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     То, что съедаете по дороге     Выпеченные Вами дома пирожки

 

 

Примеры расчёта материального баланса

 

В качестве примера рассмотрим расчёт материального баланса производства растительного масла из семян подсолнечника прессованием.

Технологическая схема получения растительного масла этим способом состоит их следующих технологических операций (стадий) (приложене Б):

· очистка и сушка семян;

· отделение чистого ядра и его измельчение;

· пропарка и жарение мезги;

· извлечение масла прессованием;

· очистка (рафинация) масла;

· фасование масла.

На каждой стадии возможно возникновение технологических потерь.

Величины потерь определяются опытным путём или путём анализа результата работы аналогичных производств. Эти потери приведены в таблице 1.

Таблица 1 -Технологические потери при производстве растительного масла

из семян подсолнечника прессованием

 

Наименование технологической операции	Потери, %
Очистка и сушка семян	1.0
Отделение чистого ядра и его измельчение	0.5
Пропарка и жарение мезги	1.2
Извлечение масла прессованием	55.0
Очистка (рафинация) масла	3.5
Фасование масла	0.3

 

Расчёт материального баланса на производство 1000 кг

растительного масла

Расчёт начнём с конечной стадии процесса – это фасование.

Технологические потери для наглядности представим в отдельном столбце.

 

Стадия (операция): фасование готового масла.

 

Расход	Приход
Продукция на выходе	кг	%	Потери	кг	%	Продукция на входе	кг	%
Фасованное масло		99,7	На розлив		0,3	Очищенное рафинированное масло

 

Определим сколько надо подать очищенного масла на фасовку, чтобы получить 1000 кг расфасованного масла. Для этого составляем пропорцию.

 

1000 кг фасованного составляет 99,7%

х кг очищенного составляет 100%

 

Для получения 1000 кг расфасованного масла надо подать на фасовку очищенного рафинированного масла:

 

х=1000*100/99,7=1003 кг

 

 

Стадия (операция): очистка (рафинация) масла

 

Расход	Приход
Продукция на выходе	кг	%	Потери	кг	%	Продукция на входе	кг	%
Очищенное рафинированное масло		96,5	На очистку		3,5	Неочищенное масло (после прессования)

 

 

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать масла после прессования на рафинирование, чтобы получить 1003 кг рафинированного масла:

1003 кг составляет 96,5%

х составляет 100%

 

х=1003*100/96,5=1039 кг

 

Стадия (операция): извлечение масла прессованием

 

Расход	Приход
Продукция на выходе	кг	%	Потери	кг	%	Продукция на входе	кг	%
Неочищенное масло (после прессования)			На прессование (жмых)			Мезга

 

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать мезги на прессование, чтобы получить 1039 кг масла:

 

1039 кг составляет 45%

х составляет 100%

 

х=1039*100/45=2309 кг

 

Стадия (операция): пропарка и жарение мезги

 

Расход	Приход
Продукция на выходе	кг	%	Потери	кг	%	Продукция на входе	кг	%
Мезга пропаренная и жареная		98,8	На испарение		1,2	Чистое и измельчённое ядро семени

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать очищенного и измельчённого ядра семени на пропаривание и жарение, чтобы получить 2309 кг масла:

2309 кг составляет 98,8%

х составляет 100%

 

х=2309*100/98,8=2337 кг

 

Стадия (операция): отделение чистого ядра и его измельчение

 

Расход	Приход
Продукция на выходе	кг	%	Потери	кг	%	Продукция на входе	кг	%
Чистое и измельчённое ядро семени		99,5	На измельчение		0,5	Очищенные и просушенные семена

 

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать очищенных и просушенных семян для получения чистого очищенного ядра семени в количестве 2337 кг.

2337 кг составляет 99,5 %

х составляет 100%

 

х=2337*100/99,5=2349 кг

 

 

Стадия (операция): очистка и сушка семени

 

Расход	Приход
Продукция на выходе	кг	%	Потери	кг	%	Продукция на входе	кг	%
Очищенные и просушенные семена		99,0	Сорность и испарение		1,0	Семена подсолнечника (сырьё)

 

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать семян для получения чистого просушенного семени в количестве 2349 кг.

 

2349 кг составляет 99,0 %

х составляет 100%

 

х=2349*100/99,0=2373 кг

 

Вывод: для производства 1000 кг растительного масла необходимо обработать 2373 кг семян подсолнечника.

 

Примечание - При оформлении расчёта материального баланса приводятся только таблицы (пропорции приводить не следует), то есть материальный баланс оформляется так, как показано ниже, на примере расчёта материального баланса сушки моркови.

При оформлении расчёта материального баланса допускается, для его упрощения, объединять несколько операций. Это показано на примере приведённом ниже.