BMEVEMBA779 Calcul și proiectare a bioingineriei 1

CALCULUL ȘI PROIECTAREA INGINERIEI BIO BMEVEMBA779 PLANIFICAREA TEHNOLOGIEI ALIMENTARE 2014.09.18. Cunoștințe generale NUTRIȚIE: Ce mâncăm, bem Pătrunde în organism prin sistemul digestiv. industria alimentară hrană hrană material nutritiv hrană bucătărie 2 OBLIGAȚIILE BIOINGINERILOR, DOMENII POSIBILE DE ACTIVITATE Producția economică: ca antreprenor, ca angajat Controlul producției: asigurarea calității produsului propriu, ca autoritate (stat civil) În cercetare: lung dezvoltare pe termen lung și direct: PLANUL 3 și planificarea 1

SARCINA DE FABRICAȚIE ALIMENTARĂ: Producția de profit (profit, economie) și Profesional: armonizarea aspectelor științifice pentru a satisface nevoile consumatorilor 4 PROCESUL TEHNOLOGIC Materia primă constă din subprocese de la producerea materiei prime pe masa consumatorului până la servire. Funcționarea pierderii de energie Operația următoare Produsul principal Pierderea subprodusului Energie Capital Energie Reglementare în muncă Pátzay Gy Tungler A Mika LT 2011, Tehnologie chimică, E Curriculum 5 STRUCTURA UNITĂȚILOR DE PRODUCȚIE INDUSTRIALĂ I. Unități de producție sau operaționale care efectuează transformarea materialului: Subactori: transformarea fizică . Reactoare: dispozitive pentru transformarea chimică. II. Echipamente și facilități pentru serviciul logistic de producție: Mijloace de transport: echipamente de manipulare a materialelor și a energiei Echipamente de depozitare: pentru depozitarea produselor inițiale, semifabricate și finite III. Servicii de infrastructură de bază pentru apă de producție (apă potabilă, tehnologică și de răcire), aer (instrument și compresor), servicii energetice (abur, electricitate, gaz natural pentru încălzire), informatică (rețea, telefon, hardware-software) 6 și proiectare 2

Diagramele de flux Tehnologie simbolizată prin simboluri convenționale, standard, marcaje Conceptuale, adică incomplete: cutie neagră Tehnologice, adică detaliate: mașinile scalează și nivelează toate materialele de intrare și ieșire cu valori tehnice și cantitative 7 Diagramă de flux conceptuală (schematică) Tehnologie simbolizată prin convențional, standard simboluri, marcaje cultivare recoltare și livrare sortare deșeuri Sulf, enzimă (kg) T, t, ph, Pasul I: tulpină de prelucrare a strugurilor, tescovină, kg Denumirea operațiunii. Cantitate, Pasul II: Prelucrarea vinului. mătură kg vin 8 Organigramă Tehnologie simbolizată prin simboluri convenționale, standard, marcaje Tehnologice, adică detaliate: Mașini, scară și nivel de echipament Toate materialele de intrare și ieșire, valori tehnice și cantitative Pátzay Gy Tungler A Mika LT 2011, Tehnologie chimică, Curriculum E 9 și planificarea 3

CARACTERISTICILE OPERAȚIUNILOR: BALANȚE DE MASĂ ȘI ENERGIE I1, a [kg] I2, b [kg] I3, c [kg] E 1, x [kj] Operațiune: existență E 2, y [kj] O1, d [kg] O2, e [kg] Pentru o operație dată! a + b + c = d + e E 1 = E a + E b + E c E 2 = E d + E e E 1 = E 2 Listă coduri de intrare Semnume Nume I1 boabe I2 amestec enzimatic I3 în vin E1 intrare energie Ieșire lista codurilor Semnul Nume O1 trebuie O2 tescovină E2 scăderea energiei 10 CARACTERISTICILE OPERAȚIUNILOR: BALANȚE DE GREUTATE ȘI ENERGIE Proces tehnologic Pátzay Gy Tungler A Mika LT 2011, Tehnologie chimică, E curriculum Lista codurilor de intrare Semnul Nume Greutate I1 Materie primă - 1 kg I2 brut material - 2 b kg I3 Apă c kg Aditiv d kg Conexiuni intermediare Semnal Denumire Greutate O1I5 Intermediar e kg O2I6 Semifabricate t.-1 f kg O3I7 Semifabricate t.-2 g kg Listă coduri de intrare Semnal Nume Greutate O4 Produs 1 a kg O5 Produs 2 b kg O6 Produs secundar c kg O7 Deșeuri d kg 11 REPREZENTAREA BALANȚEI DE GREUTATE ȘI ENERGIE: Diagrama Shankey Intrare O1 O2 O3 Intrare = O1 + O2 + O3 Pátzay Gy Tungler A Mika LT 2011, Chemical Technology, E curriculum 12 și proiectare 4

MĂSURI DE EFICIENȚĂ A PROCESELOR TEHNOLOGICE: Operațiune TA: materie primă T: produs v: reciclare v Randament: Pátzay Gy Tungler A Mika LT 2011, Chemical Technology, E curriculum 13 EFICACITATEA PROCESELOR TEHNOLOGICE: Conversie: Pátzay Gy Tungler A Mika LT 2011, Tehnologie chimică, E Curriculum 14 SARCINI PROFESIONALE DE FABRICAȚIE ALIMENTARĂ: Satisfacerea nevoilor consumatorilor din punct de vedere economic și continuu la același nivel prin eliminarea efectelor sezoniere pot fi proceduri de conservare. Furnizarea și extinderea gamei de produse prin transformarea materiei prime într-un produs. 15 și planificarea 5

EFECTUL TEMPERATURII ESTE DIFERIT PRIVIND REPRODUCEREA ȘI SUPRAVIEȚUIREA! Temperatură: µ dependență de Arrhenius! Valabil: atât pentru temperatura de reproducere, cât și pentru cea de descompunere efect combinat optim: t 0 10 20 30 40 50 60 [C] t min interval de creștere stadiul de descompunere CARACTERIZAREA DISTRUȚIEI DE CALDURĂ cu numărul de germeni supraviețuitori: Principiu: 0 ln (n) D: timpul de decimare ln (n supraviețuitor) = f (t transfer de căldură) -1 unde k D: pierdere de căldură. -2-3 D T i (C) = constant t CARACTERISTICI ALE DISTRUȚIEI DE CĂLDURĂ Eficiența transferului de căldură: log (n): număr diferit inițial de germeni vii celule vegetative spori t și design 6

REZISTENȚĂ TERMICĂ Organism vegetativ Escherichia coli Salmonella spp. Salmonella typhimurium Salmonella senftenberg Staphylococcus aureus Listeria monocytogenes Campylobacter jejuni Valoarea D (min) 55 C 60 C 65 C 4 0,1 0,02-0,25 0,056 0,8-1,0 0,2-2,0 5,0-8,3 1,1 NyME (ea. Dia pictures, 2008) REZISTENȚĂ TERMICĂ Bacterii botulinum A și B C. botulinum E 100 C 50 Valoarea D (min) 110 C 121 C 0,1-0,2 13%, optim: 18-25% PRELUCRAREA STUPULUI: BUCURI/CONSTRUCȚIE PRELUCRAREA STUPULUI: GRINDING Punct de decizie tehnologic: opțiune reductivă tradițională Deschide v. sistem închis Capacitate normală de răcire și proiectare 9

PRELUCRAREA STURIULUI: ÎNCOLCARE Posibilitatea de ramificare tehnologică: vin roșu vin alb Sulfurizare (roșu, bacteriostatic): 100 mg/kg Inoculare cu specii drojdie Dozare enzimă degradantă pectină Controlul temperaturii: 20-30 C! Timp: ½ 20 zile PRELUCRAREA STUPULUI: PRESARE presiune scăzută! sistem închis Vânzare slabă de capacitate limitată PRELUCRAREA STUPULUI: FERMENTARE glucoză etanol + CO 2 Inoculare de sulf (drojdie Epiculatus) Sacch.elipsoideus, oviformis, specie proprie drojdie Vin roșu - atenuare acidă: Micrococcus malolacticus acid malic Etapa 3: zgomotos, liniștit, curățare și planificare 10

PRELUCRAREA STUPULUI: TRATAREA VINULUI Extracție separare multiplă Clarificare (bentonită, celuloză, gelatină, cazeină, galben din sânge alcalin) filtrare diatomee cu pământ (bentonită) filtrare cu foi cu ultrafiltrare cu membrană (flux încrucișat) Rol: minute de flux încrucișat, 65-70 C: sulfurizare, parte închisă, răcire Oxidare: baricare Amestecarea IMPLEMENTAREA IDEEI: INVESTIȚII PE CÂMP VERDE Formularea precisă a obiectivului Evaluarea constrângerilor Achiziționarea și planificarea resurselor 11

OBIECTIV Bază: necesități de piață existente, așteptate, excitabile De exemplu: 1000 T (100 vagoane) de vie pe an pe teren, care pot fi vândute la un preț de 50 HUF/kg, dar costul de producție este de 80 HUF/kg. Cât de mult vin poate fi vândut economic? Nu există cerere pentru 5-10 eft/sticlă, poate fi trezită prin marketing? Există o cerere de 300 HUF/sticlă, dar merită? OBIECTIV: Prelucrarea tuturor materiilor prime Materie primă: Struguri: Frunze de tei (native) Produse: Vin: Tokaj frunze de tei semi-uscate, alb Cantitate: 300 T/an (10T/zi) materie primă! LIMITĂRI Tehnologie cantitativă Siguranță alimentară Legislație de mediu (accize) Finanțarea personalului (egalitate de șanse pentru muncă) etc. și planificare 12

RESURSE Capitaluri proprii: Capital subscris, rezerve de capital, rezerve restrânse, Profit (rezervă), Suport pentru oferte MSZE (nerambursabil) Împrumut, împrumut, emisiune de obligațiuni etc. Evaluarea oportunităților de aplicare GOP 1.1.2010./A: Dezvoltarea tehnologică a microîntreprinderilor și a întreprinderilor mici GOP 2010.2.1.1./B: Dezvoltarea complexă a tehnologiei întreprinderilor pentru microîntreprinderi mici și mijlocii KMOP 2010.1.2.1/A: Dezvoltarea tehnologică a microîntreprinderilor și a întreprinderilor mici PĂRȚILE PLANULUI: (POATE SĂ MODIFICE ÎN FUNCȚIE DE CERERE) Descrierea sarcinii: Descrierea produsului: calitate, cantitate, Cunoștințe teoretice: materie primă, tehnologie, plan de tehnologie a produselor - cu calcule Plan de rambursare - cu calcule Referințe sumare Anexe, anexe și planificare 13

PLANIFICAREA TEHNOLOGICĂ Parametrizarea operațiilor: Măsurarea, calculul, estimarea intrărilor Măsurarea, calculul, estimarea parametrilor de funcționare Măsurarea, calculul, estimarea ieșirilor Planul procesului tehnologic: Diagrama de flux cu parametrii, intrările și ieșirile Descrierea textuală a tehnologiei Material, energie etc. scale, diagrame de asigurare Asigurarea calității, siguranța alimentelor PK poate fi atins. Plan de utilizare a produselor secundare și a deșeurilor Specificații ale mașinilor, echipamentelor, utilităților Tehnologie vedere laterală schiță de nivel Plan tehnologic plan de amenajare plan operațional - plan de personal Sarcini de plan funcționale legate de planul obligațiilor legale Reguli de planificare, construcție Reguli de operare, reguli de funcționare reguli de operare Reguli financiare Structura planului etajului, vedere laterală, plan 3D Inginerie mecanică, utilități etc. plan de mediu, relații externe Plan de finanțare financiară economică: Plan de costuri de investiții Plan de costuri de exploatare Plan de venituri Flux de numerar: plan de finanțare financiară RESURSE ACTIVE (UE) sprijin credit împrumut bancar Bilanț (financiar) și planificare

RESURSE Capitaluri proprii: Capital subscris, rezerve de capital, rezerve restrânse, Profit (rezervă), Suport pentru oferte MSZE (nerambursabil) Împrumut, împrumut, emisiune de obligațiuni etc. CONDIȚIE DE DURABILITATE! ACTIVE FINANCIARE/ECONOMICE Imobilizări (cheltuieli unice): Imobilizări corporale: utilaje, echipamente. Produse intelectuale (bunuri imat.), Imobiliară + rețea de utilități Active curente (cheltuieli continue): Materiale: brute, ambalaje etc. Active: instrumente, ambalare Banii (!): Fond de rulment (Creanțe) PLAN DE RETURNARE A INVESTIȚIEI Costul investiției (o singură dată sau împrumutat!?) Implementarea bunurilor imobiliare, tehnologiei (necorporale, utilaje, echipamente), taxe de planificare, aprobare oficială, cheltuieli de finanțare unice etc. Cost operațional (continuu, regulat) Direct: Materii prime, energie, alte cheltuieli generale directe, ECS financiar, salarii și contribuții, cheltuieli fiscale indirecte, generale: materiale, cheltuieli generale, financiare, salariale, fiscale Venituri (continue, obișnuite) Vânzări, alte venituri, venituri extraordinare și planificare 15

PROFIT (MSZE: Profit) Venituri: (vânzări, p., Extraordinar) vânzări = preț unitar * cantitate Cost: (pentru activ, p., Extraordinar) Material: brut, instrument, energie, Serviciu: asigurare, legal, profesional Personal: salariu + contribuție, alte amortizări (ECS): 2%, 14,5%, 33%, cheltuieli generale: general, fără legătură directă cu tehnologia, comision Rentabilitatea investiției = investiție_ cost anual _ profit anul = 1 n Profit (anual) = venituri din vânzări (anual) Cheltuieli (anuale) Cheltuieli = An curent, costuri_ în curs, EXEMPLU DE SUC DE ORANGE Planta produce suc de portocale concentrat îndulcit. Conținutul de substanță uscată al sucului primar brut este de 5%, care trebuie crescut la 10% prin evaporare și, înainte de îndulcire, conținutul de zahăr trebuie crescut ca îndulcitor, astfel încât conținutul de zahăr al sucului concentrat să fie cu 2% mai mare. Calculați cantitatea de apă care trebuie îndepărtată pe zi și cantitatea de zahăr care trebuie adăugată dacă capacitatea liniei de concentrație de producție continuă a muștelor este de 1000 kg de suc primar brut (intrare). și planificarea 16

BALANȚE Pentru apă: 0,95% * 1000 kg = 0,9% * X (kg) + (1000 kg-X (kg)) soluție: X = 500 kg Zahar: 0% * 500 kg + Y (kg) = 2% * (500 kg + Soluția Y (kg)): Y = 10,2 kg SARCINĂ DE EFICIENȚĂ ENERGETICĂ Care este eficiența energetică a procesului de presare a strugurilor caracterizată prin următoarele date? curent electric de intrare: 10kW încălzire: 50 MJ/oră (pentru a ajuta esența) energie mecanică: 2,5 kwh (presare) materie primă: 2000 kg, temperatură: 15 C, c = 5,2 J/g/C trebuie (c = 4,2 J/(g. C): 25 C, 1400 kg, tescovină (c = 5,6 J/(g. C): 30 C timp de ședere: 90 minute ENERGY BALANCE putere electrică de intrare: 10kW încălzire: 50 MJ/ore (pentru a ajuta esența) energie mecanică: 2,5 kwh (presare) timp de ședere: 90 minute = 1,5 ore (1 kwh = 3,6 MJ) Energie de intrare: electrică: 10kW * 1,5h * 3,6MJ/kWh = 54MJ încălzire: 50MJ/h * 1,5h = 75MJ mecanic: 2,5kWh * 3,6MJ/kWh = 9MJ total: 138MJ și design 17

materie primă: 2000 kg, temperatură: 15 C, c = 5,2 J/g/C must (c = 4,2 J/(g. C): 25 C, 1400 kg, tescovină (c = 5,6 J/(g) C): 30 C Surplus de energie de ieșire: must: tescovină: BALANȚ ENERGETIC 1400kg * (25-15) C * 4.2J/g/C = 58.8MJ 600kg * (30-15) C * 5.6 J/g/C = 50.4MJ total: 109,2 MJ Eficiență: surplus de energie exportat/energie de intrare 109,2 MJ/138MJ = 79,1% SARCINĂ DE PRELUCRARE A STUPULUI Care este cantitatea de vin care poate fi produsă, gradul de fermentare Date cunoscute: struguri: 900 T, pierdere de purificare: 5%, proprietăți de struguri: 23 C, conținut de zahăr: 21% volum tulpină de boabe: 78 T, eficiență esențială: 0,65 mătură: 8%, ρ = 1,15g/ml proprietăți vin: 18 C, conținut de zahăr: 5g/l, ρ = 0, 97 g/ml BALANȚ MATERIAL Bilanț brut material al procesului de struguri - vin: Struguri = impurități + tulpină + tescovină + co 2 + mătură + VIN 1 glucoză = 2 etanol + 2 CO 2 180 g 92 g 88 g 900 = 5% * 900 + 78 + (95% * 900-78) * 0,35) + 88/180 * X (zahăr) + ((95% * 900 78) * 0,65) -88/180 * X) * 8% + Y (vin ) struguri: 900 T, pierdere de purificare: 5%, caracteristici ale strugurilor: 23 C, conținut de zahăr: = 21% boabe volum tulpină: 78 T, eficiență de măcinare: 0,65 mătură: 8%, ρ = 1,15g/ml proprietăți vin: 18 C, conținut de zahăr: 5g/l, ρ = 0,97 g/ml și design 18

BALANȚ MATERIAL Balanța materială a conținutului de zahăr din vin: Struguri = impurități + tulpină + marc + co 2 + mătură + VIN 900 * 0,21 = 0 + 0 + (95% * 900T-78T) * 0,35) * 0,21 + 88/180 * X + ((95% * 900T 78T) * 0,65) -88/180 * X) * 8%/1,15 * 5 + Y (BOR)/0,97 * 5 struguri: 900 T, pierdere de purificare: 5%, proprietăți ale strugurilor: 23 C, conținut de zahăr: = 21% volum de urmărire: 78 T, eficiență esențială: 0,65 mătură: 8%, ρ = 1,15g/ml proprietăți ale vinului: 18 C, conținut de zahăr: 5g/l, ρ = 0,97 g/ml SARCINĂ DE CONSERVARE Cât timp de ședere (tratament termic) este necesar pentru inocularea imediată a mustului sau comercializarea acestuia ca băutură pe termen lung? (Până la 10 3 sau 10-8/cm 3) Ce tratament termic, ce tip de schimbător de căldură ați folosi și de ce? Număr de germeni vii din struguri: 10 6/cm 3 Microorganism de testare: Clostridium botulinum D 100 C = 5 min, D 121 C = 0,2 min CONSERVARE: CALCULUL Căldurii Distrugerea lg (10 3/10 6) = -3 = -2,3/D 100 * t din care: t = 3/2,3 * D 100 Este suficient să se pasteurizeze pentru fermentare, numărul preconizat de germeni vii: 10 3 4 * 5/2,3 = 6,5 minute schimbător de căldură tub lg (10-8/10 6) = -14 = -2,3/D 121 * t din care: t = 14/2,3 * D 121 Sterilizare pentru distribuție, număr preconizat de germeni vii: 10-8 14 * 0,2/2,3 = placă de 1,2 p schimbător de căldură și proiectare 19

COSTURI DE FUNCȚIONARE: 80 de loturi capacitate anuală, 90% din producția totală cu posibilitatea vânzării în fiecare an Prețul de vânzare al vinului produs și vândut în rezervoare: 800, -/l Prețul a 250 rezervoare separate de 40 m 3: 4 MFt/Prețul unui sistem de pasteurizare cu plăci de 4 m 3/h: 25 milioane HUF, Costul de instalare a investiției este de 20% din activele investite Costul proprietății: 500 milioane HUF Costul mustului brut presat: 90 HUF/l; Prețul suspensiei de drojdie: 800, -/l; 2 persoane lucrează în tehnologie, costul lunar al forței de muncă + costuri: 250 mii HUF/persoană Amortizarea echipamentului: 14,5%/an Întreținerea echipamentului. 10% din cost/an Cheltuieli generale ale centralei 5% din valoarea investiției pe an 80 * 200 * 100 * 0,09 + 80 * 200 * 0,8 + 12 * 250 * 2 + (250 * 4000 + 25000) * ( 14,5% + 10%) + 705000 * 5% = 446,175 eft TIMP DE RETURARE: Costul investiției: HUF 1.730 milioane Venituri: HUF 1.008 milioane Cost operațional: HUF 446 milioane 1.730.000 1.008.000 446.175 = 3,08 ani și planificare 21