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:



	Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. – М.: Химия, 1992. – 237 с.

Елизарова Л.Г., Николаева М.А.. Алкогольные напитки. Товарный справочник. /  Л.Г.Елизарова,  1997. - 115 c.

Периодический центральный журнал «Пиво и напитки».

Производство безалкогольных напитков: справочник / В.В. Рудольф, А.В. Орещенко, П.М. Яшнова – СПб.: Профессия, 2000.–360 с.

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 исходных 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 обеспечения 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