年产50000t苹果清汁浓缩汁厂的设计.doc

本科毕业论文 题 目 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 学 院 食品科学与工程学院 专 业 生物工程 毕业届别 2010 级 姓 名 黄滕 指导教师 齐治国 职 称 讲师 甘肃农业大学教务处制 二O一O年六月 目 录 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 1 设计任务书设计任务书 .3 摘要摘要.5 第一章第一章 绪论绪论 .8 1.1 苹果及其营养价值 .8 1.2 苹果汁的营养价值 .8 1.3 我国浓缩苹果汁产业的发展现状与趋势8 1.4 甘肃省浓缩苹果汁产业发展趋势 .9 1.5 设计目的及依据 .10 1.6 产品方案论证 .10 第二章第二章 厂区平面设计厂区平面设计.11 2.1 平面设计原则 .11 2.2 厂址选择 11 2.3 建筑物布置原则 .12 2.4 道路与绿化 .13 第三章第三章 产品工艺流程设计产品工艺流程设计.14 3.1 产品工艺选择及流程 14 3.2 生产工艺论证 .15 3.3 质量指标 17 第四章第四章 主要设备工艺衡算和选型主要设备工艺衡算和选型19 4.1 物料衡算 19 4.2 真空浓缩设备工艺衡算与选型 19 4.3 灭菌系统设备工艺衡算 29 第五章第五章 辅助设备选型及水、电、气估算辅助设备选型及水、电、气估算.37 5.1 生产工段 37 5.2 无菌灌装 38 5.3 CIP 系统 .39 5.4 全厂水量计算 .39 5.5 全场用电荷性质及计算 41 5.6 全厂热负荷计算 .42 第六章第六章 辅助部门辅助部门设设计计.44 6.1 仓储 44 6. 2 机修间 .44 6. 3 产品化验室 44 6. 4 工厂运输系统 44 第七章第七章 污水处理系统设计污水处理系统设计.46 7.1 苹果浓缩汁厂污水对周边环境的危害 46 7.2 污水处理系统设计依据 46 7.3 污水情况分析 46 7.4 工艺流程的选择 .46 7.5 工艺简述 46 7.6 A/O 处理工艺 .47 7.7 主要构筑物与设备选型 .47 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 2 第八章第八章 技术经济分析技术经济分析.48 8.1 技术经济论证的程序： 48 8.2 总投资 48 8.3 财务评价 52 结结 论论.55 参考文献参考文献.56 附附图图.58 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 3 甘肃农业大学本科毕业设计任务书 一设计题目 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂设计。 二完成期限 2009 年 12 月至 2010 年 6 月 三厂址选择 本厂拟建于天水市国家经济开发区社堂工业园，用地代码为南区M2，北临天北高 速，南抵羲皇大道。 四建设目的和意义 本厂计划在三年内完成年产五万吨的苹果浓缩汁生产项目，各生产设备陆续到位， 结合当地的苹果生产资源和廉价的劳动力市场，分步实施，循序渐进，在保证质量的 同时提高产量。 目前，我国苹果汁工业尚处于发展阶段，无论在产量上还是在产品结构上都与 市场需求有很大的差距。天水拥有全国最大的元帅系苹果产区，2009年苹果种植面积 70万亩，产量4.02亿公斤。本厂的设计投产可以增加我国浓缩苹果汁产业出口，同时 也促进天水市经济发展，增加当地就业，实现天水苹果产业进一步升级。 五设计内容 1. 生产工艺 浓缩苹果汁生产工艺采用压榨法，压榨法的出汁率较高，生产较为稳定，成本相 对较低，是运用最为广泛的苹果浓缩汁制取方法。详细工艺流程见设计说明书。 2. 产品方案 本浓缩苹果汁厂计划生产220L桶装和200L桶装两种规格产品，国内产品根据要求 可选择铝塑复合袋包装。 3. 设计要求 果蔬汁饮料卫生标准 （GB19297-2003） 绿色食品果汁饮料 （NY/T434-2000） 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 4 饮料企业良好生产规范 （GB14881-2003） 食品包装卫生标准 （GB9683-2005） 六工厂组成 工厂由生产车间、辅助部门、生活设施及污水处理系统等几部分组成。工作人员 包括经营管理人员、生产工人、技术人员、销售人员、财务人员等，这些人员多从天 水当地招聘。 七公用设施 包括厂区道路、消防设施、给排水、电、汽及“三废”治理等方面。这些设施的 建设应严格遵循国家标准，做到经济合理、安全可靠，同时又能在符合食品卫生要求 的前提下满足生产负荷。 八建厂进度 设计完成后具体施工由聘请的专业建筑公司来完成，完工后及时进行试产，试产 合格便正式投产。 九设计成果形式 设计说明书； 平面设计图纸： 附图一 厂区平面图； 附图二 生产车间布置图； 附图三 真空浓缩设备流程图。 十设计计划及进度 2009 年 12 月 准备资料 2010 年 1 月 参观实习 2010 年 2 月 确定方案 2010 年 3 月 工艺设计 2010 年 5 月 数据核算 2010 年 6 月 论文定稿 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 5 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 黄滕 （甘肃农业大学食品科学与工程学院，兰州，730070） 摘要：摘要：本设计主要是进行年生产 50000t 浓缩苹果清汁工厂设计。 设计中对浓缩苹果清汁行业的发展现状、厂址的选择、工厂的总平面设计做了基本介绍，并对 产品生产的工艺流程进行选择，确定采用压榨法生产苹果清汁浓缩汁，双效真空设备进行浓缩，并 详细设计其工艺流程，在班产量确定的基础上对主要设备中的真空浓缩设备和高温灭菌设备做了详 细的说明和工艺计算，并据此进行了设备的选型，明确了高温灭菌设备型号为 RP6L-40，并确定了 其他辅助设备的型号，同时还对污水处理系统进行了详细的分析。 关键词：关键词：苹果清汁；浓缩；工厂设计；工艺衡算 The Plant Design of Annual Output of 50000t Concentrated Apple Juice Huang teng (College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University,Lanzhou, 730070) Abstract : This paper was carried out about Annual output of 50000t concentrated apple juice . The basic introduction of development status, site selection, and plant general layout design of the apple juice industry were talked about in this design.Also, production process had been choosen, which adopted the press law to produce apple juice. Double-effect vacuum equipment was choosed to concentrate the apple juice, and the equipments of the ouble-effect vacuum equipment and high-temperature sterilization equipment design were calculated to obtain the main characteristic of the equipments on the base of knowing the output of per shif.As the result of the processing calaulation.The model of the high- temperature sterilization equipment was choosed as RP6L-40 and the model of the double-effect vacuum equipment was SHJ3600. What more, the appendix equipments were also choosed and Sewage treatment system was carried out in a detailed design. Keywords: Apple juice; Concentrate; Plant design; Process accounting 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 6 第一章 绪论 1.1 苹果及其营养价值 苹果（apple），又名频婆、天然子，为蔷薇科苹果属植物的果实。苹果酸甜可口， 营养丰富，是老幼皆宜的水果之一。它的营养价值和医疗价值都很高。每 100g 鲜苹果 肉中含糖类 15g，蛋白质 0.2g，脂肪 0.1g，粗纤维 0.1g，钾 110mg，钙 0.11mg，磷 11mg，铁 0.3mg，胡萝卜素 0.08mg，维生素 B1为 0.01mg，维生素 B2为 0.01mg，尼克 酸 0.1mg，还含有锌及山梨醇、香橙素、维生素 C 等1。 1.2 苹果汁的营养价值 越来越多的事实表明苹果汁含丰富的营养物质，具有重要的营养价值和医疗保健 作用。食品所提供的热量是由卡表示的，一个适度大小的苹果大概提供 80 卡的热量， 就此而言，苹果汁的热值并不高，但苹果汁的营养生理意义在于它的营养成分能够迅 速的被人体吸收。苹果汁中可溶性固形物绝大部分溶解于水，只有少部分溶解于有机 酸和矿物质中。苹果汁中的碳水化合物主要由糖构成，糖的主要成分是葡萄糖和果糖， 这两种糖是很容易被人吸收的单糖，在人体内会迅速溶解，被肠胃吸收后进人血液中。 因此，从营养学观点来看，苹果汁对人体非常有利2。 1.3 我国浓缩苹果汁产业的发展现状与趋势 浓缩苹果汁在我国经过 20 年的发展历程，从无到有，从小到大，现在已成为受国 外关注比较大的一个农产品加工行业。目前，我国苹果种植总面积近 3000 万亩，年产 苹果达 2200 万吨，占世界总产量的近 50%，是世界第一生产大国。由于我国特有的资 源优势，果汁加工业近年来发展迅速，生产能力由 20 世纪 80 年代中期的不足千吨猛 增至现在的 40 多万吨。产品出口近年来也大幅增加，2002 年，我国出口浓缩果汁 29.59 万吨，占世界贸易总量的 41%；2003 年出口量可达到 40 万吨，占世界贸易总额 的 50%以上。过去主要是发达国家消费浓缩苹果汁，现在发展中国家的消费量也在不 断增加。浓缩苹果汁主要出口国为中国、波兰、德国、意大利、阿根廷、智利、匈牙 利等，主要进口国为德国、美国、日本、意大利、奥地利、澳大利亚等。最大的进口 市场是美国、欧洲、日本。其中美国 20 万 t 左右，欧洲约 20 万 t，日本在 6-7 万 t，美 国、日本、欧洲等一些国家随着生产成本不断提高，国内浓缩苹果汁生产的规模不断 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 7 缩小，只有依靠进口来满足市场需求。2004 年中国浓缩苹果汁的产量达到 40 万吨， 到 2005 年，产能达到 70 万吨。国际市场上浓缩汁的价格也呈波动趋势，加入世贸组 织后，价格呈逐年上升趋势，出口的的 FOB 价格：2004 年为 700(美元/t)、2005 年为 900(美元/t) 3。现在由于苹果产量难以满足生产的需求，价格还在一直上升，对国内浓 缩苹果清汁行业十分有利。 1.4 甘肃省浓缩苹果汁产业发展趋势 1.4.1 甘肃省苹果产业现状4 苹果是甘肃省分布范围最广、栽培面积最大的果树树种，全省 14 个市、州都有苹 果栽培。2008 年全省苹果种植面积 369.78 万亩、产量 164.14 万吨、产值 29.05 亿元， 分别占全省水果面积、产量、产值的 59.86、66.15、71.07。主产区平凉、庆阳、 天水、陇南 4 市 322.79 万亩、产量 134.66 万吨、产值 23.84 亿元，分别占全省苹果面 积、产量的 87.29%、82.045%、82.07。农业部确定的 18 个苹果优势区域重点县 306.59 万亩、产量 125.09 万亩、产量 22.14 亿元，占全省苹果面积、产量、产值的 82.91%、76.21%和 76.21%。 天水是西北地区最大的元帅系苹果产区。2008 年苹果面积、产量分别占全国的 13.27%和 5.89%，种植面积由 2002 年的全国第六位，跃升到 2008 年的第 3 位，仅次于 陕西省和山东省。 1.4.2 甘肃省苹果汁产业 近年来，纯果汁和果汁类饮料由于具有天然、健康的特性，产销量增长迅速。这 为甘肃省的果汁加工企业带来巨大的商机。凭借丰富的原料资源和较低的劳动力成本 优势，甘肃省果汁生产企业的产品质量不断提升，出口量也迅速增长。2000 以前甘肃 省仅有庆阳、泾川建有苹果浓缩汁加工企业，东南部地区还有较为丰富的苹果资源大 量浪费。2001 年，兰州长城电工股份有限公司、陕西恒兴果汁饮料有限公司和天水长 城电工股份有限公司斥巨资在富有“中国西部瓜果之乡”之美誉的天水市建起了苹果 浓缩汁加工专业生产企业天水长城果汁饮料有限公司。公司资产总额达 1.41 亿元， 其中固定资产 6147 万元，注册资金 4000 万元，占地面积达 74000 平方米。全部设备 均从德国、意大利、瑞士等国引进，在国际上处于领先水平。目前已建成苹果果汁加 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 8 工线 2 条，日消化原料苹果 1000 吨，年可生产浓缩苹果汁 25000 吨。公司建成投产四 年来，完成产品产量 45000 吨，实现工业总产值 17388 万元。全部产品均以自营和代 理的形式出口德国、俄罗斯、以色列、荷兰、英国、丹麦等发达国家和地区，实现销 售收入 18000 万元，实现出口创汇 1847 万美元。 1.5 设计目的及依据 本设计将从苹果汁生产工艺、物料衡算和热量衡算、设备选型、环境污染治理等 几个方面入手， 设计结构合理，生产规范，工艺先进的浓缩苹果汁厂。具体的内容将 以设计说明书和 CAD 图的方式呈现出来。 1.5.1 项目背景 我国是世界第一大苹果和苹果汁生产国，苹果汁出口占世界贸易量一半以上，在 国际苹果汁贸易中具有举足轻重的地位。在世界贸易组织框架体系下，苹果汁加工是 我国少有的几个具有绝对优势地位的农业产业之一，是农业产业化的重点发展行业， 苹果汁的加工出口对于缓解国内果品卖难，消化残次果和促进果业的健康持续发展起 到了十分积极的作用。近年来，我国苹果汁加工行业高速增长，苹果汁出口顺畅，有 效推动了国内市场果价的回升，并起到了优化农村产业结构和提高农民收入的重要作 用。 1.5.2 拟建规模 本厂计划在三年内完成年产五万吨的苹果清汁浓缩汁生产项目，各生产设备陆续 到位。 1.6 产品方案论证 1.6.1 依据 年产量50000t浓缩苹果清汁。 1.6.2 要求 首先确定季节性产品的生产季节和班次，然后考虑调节性产品。做到产品产量、 劳动力、班次、设备生产、水、电、气基本平衡，达到经济运行的目的。 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 9 第二章 厂区平面设计 2.1 平面设计原则 1. 按工厂规模及类别结合周围环境，布置上力求紧凑，节约用地； 2. 建筑物布置需符合工艺流程要求，生产线路短，合理组织人流和物流； 3. 各建筑物、构筑物应按各自性质，合理的在常年主导风向上进行布置； 4. 综合考虑全厂布置，要求合理、经济、高效、环保。 2.2 厂址选择 本厂拟建于天水市国家经济开发区社堂工业园，用地代码为南区 M2，北临天北高 速，南抵羲皇大道。 天水市社棠工业新城位于天水市区最东端麦积区社棠镇。陇海铁路、国道 310、 省道 305 穿越境内，距秦州区 13 公里，距麦积区 3 公里，初步形成了以公路、铁路组 成的交通系统。 2.2.1 区位条件 天水市位于甘肃省东南部，黄土高原西部，渭河流域中上游，总面积 1.43 万 km2，是陇东南政治、经济、文化中心。天水东连关中、西通兰州、河西、南下经陇南 可入巴蜀，北上平凉、庆阳可达塞上，地理位置十分重要。 2.2.2 交通条件 天水地处陕、甘、川、宁四省交汇点和西安、兰州两大省会城市中间，为陇东南 商贸中心，对周边城市有一定的辐射带动作用，具有现代物流和商业连锁的区位优势。 天水市以公路、铁路交通为主，交通相对便利。陇海铁路线在天水境内长达 185 km； 公路方面，国道 316、310 线构成南北、东西大通道；境内还有省道 5 条。伴随十堰-天 水高速公路开通将使天水与陕西、湖北的交通更加便捷；正在建设的宝天高速与将要 建设的天定高速、平武高速也将便利天水的东进西出，南拓北展。 2.2.3 原料供应 天水是全国重要的果品生产基地，2009 年苹果种植面积 70 万亩，产量 4.02 亿公 斤。天水具有气候温和、光照充足、降雨适中、土层深厚、四季分明等特点，土壤 pH 值 5.5-8.0，年均气温、年降雨量、1 月中旬平均温度、年极端最低温度、夏季平均温度、 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 10 大于 35天数、夏季平均最高气温等生态指标，均符合国家农业部苹果区域优势发 展规划中苹果最适宜标准。果品栽培海拔 1000-1850 米，无霜期 165-230 天左右，大 于 10的有效积温 2200-3500，昼夜温差在 10-15，年日照时数 2000-2300 小时，非 常有利于果品糖分的积累。 2.3 建筑物布置原则 建筑物布置应严格符合食品卫生要求和现行国家规程、规范规定，尤其遵守出 口食品生产企业卫生要求 、 食品生产加工企业必备条件和建筑设计防火规范 中的有关条文。 各有关建筑物相互衔接，并符合运输线路及管线短捷、节约能源等原则。生产区 的相关车间及仓库组成联合厂房。 2.3.1 生产车间、检验室及中心实验室的布置 1. 布置在厂区全年最小频率风向的下风侧； 2. 生产区与厂外公路不应小于 30m； 3. 生产区有一定的绿化带，保持良好的卫生环境。 2.3.2 公共设施布置 1. 锅炉在满足工艺条件的前提下，宜靠近用气负荷中心，并应布置在厂区全年最 小频率风向上风侧；要有足够堆煤、堆渣的的场地。应设置运输煤渣的单独出入口。 燃油锅炉要考虑油罐位置； 2. 变配电所应靠近制冷站等主要用电负荷中心，满足变压器进出方便及安装、维 修要求； 3. 制冷站应靠近冷库或与冷库结合位置； 4. 压缩空气站应布置在生产车间全年最小频率风向的下风侧； 5. 泵房给水系统应布置在较洁净的地方； 6. 污水处理站应在生产车间至少 30m 以外，并在生产车间全年最小频率风向的上 风侧，其周围应布置较多绿化带。 2.3.3 库区布置 1. 仓库应结合生产工艺要求和相关生产车间结合布置，有利于节约能源和土地； 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 11 2. 废弃物场地的设置应远离生产区，并设置专门的入口和清洗消毒设施。 2.4 道路与绿化 2.4.1 道路 厂区出入口的设置结合了天水城市道路规划、人流、物流方向和全厂运输量。 表 2-1 厂区道路指标 指标名称汽车道电瓶车道 单车道 路面宽度 (m) 双车道 3.0-4.0 6.0-6.5 2.0 3.5 车间引导宽度3.0-4.02.0-3.5 路肩宽度1.0-1.5 平曲线最小半径15.06.0 单车 带一辆拖车 9.0 12.0 5.0 7.0 最大纵坡(%)83-4 最小纵坡(%)0.4 车间引导最小半径8.04.0 纵向坡度最小长度5050 2.4.2 绿化 绿化对改善厂区的卫生环境和生产、生活环境是必不可少的。但特别注意的是， 厂内绝对严禁种植飞絮植物，对于落叶植物的选用也会慎重。 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 12 第三章 产品工艺流程设计 3.1 产品工艺选择及流程 3.1.1 果汁制取方法 1.浸提法 浸提法是把水果细胞内的汁液转移到液态浸提介质的过程，苹果汁浸提一般在温 度 45-65下，低温浸提 60min 左右5。在实际操作中，浸提法制取苹果汁采用热水作 为介质，所得汁液色泽明亮，易于澄清处理，氧化程度小，微生物含量低，芳香成分 含量高。但果汁中易于热解或挥发的成分损失很大，且需要消耗大量新鲜热水，所以 浸提法一般用于汁液含量较少，难于用压榨法制取的水果原料，如山楂、梅、酸枣等 水果。 原料 精过滤 拣选抗坏血酸 碟式分离澄清处理（酶处理）冷却 200L 铝塑复合袋、铁 桶 真空浓缩 无菌储罐 冷库储存（18）浓缩苹果汁成品罐装高温杀菌 浓缩苹果汁成品 冷库储存（18） 220L 铝塑复合袋、铁 桶 破碎打浆清洗榨汁离心分离 核皮 图 3-1 浓缩苹果汁生产工艺流程 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 13 2.榨汁法 目前国内外普遍采用压榨法制作苹果浓缩汁。压榨是通过推进一个挤压面将水果 中的固体、液体和气体所组成的混合物中的液体和气体物质从挤压室中排出来的过程。 与浸提法相比，压榨法的出汁率较高，生产较为稳定，成本相对较低，是运用最为广 泛的苹果浓缩汁制取方法。 综上所述，本设计采用压榨法生产浓缩苹果汁。压榨法制取苹果浓缩汁的工艺流 程主要包括原料处理、破碎、榨汁、灭菌和冷却罐装等，其中苹果的出汁率主要由榨 汁工段决定，因此采用先进的压榨机械有利于提高产量，原料处理和灭菌保证了产品 质量，原料的采收应符合国家软饮料原辅材料的要求（GB10791-89） 。其工艺流程设计 如图 3-1 所示6。 3.2 生产工艺论证 3.2.1 原料的采集 苹果主要从天水当地收集，在苹果产地建立采购站以保证及时采购原料果。原料 选富有苹果风味，糖分较高，酸味和涩味适当、香味浓、果汁丰富的天水元帅系苹果。 要求果实健全完好。加工时须除去腐败果和生霉果。果实以成熟为宜，未熟果有生果 味，果汁偏酸涩而少甜味，浓度也低。过熟果缺少风味果汁品质低劣、压榨、澄清和 过滤比较困难，出汁率低。 3.2.2 原料的验收 每年 8、9 月份质检部到苹果种植区调查苹果成熟情况及农药使用情况，保证采购 区域周围没有化学污染及该区域未使用国家禁止的农药。生产期间，苹果验收按以下 要求进行1： 1. 必须是合格供应商提供的原料； 2. 农残检验报告； 3. 腐烂率超标(6)的不收； 4. 质检员当场验收。 3.2.3 原料预处理 1. 初步清洗 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 14 苹果在采收后表面常附有灰尘，碎叶等杂物，必须进行初步清洗，初步清洗有两 个过程，水流输送清洗和提升机喷淋清洗。在清洗时把粘附在原料上的泥土、杂质、 粉尘、沙粒等洗掉，去除残留的农药和部分微生物，清洗环节必须符合国家软饮料原 辅材料的要求（GB10791-89） 。 2. 拣选 在拣选台人工对苹果进行拣选，把一些腐败的苹果或腐烂部分去除掉，一些杂质 通过拣选台被拣出。以免下一步进行破碎时这些杂物进入苹果汁。 3. 清洗 在洗果机上通过毛刷及水流喷淋进行苹果的清洗，通过破碎前的提升机进行清洗。 为了达到清洗农药的效果，在清洗水中加入 0.5-1盐酸进行清洗，最后再用清水冲洗 干净。 3.2.4 破碎 榨汁前先行破碎可以提高出汁率，但破碎粒度要适中，要利于压榨过程中果酱内 部产生排汁通道。否则，破碎过度，易造成压榨时外层果汁很快榨出，形成一层厚皮， 使内层果汁流出困难，反而造成出汁率下降，榨汁时间延长，混浊物含量增大，使下 一步澄清工作负荷增大。破碎粒度一般控制到 1.5-3cm8。 3.2.5 榨汁预处理 原料果经破碎成果浆，果品组织被破坏，各种酶从破碎的组织细胞中溢出，活性 大大增强，同时表面积急剧扩大并大量吸收氧，致使果浆产生各种氧化反应。此外， 果浆又为来自于原料、空气，设备的微生物生长繁殖提供了良好的营养条件，极易使 其腐败变质。因此，必须对果浆及时采取措施，钝化苹果自身所含有的酶，抑制微生 物繁殖，保证果汁的质量，同时提高果汁的出汁率。采用酶处理，将果浆迅速加热到 40-45，在搅拌器中搅拌 15-20min，通风，添加 0.02-0.03高活性酶制剂，在 45处 理 1h 并间歇缓慢搅拌9。 3.2.6 原料果的压榨 在压榨过程中果浆分布尽可能的均匀，果浆厚度控制在 3-6cm 之间，榨带张力根 据果浆的性质加以调节，以出汁率作为衡量标准。 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 15 3.2.7 酶处理 使用单一品种的酶处理，澄清效果往往不好，所以本设计采用纤维素酶、果胶酶、 淀粉酶和蛋白酶各适量并用，以提高澄清效果。在室温下（20-25），果汁存放在大 罐中进行冷却酶处理，处理时间为 6-8h。 3.2.8 过滤 采用硅胶土过滤，过滤时，用硅胶土配料器把硅胶土添加至混浊果汁中，经过一 段时间后，当硅胶土沉积在滤板上的厚度达 2-3mm 时，形成过滤能力，只要硅胶土沉 积层没有被堵塞，就可以连续过滤。硅胶土的需要量，依果汁的浑浊度和果汁的黏度 而定。4040cm 的板框可容纳 1.5kg 的硅胶土，6060 的板框可以容纳 4kg 硅胶土，苹 果汁过滤使用硅胶土为 1-2kg/1000L9。 3.2.9 浓缩 浓缩可以使果汁中的固形物从 5-20提高到 60-75；提高糖度和酸度，增加产品 稳定性，抑制微生物繁殖；浓缩苹果汁，应该保存新鲜水果的天然风味和营养价值， 采用真空浓缩设备浓缩至 30左右，糖度 65-6810。 3.2.10 灭菌和灌装 苹果汁的灭菌正确与否，不仅影响产品的保藏期，而且影响产品的质量。浓缩处 理之后，苹果汁采用高温灭菌，通过管式蒸发器加热至 95，维持 10s，灭菌后趁热灌 装。 无菌灌装的三个条件：(1) 物料无菌；(2) 包装材料无菌；(3) 灌装环境无菌。采 用进口的罐装机进行灌装，灌装前先将灌装口喷射高温蒸汽，杀死可能存在的微生物， 再开始灌装，灌装后的成品直接入库。 3.3 质量指标 3.3.1 成品质量的控制 产品质量的好坏，关系到企业的生死存亡。要发展就要把质量放在首位，果汁企 业的管理人员，技术人员和工作人员，都应懂得食品质量管理的基本知识，应严格按 照浓缩苹果汁质量指标进行生产，采用先进科学的质量管理方法，全面提高企业的质 量管理水平。 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 16 根据中华人民共和国农牧渔业部标准果汁饮料总则 （NY 14588）标准。浓缩 苹果汁质量指标指标如表 3-1 所示： 表 3-1 浓缩苹果汁质量指标一览表 指标类型指标项目单位指标 感官指标 色泽 香气及滋味 外观形态 杂质 根据三角法取 样鉴定感官指标， 感官指标主要依赖 检测人员的经验来 评定。 橙黄色或棕红色，久置后变深 将果汁稀释至可溶性固形物至 10- 12果汁应有新鲜苹果固有的香味， 无异味。 透明，无沉淀物，悬浮物，应 无肉眼可见杂质。 卫生指标 铅 铜 砷 细菌总数 大肠菌群 致病菌 耐热耐酸菌 霉菌和酵母菌 棒曲霉素 mg/kg mg/kg mg/kg 个/ml 个/100ml 个/ml 个/ml ug/kg 0.2 5.0 0.1 10 3 不得检出 1 10 40 理化指标 可溶性固形物 总酸 pH 透光率 T625nm 色值 T440nm 浊度 乙醇 果胶试验 淀粉试验 富马酸 热稳定性 Brix g/kg mg/kg 711 0.8 3.6-4.2 95 55 3.0 3.00 阴性 阴性 5 稳定 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 17 第四章 主要设备工艺衡算和选型 浓缩苹果汁生产主要设备包括真空浓缩设备和灭菌设备，苹果汁在经过浓缩处理 之后要进行高温灭菌，保证无菌灌装。若灭菌不彻底，可造成致病菌残留、微生物腐 败，进而影响产品质量。 本章主要目的是对真空浓缩设备和高温灭菌设备进行工艺衡算和选型。 4.1 物料衡算 根据生产规模而设计全年工作 180 天，每天三班，每班 8 小时。根据年产 50000t 规模，则每小时产量要达到 8t。为进行主要设备工艺计算，首先进行物料衡算： 1. 班产量的确定 日产浓缩汁量为：50000t180天=277.77t/d 班产浓缩汁量为：277.773=93t 2. 通过酶解、过滤得到的澄清果汁经蒸发浓缩，浓缩到原来质量的 1/5-1/7，糖度 在 65-75左右。在设计按照浓缩到 1/6，浓缩果汁的浓度为 70Brixl 来计算。 每班澄清苹果汁生产量=浓缩倍数班产浓缩汁量（t/班） =693t/班 =558t/班 生产的损耗量如表4-116所示： 表 4-1 生产损耗一览表 项目损失量() 拣选 清洗 破碎 压榨(去渣) 超滤 浓缩 0.5 0.2 0.2 13.2 0.4 0.3 出汁率为：100%0.5%0.2%0.2% 13.2%0.4%0.3%85% 所以每天(3班)需要355885=1969.40t新鲜苹果进行生产，即每生产1t浓缩苹果 汁需要新鲜苹果。1969.40277.777.10t 每小时处理原料量= 7.10 856.8 / t h 4.2 真空浓缩设备工艺衡算与选型 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 18 目前，蒸发浓缩工艺是一种最主要的果汁浓缩工艺。其实质是通过加热沸腾使水 分从果汁中分离出来。真空浓缩的优点是：料液沸点低；浓缩速度快；能用低压蒸汽为 热源；利于保持食品营养成分；能耗小。 为确定真空浓缩设备型号，对浓缩装置蒸发室进行工艺衡算， 根据工厂实习所得 数据，苹果汁在进入浓缩设备之前，温度大约为 20。 注：进料量 F=5588=69.750t/h=69750Kg/h； 表 4-2 流体相关物理参数 项目苹果汁料液 进口温度/20 进料量/kg/h 69750 进料浓度0.2 出料浓度0.7 4.2.1 水分蒸发量 W 的计算 苹果汁凝缩比不是很高，可试用双效蒸发器，为便于计算和安装，假设蒸发室传 热面积相同。 （4.2.1.1 0 2 1 X WF X ） 数据代入式 4.2.1.1，得： 0.2 697501 0.7 49800/ W Kg h 二效完成液量 2 6975049800 19950/ LFW Kg h 假定每效蒸发量相同： 12 498002 24900/ WW Kg h 对一、二效进行总物料衡算： 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 19 11 FWL (4.2.1.2） 11 LFW 数据代入式 4.2.1.2，得： 1 6975024900 44850/ L Kg h 一、二效进行溶质物料衡算： (4.2.1.3） 011 FXL X 数据代入式 4.2.1.3，得： 1 69750 0.2448500.310X 2 0.7X 4.2.2 加热蒸汽蒸发量 D 的计算 4.2.2.1 总传热系数 K 的计算 由于处理量较大，本设备换热器采用的无缝钢管，导热系数 =45W/mk。100 5 表 4-3 流体相关物理参数 20%苹果汁料液 污垢热阻/（m2k/kw）1.210-3 密度/（kgm-3） 1280 热导率/（W/mk）0.42 粘度/（Pas） 2.210-3 管外传热系数/（Wm-2K-1） 6800 Pr210 1. 一效总传热系数 K1: 计算管内对流传热系数 2 令管内料液流速为 15m/s (4.2.2.1）Re du 数据代入式 4.2.2.1，得： 3 0.1 15 1280 Re 2.2 10 87080 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 20 Re 10000， (4.2.2.2） 0.80.4 0.023RePrNu 数据代入式 4.2.2.2，得： 0.80.4 2 2 0.023 87080210 397 / 0.42 397 0.1 1660/ Nu Nu d Wm k 又因为： (4.2.2.3) 111 12 111222 111 ss m dddb RR Kddd 式中： d1=90mm； d2=100mm； dm=95mm。 数据代入式 4.2.2.3，得： 2 1 1440/KWm k 2. 二效总传热系数： 表 4-4 流体相关物理参数 31%苹果汁料液 污垢热阻/（m2k/kw）1.2610-3 密度/（kgm-3） 1370 热导率/（W/mk）0.48 粘度/（Pas） 2.210-3 管外传热系数/（Wm-2K-1） 5200 Pr240 流速/(m/s)12 计算管内对流传热系数 2 则 3 0.1 12 1370 Re93400 2.2 10 du Re500 0 Re 摩擦系数 0 0.2880.288 0 55 0.6 Re1570 f 挡板数 6 1129 0.2 B l N h 管束损失 (4.3.3.3) 2 00 10 (1) 2 cB u pFf n N 将数据代入式 4.3.3.3，得： 2 1 1280 0.108 0.4 0.6 10 (29 1) 2 537 p Pa 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 32 缺口损失 2 00 2 2 3.5 2 2 0.2 293.5640 0.6 620 B uh pN D Pa 壳程损失 12 5376201.15 11330 sSS pppF NPa 经核算，管程和壳程阻力损失均不大，适用。 4.3.4 传热计算 1. 管程给热系数。以上计算出，再计算。 i 5 Re6.5 10 i Pri (4.3.4.1)Pr ii i i cp 将数据代入式 4.3.4.1，得： 36 2.48 102.1 10 Pr0.04 0.42 i 0.8 50.3 0.0236.5 100.04391 i Nu (4.3.4.2) i ii i Nu d 将数据代入式 4.3.4.2，得： 2 0.42 3915611/ 0.02 i Wm K 2. 壳程给热系数。以上计算出。 0 0 Re1570 33 0 3.1 102.2 10 Pr8.2 0.84 故 0.551/3 0 0.36 15708.2 41 Nu 0 2 410.84/0.025 1377/Wm K 3. 传热系数 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 33 (4.3.4.3) 00 0 00 111 i iii d d rr kadda 将数据代入式 4.3.4.3，得： 0 111 1.251.25 10.002 56111377 0.0007 k 2 0 1420/KWm K 4. 传热面积 A0 （4.3.4.4） 0 0m Q A Kt 将数据代入式 4.3.4.4，得： 7 0 2 0.7 10 1420 45 96 A m 5. 裕度 （4.3.4.5） 0 AA A 将数据代入式 4.3.4.5，得： 12296 122 21.3% 与热交换器列出的面积 A=122比较，有近 21.3%的裕度，从阻力损失和传热面 2 m 积核算可得，所选换热器适用。 4.3.5 结论 灭菌设备热交换器工艺衡算结果如表 4-11 所示： 表 4-11 热交换器工艺衡算结果汇总 项目数据 热交换器传热面积（两台） 2 122m 热交换器参数见表 43 管程损失2.9KPa 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 34 壳程损失1330Pa 传热系数 2 1420/Wm K 裕度21.3% 根据热交换器选型计算结果，高温灭菌设备选用两台 RP6L-40 套管式高温灭菌设 备，其主要技术参数如表 4-12 所示： 表 4-12 P6L-40 套管式高温灭菌设备参数表 型号：RP6L-40 处理能力/（t/h）25灭菌温度/90-100 蒸汽压力/ KPa0.45-0.6需泵数量 2 高温保持时间/s 10设备质量/Kg850 电动机功率/(Kw/台) 3料液出口温度/40 电动机型号Y900L4外形尺寸（长宽高）/mm200014001800 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 35 第五章 辅助设备选型及水、电、气估算 根据前一章的物料衡算可知，全年工作 180 天，每天三班，每班 8 小时。根据物 料衡算数据进行辅助设备的选型。生产的物料衡算数据如表 5-1 所示： 表5-1生产物料数据一览表 名称 数据 苹果汁产量 T/h8 班产量/T93 原料处理量/T56.8 生产一吨成品耗用原料量/ T7.1 5.1 生产工段 (1) 斗式提升机 提升机的目的是将水流输送槽送来的苹果提升到拣果台，此段整个车间的咽喉要 道，如果设备停止工作，后段将无果加工。在生产中需要将原料果垂直提升至输送带， 由于带式输送机时倾角必须小于物料在输送带的静止角，输送物料方向与水平方向的 角度不能太大，所以采用斗式提升机进行操作。对比进口与国产设备的价格，相差比 例不大，因此选用四台意大利 TMCI 生产的斗式提升机，为满足每小时 56.8t 处理量的 要求，每台生产能力为 15 T/h。 (2) 拣果机 从斗式提升机提升后的苹果进入拣果机，进行自动拣果，为保证每小时 56.8t 处理 量，选购两台西安鼎合机械制造有限责任公司生产的拣果机。每台参数如表5-2所示： 表 5-2 拣果机基本参数表 型号：2000 生产能力 T/h30 有效宽度/ mm2500 有效长度/m12 配用功率/ KW5.5 (3) 洗果机 对苹果进行清洗，主要是去掉黏附的杂物之后进行高压水流喷射清洗。选用二台 靖江市舜天工业设备制造有限公司生产的冲浪式洗果机。特点是以风机风力使水产生 强烈搅拌运动， 使物料在水中翻滚，同时安置在进料口的高压水管喷头将物料用水力 推送到下道工序。每台洗果机参数如表5-3所示： 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 36 表 5-3 洗果机基本参数表 型号：CZJ30 生产能力 T/h30 输送速度/m5-25（无级可调） 配用功率/ KW10 (4) 破碎机 将清洗过的苹果进行破碎，根据需要可以调节破碎程度，为保证颗粒均匀度，选 用德国 BELLMER 生产的破碎机，国产设备颗粒均匀度不好，影响出汁率。BGD30 破碎机基本参数如表5-4所示： 表 5-4 破碎机基本参数表 型号：BGD30 生产能力 T/h30 外形尺寸250090002200mm 配用功率/ KW18 (5) 带式压榨机 对破碎的苹果进行压榨取汁，这一步关系到产品得率，因此选用两台德国 BELLMER 生产的带式压榨机。DYJ带式压榨机基本参数如表5-5所示： 表 5-5 带式压榨机基本参数表 型号：DYJ 生产能力 T/h30 滤带速度/（m/s）5-25 滤带张力/(KN/m)10 滤带宽/mm2500 出汁率75-78% 配用功率/ KW5.5 外形尺寸500026002500mm 本型号压滤机可以大大提高液体的回收率和降低滤饼的含湿量，从而达到节能降 耗，降低生产成本，提高企业产品竞争力的目的。采用超级压榨仓，全液压驱动系统， 可编程控制器（PLC）控制，可提供多种工艺曲线，具有自动进料、自动卸料功能。该 设备压榨力大，出汁率高。同时还具有节能、自动化程度高、自动进出料，连续工作、 通用性强、压滤充分，滤饼含水滤低、操作维修方便等特点，是一种高出汁率榨汁设 备。使用这样的榨汁设备能使果汁出汁率高达 7578%。 5.2 无菌灌装 采用上海沃迪科技有限公司生产的无菌大袋灌装机，无菌灌装机自带无菌室，在 黄滕 年产 50000t 苹果清汁浓缩汁厂的设计 37 和外界隔离的条件下，利用机械手自动完成开盖、灌装、计量、关盖等过程，因此无 任何污染，特别适合水果原汁无菌充填灌装。无菌灌装机基本参数如表 5-6 所示： 表5-6TW8E3000S(双头)无菌灌装机技术参数 型号TW8E3000S(双头) 产能(L/H)4000-8000 功率(kw)1 蒸汽耗(0.1mpa)(kg/h)40 压缩空气耗量(8kg/cm2)40 最大称重量程(kg)2000 称重误差1% 外型尺寸(mm)3700*2000*2500 5.3 CIP 系统 为了能保证一定的清洗效果，提高产品的安全性；节约操作时间，提高效率；节 约劳动力，保障操作安全；节约水、蒸汽等能源，减少洗涤剂用量；生产设备可实现 大型化，自动化水平高；延长生产设备的使用寿命。采用朗高科技有限公司生产的 CIP 就地清洗系统。朗高科技 CIP 就地清洗系统基本参数如表 5-7 所示： 表 5-7 朗高科技 CIP 就地清洗系统基本参数 型号朗高科技 CIP 就地清洗系统 操作压力(Mpa)0.3-0.7 罐内常压(Mpa)0.5 操作温度()60-138 外形尺寸(m)3.0 1.4 2 电机功率(kw)2.2 离心泵流量（T/h）10 离心泵最大扬程(m)35 5.4 全厂水量计算 5.4.2 全厂用水量计算 1. 冲果：因为每天需将277.77t7.10t=1972.20t苹果进行生产，而1t苹果需要1t水来 冲，这些水部分可以循环利用。因此冲果用水量为1972.20t，假设有l/3水可以循环，因 此需水量为w1=1314.80