食品与环境工程毕业设计（论文）-日处理80吨矿泉水厂设计.doc

黑龙江东方学院 本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 日处理 80 吨矿泉水厂设计 专 业 食品科学与工程 班 级 学 部 食品与环境工程 答辩日期 2010 年 5 月 23 日 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） i 日处理 80 吨矿泉水厂设计 摘 要 本设计是日处理 80 吨矿泉水厂的工艺设计。产品方案设定为天然矿泉水水源的选 取，设计工艺，进行车间平面设计，对水制品加工过程中物料平衡、热量平衡进行计 算，设备选型，水电汽平衡，劳动力平衡，设定企业管理组织架构，实施环境保护规 划并进行污水处理，对投资成本、利润和回收期等进行估算。 本设计投资 143.1 万元，年利润 68.81 万元，回收期大约为二年零一个月。综合考 虑了生产工艺和技术经济等因素，对不同阶段的生产设备进行选型，原材料库、化验 室和研发室等辅助设施，对矿泉水产品生产进行全程监控，确保矿泉水产品安全性和 质量稳定性。 关键词：技术经济分析；物料衡算；工艺设计 目 录 摘 要 .i 第 1 章 绪论.1 1.1 矿泉水工业概貌.1 1.1.1 我国矿泉水产业发展现状.1 1.1.2 国外矿泉水产业发展现状.2 1.2 矿泉水的概念及分类.2 1.2.1 矿泉水的概念.2 1.2.2 矿泉水的分类.2 1.3 设计依据和意义.3 1.3.1 设计依据.3 1.3.2 设计意义.4 1.4 设计指导思想及特点.5 1.4.1 设计指导思想.5 1.4.2 设计特点.5 1.5 设计的内容.6 第 2 章 工艺流程确定及论证.7 2.1 产品及产量的确定 7 2.2 矿泉水的生产工艺流程.7 2.3 工艺论证.8 2.3.1 原料水的要求及检验.8 2.3.1.1 原料水的要求.8 2.3.1.2 原料水的检测 9 2.3.2 矿泉水的引水工艺.10 2.3.3 矿泉水的曝气工艺.10 2.3.4 矿泉水的过滤和消毒工艺.11 2.3.4.1 矿泉水的过滤和消毒.11 2.3.4.2 终端过滤.12 2.3.5 矿泉水灌装、洗瓶工艺.12 2.3.6 包装和贮藏.13 2.3.7 矿泉水生产时注意事项.13 第 3 章 厂区平面设计.15 3.1 厂址的选择.15 3.1.1 自然条件资源.15 3.1.2 水源、能源.15 3.1.3 政治经济与交通情况.16 3.1.4 劳动力与动力.16 3.1.5 小结.16 3.2 占地面积的估算.16 3.3 总平面设计的基本原则.17 3.4 车间的布置.18 第 4 章 物料衡算.19 4.1 矿泉水产品成分的要求.19 4.1.1 矿泉水的特征.19 4.1.2 矿泉水标准.19 4.1.3 欧洲矿泉水标准.20 4.1.4 矿泉水的正确评价.21 4.1.5 矿泉水开采的水量评价.22 4.2 车间物料平衡计算 22 第 5 章 主要设备选型.24 5.1 选择设备的原则.24 5.2 重点消毒设备.24 5.3 设备选型列表.25 第 6 章 公共系统与辅助部门.27 6.1 辅助车间设施.27 6.1.1 贮水设施.27 6.1.2 原辅材料库.27 6.1.3 化验室.28 6.1.4 机修车间.29 6.2 给排水系统.29 6.3 供电系统.29 6.3.1 供电要求和相应措施.29 6.3.2 车间配电原则.29 第 7 章 劳动组织.31 7.1 劳动定员的依据.31 7.2 生产车间人员配置.31 7.3 辅助生产及管理人员配置.31 第 8 章 环境影响分析及“三废”处理.32 8.1 环境影响分析.32 8.2 废水处理.32 8.2.1 工业废水最高容许排放浓度.32 8.2.2 处理方法.32 8.3 废气处理.33 8.3.1 由锅炉排出烟气.33 8.3.2 热管技术在干燥塔余热回收的利用.33 8.4 垃圾及炉渣的处理.33 第 9 章 技术经济分析.35 9.1 建厂总投资计算.35 9.1.1 投资比例.35 9.1.2 各项投资费用概率.35 9.2 产品成本利润计算.36 9.2.1 产品出厂价.36 9.2.2 产品成本利润.36 9.3 回收期估算.37 结 论.38 参考文献.39 附 录.41 致 谢.42 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 1 日产 80 吨矿泉水厂设计 第 1 章 绪论 1.1 矿泉水工业概貌 随着生活质量的提高，花钱买健康的观念也逐渐深入人心。人们对引水的要求也 越来越高。可以预言矿泉水的潜在销售市场是十分广阔的。 1 1.1.1 我国矿泉水产业发展现状 我国矿泉水开发利用历史悠久。全国现有矿泉水开发企业 1100 多家，年产量约 400 万 t。 2 天然矿泉水是大自然赋予人类的宝贵资源，饮用天然矿泉水已经成为世界饮料行 业主要产品之一，并占据着重要的地位。在一些国家，矿泉水已经成为人们生活中不 可缺少的一部分。 我国开发利用饮用天然矿泉水最早始于 20 世纪初。1977 年以前，我国唯一的瓶 装矿泉水是青岛崂山牌天然矿泉水。20 世纪 80 十年代中期，特别从 1987 年，我国 3 国家矿泉水标准的颁布实施以来，我国瓶装矿泉水的开发和生产得到了迅速发展。 1987 年，杭州娃哈哈集团有限公司创建，现发展成为中国最大的食品饮料生产企业， 全球第五大饮料生产企业，在全国 27 个省市建有 80 余家合资控股、参股公司。 4 1996 年，农夫山泉股份有限公司成立，相继在千岛湖、吉林长白山建成三座现代化的 饮用水生产基地，投资总额 10 亿元，成为国内规模最大的专业饮用水公司 5 。近年来， 继娃哈哈、乐百氏、农夫山泉等大型引水企业在全国投巨资建设大型矿泉水生产基地 规模化开发矿泉水后，深圳景田公司、台湾统一集团、深圳俊益集团等也相继在全国 各地选择水源地拟建矿泉水厂。国外矿泉水企业也纷纷进入中国挤占中国市场，继法 国达能控股娃哈哈、乐百氏、正广和企业后，雀巢公司也在天津建厂并控股了深圳俊 益集团。新一轮企业整合和名牌产品扩张的形势已经形成。据专家分析，我国矿泉 6 水行业也将走企业联合、兼幷和规模化生产之路，参与市场竞争企业将通过优胜劣汰 而逐渐减少，幷向生产规模集约化的大企业集团集中，一批规模大、工艺先进、技术 力量雄厚、质量保证体系健全的名牌矿泉水企业将主宰中国饮料市场。 7 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 2 1.1.2 国外矿泉水产业发展现状 国外开发利用矿泉水较早的是欧洲，兴起于 19 世纪，20 世纪中后期发展迅速。 目前欧洲矿泉水产业已进入成长期，年平均增长率超过 10%，远远超过欧洲各国同期 的工业发展速度，且曾势依然不减。 目前亚洲矿泉水产销与欧洲相比较低。人均消费量以泰国最高，为 70L，其次为 韩国、新加坡、印尼和日本。人均消费量超过 10L，而中东地区的印度和巴基斯坦仅 1L 左右，这与这些国家目前的经济实力和人们的消费水平是及不相适应的。因此，亚 洲矿泉水市场发展空间巨大。 8 从矿泉水生产规模上看，世界矿泉水的生产越来越向几个大的集团集中，总部设 在瑞士的雀巢集团，2000 年矿泉水产量 640 万 t，占欧洲的 60%，占世界的 15%，世 界排行第一；总部设在法国的达能集团，2000 年矿泉水产量 460 万 t，占世界的 10.8%， 世界排行第二；之后依次为百事可乐、可可口乐等大公司。可以预见，在日趋激烈的 国际市场竞争中，实力雄厚的大集团利用其资金、人才、技术、管理等方面的竞争优 势，利用良好的商业信誉，打造知名矿泉水品牌，抢占市场，实现生产规模的集约化， 是未来矿泉水产业发展的趋势。 9 1.2 矿泉水的概念及分类 1.2.1 矿泉水的概念 从地下深处自然涌出的或经人工揭露的、未受污染的地下矿水；含有一定量的矿 物盐、微量元素或二氧化碳气体；在通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态在 天然波动范围内相对稳定。 10 1.2.2 矿泉水的分类 11 （1）以用途进行分类 工业矿水 具有高矿化度（50g/L）或高温度(43)的矿水。工业上用于提取其元素或化C 合物或利用其温度。如卤水、典水和地热水等。 农用矿水 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 3 具有较多硝态氮，可作为天然液体肥料。如肥水、高含量氮水、硝酸铵水溶液等。 或利用热矿水进行热带养殖或特种水质养殖。 医疗矿水 医疗矿水指由于总矿化度、离子成分、水中气体存在有医疗学上活泼的微量组分， 含有一定量的矿物质，或含有某种气体，或具有较高温度，或兼而有之，利用其物理 性能和具有一定生物化学作用的化学成分，能对人体产生良好的生物化学作用和生理 作用的地下水。 天然矿泉水 引用矿水指不以医疗疾病为目的的，好友对人体有益的化学成分，含有一定量的 矿物质和体现特征化的微量元素或其他组分，符合饮用水标准的一种安全、卫生的水。 饮用矿泉水与医疗矿水的区别在于前者是引用后有益无害的健康水。作为饮料，就不 经医嘱，对质量要求严格，尤其细菌学指标和有害化学成分应符合世界卫生组织饮用 水的 国际标准和我国饮用水卫生标准。而医疗矿水须遵守一定的原则，引用和后期医 疗作用。引用矿泉水又可细分为以下几类： （1）直接用饮用矿泉水：直接装瓶用于清凉饮料、佐餐饮聊。 （2）调料用饮用矿泉水：作饮料调料用。 （3）母液用饮用矿泉水：以天然矿泉水为母水，添加调料或加气，或去除某种元 素。 （4）人工合成饮用矿泉水：以蒸馏水、河水、自来水、天然泉水为母水，加入人 们需要的矿物质或气体。这些仿制和模拟均属专利。 终上所看随着人们生活水平的日益提高，消费者已从过去的“温饱型”转向“健康型” ，他们不再满足喝开水、汽水解渴的传统生活方式，而转向了无任何添加剂、色素、 富含对人体健康有意的各种微量元素的天然矿泉水。因此天然矿泉水的发展市场非常 广阔，所以选择天然矿泉水厂进行设计。 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 4 1.3 设计依据和意义 1.3.1 设计依据 本设计参考了由国家授权的食品安全卫生主管部门先后制定发布的食品企业通 用卫生规范 、 中华人民共和国食品卫生法 、 引用天然矿泉水检验方法 、 食品质 量保护法和食品标签通用标准等，为食品安全制订了非常具体的标准以及监管 程序。在切实落实食品良好操作规范(GMP)的基础上，引进推广 HACCP 体系。在 12 设计同时，搜集了大量的有关矿泉水厂设计的相关内容和要点，对矿泉水厂工艺流程 有了进一步认识和了解。 13 矿泉水产品是开发利用地下深部循环未受污染的水，是按照国家标准生产的产品。 生产均经严格的申报程序，提交按规定内容的水源评价报告，包括一个水文年以上水 温、水量、水位的动态资料，丰、平、枯长期的水质检验报告， 污染指标和微生物指 标必须是卫生防疫系统的报告。按后报省级技术评审组审查，如产品在全国销售，则 需报国家技术评审组审查，最后由行政主管部门核发准证书，方可作为开发的依据。 建立矿泉水厂，还必须按照食品卫生法第十九条规定办理，即：“食品生产经营企 业的新建、扩建、改建工程的选址和设计应当符合卫生要求，其设计审查和工程验收 必须有卫生行政部门参加。 ” 14 1.3.2 设计意义 这个项目建设符合国家产业政策与行业发展规划，而且是调整农业产业结构和增 加就业机会的重要途径。近年来，我国水类的生产、加工和消费得到了很快的发展， 水产业的发展尤其是天然矿泉水产业的发展己经成为国家重点扶持的产业。 黄山市矿泉水资源十分丰富，相信该省的矿泉水产品在不久的将来一定会占领国 内甚至国际市场。 黄山市景观资源丰富，黄山风景区、皖南古村落（西递、宏村）已被列为世界遗 产，是世界著名的旅游胜地。黄山市拥有优越的生态环境和品质出众的矿泉水资源， 具备了发展矿泉水产业的基础条件。 优越的生态环境、丰富的水资源、优良的水质，为矿泉水产业的建设和发展奠定 了良好的基础。黄山书矿泉水资源的开发起步较晚，较大规模的开发始于 1992 年。近 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 5 年来随着经济的发展和人们观念的转变，矿泉水资源的开发得到了快速的发展，开发 规模逐渐扩大。1998 年全省矿泉水开发企业近 55 家，矿泉水产量 60 万 t；2001 年 15 矿泉水开发企业增至 75 家，年产量达到 89 万 t，现在矿泉水企业达到百余家，矿泉水 年产量超过 120 万 t，促进了地方经济的发展。随着企业规模的不断扩大，矿泉水产品 市场占有率也逐步提高，黄山市的天然矿泉水现已远销省外，并逐步进入韩国、日本 等国外市场。 在欧美，在东南亚，人们的饮用水都是矿泉水水。水对于人体来说最主要的功能 是调节人体新陈代谢，维持机体平衡，做为输送养分，排泄毒素，废物的载体（溶剂） ，所以，人们对水的需求越来越大。矿泉水的生产前景非常好，同时黄山市的位置也 是极佳的选择。综合上述的要求，该矿泉水厂初步拟定设计在黄山市休宁县六股尖， 因为这里人口数量比较密集（生产人员不是问题） ，交通运输便捷，而且近几年经济发 展迅速，旅游业发展势头强劲，生活水平也在迅速的提高。 1.4 设计指导思想及特点 1.4.1 设计指导思想 矿泉水生产是资源型产业，构成了地方生态环保型效益的一部分。合理开发利用 与保护好矿泉水资源是实施生态经济发展战略的重要组成部分。矿泉水资源的开发利 用必须促进地区经济的发展，矿泉水行业的发展为社会提供了就业机会；而矿泉水开 发程度又与本地区国民经济整体发展水平密不可分，它们之间是互动的。 本设计从实际出发，从国内市场的销售来确定产品，使产品在市场上具有较强的 竞争力，讲究效益，生产的各个环节中力图以较少人力、物力、财力取得较大的经济 效益。本设计具有较好的合理工艺，以提高质量为宗旨。采用合理成熟的工艺流程， 基本实现流水作业一条线，流程尽量强调流水作用，避免人流物流交叉污染，在收购 原料及加工中，物料、成品都不会出现交错的现象。此外在设备选择时，尽量参考现 有工厂已使用，切实可行的设备，而不是盲目求先进。设计着眼于工农关系，在平等 互利的基础上增加了农民的收入，充分调动畜牧业积极发展。 1.4.2 设计特点 （1） 本设计的厂址在城市近郊，在劳动力、动力、水的供应，排水工程及生活设施 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 6 等方面能利用城市原有的设施，减少投资。此外，有接近原料基地，可降低成本，保 证原料品质。 （2） 本设计从节约用地出发，充分利用厂房设备来安排产品，对于那些类型不相同， 生产设备，生产条件十分相似，甚至是用同一厂房，设备来生产不同产品，这对于厂 房用地，设备投资都很有利。 （3） 本设计从保证产品质量着手，同时对产品和环境做严格的要求。 （4） 本设计具有充分的独创性。选用深井潜水泵，中空纤维超滤器，精密过滤器， 臭氧旋流混合塔，这些设备在引水、过滤、杀菌、等方面都独具特点。而且具有功率 大、利用率高、能耗少等特点。除此之外设备此还有结构紧凑、清洗水用量少、放便 等特点。 （5） 本设计符合食品卫生下达的食品卫生法规，遵守关条款的规定。 16 1.5 设计的内容 （1） 矿泉水厂设计的初步认识。 （2） 产品方案的确定及工艺论证：根据生产的产品方案选择适当的工艺流程。 （3） 厂址的选择。 （4） 物料衡算：根据任务要求计算相应物料的消耗，对设备提出的特定要求和操作 工艺上的技术要求。 （5） 热量核算：依据计算数值，经济合理地选择生产设备，并进行车间的工艺布置 和各工序劳动力的安排等。 （6） 主要设备的生产能力计算，要求和选型：根据日处理量和工艺要求计算各种设 备的相关参数，选出相应的设备，给出设备汇总表。 （7） 辅助车间及劳动力核算：按照相关规定和生产需要对全车间的劳动力进行定员。 （8） 环境影响分析及“三废”的处理。 （9）技术经济分析，成本核算。 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 1 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 7 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 7 第 2 章 工艺流程确定及论证 2.1 产品及产量的确定 此次设计生产的产品是天然矿泉水，产量定为日产 80 吨，每小时生产矿泉水为 3.5 吨，二十四小时不间断生产，每小时需原料水 3.5 吨，每天分两班生产。每天采水 两次，每次采水四十吨（每次适量加一点） ，产品包装规格为：桶装矿泉水规格为每桶 3.5 吨。 天然矿泉水以含有一定量的有益于人体健康的矿物质、微量元素或游离二氧化碳 气体而区别于普通的矿泉水。由于这种水没有受到外来人为的污染，不含热量，是人 类理想的保健饮料。 产品及产量如表 2-1： 表 2-1 产品及产量的确定 产品类型天然矿泉水 产品规格3.5L/桶 原料水量/吨80 注：也可根据需要做适当的调整。 2.2 矿泉水的生产工艺流程 天然矿泉水有不含碳酸气和含碳酸气两种，其水处理方法也不同。我们生产的是 不含碳酸气的天然矿泉水。 其工艺流程如下图所示： 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 8 原水沉淀 储罐 5um 微滤 0.2um 微滤臭氧混合塔 1um 微滤 10um 砂滤过滤 曝气装置 封盖 灌装 0.2um 微滤 贴标、封箱 图 2-1 矿泉水生产工艺流程图 2.3 工艺论证 2.3.1 原料水的要求及检验 2.3.1.1 原料水的要求 矿泉水的水源和水质是矿泉水厂的经济命脉，因此，对矿泉水水源的卫生防护和 水质都应十分重视。 因此要保证原料水经过整个生产过程，到最后制成商品交到消费者手里的矿泉水 应不含病菌、没有有害的物质，是天然的、纯净、安全、卫生、有利健康的。因此， 就要进行严格检验，必须符合下列要求： 17 (1) 矿泉水生产最容易出现且最难控制的问题是微生物污染。因此，对细菌数、 大肠杆菌数、致病菌数要严格控制为零。 (2) 水源要要严格保护，不得污染。 (3) 测定矿泉水的限量组分、污染组分、有机物组分和微生物含量，查明其与水 文地质条件之间的关系。 (4) 设备消毒、更换滤芯、净化空气、包装物消毒、个人卫生、容器密封、水中 臭氧浓度等要严格控制。 (5) 当有色沉淀出现时，要进行矿物质沉淀分析。 黑龙江东方学院学士学位毕业论文（设计） 9 (6) 矿泉水因含有铁、锰离子而产生沉淀，是红色、黄色、褐色等。可能是因为 是开采过量、地下裂缝出现变化或周围水源保护不好等引起的，因此在生产过程中一 定要注意。 (7) 水源水质监测。按标准和要求应经常进行水质监测。 (8)