Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Оптимизация процесса частичной замены сахара морковной стружкой в плиточном шоколаде

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Кафедра: «Технология переработки

растительного сырья»

Курсовой проект

по дисциплине

«Оптимизация и моделирование технологических

процессов в кондитерском производстве»

«Оптимизация процесса частичной замены сахара морковной стружкой в плиточном шоколаде»

Выполнил:

Киселев А.В.

Группа:

10-ТПМ-2

Проверил:

Туманова А.Е.

Москва 2013

Содержание

Введение

1. Основные положения технологического потока

2. Описание технологической схемы производства плиточного шоколада

3. Операторная модель производства плиточного шоколада

3.1 Описание операторной модели производства

4. Проведение диагностики технологического потока производства плиточного шоколада

4.1 Определение показателей качества на выходе из каждой подсистемы

4.2 Органолептическая оценка показателей изделия

4.3 Диагностика технологического потока производства

4.4 Анализ уровней целостностей технологических потоков (традиционный)

5. Проведение планирования эксперимента

Формулировка целей исследования
Выбор параметра оптимизации
Выбор факторов. Уровни факторов и шаг варьирования
Число опытов
Построение матрицы планирования эксперимента

6. Операторная модель производства плиточного шоколада после модернизации

7. Проведение повторной диагностики технологического потока производства плиточного шоколада

7.1 Анализ уровня целостностей технологического потока после модернизации

8. Обработка результатов эксперимента

Вычисление уравнения регрессии
Проверка уровней моделей

8.3 Проверка моделей по критерию Стьюдента и построение доверительного интервала

9. Вывод

10. Список использованной литературы

Введение

Основным компонентом шоколада и шоколадных изделий является наличие в их рецептурном составе большого количества продуктов переработки какао бобов, а именно какао масла, какао тертого, какао порошка и какое-то количество специально обработанной какаовеллы.

Шоколад и шоколадные изделия пользуются большим спросом, особенно в экономически развитых странах. Шоколадное производство основано на выращивании и переработке какао бобов.

Для производства плиточного шоколада необходимо: помещение, отвечающее всем требованиям санитарии и противопожарной безопасности; сырье, оборудование и рынок сбыта.

С развитием технологий автоматизированного формования шоколада и приготовления глазури становится еще более важным строгий контроль текучести (вязкости). Кроме того, появилась необходимость экономии такого дорогого ингредиента, как какао-масло.

Так как производство шоколада достигло высокого уровня качества продукции и улучшить технологию производства плиточного шоколада крайне сложно, целью данного курсового проекта мы выбрали влияние на вязкость замены части сахара на морковную стружку.

Добавление морковной стружки способствует уменьшению использования какао масла для производства плиточного шоколада и, вследствие, экономия производства, за счет уменьшения потребления дорого ингредиента.

1.Основные положения технологического потока.

Технологический поток состоит из различных технологических операций, преобразования исходного сырья и процессов его транспортирования, а также промежуточных процессов между операциями. Собственно технологические операции выполняют две функции: 1)обработку объекта; 2) подачу объекта обработки в рабочую зону.

Строение технологического потока.

Технологический поток как система состоит из автономных образований или подсистем, в которых операции являются элементами. Технологический поток представляет собой совокупность технологических операций, он обладает новым системным качеством, которым не располагает ни один из составляющих его элементов. Системное качество состоит в гораздо более эффективном функционировании комплекса машин и аппаратов. Нежели работа необъединенных в линию орудий труда.

Целостность технологической системы отражает способность составляющих ее элементов вступать во взаимодействие, обуславливающее новые качества системы, несвойственные образующих её частям. Части целостной системы – это те, структурные единицы взаимодействие которых порождает присутствие в данной системе качественные особенности, поэтому за элемент технологической системы принята технологическая операция, а не физико-химический процесс.

Структура технологического потока определяется не только последовательностью технологических операций и взаимным расположением машин и аппаратов в линии, но и временной согласованностью технологических процессов, т.о. структура технологической системы всегда пространственно временная.

2. Технологическая схема производства плиточного шоколада

Подготовка сырья к производству

↓

Образование шоколадной массы

↓

Темперирование шоколадной массы

↓

Формование шоколадной массы

↓

Охлаждение плиток шоколада

↓

Расфасовка и упаковка

2. Операторная модель производства плиточного молочного шоколада

Рис.1 Операторная модель технологической системы производства шоколадных плиток.

4. Проведение диагностики технологического потока производства плиточного шоколада.

4.1 Определение показателей качества на выходе из каждой подсистемы.

Требования к качеству элементов каждой подсистемы. Нормируемые оценки качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий на выходе из подсистем для плиточного шоколада (ГОСТ Р 52821 - 2007).

Таблица 1

№

Подсистема

Название подсистемы

Наименование основных качеств на выходе из подсистемы

Величина показателей качества

Подсистема образования изделий с показателями качества, соответствующими стандарту

Массовая доля золы, нерастворимой в растворе с массовой долей соляной кислоты 10%,% не более

Вязкость,%

Степень измельчения,% не менее

0,1

12-16

Подсистема образования шоколада в виде отдельных предметов с заданными показателями качества

Массовая доля масла-какао, %,не менее

Массовая доля общего сухого остатка какао, % ,не менее

Массовая доля сухих обезжиренных остатков какао, % ,не менее

С1

Подсистема образования продукта с заданными технологическими показателями качества

Оператор образования шоколадной массы

1 Процессор отделения от шоколадной массы части влаги и летучих кислот

2 Процессор нагревания шоколадной массы

3 Процессор измельчения шоколадной массы

4 Процессор смешивания рецептурных компонентов

5 Процессор дозирования измельченной рецептурной смеси

Процессор дозирования какао масла
Процессор дозирования соевого фосфатидного концентрата

Оператор образования измельченной рецептурной смеси

1 Процессор измельчения (вальцевания) рецептурной смеси

Оператор образования рецептурной смеси

1 Процессор смешивания рецептурных компонентов

2 Процессор дозирования какао тертого

3 Процессор дозирования какао масла

4 Процессор дозирования сахарной пудры

С2

Подсистема образования продукта с заданными технологическими показателями качества

Оператор образования темперированного какао тертого

1 Процессор темперирования какао тертого

Оператор образования какао тертого

1 Процессор измельчения какао-крупки

2 Процессор измельчения (дробления) обжаренных какао-бобов

3 Процессор дозирования обжаренных какао-бобов

Оператор образования обжаренных какао-бобов

1 Процессор охлаждения обжаренных какао-бобов

2 Процессор отделения от какао-бобов части влаги и летучих кислот

3 Процессор нагревания какао-бобов

4 Процессор дозирования какао-бобов

С3

Подсистема образования продукта с заданными показателями качества

Оператор образования сахарной пудры

1 Процессор измельчения сахара-песка

2 Процессор дозирования сахара-песка

Оператор подготовки сахара-песка

1 Процессор очистки сахара-песка

4.2 Органолептическая оценка показателей качества готовых изделий

Таблица 2

Наименование показателей	Характеристика изделия
Вкус и запах	Свойственные для конкретного типа шоколада, без постороннего привкуса и запаха
Внешний вид	Лицевая поверхность ровная или волнистая, с рисунком или без него, блестящая. Не допускается поседение и зараженность вредителями.
Форма	Соответствующая рецептуре, используемому оборудованию, без деформации для всех видов шоколада, кроме весового
Консистенция	Твердая
Структура	Однородная. В шоколаде с крупными добавлениями целые или дробленные орехи, цукаты, изюм, воздушные крупы и другие равномерно распределены в массе шоколада.

№ п/п

Наименование подсиситем

Общий период диагностики

Общее количество образцов n

Количество годных образцов n1

Количество негодных образцов n2

Вероятность появления годных образцов Р1

Вероятность появления негодных образцов Р2=1-Р2

-Р logP1

-Р logP2

В1

В2

В3

Мин

80%8

85%9

90%9

95%9

20%2

15%1

10%1

5%1

0,8

0,85

0,9

0,95

0,2

0,15

0,1

0,05

0,275

0,1993

0,3168

0,0703

0,4644

0,4105

0,3322

0,2161

0,7219

0,6898

0,469

0,2864

0,2781

0,3102

0,531

0,7136

4.3 Диагностика технологического потока производства сахарного печенья

(до модернизации)

Таблица 3

4.4 Анализ уровней целостностей технологических потоков (традиционный)

Целостность системы определяется как взаимодействие элементов системы, обуславливающее новые качества системы, не свойственные образующим ее частям.

Величина уровня целостности технологического потока во многом зависит от отрезка времени, за который производится диагностика, и поля допуска на выход подсистем. Чем меньше отрезок времени и шире поле допуска, тем выше, при прочих равных условиях, значение уровня целостности системы.

Выбор направления развития технологического потока. Не всякую линию, работающую сегодня в промышленности, целесообразно оснащать средствами автоматического регулирования и управления. Сначала надо установить величину уровня целостности линии и в соответствии с результатами исследования разработать программу ее развития.

Величина уровня целостности может служить показателем готовности линии к приему средств автоматизации. В процессе прогрессивного развития технологической системы повышается ее целостность, а сама она может перейти в подсистему более сложной системы. В конечном итоге повышение целостности может привести к трансформации системы в элемент, сохраняющий функциональные свойства системы.

Повышение уровня целостности системы приводит к снижению удельных затрат, необходимых для реализации единичной функции. Отметим также, что развитие всех систем происходит в направлении сокращения удельных габаритов и массы. Плохо организованная система вследствие огромного количества системоразрушающих факторов очень затрудняет работу по ее усовершенствованию. Но и чрезмерно организованная система с высоким уровнем целостности снижает возможности по ее усовершенствованию.

Целостность – важнейшая характеристика технологического потока, отражающая меру организованности, системности технологии. Целостность оценивается в результате диагностики (эксперимента на линии). Численное значение уровня целостности позволяет сделать достоверный вывод о целесообразном направлении развития линии, в результате чего уровень целостности должен возрасти. Эти направления связаны с совершенствованием самой технологии, оборудования и средств автоматизации.

В нашем случае примем стабильности выхода подсистем В, С1, С2, С3 равными единице. Тогда целостность Q технологической системы до модернизации линии производства сахарного печенья определяется как:

Q= G(С3С2С1ИA) + G(С2С1ВA) + G(С1ВA) + G(ВA) + G(A)– 4=1+1+1+1+0,3102-4=0,3102

5. Проведение планирования эксперимента

5.1 Формулировка цели исследования

Целью исследования является: получение печения с сниженной калорийностью.

5.2 Выбор параметра оптимизации

Прежде всего, определим параметр оптимизации и установим его размерность, точность и область определения. За параметр оптимизации примем показатель намокаемости сахарного печенья.

Таблица 4

№

Название параметра

Размерность

Область определения

Точность

Вязкость

Па*с

12-16

±0,2

5.3 Выбор факторов

В качестве фактора Х примем количество морковной стружки к массе сахара, которое соответственно равно 1,2,3,4, и 5 процентов.

Таблица 5

№

Название фактора

Размерность

Область определения

Точность

Количество морковной стружки к массе сахара

1-5

± 0,2

Уровни факторов и шаг варьирования.

Таблица 6

№

Название фактора

Уровни фактора

Шаг варьирования

Размерность фактора

min

max

Количество введенной добавки

5.4 Число опытов

Количество опытов, которое проводится в эксперименте определяется количеством факторов, влияющих на выход процесса.

N=nˣ , где N- количество опытов, n-количество уровней, х - количество факторов.

N=5¹=5

5.5 Построение матрицы планирования эксперимента

Показатели вязкости определяются как среднее арифметическое из 3-х опытов.

Матрица планирования однофакторного эксперимента по изучению влияния частичной замены сахара на морковную стружку в плиточном шоколаде представлена в таблице 7.

Таблица 7

№

Значение фактора в натур.выраж.

Величина вязкости шоколадной массы, Па*с

Ср.значение вязкости, Па*с

Х1

У1

Уср

13,4

13,8

14,1

14,5

15,3

13,6

13,9

14,0

14,6

14,8

15,1

13,5

13,7

13,9

14,4

15,1

15,4

13,5

13,8

14,0

14,6

15,0

15,3

График влияния количества добавляемой стружки (с заменой от массы сахара)

По результатам исследования получено, что с увеличением доли вносимой морковной стружки вязкость увеличивается.

6. Операторная модель производства плиточного шоколада после модернизации.

Морковная стружка вносится в подсистему С1 (Процессор дозирования измельченной рецептурной смеси 5) На операторной модели процесс дозирования указан красной стрелкой.

7. Повторная диагностика технологического потока производства плиточного шоколада

(после модернизации)

Таблица 8

№ п/п

Наименование

подсиситем

Общий период диагностики

Общее количество образцов n

Количество годных образцов n1

Количество негодных образцов n2

Вероятность появления годных образцов Р1

Вероятность появления негодных образцов Р2=1-Р2

-Р logP1

-Р logP2

С1

С2

С3

Мин

85%17

95%19

98%20

90%18

15%

10%

0,85

0,95

0,98

0,90

0,15

0,05

0,02

0,10

0,1993

0,0703

0,0286

0,3168

0,4105

0,2161

0,1129

0,3322

0,6898

0,2864

0,1415

0,469

0,3102

0,7136

0,8585

0,531

Примем стабильности подсистем В, С1, С2,С3 равными единице. Тогда целостность Q технологической системы после модернизации определяется как:

Q= G(С3С2С1ИA) + G(С2С1ВA) + G(С1ВA) + G(ВA) + G(A)– 4=1+1+1+1+0,3102-4=0,3102

В результате модернизации технологической линии производства плиточного шоколада (применения нового ингредиента) целостность технологической системы увеличилась значительно. Можно продолжить ряд исследований на данной основе.

8. Обработка результатов эксперимента

8.1. Вычисление уравнения регрессии

Предположим, что зависимость между х и у меняется линейно, тогда можно получить уравнение вида:

Y=bo+bi·х1

Для однофакторного эксперимента рассчитаем коэффициенты уравнения регрессии по формулам:

b0= (Σхi²∙Σyi –Σхi ∙Σyi)/NΣхi² -( Σхi)²

b1= (NΣхi∙yi – Σхi ∙Σyi)/NΣхi² -( Σхi)²

Данные для расчета коэффициентов регрессии представлены в таблице 9

Матрица для расчета коэффициентов регрессии.

Таблица 9

№

Хi

Хi²

Уi

Хi ∙Уi

Контр.(0)

13,5

13,8

14,0

14,6

15,0

15,3

86,2

13,8

43,8

76,5

222,1

b0 =(55∙86,2-15∙86,2)/(5∙55-225)=68,96

b1=(5∙222,1-15∙86,2)/( 5∙55-225)=-3,65

Уравнение регрессии будет иметь следующий вид:

Y=-3,65x+68,96- уравнение регрессии для плиточного шоколада с добавлением морковной стружки.

Проведение статического анализа полученного уравнения регрессии

После построения математической модели (получения уравнения регрессии)проведем ее статистический анализ, определив значимость коэффициентов уравнения регрессии и проверив адекватность полученной математической модели физическому смыслу.

Для определения значимости коэффициентов уравнения регрессии необходимо найти дисперсию воспроизводимости.

Данные для расчета дисперсии воспроизводимости представлены в табл.10

Значения для расчета дисперсии воспроизводимости.

Таблица 10

№	Yicp-Yi1	Yicp-Yi2	Yicp-Yi3	(Yicp-Yi1)^2	(Yicp-Yi2)^2	(Yicp-Yi3)^2		∑(Yicp-Yiq)^2
1	0,1	-0,1	0,1	0,01	0,01	0,01		0,03
2	0	0	0,1	0	0	0,01		0,01
3	0,1	0	0,1	0,01	0	0,01		0,02
4	0,1	0	0,2	0,01	0	0,04		0,05
5	0	-0,2	-0,1	0	0,04	0,01		0,05
6	0	0	-0,1	0	0	0,01		0,01
Ʃ							0,17

Дисперсия воспроизводимости вычисляется по формуле:

S²воспр= ∑∑( Yicp-Yiq) ² = 0,17=0,017

N(q-1) 10

q – кратность повторностей опыта (q=3)

N – число опытов

Для определения значимости коэффициента нужно найти дисперсию коэффициента регрессии:

S²= S²воспр /N=0,0034

S=√0,0034=0,058

Значение критерия Стьюдента для коэффициентов уравнения регрессии:

tb0= b0/S=68,96/0,058=1188,9

tbi= b1/S= -3,65/0,058=-62,9

Число степеней свободы определяется как:

f=N∙(q-1)=5∙(3-1)=10

Уровень значимости – 5%

Табличное значение критерия Стъюдента tтабл при f=10 равно 2,23

Коэффициент значим, кода выполняется условие tbi > tтабл.

b0=3931,2 значим, т.к. tb0 > tтабл

b1=-1,95 не значим, т.к. . tb1 < t табл.

т.к не все коэффициенты являются значимыми проведем проверку. для проверки гипотезы об адекватности модели используют Критерий Фишера , который определяется

F= S2ад

S2воспр

S2ад= ∑∑( Yicp-Yiq) ²=0,17=0,085

f 2

При планировании эксперимента при определении дисперсии адекватности число степеней свободы определяют:

f=N – (k+1), где N – число опытов, а f – число определяемых коэффициентов.

f=5 – (2+1)=2

F=0,085 = 5

0,017

Табличное значение критерия Фишера F= 9,39(при вероятности 0,90)

Рассчитанное значение критерия Фишера меньше табличного =>,при выбранной доверительной вероятности модель адекватна.

9.Вывод

Анализ уравнения регрессии показывает, что незначительно заменяя сахар на морковную стружку в плиточном шоколаде, мы увеличиваем его вязкость. Значения вязкости, полученные при добавлении морковной стружки, входили в область определения вязкости для плиточного шоколада, следовательно, данные изменения не ухудшали качество продукта. Из полученных данных наглядно видно что, добавление морковной стружки в размере до 5% от массы сахара является наиболее рациональной.

Список использованной литературы.

1.Зубченко А.В. Технология кондитерского производства

2.Румянцева В.В. Технология кондитерского производства

3.Маршалкин Г.А. Технология кондитерских изделий

4.Аксенова Л.М. Технология кондитерских изделий

5.Панфилов В. А. Оптимизация технологических систем кондитерского производства

6.Богданов В.Д., Дацун В.М., Ефимова М.В.Общие принципы переработки сырья и введение в технологии производства продуктов питания

Оптимизация процесса частичной замены сахара морковной стружкой в плиточном шоколаде 📙 Курсовая → 🆔 150457