Материальный баланс пищевого производства

Расчёт материального баланса является важнейшим этапом проектирования.

На основании материального баланса рассчитываются:

• оборудование, необходимое для выполнения производственного плана (количество и производительность);

• потребность предприятия в сырье, полуфабрикатах и вспомогательных материалах;

• определяется эффективность использования оборудования;

• определяется выход годной продукции, производственные и непроизводственные потери;

• осуществляются экономические расчёты, он также является основой для расчёта себестоимости продукции;

• позволяет выбрать наиболее оптимальный вариант технологии;

• служит основой для определения влияния технологического процесса на экологию и расчёта мощности очистных установок и сооружений.

Материальный баланс выполняется, как правило, в единицах массы или объёма.

Общий баланс составляют по всем компонентам сырья, полупродуктов, основным и вспомогательным материалам, применяемым в технологии.

Частный баланс составляют по основному компоненту сырья и, как правило, он является составной частью общего баланса.

К расчётам материального баланса следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести конструктивные расчёты производственного оборудования, оценить экономическую эффективность и целесообразность производственного процесса. Составление материального баланса необходимо как при проектировании нового, так и при анализе работы действующего производства.

Различают теоретический и фактический материальный баланс.

Теоретический баланс рассчитывают при проектировании производства нового продукта, когда отсутствует полная информация о технологическом процессе и практически невозможно произвести оценку потерь, возникающих в процессе производства. Теоретический материальный баланс основан не стехиометрическом соотношении реакций протекающих при получении продукта.

Фактический материальный баланс составляют на основе реальных данных по анализу работы лабораторных, опытных, полупромышленных и промышленных установок. При увеличении объёма производства от лабораторных установок к промышленным степень надёжности и достоверности данных возрастает. При составлении этого баланса учитываются производственные потери, возникающие при массовом производстве продуктов. Эти потери представляют собой дополнительный расход сырья, полупродуктов и готового продукта на разлив, утечку через неплотности аппаратов, трубопроводов, запорной аппаратуры, а также потери на унос из емкостей за счёт испарения и дополнительные расходы на мойку, чистку, обеззараживание оборудования.

Технологический процесс это совокупность технологический операций (или стадий) направленных на получение какого-либо продукта или полуфабриката. Технологический процесс, как правило, складывается из нескольких технологических операций (стадий), которые могут осуществляться последовательно, параллельно или по смешанному типу. Каждая операция осуществляется в одном отдельном аппарате или в нескольких аппаратах при одних и тех же условиях.

Материальный баланс рассчитывается по операциям или по всему процессу в целом.

Расчёт фактического материального баланса основывается на технологическом регламенте, как основном документе производства продукции. Основой материального расчёта является фундаментальный закон сохранения массы вещества, на котором основаны все наши представления о протекающих технологических процессах.

Для наглядности рассмотрим следующий пример. Возьмём какой-либо аппарат, в котором осуществляется технологический процесс (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схематическое изображение технологического процесса

В этот аппарат подаётся сырьё в количестве (массе) М_А и М_В и технологические добавки в количестве М_С, а из аппарата выходит готовый продукт в количестве М_Д и образуются отходы в количестве М_Е. Воспользовавшись законом сохранения массы, получим:

М_А+М_В+М_С=М_Д+М_Е

или

ΣМ_ВХ = ΣМ_ВЫХ

То есть масса входящих (подаваемых) на операцию веществ ΣМ_ВХ равна массе выходящих (полученных) после операции веществ ΣМ_ВЫХ .

Это уравнение называется уравнением материального баланса.

Из уравнения видно, что в процессе производства продукта происходит перенос массы из одних компонентов, входящих в аппарат в другие, выходящие из него.

Например, мы хотим сварить макароны. Берём определённое количество (массу) макарон М_А. Засыпаем их в определённое количество кипящей воды М_В и засыпаем определённое количество соли М_С. Через определённое время макароны готовы. Сливаем лишнюю воду М_Е и у нас остаётся готовый продукт в количестве М_Д. Для простоты мы не учитывали потери воды на испарение.

Выбор метода расчёта материального баланса зависит от типа принятой технологической схемы производства. Прежде чем приступить к составлению материального баланса, следует иметь чёткое представление о самом процессе, его стадиях, условиях протекания, составе сырья и его свойствах, технологических потерях.

Особенное внимание уделяется организационной структуре технологического процесса, технологическим маршрутам материальных потоков, числу стадий, наличию параллельных операций, периодичности процесса.

Материальный баланс можно представлять в виде таблицы, уравнения или диаграммы.

В пищевой промышленности наиболее часто материальный баланс представляют в виде таблицы. Таблица материального баланса состоит из двух частей. Правая часть называется приходной и обозначается «Приход» или «Подано». Здесь записываются сырьевые материальные потоки поступающие в аппарат с покомпонентной расшифровкой.

Левая часть именуется расходной и обозначается словами «Расход» или «Получено». Сюда записываются все материальные потоки покидающие аппарат. К ним также относятся потоки продуктов (целевого и побочных), непревращёного сырья и технологические потери.

Термины «Приход» и «Расход» исторически пришли из бухгалтерской документации, но потеряли первоначальный финансовый смысл и обозначают массу (количество) веществ, поступающих в аппарат, машину или реактор и выходящих из него.

Первым номером в расходной части записывают целевой продукт, а затем помещают потери. Иногда для удобства и наглядности потери записывают отдельно в столбике (как это показано в приводимом примере).

Отдельные слагаемые приходной и расходной части называют статьями баланса.

Приходная часть должна равняться расходной и это является основным принципом составления баланса.

В случае неравенства приходной и расходной части баланса следует установить причину расхождения. Этими причинами могут быть: неучтённые потери, ошибки технохимического контроля и элементарные ошибки в вычислениях.

Расчёт материального баланса осуществляют на единицу продукции

Как правило, расчёт материального баланса начинают с конца, то есть с последней стадии технологического процесса.

Можно производить расчёт и с начала технологического процесса, но тогда в конце расчёта, при выводе из баланса придётся по пропорции пересчитать количество сырья, необходимого для производства единицы продукции.

. За единицу продукции принимают, как правило, 1000 кг или 1000 литров.

В тех случаях когда в расчётах возникает необходимость перехода от твердых продуктов в жидкие (или наоборот) производят пересчёт используя значение плотности продукции.

или

где V – объём продукта (м³); m – масса продукта (кг); D – плотность продукта (кг/м³).

Значение плотности продукции берут, как правило, из справочной литературы. При этом необходимо учитывать, что плотность продуктов зависит от температуры.

Самое важное в расчёте материального баланса это понять его алгоритм.

Алгоритм расчёта материального баланса можно легко понять на следующем примере: Допустим Вы, вместе с подругой, организовали малое предприятие и взялись поставлять в ближайшее кафе 100 пирожков каждый день. А Вы любите пирожки. Сколько пирожков Вы должны выпекать, если по дороге съедаете 20%? Обычно большинство отвечает 120 пирожков – это неправильный ответ.

Алгоритм решения следующий: Из общего количества выпеченных пирожков, которое составляет 100%, Вы съедаете 20%, и до кафе донесёте всего 80% от общего количества пирожков. То есть 20% (то, что Вы съедаете) составляют потери. Иначе говоря 80% у Вас выход годной продукции. Составим пропорцию: 100 пирожков составляют 80% х пирожков составляют 100% =125 пирожков Вы должны выпекать 125 пирожков. Потери составляют 20% (125 - 100=25 пирожков Вы съедаете).

Результаты расчёта в табличном виде: Операция: транспортировка готовой продукции (пирожков)заказчику Расход Приход Продукция на выходе шт. % Потери шт. % Продукция на входе шт. % Пирожки, которые донесли до кафе 100 80 То, что съедаете по дороге 25 20 Выпеченные Вами дома пирожки 125 100