентство по образованию ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра органической химии и пищевой технологии Допускаю к защите Руководитель ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по дисциплине КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОДУКТОВОГО РАСЧЕТА ПИВОВАРЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА наименование темы Выполнил студент группы Нормоконтролер_________ Курсовой проект защищен с оценкой Иркутск 2008г. ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ (КУРСОВУЮ РАБОТУ) По курсу:КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Студенту __________________ Тема проекта МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОДУКТОВОГО РАСЧЕТА ПИВОВАРЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА Задание на проектирование: Произвести расчет рабочих рецептур пяти видов пива, подобрать наилучший объем выпуска ассортимента и смоделировать задачу сохранения производственной мощности при изменении поставки сырья. Исходные данные: Расход сырья, кг на 1 т готовой продукции в натуре и в сухих веществах по рецептуре. Рекомендуемая литература: 1. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. - М.: Химия, 1992. - 237 с. 2. Елизарова Л.Г., Николаева М.А.. Алкогольные напитки. Товарный справочник. / Л.Г.Елизарова, 1997. - 115 c. 3. Периодический центральный журнал «Пиво и напитки». 4. Производство безалкогольных напитков: справочник / В.В. Рудольф, А.В. Орещенко, П.М. Яшнова - СПб.: Профессия, 2000.-360 с. 5. Тихомиров В.Г. Технология пивоваренного и безалкогольного производств.-М.: Колос, 1999.-448с. Дата выдачи задания «__» _апреля 2008г. Дата представления проекта руководителю « » мая 2008г. Руководитель курсового проектирования__________ . Компьютерное моделирование технологических процессов на основе выбранных актуальных моделей пищевой промышленности Технологическая система представляет собой совокупность функционально связанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций. Основными элементами современной технологии, как сложной производственной системы, являются ресурсы, а для анализа самой технологии требуются адекватные сложные методы. Любая технологическая система может быть представлена определенной математической моделью с использованием широкого спектра численных методов, которая в упрощенном виде будет отображать наиболее существенные свойства реальной системы. При этом выбранное описание позволит проследить изменения технологии во времени. Научной основой современного технологического контроля качества стали математико-статистические методы. Управление качеством продукции может обеспечиваться двумя методами: посредством разбраковки изделий и путем повышения технологической точности. Современные информационные технологии позволяют оперативно и оптимальным образом принимать решение по управлению технологическим процессом. 1. Оптимизация производственных затрат пивоваренного производства и моделирование расхода сырья Основное пивоваренное сырье - это пивоваренный солод с добавкой несоложенных материалов (ячменя, рисовой сечки, обезжиренной кукурузы, сахара), вода, хмель или хмелевые препараты. Пиво бывает светлое и тёмное, а в зависимости от вида применяемых дрожжей - низового и верхового брожения. Около 90% производимого пива низового брожения приходится на светлые сорта, для которых характерны тонкий, слабовыраженный солодовый вкус, хмелевой аромат и ярко выраженная горечь. Основными нормативными документами для изготовления пива являются сборники унифицированных рецептур и технологические инструкции для предприятий по производству пива. В рецептурах указано определённое соотношение компонентов сырья для производства данного наименования изделия, что позволяет определить расход сырья для выпуска готовой продукции и спланировать себестоимость изделий. В рецептурах рассчитаны не все фазы технологического процесса, а только те, на которых происходят изменения состава сырья или влажности. На предприятиях рабочие рецептуры рассчитываются для определённого расхода сырья и полуфабрикатов для требуемого количества изделий в смену и на нагрузку с учётом ёмкости оборудования и его производительности. Такие расчеты характеризуется большими объемами исход-ных данных, подлежащих обработке, громоздкостью вычислительных процедур и многократным их повторением. Поэтому реализация математических моделей дозирования сырья сложна без применения вычислительных машин. Компьютерное моделирование дает возможность эффективного поиска оптимальных условий, при которых должен проходить технологический процесс, для обеспе-чения наилучшего качества продукта, наименьшего расхода энергии, наибольшей прибыли и т. д. Microsoft Excel позволяет создать удобную в использовании компьютерную модель, которая позволяет при изменении одного параметра увидеть значения выходных параметров. Цель работы: составить компьютерную модель, позволяющую производить расчет расхода сырья для производства светлого пива. Максимизировать доход от произведенной продукции, установив оптимальный объем выпуска выбранного ассортимента пива. В качестве исходных данных для расчета расхода сырья для производства светлого пива предлагается рецептура и качественные показатели выпускаемой продукции (таблица 1 и 2). Таблица 1 Рецептура и качественные показатели выпускаемой продукции |
Сырье, показатели | Обозн | Пиво "Рижское" | Пиво "Московское" | Пиво "Казанское" | Пиво "Самарское" | Пиво "Ленинградское" | | Рецептура засыпей, % | | Солод светлый | Мсс | 100 | 80 | 70 | 76 | 90 | | Рисовая сечка | Мрс | | 20 | 30 | 19 | 10 | | Сахар | Мсах | | | | 5 | | | Общий расход хмеля | Мхм | 1,596 | 1,566 | 1,432 | 1,119 | 1,095 | | Качественные показатели | | Экстактивность (плотность) начального сусла,% | i | 12 | 13 | 14 | 14,5 | 20 | | Удельный вес сусла | d | 1,0484 | 1,0526 | 1,0570 | 1,0590 | 1,07415 | | Содержание алкоголя, % масс. | | 3,4 | 3,5 | 3,8 | 3 | 6 | | Содержание углекислого газа, % масс. | | 0,33 | 0,33 | 0,35 | 0,30 | 0,33 | | Срок дображивания, суток | | 42 | 42 | 60 | 60 | 90 | | Действительная степень сбраживания,% | | 55 | 52 | 53,5 | 59,5 | 55,5 | | |
Таблица 2 Технологические показатели |
Наименование | Условное обозначение | количество на 100 кг зернового сырья | | Масса зерновой засыпи, кг | Мз | 100 | | Влажность светлого солода, % | Wпсс | 5,6 | | Влажность рисовой сечки, % | Wрс | 15 | | Влажность прессованного хмеля, % | Wпрх | 13 | | Влажность гранулированного хмеля, % | Wгрх | 6,5 | | Влажность пивной дробины, % | Wдр | 88 | | Влажность хмелевой дробины, % | Wхд | 85 | | Экстрактивность солода | Есс | 76 | | Экстрактивность рисовой сечки | Ерс | 85 | | Коэффициент объёма расширения | К об р | 1,04 | | Норма горечи | Гс | 0,75 | | Кислоты прессованного хмеля | aпх | 3,5 | | Кислоты гранулированного хмеля | aгх | 3,5 | | Средневзвешенные потери | Пр | 1,7 | | Потери солода | Пп | 0,5 | | Потери экстракта | Пдр | 2,8 | | Потери в хмелевой дробине | Пхд | 6 - 6,5 | | Потери в бродильном цехе | Пб | 2,5 | | Потери в цехе дображивания | Пдоб | 1 | | Потери в фильтровальном отделении | Пфилт | 1,7 - 2 | | Выход изб. дрожжей | Вмд | 0,8 | | Диоксид углерода | С | 150 | | Выпуск в год, дал | Г | 600000 | | |
Технологические расчеты и расход сырья 1. Пиво «Рижское» Технологические расчеты |
Наименование | Условное обозначение | Количество на 100 кг зернового сырья | | Объем сусла | Vc | 54,51583365 | | Горячее сусло | Vгс | 56,696467 | | Холодное сусло | Vхс | 53,29467898 | | Экстрактивность сусла | Ес | 68,58528 | | Масса сусла | Мс | 571,544 | | Общее количество экстрактивных веществ | Мэв | 71,38528 | | Масса потерь сухих веществ | Мпд | 2,8 | | Масса экстрактивных веществ полированного солода | Мэвпсс | 71,38528 | | Масса экстрактивных веществ рисовой сечки | Мэврс | 0 | | Сухие вещества светлого солода | Мсвпсс | 93,928 | | Сухие вещества рисовой сечки | Мсврс | 0 | | Отходы полировки | Моп | 0,5 | | Масса полированного солода | Мпсс | 99,5 | | Общее количество сухих веществ | Мсв | 93,928 | | Количество сухих веществ в дробине | Мсвдр | 25,34272 | | |
Расход сырья |
Продукты | Условное обозначение | на 100 кг зернового сырья | на 1 дал готового пива | на год | на сутки | | Зернопродукты, кг | | Солод светлый | Мсс | 100 | 2,050003697 | 1230002,22 | 3727,27945 | | Рисовая сечка | Мрс | 0 | 0 | 0 | 0 | | Всего | 100 | 2,050003697 | 1230002,22 | 3727,27945 | | Другие виды сырья, кг | | Хмель прессованный | Мхп | 1,915708812 | 0,039272101 | 23563,2609 | 71,40382087 | | Хмель гранулированный | Мхг | 16,04278075 | 0,328877598 | 197326,559 | 597,95927 | | Всего | 17,95848956 | 0,3681497 | 220889,82 | 669,3630909 | | Промежуточные продукты и товарное пиво, дал | | Сусло горячее | СЛг | 56,696467 | 1,16227967 | 697367,802 | 2113,235763 | | Сусло охмеленное | СЛхм | 53,29467898 | 1,092542889 | 655525,734 | 1986,441617 | | Пиво молодое | ПВм | 51,962312 | 1,065229317 | 639137,59 | 1936,780577 | | Пиво фильтрованное | ПВф | 49,62400796 | 1,017293998 | 610376,399 | 1849,625451 | | Пиво товарное | ПВт | 48,78039983 | 1 | 600000 | 1818,181818 | | Отходы,кг | | Дробина солодовая | Дс | 211,1893333 | 4,329389142 | 2597633,48 | 7871,616621 | | Дробина хмелевая | Дхм | 6,384 | 0,130872236 | 78523,3416 | 237,9495201 | | Осадок взвесей сусла | Ост | 1,75 | 0,035875065 | 21525,0388 | 65,22739037 | | Дрожжи товарные | Дт | 4,263574318 | 0,087403431 | 52442,0587 | 158,9153294 | | Диоксид углерода | Сот | 7,317059974 | 0,15 | 90000 | 272,7272727 | | Отходы полировки | Плот | 0,5 | 0,010250018 | 6150,01109 | 18,63639725 | | |
2. Пиво «Московское» Технологические расчеты |
Наименование | Условное обозначение | Количество на 100 кг зернового сырья | | Объем сусла | Vc | 50,2479019 | | Горячее сусло | Vгс | 52,25781797 | | Холодное сусло | Vхс | 49,1223489 | | Экстрактивность сусла | Ес | 68,758224 | | Масса сусла | Мс | 528,9094154 | | Общее количество экстрактивных веществ | Мэв | 71,558224 | | Масса потерь сухих веществ | Мпд | 2,8 | | Масса экстрактивных веществ полированного солода | Мэвпсс | 57,108224 | | Масса экстрактивных веществ рисовой сечки | Мэврс | 14,45 | | Сухие вещества светлого солода | Мсвпсс | 75,1424 | | Сухие вещества рисовой сечки | Мсврс | 17 | | Отходы полировки | Моп | 0,4 | | Масса полированного солода | Мпсс | 79,6 | | Общее количество сухих веществ | Мсв | 92,1424 | | Количество сухих веществ в дробине | Мсвдр | 23,384176 | | |
Расход сырья |
Продукты | Условное обозначе- ние | на 100 кг зернового сырья | на 1 дал готового пива | на год | на сутки | | Зернопродукты, кг | | Солод светлый | Мсс | 80 | 1,779300728 | 1067580,437 | 3235,092233 | | Рисовая сечка | Мрс | 20 | 0,444825182 | 266895,1092 | 808,7730582 | | Всего | 100 | 2,22412591 | 1334475,546 | 4043,865291 | | Другие виды сырья, кг | | Хмель прессованный | Мхп | 1,915708812 | 0,042607776 | 25564,66563 | 77,46868374 | | Хмель гранулированный | Мхг | 16,04278075 | 0,356811643 | 214086,986 | 648,7484424 | | Всего | 17,95848956 | 0,399419419 | 239651,6516 | 726,2171262 | | Промежуточные продукты и товарное пиво, дал | | Сусло горячее | СЛг | 51,2879019 | 1,140707515 | 684424,5089 | 2074,013663 | | Сусло охмеленное | СЛхм | 49,1223489 | 1,092542889 | 655525,7337 | 1986,441617 | | Пиво молодое | ПВм | 47,89429017 | 1,065229317 | 639137,5903 | 1936,780577 | | Пиво фильтрованное | ПВф | 45,73904712 | 1,017293998 | 610376,3988 | 1849,625451 | | Пиво товарное | ПВт | 44,96148331 | 1 | 600000 | 1818,181818 | | Отходы, кг | | Дробина солодовая | Дс | 194,8681333 | 4,334112644 | 2600467,586 | 7880,204807 | | Дробина хмелевая | Дхм | 6,264 | 0,139319247 | 83591,54821 | 253,3077218 | | Осадок взвесей сусла | Ост | 1,75 | 0,038922203 | 23353,32206 | 70,7676426 | | Дрожжи товарные | Дт | 3,929787912 | 0,087403431 | 52442,05869 | 158,9153294 | | Диоксид углерода | Сот | 6,744222497 | 0,15 | 90000 | 272,7272727 | | Отходы полировки | Плот | 0,4 | 0,008896504 | 5337,902184 | 16,17546116 | | |
3. Пиво «Казанское» Технологические расчеты |
Наименование | Условное обозначение | Количество на 100 кг зернового сырья | | Объем сусла | Vc | 46,52297337 | | Горячее сусло | Vгс | 48,38389231 | | Холодное сусло | Vхс | 45,48085877 | | Экстрактивность сусла | Ес | 68,844696 | | Масса сусла | Мс | 491,7478286 | | Общее количество экстрактивных веществ | Мэв | 71,644696 | | Масса потерь сухих веществ | Мпд | 2,8 | | Масса экстрактивных веществ полированного солода | Мэвпсс | 49,969696 | | Масса экстрактивных веществ рисовой сечки | Мэврс | 21,675 | | Сухие вещества светлого солода | Мсвпсс | 65,7496 | | Сухие вещества рисовой сечки | Мсврс | 25,5 | | Отходы полировки | Моп | 0,35 | | Масса полированного солода | Мпсс | 69,65 | | Общее количество сухих веществ | Мсв | 91,2496 | | Количество сухих веществ в дробине | Мсвдр | 22,404904 | | |
Расход сырья |
Продукты | Условное обозначение | на 100 кг зернового сырья | на 1 дал готового пива | на год | на сутки | | Зернопродукты, кг | | Солод светлый | Мсс | 70 | 1,681542617 | 1008925,57 | 3057,350212 | | Рисовая сечка | Мрс | 30 | 0,720661121 | 432396,6728 | 1310,292948 | | Всего | 100 | 2,402203738 | 1441322,243 | 4367,64316 | | Другие виды сырья, кг | | Хмель прессованный | Мхп | 1,915708812 | 0,046019229 | 27611,53722 | 83,6713249 | | Хмель гранулированный | Мхг | 16,04278075 | 0,385380279 | 231228,1673 | 700,691416 | | Всего | 17,95848956 | 0,431399508 | 258839,7045 | 784,3627409 | | Промежуточные продукты и товарное пиво, дал | | Сусло горячее | СЛг | 48,38389231 | 1,16227967 | 697367,8018 | 2113,235763 | | Сусло охмеленное | СЛхм | 45,48085877 | 1,092542889 | 655525,7337 | 1986,441617 | | Пиво молодое | ПВм | 44,3438373 | 1,065229317 | 639137,5903 | 1936,780577 | | Пиво фильтрованное | ПВф | 42,34836462 | 1,017293998 | 610376,3988 | 1849,625451 | | Пиво товарное | ПВт | 41,62844242 | 1 | 600000 | 1818,181818 | | Отходы, кг | | Дробина солодовая | Дс | 186,7075333 | 4,485095345 | 2691057,207 | 8154,718809 | | Дробина хмелевая | Дхм | 5,728 | 0,13759823 | 82558,93807 | 250,1786002 | | Осадок взвесей сусла | Ост | 1,75 | 0,042038565 | 25223,13925 | 76,4337553 | | Дрожжи товарные | Дт | 3,638468702 | 0,087403431 | 52442,05869 | 158,9153294 | | Диоксид углерода | Сот | 6,244266364 | 0,15 | 90000 | 272,7272727 | | Отходы полировки | Плот | 0,35 | 0,008407713 | 5044,62785 | 15,28675106 | | |
4. Пиво «Самарское» Технологические расчеты |
Наименование | Условное обозначение | Количество на 100 кг зернового сырья | | Объем сусла | Vc | 42,44753528 | | Горячее сусло | Vгс | 44,14543669 | | Холодное сусло | Vхс | 41,49671049 | | Экстрактивность сусла | Ес | 65,1803128 | | Масса сусла | Мс | 449,5193986 | | Общее количество экстрактивных веществ | Мэв | 67,9803128 | | Масса потерь сухих веществ | Мпд | 2,8 | | Масса экстрактивных веществ полированного солода | Мэвпсс | 54,2528128 | | Масса экстрактивных веществ рисовой сечки | Мэврс | 13,7275 | | Сухие вещества светлого солода | Мсвпсс | 71,38528 | | Сухие вещества рисовой сечки | Мсврс | 16,15 | | Отходы полировки | Моп | 0,38 | | Масса полированного солода | Мпсс | 75,62 | | Общее количество сухих веществ | Мсв | 87,53528 | | Количество сухих веществ в дробине | Мсвдр | 22,3549672 | | |
Расход сырья |
Продукты | Условное обозначение | на 100 кг зернового сырья | на 1 дал готового пива | на год | на сутки | | Зернопродукты, кг | | Солод светлый | Мсс | 76 | 2,000960043 | 1200576,026 | 3638,109169 | | Рисовая сечка | Мрс | 19 | 0,500240011 | 300144,0064 | 909,5272922 | | Всего | 95 | 2,501200054 | 1500720,032 | 4547,636461 | | Другие виды сырья, кг | | Хмель прессованный | Мхп | 1,915708812 | 0,050437589 | 30262,55358 | 91,70470782 | | Хмель гранулированный | Мхг | 16,04278075 | 0,422381095 | 253428,6573 | 767,9656281 | | Всего | 17,95848956 | 0,472818685 | 283691,2109 | 859,6703359 | | Промежуточные продукты и товарное пиво, дал | | Сусло горячее | СЛг | 44,14543669 | 1,16227967 | 697367,8018 | 2113,235763 | | Сусло охмеленное | СЛхм | 41,49671049 | 1,092542889 | 655525,7337 | 1986,441617 | | Пиво молодое | ПВм | 40,45929273 | 1,065229317 | 639137,5903 | 1936,780577 | | Пиво фильтрованное | ПВф | 38,63862456 | 1,017293998 | 610376,3988 | 1849,625451 | | Пиво товарное | ПВт | 37,98176794 | 1 | 600000 | 1818,181818 | | Отходы, кг | | Дробина солодовая | Дс | 186,2913933 | 4,904758347 | 2942855,008 | 8917,742449 | | Дробина хмелевая | Дхм | 4,476 | 0,117846015 | 70707,60909 | 214,2654821 | | Осадок взвесей сусла | Ост | 1,75 | 0,046074738 | 27644,8427 | 83,7722506 | | Дрожжи товарные | Дт | 3,319736839 | 0,087403431 | 52442,05869 | 158,9153294 | | Диоксид углерода | Сот | 5,697265191 | 0,15 | 90000 | 272,7272727 | | Отходы полировки | Плот | 0,38 | 0,0100048 | 6002,880129 | 18,19054584 | | |
5 Пиво «Ленинградское» Технологические расчеты |
Наименование | Условное обозначение | Количество на 100 кг зернового сырья | | Объем сусла | Vc | 31,96562491 | | Горячее сусло | Vгс | 33,24424991 | | Холодное сусло | Vхс | 31,24959491 | | Экстрактивность сусла | Ес | 68,671752 | | Масса сусла | Мс | 343,35876 | | Общее количество экстрактивных веществ | Мэв | 71,471752 | | Масса потерь сухих веществ | Мпд | 2,8 | | Масса экстрактивных веществ полированного солода | Мэвпсс | 64,246752 | | Масса экстрактивных веществ рисовой сечки | Мэврс | 7,225 | | Сухие вещества светлого солода | Мсвпсс | 84,5352 | | Сухие вещества рисовой сечки | Мсврс | 8,5 | | Отходы полировки | Моп | 0,45 | | Масса полированного солода | Мпсс | 89,55 | | Общее количество сухих веществ | Мсв | 93,0352 | | Количество сухих веществ в дробине | Мсвдр | 24,363448 | | |
Расход сырья |
Продукты | Условное обозначение | на 100 кг зернового сырья | на 1 дал готового пива | на год | на сутки | | Зернопродукты, кг | | Солод светлый | Мсс | 90 | 3,14656431 | 1887938,586 | 5721,026018 | | Рисовая сечка | Мрс | 10 | 0,349618257 | 209770,954 | 635,6695575 | | Всего | 100 | 3,496182566 | 2097709,54 | 6356,695575 | | Другие виды сырья, кг | | Хмель прессованный | Мхп | 1,915708812 | 0,066976678 | 40186,00651 | 121,7757773 | | Хмель гранулированный | Мхг | 16,04278075 | 0,560884904 | 336530,9422 | 1019,790734 | | Всего | 17,95848956 | 0,627861581 | 376716,9487 | 1141,566511 | | Промежуточные продукты и товарное пиво, дал | | Сусло горячее | СЛг | 33,24424991 | 1,16227967 | 697367,8018 | 2113,235763 | | Сусло охмеленное | СЛхм | 31,24959491 | 1,092542889 | 655525,7337 | 1986,441617 | | Пиво молодое | ПВм | 30,46835504 | 1,065229317 | 639137,5903 | 1936,780577 | | Пиво фильтрованное | ПВф | 29,09727906 | 1,017293998 | 610376,3988 | 1849,625451 | | Пиво товарное | ПВт | 28,60262532 | 1 | 600000 | 1818,181818 | | Отходы,кг | | Дробина солодовая | Дс | 203,0287333 | 7,09825518 | 4258953,108 | 12905,91851 | | Дробина хмелевая | Дхм | 4,38 | 0,153132796 | 91879,67785 | 278,4232662 | | Осадок взвесей сусла | Ост | 1,75 | 0,061183195 | 36709,91695 | 111,2421726 | | Дрожжи товарные | Дт | 2,499967593 | 0,087403431 | 52442,05869 | 158,9153294 | | Диоксид углерода | Сот | 4,290393798 | 0,15 | 90000 | 272,7272727 | | Отходы полировки | Плот | 0,45 | 0,015732822 | 9439,692929 | 28,60513009 | | |
|