Содержание
Введение
1Функциональный и технико-экономический анализ объекта управления
1.1Наименование и область применения
1.2Основание для разработки
1.3Цель и назначение разработки
1.4Основные направления автоматизации процесса закваски
1.5Параметры, влияющие на прохождение процесса
1.6Описание технологической схемы производства
1.6.1Описаниетехнологической схемы производства кефира
1.6.2Заквасочник
2Моделирование объекта управления
2.1Структурная идентификация объекта
2.2Статическая модель технологического объекта
2.2.1Материальный баланс
2.2.2Тепловой баланс
2.3Динамическая модель технологического объекта
Заключение
ПриложениеА
Введение
Процессзакваски занимает одно из важных мест в пищевой технологии и встречается почтиво всех отраслях молочной промышленности.
Кисломолочныепродукты используются в диетическом и детском питании, оказывают положительноевлияние на здоровье человека.
Кисломолочныепродукты – это группа молочных продуктов, которые вырабатываются из молока илиего производных путем сквашивания различными заквасками. Для их производстваиспользуются чистые культуры молочнокислых бактерий или дрожжей.
Кисломолочныепродукты можно разбить на 2 вида. Продукты молочнокислого брожения, в которыхбактерии расщепляют молочный сахар с образованием молочной кислоты, поддействием которой казеин молока выпадает в виде хлопьев, что повышаетусвояемость молочнокислых продуктов по сравнению с молоком. К продуктамкисломолочного брожения относятся творог, сметана, простокваша и другие. И продуктысмешанного брожения, в которых из молочного сахара кроме молочной кислотыобразуется также спирт, углекислый газ и летучие кислоты, что также повышаетусвояемость молочнокислых продуктов. К продуктам смешанного брожения относятсякефир, ряженка, ацидофилин, айран, кумыс и другие.
Задачаавтоматизации заключается в разработке методов для обеспечения эффективногоуправления, снижение затрат, повышение уровня безопасности.
1 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБЪЕКТАУПРАВЛЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЕ ЦЕЛИ АВТОМАТИЗАЦИИ
1.1 Наименованиеи область применения
Наименование курсовой работы — «Моделирование процессапроизводства кефира». Моделирование происходит на примере заквасочника для возможностипрогнозирования результатов процесса закваски и выбора оптимальногорегулирования.
1.2 Основаниедля разработки
Моделирование и автоматизация системы необходимы всвязи с повышением требований к качественным показателям готового продукта; минимальномуудельному расходу тепла, пара, воздуха и электроэнергии; точности процесса;возможности применения максимальной автоматизации и механизации, программногоуправления процессом закваски.
1.3 Цельи назначение разработки
Моделирование данного микробиологического процессадолжно обеспечить соответствие всех параметров процесса требованиям,предъявляемым к подобным системам, используемым в пищевой промышленности, внастоящее время.1.4 Основные направления автоматизации процесса закваски
Основныенаправления дальнейшего развития заквасочников на пищевых предприятиях можноохарактеризовать двумя факторами: усовершенствованием существующих конструкцийзаквасочников и способов закваски с исследованием соответствующих рациональныхрежимов и разработкой новых, более прогрессивных методов закваски на базесовременного уровня науки и техники.
Привыборе рациональных конструкций заквасочников и методов закваски необходиморуководствоваться следующими требованиями:
обеспечениевысоких качественных показателей готового продукта (набухаемость, вязкость,полезность и пр.);
минимальныйудельный расход тепла, пара, воздуха и электроэнергии;
высокиетехнико-экономические показатели;
удобствомонтажа, эксплуатации и ремонта;
возможностьприменения максимальной автоматизации и механизации, программного управленияпроцессом закваски.
1.5 Параметры,влияющие на прохождение процесса
Вовсех случаях необходимо тщательно изучать влияние основных параметровзаквасочника.
Параметры:
— потреблениепара, кг/ч;
— потреблениехолодной воды, м³/ч;
— потреблениеледяной воды, м³/ч;
— установленнаямощность, кВт;
— потреблениевоздуха, м³/ч;
— занимаемаяплощадь, м².
Приэтом, однако, не следует забывать о химическом составе готового продукта.
1.6Описание технологической схемы производства
1.6.1Описание технологической схемы производства кефира
/>
Рис. 1.1 — Технологическая схема производствакефира
ПМпастеризованноенормализованное молоко;
Ккефир;
КТ- кран трехходовой;
Е5- заквасочник;
Е6- емкость под пастеризованное нормализованное молоко;
К- кран проходной;
Н- насос НМУ;
Ф, к–фасованный кефир;
Производитькефир предусмотрено резервуарным способом. Производство состоит из следующихопераций: заквашивание, сквашивание, охлаждение и созревание кефира. Операциизаквашивания, 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.
Послетщательного перемешивания содержимое резервуара оставляют в покое, обеспечиваяс помощью водяной рубашки постоянную температуру. Молоко сквашивают дополучения плотного сгустка кислотностью 90-100°Т. Продолжительность сквашиваниясоставляет 10-12 часов при температуре не ниже 20°С. Конец сквашиванияопределяют по его вязкости.
Придостижении необходимых параметров сгустка циркуляцию воды в рубашке прекращают,в межстенное пространство подают ледяную воду температурой 1-2°С и включаютмешалку для его перемешивания, содержимое резервуара охлаждается. Последостижения температуры сгустка 12-16°С подачу охлаждающей воды прекращают и егооставляют в покое на 4-6 часов для созревания и развития дрожжей.
Затемсодержимое резервуара доохлаждают до температуры 8-10°С для завершениясозревания. Продолжительность охлаждения и созревания составляет 12-24 часов.При этом происходит набухание белков, что повышает вязкость, накопление спиртаи углекислоты в результате развития дрожжей, и готовый продукт приобретаетспецифические вкус и запах.
1.6.2Заквасочник
/>
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
Предназначендля приготовления производственных заквасок на чистых культурах молочно —кислых бактерий путем пастеризации молока, его сквашивания и охлаждениязакваски.
Состоитиз резервуара для сквашивания и блока управляющей аппаратуры.Термоизолированный резервуар снабжен устройством для залива исходного и сливаготового продукта, перемешивающим устройством, змеевиками пара и ледяной воды,устройством для мойки внутренней поверхности резервуара, датчиком контролятемпературы процесса пастеризации и сквашивания. Внутренняя ванна резервуарачерез патрубок заполняется молоком.
Перемешиваниемолока осуществляется мешалкой. В змеевик, расположенный на дне наружной ванны,подается пар под давлением 0,3 ± 0,05 МПа и молоко через водяную ваннунагревается до температуры пастеризации 95° ± 2°С.
Послеокончания пастеризации продукта, с целью ускорения охлаждения молока дотемпературы сквашивания, происходит подача водопроводной воды, котораявытесняет горячую воду из рубашки, одновременно включается подача ледяной воды.При необходимости, готовую закваску можно охладить до температуры хранения3-10°С и хранить до употребления.
Постояннаятемпература в процессе сквашивания поддерживается автоматически с точностью до± 1°С с периодической подачей пара в теплообменник.
2 МОДЕЛИРОВАНИЕОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
2.1Структурная идентификация объекта
Перечислимвеличины, влияющие на протекание процесса:
— объем молока />, м3;
— объем закваски />, м3;
— расход воды />,л;
— температура воды />, К;
— уровень продукта />, м;
— температура продукта />, К;
Остальнымипеременными, характеризующими данный процесс закваски, можно пренебречь из-заих малого влияния.
ОУ
/>
/>/>
/>/>/>/> />
/>/>/>
/>/>/> />
Рис.2.1 — Структурная схема заквасочника
Определимстатические и динамические характеристики для соотношений «объем закваски навходе — уровень продукта на выходе» и «температура воды на входе — температурапродукта на выходе».
/> /> />
/>
/> />
/>
Рис.2.2 — Структурная схема заквасочника для соотношений «объем закваски на входе — уровень продукта на выходе» и «температура воды на входе — температура продуктана выходе»
2.2Статическая модель технологического объекта
2.2.1Материальный баланс
Введемследующие обозначения:
/> -объем продукта, м3;
/> -площадь бака, м2 ;
Пользуясьэтими обозначениями, можно написать уравнение материального баланса продукта,подвергшегося закваске:
/> (2.1)
Знаяплощадь бака и уровень продукта получим:
/> (2.2)
/> (2.3)
Врезультате получим основное уравнение материального баланса:
/> (2.4)
2.2.2Тепловой баланс
Уравнениетеплового баланса для заквасочника будет иметь вид:
/> (2.5)
где/> - теплопоступающее в заквасочник с молоком и закваской;
/> -тепло, отданное воде;
/> — потери теплав окружающую среду.
Послераскрытия содержания составляющих уравнение (2.5) примет следующий вид:
/> (2.12)
где/>,/>,/> -удельные теплоемкости молока, закваски и воды;
/>,/>,/> -массы молока, закваски и воды;
/>,/>,/>, /> -температуры молока, закваски, воды и продукта;
/> - потери теплав окружающую среду
Примемдопущение, что тепловые потери пренебрежительно малы
(/>)
Найдемзависимости выходного параметра Т от входного параметра Т1
/>
Таблица2.1 – Значения параметровПараметры Значение
/>, кг 100
/>, кг 6
/>, кг 10
/>, Дж/(кг*К) 3930
/>, Дж/(кг*К) 3820
/>, Дж/(кг*К) 4220
/>, ос 20
/>, ос 15
/>
Рис.2.3 — Статическая характеристика по контуру «объем закваски на входе — уровеньпродукта на выходе»
/>
Рис.2.4 — Статическая характеристика по контуру «температура воды на входе — температура продукта на выходе».
2.3 Динамическаямодель технологического объекта
Запишемуравнение материального баланса в динамике:
/> или/>
Введембезразмерные обозначения для переменных:
/>; />
иполучим
/>,
Длятеплового баланса
/>
/>
Введембезразмерные обозначения для переменных
/>; />
иполучим
/>,
где/>,
/>.
Изуравнений следует, что камера нагрева является объектом с переменнымипараметрами, так как величины r2,к2 зависят от
H, V2,T1,T которыев общем случае являются переменными.
Дальнейшиерасчеты переходных процессов выполнены с помощью программы MathCadи приводятся в приложении А.
Заключение
Развитиепищевой промышленности нашей страны и области имеет важное политическое,экономическое и социальное значение. Только при верном подходе к организацииперерабатывающих предприятий, их модернизации и соблюдении всех технологическихнормативов можно добиться создания наиболее конкурентоспособной продукции.Необходимо помнить, что производство и реализация пищевых продуктов несут всебе не только экономическую целесообразность, но и коренным образом влияют насостояние здоровья населения.
Кисломолочнаяпродукция оказывает положительное воздействие на пищеварительную системучеловека, в связи с тем, что в результате ряда биохимических процессов,протекающих при сквашивании молока, образуется особая, молочнокислаямикрофлора, имеющая в своем составе различные вещества — молочную кислоту,углекислый газ, спирт, антибиотики и др. Усвояемость кисломолочных продуктоввыше, чем усвояемость свежего молока, так как в кисломолочных продуктах белкичастично пептонизированы. Кроме того, в ряде кисломолочных продуктов сгустокпронизывается мельчайшими пузырьками углекислого газа, в результате чегостановится более доступным воздействие ферментов пищеварительного тракта.
Кефиримеет приятный, слегка освежающий и кислый вкус, нежный сгусток, возбуждаетаппетит, усиливает секреторную и моторную деятельность желудка и кишечника,укрепляет нервную систему. Благодаря своим питательным свойствам он широкоприменяется для лечения и профилактики малокровия, атеросклероза, болезнейлегких и плевры, при нарушении функции желудочно-кишечного тракта и обменавеществ.
Присоблюдении технологического процесса, а именно тщательному подбору исходногосырья, 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 технологическойлинии, подбор машин по производительности и совместимости их друг с другом,обеспечение санитарно-гигиенических норм удобством мытья оборудования, а такжемаксимальная автоматизация процесса и улучшение условий труда рабочих наряду среализацией технологического процесса играет важнейшую роль в формированиисвойств готового продукта, рентабельности всего производства в целом.
ПриложениеА
/>