Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Моделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефира

Содержание


Введение

1 Функциональный и технико-экономический анализ объекта управления

1.1 Наименование и область применения

1.2 Основание для разработки

1.3 Цель и назначение разработки

1.4 Основные направления автоматизации процесса закваски

1.5 Параметры, влияющие на прохождение процесса

1.6 Описание технологической схемы производства

1.6.1 Описание технологической схемы производства кефира

1.6.2 Заквасочник

2 Моделирование объекта управления

2.1 Структурная идентификация объекта

2.2 Статическая модель технологического объекта

2.2.1 Материальный баланс

2.2.2 Тепловой баланс

2.3 Динамическая модель технологического объекта

Заключение

Приложение А


Введение


Процесс закваски занимает одно из важных мест в пищевой технологии и встречается почти во всех отраслях молочной промышленности.

Кисломолочные продукты используются в диетическом и детском питании, оказывают положительное влияние на здоровье человека.

Кисломолочные продукты – это группа молочных продуктов, которые вырабатываются из молока или его производных путем сквашивания различными заквасками. Для их производства используются чистые культуры молочнокислых бактерий или дрожжей.

Кисломолочные продукты можно разбить на 2 вида. Продукты молочнокислого брожения, в которых бактерии расщепляют молочный сахар с образованием молочной кислоты, под действием которой казеин молока выпадает в виде хлопьев, что повышает усвояемость молочнокислых продуктов по сравнению с молоком. К продуктам кисломолочного брожения относятся творог, сметана, простокваша и другие. И продукты смешанного брожения, в которых из молочного сахара кроме молочной кислоты образуется также спирт, углекислый газ и летучие кислоты, что также повышает усвояемость молочнокислых продуктов. К продуктам смешанного брожения относятся кефир, ряженка, ацидофилин, айран, кумыс и другие.

Задача автоматизации заключается в разработке методов для обеспечения эффективного управления, снижение затрат, повышение уровня безопасности.


ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЕ ЦЕЛИ АВТОМАТИЗАЦИИ


Наименование и область применения


Наименование курсовой работы - «Моделирование процесса производства кефира». Моделирование происходит на примере заквасочника для возможности прогнозирования результатов процесса закваски и выбора оптимального регулирования.


Основание для разработки


Моделирование и автоматизация системы необходимы в связи с повышением требований к качественным показателям готового продукта; минимальному удельному расходу тепла, пара, воздуха и электроэнергии; точности процесса; возможности применения максимальной автоматизации и механизации, программного управления процессом закваски.


Цель и назначение разработки


Моделирование данного микробиологического процесса должно обеспечить соответствие всех параметров процесса требованиям, предъявляемым к подобным системам, используемым в пищевой промышленности, в настоящее время.


Основные направления автоматизации процесса закваски


Основные направления дальнейшего развития заквасочников на пищевых предприятиях можно охарактеризовать двумя факторами: усовершенствованием существующих конструкций заквасочников и способов закваски с исследованием соответствующих рациональных режимов и разработкой новых, более прогрессивных методов закваски на базе современного уровня науки и техники.

При выборе рациональных конструкций заквасочников и методов закваски необходимо руководствоваться следующими требованиями:

обеспечение высоких качественных показателей готового продукта (набухаемость, вязкость, полезность и пр.);

минимальный удельный расход тепла, пара, воздуха и электроэнергии;

высокие технико-экономические показатели;

удобство монтажа, эксплуатации и ремонта;

возможность применения максимальной автоматизации и механизации, программного управления процессом закваски.


Параметры, влияющие на прохождение процесса


Во всех случаях необходимо тщательно изучать влияние основных параметров заквасочника.

Параметры:

- потребление пара, кг/ч;

- потребление холодной воды, мі/ч;

- потребление ледяной воды, мі/ч;

- установленная мощность, кВт;

- потребление воздуха, мі/ч;

- занимаемая площадь, мІ.

При этом, однако, не следует забывать о химическом составе готового продукта.


1.6 Описание технологической схемы производства


1.6.1 Описание технологической схемы производства кефира


Моделирование процесса производства кефира

Рис. 1.1 - Технологическая схема производства кефира

ПМ пастеризованное нормализованное молоко;

К кефир;

КТ - кран трехходовой;

Е5 - заквасочник;

Е6 - емкость под пастеризованное нормализованное молоко;

К - кран проходной;

Н - насос НМУ;

Ф,к – фасованный кефир;


Производить кефир предусмотрено резервуарным способом. Производство состоит из следующих операций: заквашивание, сквашивание, охлаждение и созревание кефира. Операции заквашивания, сквашивания и созревание кефира являются основными, т.к. определяют вкус и консистенцию продукта. Охлажденное до температуры 20-25°С, уже пастеризованное молоко заливают в резервуар-заквасочник и вносят, предварительно приготовленную закваску - 5-6% массы молока.

После тщательного перемешивания содержимое резервуара оставляют в покое, обеспечивая с помощью водяной рубашки постоянную температуру. Молоко сквашивают до получения плотного сгустка кислотностью 90-100°Т. Продолжительность сквашивания составляет 10-12 часов при температуре не ниже 20°С. Конец сквашивания определяют по его вязкости.

При достижении необходимых параметров сгустка циркуляцию воды в рубашке прекращают, в межстенное пространство подают ледяную воду температурой 1-2°С и включают мешалку для его перемешивания, содержимое резервуара охлаждается. После достижения температуры сгустка 12-16°С подачу охлаждающей воды прекращают и его оставляют в покое на 4-6 часов для созревания и развития дрожжей.

Затем содержимое резервуара доохлаждают до температуры 8-10°С для завершения созревания. Продолжительность охлаждения и созревания составляет 12-24 часов. При этом происходит набухание белков, что повышает вязкость, накопление спирта и углекислоты в результате развития дрожжей, и готовый продукт приобретает специфические вкус и запах.


1.6.2 Заквасочник


Моделирование процесса производства кефира

Рис. 1.2 - схема заквасочника

1 – стенка внутреннего резервуара;

2 – стенка кожуха;

3 – крестообразная мешалка;

4 – привод мешалки;

5 – люк;

6 – клапан для спуска готового продукта;

7 – штуцер для подачи хладагента;

8 – штуцер переливной трубы;

9 – штуцер моющего устройства;

10 – пробный кран;

11 – изоляция танка;

12 – штуцер датчика верхнего уровня;

13 – штуцер для удаления охлаждающей воды


Предназначен для приготовления производственных заквасок на чистых культурах молочно — кислых бактерий путем пастеризации молока, его сквашивания и охлаждения закваски.

Состоит из резервуара для сквашивания и блока управляющей аппаратуры. Термоизолированный резервуар снабжен устройством для залива исходного и слива готового продукта, перемешивающим устройством, змеевиками пара и ледяной воды, устройством для мойки внутренней поверхности резервуара, датчиком контроля температуры процесса пастеризации и сквашивания. Внутренняя ванна резервуара через патрубок заполняется молоком.

Перемешивание молока осуществляется мешалкой. В змеевик, расположенный на дне наружной ванны, подается пар под давлением 0,3 ± 0,05 МПа и молоко через водяную ванну нагревается до температуры пастеризации 95° ± 2°С.

После окончания пастеризации продукта, с целью ускорения охлаждения молока до температуры сквашивания, происходит подача водопроводной воды, которая вытесняет горячую воду из рубашки, одновременно включается подача ледяной воды. При необходимости, готовую закваску можно охладить до температуры хранения 3-10°С и хранить до употребления.

Постоянная температура в процессе сквашивания поддерживается автоматически с точностью до ± 1°С с периодической подачей пара в теплообменник.


МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ


2.1 Структурная идентификация объекта


Перечислим величины, влияющие на протекание процесса:


- объем молока Моделирование процесса производства кефира, м3;

- объем закваски Моделирование процесса производства кефира, м3;

- расход воды Моделирование процесса производства кефира, л;

- температура воды Моделирование процесса производства кефира, К;

- уровень продукта Моделирование процесса производства кефира, м;

- температура продукта Моделирование процесса производства кефира, К;


Остальными переменными, характеризующими данный процесс закваски, можно пренебречь из-за их малого влияния.


ОУ

Моделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефира Моделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефира Моделирование процесса производства кефира

Рис. 2.1 - Структурная схема заквасочника


Определим статические и динамические характеристики для соотношений «объем закваски на входе - уровень продукта на выходе» и «температура воды на входе - температура продукта на выходе».


Моделирование процесса производства кефира Моделирование процесса производства кефира Моделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефира Моделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефираМоделирование процесса производства кефира

Рис. 2.2 - Структурная схема заквасочника для соотношений «объем закваски на входе - уровень продукта на выходе» и «температура воды на входе - температура продукта на выходе»


2.2 Статическая модель технологического объекта


2.2.1 Материальный баланс

Введем следующие обозначения:

Моделирование процесса производства кефира - объем продукта, м3;

Моделирование процесса производства кефира - площадь бака, м2 ;

Пользуясь этими обозначениями, можно написать уравнение материального баланса продукта, подвергшегося закваске:


Моделирование процесса производства кефира (2.1)


Зная площадь бака и уровень продукта получим:


Моделирование процесса производства кефира (2.2)

Моделирование процесса производства кефира (2.3)


В результате получим основное уравнение материального баланса:


Моделирование процесса производства кефира (2.4)


2.2.2 Тепловой баланс

Уравнение теплового баланса для заквасочника будет иметь вид:


Моделирование процесса производства кефира (2.5)


где Моделирование процесса производства кефира - тепло поступающее в заквасочник с молоком и закваской;

Моделирование процесса производства кефира - тепло, отданное воде;

Моделирование процесса производства кефира- потери тепла в окружающую среду.

После раскрытия содержания составляющих уравнение (2.5) примет следующий вид:


Моделирование процесса производства кефира (2.12)


где Моделирование процесса производства кефира, Моделирование процесса производства кефира, Моделирование процесса производства кефира - удельные теплоемкости молока, закваски и воды;

Моделирование процесса производства кефира, Моделирование процесса производства кефира, Моделирование процесса производства кефира - массы молока, закваски и воды;

Моделирование процесса производства кефира, Моделирование процесса производства кефира, Моделирование процесса производства кефира, Моделирование процесса производства кефира - температуры молока, закваски, воды и продукта;

Моделирование процесса производства кефира - потери тепла в окружающую среду

Примем допущение, что тепловые потери пренебрежительно малы


(Моделирование процесса производства кефира)


Найдем зависимости выходного параметра Т от входного параметра Т1


Моделирование процесса производства кефира


Таблица 2.1 – Значения параметров

Параметры Значение

Моделирование процесса производства кефира, кг

100

Моделирование процесса производства кефира, кг

6

Моделирование процесса производства кефира, кг

10

Моделирование процесса производства кефира, Дж/(кг*К)

3930

Моделирование процесса производства кефира, Дж/(кг*К)

3820

Моделирование процесса производства кефира, Дж/(кг*К)

4220

Моделирование процесса производства кефира, ос

20

Моделирование процесса производства кефира, ос

15

Моделирование процесса производства кефира

Рис. 2.3 - Статическая характеристика по контуру «объем закваски на входе - уровень продукта на выходе»


Моделирование процесса производства кефира

Рис. 2.4 - Статическая характеристика по контуру «температура воды на входе - температура продукта на выходе».


Динамическая модель технологического объекта


Запишем уравнение материального баланса в динамике:


Моделирование процесса производства кефира или Моделирование процесса производства кефира


Введем безразмерные обозначения для переменных:


Моделирование процесса производства кефира; Моделирование процесса производства кефира


и получим


Моделирование процесса производства кефира,


Для теплового баланса


Моделирование процесса производства кефира

Моделирование процесса производства кефира


Введем безразмерные обозначения для переменных


Моделирование процесса производства кефира; Моделирование процесса производства кефира


и получим


Моделирование процесса производства кефира,

где Моделирование процесса производства кефира,

Моделирование процесса производства кефира.


Из уравнений следует, что камера нагрева является объектом с переменными параметрами, так как величины r2, к2 зависят от

H, V2, T1, T которые в общем случае являются переменными.

Дальнейшие расчеты переходных процессов выполнены с помощью программы MathCad и приводятся в приложении А.


Заключение


Развитие пищевой промышленности нашей страны и области имеет важное политическое, экономическое и социальное значение. Только при верном подходе к организации перерабатывающих предприятий, их модернизации и соблюдении всех технологических нормативов можно добиться создания наиболее конкурентоспособной продукции. Необходимо помнить, что производство и реализация пищевых продуктов несут в себе не только экономическую целесообразность, но и коренным образом влияют на состояние здоровья населения.

Кисломолочная продукция оказывает положительное воздействие на пищеварительную систему человека, в связи с тем, что в результате ряда биохимических процессов, протекающих при сквашивании молока, образуется особая, молочнокислая микрофлора, имеющая в своем составе различные вещества - молочную кислоту, углекислый газ, спирт, антибиотики и др. Усвояемость кисломолочных продуктов выше, чем усвояемость свежего молока, так как в кисломолочных продуктах белки частично пептонизированы. Кроме того, в ряде кисломолочных продуктов сгусток пронизывается мельчайшими пузырьками углекислого газа, в результате чего становится более доступным воздействие ферментов пищеварительного тракта.

Кефир имеет приятный, слегка освежающий и кислый вкус, нежный сгусток, возбуждает аппетит, усиливает секреторную и моторную деятельность желудка и кишечника, укрепляет нервную систему. Благодаря своим питательным свойствам он широко применяется для лечения и профилактики малокровия, атеросклероза, болезней легких и плевры, при нарушении функции желудочно-кишечного тракта и обмена веществ.

При соблюдении технологического процесса, а именно тщательному подбору исходного сырья, соблюдению норм температур и давления при пастеризации и гомогенизации, заквашиванию молока хорошо смоделированными, качественными заквасками, постоянном контроле качества полуфабриката в химической лаборатории, своевременном разливе и маркировке, можно добиться получения продукции, отвечающей требованиям современной индустрии питания. Выбор технологической линии, подбор машин по производительности и совместимости их друг с другом, обеспечение санитарно-гигиенических норм удобством мытья оборудования, а также максимальная автоматизация процесса и улучшение условий труда рабочих наряду с реализацией технологического процесса играет важнейшую роль в формировании свойств готового продукта, рентабельности всего производства в целом.


Приложение А


Моделирование процесса производства кефира

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: