《食品工程设计》word版.doc

山西师范大学工程学院食 品 工 厂 设 计课程设计说明书项目名称：年产10万吨碳酸饮料厂工艺设计姓 名： 李静芝学 号: 1130040223专 业: 食品科学与工程 设计时间: 2014.06.08 成 绩： 20 目 录0 前言11 厂址选择21.1自然环境21.2社会经济因素22 总平面设计32.1总平面设计的内容32.2总平面设计的基本原则33 产品方案64 工艺流程95 物料衡算136 能量衡算157 定员设计168 成本与效益分析17附录0 前言碳酸饮料是在一定条件下冲入二氧化碳气的制品，是软饮料(非酒精饮料)的一种。它的主要成分为糖、色素、甜味剂、酸味剂、香料及碳酸水等，一般不含维生素，也不含矿物质。碳酸饮料的主要原料是橘子浓缩汁，此外还有白砂糖、柠檬酸、苯甲酸和山梨酸钾、水等辅料。按照我国软饮料的分类标准，碳酸饮料（汽水）分为：果汁型碳酸饮料、果味型碳酸饮料、可乐型碳酸饮料和其他型碳酸饮料。（1）、果汁型：原果汁含量不低于2.5%的碳酸饮料，它除了具有相应水果所特有的色香、味之外，还含有一定的营养，有利于身体健康。如橘汁汽水、柠檬汽水等。（2）、果味型：以食用香精为主要赋予香剂，以食用着色剂着色，原果汁含量低于2.5%的碳酸饮料，赋予一定的水果香型和色泽。如橘子汽水、菠萝汽水等。（3）、可乐型：特指含有焦糖色、可乐香精或类似可乐果和水果香型的辛香、果香混合剂的碳酸饮料。香气协调柔和，味感纯正、爽口，有清凉、刹口感，由于味道独特，含有咖啡因的产品同时具有提神作用，人们对这类产品往往有自己的偏爱，尤其可口可乐、百事可乐、非常可乐等知名品牌产品引导了消费方向。（4）、其他型：除上述三种类型以外的碳酸饮料，如苏打水、盐汽水以及含有非果实的植物提取或非果实的食用香精的碳酸饮料。如茶汁汽水等。1 厂址选择 1.1 自然环境（1）气候条件 气候在选择建厂地区时是一个重要因素。除了直接影响项目成本以外，对环境方面的影响也很重要。在厂址选择时，应从气温、湿度、日照时间、风向、降水量等方面说明气候条件。这些方面中的每一项都可以进行更详细的分析。（2）生态要求 碳酸饮料厂本身并不对环境产生不利影响，但环境条件则可能严重影响着碳酸饮料厂的正常运行。碳酸饮料厂用水量很大，对水质要求也很高，如果附近的工厂将废水排入河中，影响工厂水源的卫生质量，则该项目将受到严重损害。 1.2 社会经济因素 （1）国家政策的作用 （2）财政及法律问题 （3）设施条件A、燃料动力 B、人力资源 C、基础服务设施 D、排污物及废物处理（4）战略问题（5）土地费用2 总平面设计 总平面设计是食品工厂设计的重要组成部分,它是将全厂不同使用功能的建筑物,构筑物按整个生产工艺流程,结合用地形条件进行合理的布置,使建筑群组成一个有机整体,这样既便于组织生产,又便于企业管理。 所谓总平面设计，就是一切从生产工艺出发，研究建筑物、构筑物、道路、堆场、各种管线和绿化等方面的相互关系，在一张或几张图纸上表示出来，这样的设计就叫工厂总平面设计。 2.1 总平面设计的内容 2.1.1. 水平面布置（1）运输设计 （2）管线设计（3）绿化设计及环保设计（4）建筑物的布置设计 2.1.2. 竖向平面布置 2.2 总平面设计的基本原则2.2.1. 总平面设计应按批准的设计计划任务书和城市规划要求，对建筑布局、方位、道路、绿化、环保等进行综合设计，布置必须紧凑合理，做到节约用地，分期建设的工程，应一次布置，分期建设，还应考虑工厂扩建的可能，合理预留发展空地。2.2.2. 对建筑物、构筑物的布置必须符合生产工艺要求。保证生产过程的连续性，互相联系比较紧密的车间，仓库可进行合理组合，建成联合厂房，要求物流线路短捷，运输总量最少，尽量避免往返交叉，合理组织人流和货流，相互间影响的车间不要放在同一建筑物里。2.2.3. 动力设施应接近负荷中心。2.2.4. 厂区建筑物间距应按有关规划设计。从防火、卫生、防震、防尘、噪音、日照、通风等方面考虑，在符合有关规范的前提下，使建筑物间的距离最小。2.2.5. 卫生方面的要求（1）生产车间要注意朝向，保证通风良好。（2）生产厂房应与公路有一段距离，中间设置绿化地带，一般3050米。（3）厕所应与生产车间分开并有自动冲水设施。（4）对卫生有不良影响的车间应远离其它车间。（5）生产区和生活区尽量分开，厂区尽量不搞屠宰。图2-1 碳酸饮料厂总平面设计图3 产品方案3.1 产品方案的要求 在安排产品方案时，应尽可能做到满足主要产品产量的要求，满足原料综合利用的要求，满足淡旺季节平衡生产的要求，满足市场供应以及提高经济效益的要求。努力做到产品产量与原料供应量平衡，生产季节与劳动力需求相平衡，生产班次平衡，设备生产能力平衡，水、电、汽负荷要平衡。在编排产品方案时，应根据计划任务书的要求及原料供应情况，并结合各生产车间的实际利用率，计划好安排多少车间生产才能保证方案的顺利实施3.2 产品方案本厂主要生产桔子汽水。产品方案如下：产品名称班产量/吨班产量/吨班次1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月桔子汽水8万195.2111333333222混合桔子汁2万42.3112233333112上面是果汁生产车间的产品方案，产品为桔子汽水和混合桔子果汁汽水，每个品种各有两条生产线。该生产车间旺季每天工作三班，中季每天工作两班，淡季每天工作一班，每班为8个小时，每个星期工作为六天，元旦放假一天，五一国际劳动节，十一国庆节放假3天，春节放假10天，年生产天数为296天。产品规格：产品名称规格（ml）桔子汁汽水500（PET瓶）混合桔子汁250（玻璃瓶） 3.3 班产量的确定 班产量是食品工厂工艺设计中最主要的计算基准，班产量的大小直接影响到设备的配套、车间的布置和占地面积、公用设施和辅助设施的规格、大小及劳动力的定员等。班产量的制约因素主要有原料的供应情况和市场销售情况、配套设备的生产能力及运行情况、延长生产期的条件（冷库及半成品加工措施）、产品品种的搭配以及工厂的自动化程度。班产量q=计算公式如下：q班=Q/K(nt+nt+nt) 因在本设计中，分旺中淡季，旺季时的班次n为三班，中季时班次n为二班,淡季时班次n为一班，由于设备不均匀系数取0.75。可得到：q班=Q/0.75(3t旺+2t中+t淡)在实际生产中由于果汁在管道中流通及灌装过程中会有一定的损耗，据资料显示，该损耗为1%且在生产中有时会出现爆瓶、破裂的现象,根据质量控制图原理，产品的合格率取99.7%。虽然每班为8小时制，但实际上这8小时并非全部用于生产，配料可以在生产之前的环节进行，但清洗设备是在生产后即包括在8小时内，所以实际生产是以7.5小时为计。本设计按照任务书的要求：年产10万吨果汁饮料，其中桔子饮料生产8万吨，混合桔子饮料2万吨。（1）桔子汁一年旺季工作的总天数为156天，中季工作的总天数为75天，淡季工作的总天数65天。即q班=8104/0.75(3156+275+65)=8104/(0.75683)195.2 t 实际班产量q班=195.2/(1-1%)99.7%197.8 t桔子汁以每瓶为500ml，由于考虑到生产的具体情况，一般以7.5小时计算，设备选取是按四条生产线为准计算:每小时产量为=197.8/7.5=26.4 t/h ，每小时生产的瓶数为N=26.4103/(0.54)=13200瓶/h2）混合桔子汽水一年旺季工作的总天数为129天，中季工作的总天数为77天，淡季工作的总天数为90天。即q班=2104/0.75(3129+277+90)=2104/(0.75631)42.3 t实际班产量q班=42.3/(1-1%)99.7%=42.9 t混合桔子汽水以每瓶为250ml,由于考虑到生产的具体情况，一般以7.5小时计算，设备选取是按四条生产线为准计算：每小时产量为=42.9/7.5=5.72 t/h每小时生产的瓶数为N=5.72103/(0.254)=5720 瓶/h 总之，本厂生产的两种果汁产品，都是由纯天然的浓缩果汁加工制成的，这样就避免了因季节性而影响生产，从而保证了生产的连续性。从产品方案看，两种果汁的生产根据当地季节性的变化安排了不同的班次，广东地区每年113月较冷，安排生产的班次相对也少些，而410月天气较热，市场对饮料的需求多，安排的班次也多。可见这种方案是比较合理的。4 工艺流程原料-挑选-清洗、消毒-挑选-去表皮- 冲洗-榨汁-果汁-装料-杀菌-灌装 粗分离 桔泊 分筛-调整 - 均质 冷却 精分离 杀菌 脱气 浆料 精油 浓缩 装瓶 灌装 杀菌 冷却 冷却 浓缩果汁 天然原果汁 4.1 操作要点 （1）原料 现在我国的主要桔子产区是湖南；河南；安徽；江苏；浙江；江西；福建；广东；广西等省区，广东省栽培量也甚为丰富，桔子汁的生产工艺：桔子拣选清洗热烫去皮去核果肉打浆离心分离均质真空浓缩芒果/桔子混浊浓缩汁杀菌冷却无菌大包装桔子混浊浓缩汁（2）热糖 称量所需的白砂糖和部分处理水，使其浓度为50%，加热到100左右，并充分搅拌使之熔化，加入果葡糖浆过滤后抽到冷却缸冷却至30以下。（3）调和 调配的目的是依据桔子稀释饮料的具体工艺要求，按各种产品所需的果汁、糖液、酸液、水、添加剂的配比送入调配罐，用搅拌器混合均匀，并立刻分析检验混合料是否符合标准。如不符合，需及时调整。（4）均质 均质是果汁制造上的特殊操作。调和后果汁应选均质机进行细化处理。可采用高压均质机进行均质处理，其原理是在高压力下，果汁粒浆受压力而破碎，重要是通过一个均质阀的作用，使高压的果汁从极端狭小的间隙中通过，然后由于速度降低压力小而膨胀和冲击作用使粒子微细化并均匀的分散在果汁中，高压均质机要求150170kg/cm2。均质机的均质压力一般压力为15MPa，均质处理中可使果汁中的细小颗粒进一步破碎，使粒子大小均匀，促进果胶的渗出，使果胶和果汁亲和，保持果汁的均匀浑浊度。（5）果汁的脱气 脱气的目的和效能归纳如下：防止维生素C的损失，防止香味和色泽的变化，防止好气性细菌的繁殖，防止果肉浆和其他悬浮物悬浮在果汁上部，防止杀菌或装填时发生气泡。脱气的缺点是损失一部分芳香成分。所以经细化处理后的混合料液，均应进行脱气处理以除去附着在果汁和其他材料里的以及调配过程中混入饮料中的空气，防止饮料中果汁氧化变质。脱气作业一般采用真空脱气罐。（6）杀菌冷却桔子饮料脱气后均需进行杀菌冷却处理。本工艺的高温瞬时杀菌是利用板式超高温杀菌机等设备快速加热果汁至100，保温30s后迅速热灌装。（7）包装容器及灌装封口 杀完菌后趁热灌装封口，密封罐中心温度控制在70以上。倒瓶保温2min再冷却至38左右。（8）包装入库 4.2 辅助工艺流程说明4.2.1 溶糖工艺 砂糖溶解过滤调糖浆（1）溶解糖的方法有冷溶法和热溶法，本设计采用热溶法，热溶法的优点有：1）能杀灭附于糖内的细菌；2）可分离出凝固糖中的杂质；3）溶解速度快，在较短时间内可生产大量糖浆。热溶法一般采用夹层锅，用蒸汽加热，要求蒸汽压力为0.80.9kg/cm2。温度在80度，糖液煮沸后，保温5min,并去除泡沫。（夹层锅带搅拌器）（2）过滤 砂糖用水溶解后，必须进行过滤得到澄清透明的糖浆液备用。本设计采用糖浆过滤器过滤，并使用离心泵加压，要求压力不超过6kg/cm2。每次过滤完毕，要对过滤器进行清洗。（3）调糖浆 调糖浆是先将糖浆投入带有搅拌器的不锈钢配料缸中，在不断搅拌下，按一定配比将原料逐一加入，其顺序为：1）原糖浆 2）酸溶液 3）果汁4）香料 5）加水至规定容积。4.2.2 水处理工艺 本系统为反渗透纯化水制备系统，是以本公司自来水作为原水，经过一系列处理后，最终纯化水出水电导率10S/CM。该系统包括：预处理部分-原水箱、原水增压泵、絮凝剂加药系统、机械过滤器、活性碳吸附器；反渗透部分-保安过滤器、高压泵、R/O系统、纯化水箱、清洗系统。（1）过滤 过滤的目的是除去水中悬浮物、胶体等不溶性杂质及一些微生物。本厂采用砂过滤器，是一种精滤设备，在饮料用水中应用十分广泛。工作原理：砂棒过滤器的主要工作部件是砂棒，它是采用细微颗粒的硅藻土和骨灰等物质，成型后在高温下焙烧，使气熔化，可燃性物质变成气体逸散，形成24m的小孔，当具有一定压力的原水进入容器，通过棒上的微小孔隙时，水中存在的有机物、微生物等杂物，即被隔滤在砂棒表面，经过滤后的净水有砂棒内腔流出，完成了过滤过程。再用碳吸附色素，灰尘等。（2）软化 饮料用水中比生活用水的硬度要求低得多，因此必须软化水。水的软化和脱盐的目的是除去水中的可溶性盐即钙镁离子。软化水的方法有：石灰软化法、电渗析法、离子交换法和反渗透法。本厂使用反渗透系统。反渗透法是指使用半透膜使纯水透过，而截留无机盐等小分子，使达到饮料用水的标准的方法。（3）消毒 从消费者的健康角度考虑饮料用水使用前必须进行消毒，水的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒和紫外线消毒。本厂使用第三种。紫外线消毒速度快，工作效率高、性能稳定、效果好、不改变水的理化指标、不产生有毒物质、且操作简单管理方便，已成为饮料厂的主要消毒设备。产生紫外线的设备为紫外灯，紫外线对水杀菌消毒，主要是杀灭水中的细菌的营养细胞，用1支15W紫外灯，在水以515L/min流速流过时，可杀灭99.9%的大肠杆菌。5 物料衡算物料计算包括该产品的原辅料和包装材料的计算。通过物料计算，可以确定各种主要物料的采购运输和仓库储存量，并对生产过程中所需的设备和劳动定员的需要量提供计算依据。物料衡算的依据是质量守恒定律，即进入生产系统的全部物料质量必须满足等于离开该系统经过加工处理后所得。这样计算出原料和辅料的消耗定额，绘制出原、辅料耗用表和物料平衡图。并为下一步设备的计算、热量计算、管路设计等提供依据和条件。还为劳动定员、生产班次、成本核算提供计算依据。5.1 果汁的物料衡算表 年产8万吨的桔子汁汽水的物料衡算班产量/t197.8年产量/t8104原辅料配方/kg百分比%班耗量/kg实班产量/t年耗量/t实年产量/t白砂糖5.55.510879197.87430.3613.51104果葡糖浆881582410807.79浓缩桔子汁66118688105.84阿斯巴甜0.030.0359.3440.53维生素C0.020.0239.5627.02柠檬酸钠0.030.0359.3440.53柠檬酸0.150.15296.7202.65香精0.0550.055108.7974.30苯甲酸钠0.010.0119.7813.51水80.20580.2051.591051.09105合计1001005.2 混合桔子汁的物料衡算表年产2万吨混合桔子汁的物料计算班产量/t42.9年产量/t原辅料配方/kg百分比%班耗量/kg实班耗量/t年耗量/t实年耗量/t浓缩桔子汁1515643542.94060.4927069.9其他混合果汁101042902706.99白砂糖12.512.55362.53383.74苯甲酸0.250.25107.2567.67柠檬酸0.20.285.854.14维生素C0.050.0521.4513.53柠檬酸钠0.020.028.585.41山梨酸钾0.0150.0156.4354.06香精0.10.142.927.07水71.8771.873.081041.94105合计1001006 能量衡算6.1 热力衡算6.1.1 耗汽量计算糖浆制备过程蒸汽耗量生产用最大蒸汽压力2.0kg/cm2（绝对压力） 自来水平均温度18 溶糖用水平均温度50 清洗用水平均温度80 溶糖用水耗热量Q1Q=GC(t2t1) 年产8万吨的桔子汁汽水： G=26703kgC=0.98kcal/kgt1=18t2=50Q=267031(5018)=854496 kJ年产2万吨的混合桔子汁：G=5362.5kg Q=5362.5(50-18)=171600 kJ洗瓶机用汽量D1=jN式中j经验数据，1532/1000瓶hN瓶数以千瓶为单位，按照定型生产能力N=3.00D1=323.00=96/h巴氏灭菌机用汽量式中j经验数据，160/瓶h 6.1.2 耗冷量计算板式冷却机耗冷量年产8万吨的桔子汁汽水：在一个小时内，26703 kg糖浆从100冷却至18Q=GC（T2T1）Q=26703（100-18）=2189646 kJ年产2万吨的混合桔子汁：在一个小时内，5362.5 kg糖浆从100冷却至18Q=GC（T2T1）Q=5362.5(100-18)=439725 kJ7 定员设计 由于生产基本上是全自动化的，则需要的人数并不多。水处理过程需要 17个人，脱气需 8 个人，化糖需 8 个人，调和碳酸化工段需 17 个人，洗瓶、检瓶工段需 17个人，装瓶、压盖需 17个人，打码、贴标工段需 8 个人，成品检查需 8 个人，产品堆放需 17个人 ， 总共每班生产需生产工人为 117 人，每天 2 班为 234 人 职务研发、品