Матеріальний баланс у виробництві молочних продуктів

Матеріальний баланс необхідний для контролю виробництва, регулювання складу продукції і встановлення виробничих втрат. В основі матеріального балансу лежить закон збереження речовини. Маса переробленої сировини має дорівнювати сумі мас готового і побічного продуктів. Однак, в реальному виробництві після переробки сировини сума мас готового і побічного продуктів менше маси витраченої сировини внаслідок втрат.

Розрізняють виробничі (технологічні) і невиробничі втрати. Виробничі втрати неминучі, вони складають залишки сировини, готового і побічного продуктів на молокопроводі, в ємностях, апаратах та іншому обладнанні, проби, необхідні для аналізу. До невиробничих втрат відносять брак, витоки з трубопроводів, втрати, що виникають при несправності обладнання.

Матеріальний баланс у виробництві молочних продуктів заснований на двох рівняннях. Перше рівняння - баланс сировини і продуктів що з неї виготовляється.

, (1)

де М_с, М_г, М_п - маса сировини, готового і побічного продуктів, кг;

В - виробничі втрати, кг.

Виробничі втрати регламентуються нормами:

, (2)

де n - норма втрат сировини,%.

Тоді рівняння (1) приймає вигляд:

(3)

Друге рівняння матеріального балансу складають по масі окремих складових частин молока - маса компонентів молока в сировині дорівнює сумі мас компонентів в готовому і побічному продукті з урахуванням втрат:

(4)

де r_с, r_г, r_п - масова частка компонента молока в сировині, готовому і побічну продуктах, відповідно, %.

Втрати компонентів молока і втрати сировини, виражені в процентах, чисельно рівні.

Баланс можна скласти по будь-якій складовій частині молока - жиру (Ж)¸ сухому залишку (С), сухому знежиреному молочному залишку (СЗМЗ).

При визначенні маси сировини по готовому продукту з урахуванням втрат використовують коефіцієнт втрат, К_n:

(5)

При визначенні маси готового або побічного продукту:

(6)

Вирішуючи спільно рівняння (3) і (4), визначають масу сировини по готовому продукту або масу готового і побічного продукту по масі сировини з урахуванням коефіцієнта втрат:

, (7)

, (8)

(9)

Поряд з алгебраїчним методом, для розрахунку маси сировини, готового і побічного продуктів користуються графічним методом (по розрахунковому трикутнику та квадрату).

Нормалізація молока - це зниження або підвищення масової частки жиру молочної суміші при виробництві питного молока та молочних продуктів. Для всіх видів нормалізованої молочної суміші сировину нормалізують за масовою часткою жиру.

Проводити нормалізацію можна в потоці або шляхом змішування. Для нормалізації в потоці найдоцільніше використовувати сепаратори-нормалізатори, в яких безперервна нормалізація здійснюється одночасно з очищенням від механічних домішок.

При нормалізації молока за жиром до вихідного незбираного молока додають знежирене молоко чи вершки або від вихідного молока відбирають частину вершків шляхом сепарування.

Варіант 1. Якщо Жсум<Жнезб, то для зниження масової частки жиру у нормалізованій молочній суміші при способі нормалізації змішуванням додають розраховану масу знежиреного молока, або молока з нижчою масовою часткою жиру. Рівняння матеріального балансу має вигляд:

М_сум ×Ж_сум = М_незбм ×Ж_незб+М_{знежм.м} ×Ж_знеж.м (10)

При тій же умові (Жсум<Жнезб) при способі нормалізації у потоці незбиране молоко направляють на сепаратор-нормалізатор, при цьому відділяються вершки. Рівняння матеріального балансу має вигляд:

(11)

Варіант 2. Якщо Жсум>Жнезб, тоді для підвищення масової частки жиру у суміші при способі нормалізації змішуванням до маси незбираного молока Мнезбм додають розраховану масу вершків Мв. При цьому рівняння матеріального балансу має вигляд:

(12)

При способі нормалізації у потоці незбиране молоко направляють на сепаратор-нормалізатор та одержують нормалізовану молочну суміш та знежирене молоко. Цей спосіб нормалізації описується рівнянням матеріального балансу:

(13)

Розрахунки нормалізації ведуться графічними методами як по квадрату змішування, так і по трикутнику Баркана. Розрахунки по квадрату змішування частіше застосовуються при способі нормалізації змішуванням. А розрахунки нормалізації по правилу трику тника - для способу нормалізації у потоці.

Правило заповнення квадрата змішування.

У кутах квадрату ліворуч проставляють масові частки жиру молока незбираного (вгорі) та молока знежиреного (внизу). У центрі на перетині діагоналей - задану масову частку жиру у нормалізованій суміші. Праворуч у верхньому куті квадрату проставляють різницю по діагоналі між масовою часткою жиру у нормалізованій суміші та знежиреному молоці, у нижньому куті - між мсовими частками жиру у незбираному молоці тв. нормалізованій суміші (від більшого віднімають менше).

На схемі показано заповнення квадрату для способу нормалізації змішуванням при умові Жсум<Жнезб.

Ж_незбм Ж_сум-Ж_знежм→ М_незбм 1

Ж_сум

Ж_знежм Ж_незбм-Жсум→М_знежм 2

(Ж_сум - Ж_знежм)+(Ж_незбм - Ж_сум)=(Ж_незбм - Ж_знежм) →Мсум

За правилом квадрата розраховується:

1.(Ж_сум—Ж_знежм.) - це частини незбираного молока (М_незбм), необхідного для нормалізації маси суміші (М_сум);

2. (Ж_незбм—Ж_сум)— частини знежиреного молока (М_знежм), необхідні для нормалізації мас незбираного молока (М_незбм);

3. Суму частин правої сторони квадрату складають частини нормалізованої суміші у потрібній масі (М_сум), тоді (Ж_сум - Ж_знежм)+(Ж_незбм - Ж_сум) або (Ж_незбм - Ж_знежм) – частини нормалізованої суміші. (М_сум) згідно завдання.

Таким чином, за правилом квадрата змішування, складаються пропорції:

(14)

При сумісному вирішуванні пропорції 1 та 3 визначають:

1.Масу незбираного молока (Мнезбм), необхідного для одержання заданої маси нормалізованої молочної суміші (маса суміші Мсум згідно завдання з урахуванням втрат при фасуванні).

( 15)

2. Масу суміші (Мсум), яку отримують при нормалізації заданої маси незбираного молока (Мнезбм)

(16)

При сумісному вирішуванні пропорції 2 та 3 визначають:

1.Масу знежиреного молока (Мзнежм), яка необхідна для отримання заданої маси нормалізованої суміші:

(17)

При сумісному вирішуванні пропорції 1 та 2 визначають:

1.Масу знежиреного молока (Мзнежм), яка необхідна для нормалізації заданої маси незбираного молока:

(18)

Таким чином, квадрат змішування дозволяє вивести формули, які використовуються при вирішуванні задач по нормалізації молока способом змішування.

При нормалізації вихідного незбираного молока вершками

Жсум>Жнезб, розрахунковий квадрат має вигляд:

Ж_незбм Ж_в-Ж_сум→М_незбм 1

Ж_сум

Ж_в Ж_сум-Ж_незб→ М_в 2

(Ж_в-Ж_сум)+(Ж_сум – Ж_незбм)=(Ж_в-Ж_незбм) → М_сум

За правилом квадрата змішування, складаються пропорції:

(19)

При сумісному вирішуванні пропорцій виводимо наступні формули для визначення маси молока незбираного Мнезбм, маси вершків М_в, маси нормалізованої суміші Мсум:

(20)

(21)

(22)

Для розрахунків компонентів нормалізації молока використовується другий графічний спосіб або метод трикутника, (спосіб запропонований
С.М. Баркановим). Він більше застосовується при розрахунках способу нормалізації у потоці, але також застосовується при розрахунках способу нормалізації змішуванням.

При вирішуванні задач за правилом трикутника у вершинах трикутника проставляють масову частку жиру нормалізованої молочної суміші Жсум, незбираного молока Жнезбм, вершків Жв, або знежиреного молока Жзнежм. На кожному зовнішньому боці трикутника проставляють різницю між масовими частками жиру використаної сировини, віднімаючи з більшого значення менше, на протилежному внутрішньому боці - маси компонентів.

1.На схемі показано заповнення трикутника для способу нормалізації у потоці при умові Жсум> Жнезбм.

Ж_сум

Ж_незбм-Ж_сум Мзнм М_незбм Ж_су.м-Ж_зн

Ж_незбм М_сум Ж_знежм

Ж_незбм-Ж_знежм

Для складання пропорції беруть співвідношення відповідних мас компонентів до відповідних частин:

(23)

Виходячи з пропорції знаходять масу незбираного молока Мнезб, яке необхідно для отримання заданої маси суміші:

, (24)

де Всеп – втрати сировини при сепаруванні молока,% складають 0,4%.

Масу знежиреного молока, яка отримана від нормалізації знаходять пропорції (23):

(25)

2.На схемі показано заповнення трикутника для способу нормалізації у потоці при умові Жсум< Жнезбм.

Ж_незбм

Ж_незбм-Ж_сум Мв М_сум Ж_в-Ж_незбм

Ж_сум М_незб Ж_в

Ж_в-Ж_сум

Складаємо пропорцію згідно вимог правила трикутника:

(26)

Виходячи з пропорції знаходять масу незбираного молока Мнезб, з якого одержано задану масу нормалізованої суміші:

(27)

Масу вершків, отриману від нормалізації знаходять за формулою:

(28)

де Вж – втрати жиру при сепаруванні, % (0,16%).

Масу вершків від сепарування також можна визначити за формулою:

(29)

Дата добавления: 2015-07-16