（食品科学与工程专业论文）年产3万吨酸乳车间设计.pdf

摘要 中文摘要 当今世界乳品工业蓬勃发展，对于乳品加工厂设计也是方兴未艾。本课题主要针对维 维集团在无锡筹建酸乳车间而进行的，主要研究几个方面的内容：工艺流程确定及论证； 厂区车间平面设计；物料衡算；热量衡算及相关设备选型；主要设备选型；主车间水、电、 汽估算及管路选径；车间建设对环境影响及废水处理并进行技术经济分析。 确定了年产3 万吨酸乳生产线的生产工艺并进行工艺流程论证，利用进口的抗生素快 速测定仪，体细胞、全乳成分测定仪，强化原料乳品质控制，在原料乳的验收中，贮存中， 利用4 只3 0 吨贮乳罐，根据原料乳的特点进行分收，并利用原料乳的不同特点，调度生 产适宜产品，以实现经济效益和产品安全的最大化，采用预杀菌工艺，提高原料乳贮藏安 全性，确保产品安全性。 以g b 2 7 4 6 1 9 9 9 为依据，将酸奶的蛋白质含量定为2 5 ，计算出原料乳应占最终产 品的8 5 ，糖7 ，水( 包括稳定剂) 8 。根据原料乳和成品的指标进行了标准化计算， 确定生产车间所有的原料和辅料的消耗定额，为下一步设备计算、热量计算、管路设计等 提供依据 根据热量衡算原理，选择板式热交换器作为冷却、加热和杀菌设备；对生产过程各阶 段热量变化进行初步计算，计算出热量变化为鲜奶冷却段9 7 2 5 0 0u m ；原料乳标准化段 7 0 0 2 0 0 k j l l ；均质杀菌段7 0 0 2 0 0u m ；发酵乳冷却段5 6 0 1 6 0 k j h ；选择板式热交换器的合 理，符合本厂的生产的实际情况，具有传热面积大、传热快、热回收率高等特点，热量利 用率达到6 3 8 。 由工艺流程、物料衡算、热量衡算及日产量确定主要设备规格类型，同时对水、电、 汽的使用量进行了估算，确定它们最大用量依次为7 0 t h 、7 5 0 k w 、6 5 0 0 k g h ，同时对不同 管路直径进行了计算。 从可持续发展战略角度出发，注重保护环境，加强环保意识，采用c p 清洗程序，将 不同清洗阶段用水进行分离处理，回收再利用，极大降低污水处理费用，选用滴滤床+ 曝 气生物滤池技术进行污水处理，处理量为2 0 0 以，不仅满足本设工厂污水处理需要，而且 为公司的后续发展提供了基础，避免了重复再投资。 对本项目进行了技术经济分析，计算生产总投资为1 9 1 5 万元，资产利润率和销售利 润率分别为3 9 5 、5 4 ，盈亏平衡点为设计能力的1 1 8 ，产量盈亏平衡点为3 5 3 6 吨； 经营安全率达5 2 2 6 ，投资回收期为2 5 3 年，运行后，实际回收期为1 8 年。 关键词：酸乳；车间；设计 江南大学工程硕士论文 a b s t r a c t d a i 巧i i l d l l s 姆i sg e t c i n gn o u r i 幽n gn o w a d a y s a sar e s u l t ，m o r ea i l dm o r em i l l ( p l a n t sa r e u n d e rd e s i 凹j i l g 1 h i sd e s i 弘w a sc o n d u c t e df o rt l l ey o 曲哦p l a n ti nw u ) 【io fw r e i w e im u p m a “y 、釉f i ( sc o n d u c t e dw e r e 舔f o l l o w s ：p r o c e s si d e n t i f i c 撕0 n 锄dv 嘶f i c 撕0 n ；w b r k s h o pa r e a 黟a p l l i cd e s i 印；m a t 甜a la l l dh e a tb a l a n c ec a l c u l 撕o n 锄dr e la t i 订e q u i p m e i 她l e 以o n ；m 旬0 r e q u i p m e m ss e l e c t i o n ；w 饥e l e c 埘c i 劬s t e 锄c o n s u m p t i o nc a l c u l a t i o n p i p i i 培s e l e c t i o ni nm a i l l w o r k s h o p ；i i i l p a c to n t l l ee n v 沛n m e ma n dw a s t e w a t e r 仃e 锄e n t ，t e c l l n i c 2 l le c o n o m y 锄a l y s i s t h ep r o d u c i i l gl 协e 晰t 1 1ap r o d u c t i o nc 印a c i 哆o f3 0 ，0 0 0t a y o 罂l r tw 弱d 酏朗幽e d a n i 1 p o r t e d 删b i o t i c s 嘲) i dd e t e c t o r 柚d as o m a t i ca i l da l lm i l l 【锄p o s i t i o na n a l y z e rw e 粑u s e dt 0 s 讹n g t l l e nq u a l 姆c o n 缸d lo fr a wm i l k f o u r3 0t o l l sn l i 墩t 姐l 【sw e r eu s e df 0 rr a w 面墩s t o r a g e ， s e p l a r a t e l ys 丽n ga l l dm i x e dp r o d u c i n gp r o p e r l ya c c o r d i i l gt 0 也ec o m p o s i t i o no fm wm i l l ( t 0 m a ) 【i n 也et h e 妇痂s ap r e - 啦r i l i 刎o np r o c e s sw 粥c o n d u c t e dt ol 【e 印廿1 es a 蕾e 够o fm wm i l l 【 s t o 嘴e ，a n d t 0c n s u r c 此s a f 啦0 f m e 眦 i kp r o t e i nc o n ：嘧i tw 嬲s e t 勰2 5 a c c o r d i n gt 0g b 2 7 4 6 1 9 9 9 n 、鹊丘g 眦e do u tn l a tr ：a w m i l l 【c o n t e n tw 鹬8 5 i n 丘1 1 a lp r o d u c t s ，s u g a r7 ，w a t e r ( 蚰如i l i z c ri n c l u d e d ) 8 a c c o r d i l l gt 0 r a w 血l k 锄dp r o d u c ts t a n d a r d i z a t i o nc a l c u l 撕0 n ，删a l sc o n 删w 觞d e t e r m i l l e 也w h i c h p r 0 、，i d e dab a s et 0e 删p m e n t ss e l e c t i o n ，h e a tc o n s u m 面o nc a l c u l a t i o n ，p i p i n gd e s i 弘a n ds 0o n p l a t eh e a te x c l l a n g e rw 豁s e l e c t e d 嬲c o o l i j l g ，h e a t i l 玛，a 1 1 ds t e r i l i z h l ge q u i p m e ma c c o r d j i 喀t 0 p r i n c i p a l so fh e a t 缸锄s f e r e 】e 呻t i 够o fh e a t 仃a n s f e r 胁c ei nd i 丘e r e ms e c t i o n sw 弱f i 母埔e d 嬲 f o l l o w s ：9 7 2 5 0 0k j mi nr a wm i 墩c o o l i n gs e “o 玛7 0 0 2 0 0 k j mi nr a w 面ms t 锄d a r d i z a 矗o n ， 7 0 0 2 0 0k 胁i nh o m o g e i l i z a t i o na n ds c 耐1 i z a l i o ns e c d 吗5 6 016 0 k 胁i n 向l 铷吨c dm i l l 【c 0 0 l i l l g c t i o n p m p e rh e a te 】【c h a n g e r s 袱就s e l e c t e d 谢t l lb i gh e a te x c h a n 百n g 羽耐k e ，9 0 0 dh e a t e x c h a n 咖ge 伍c i e n c ya n dh i 曲h e a tr e c m i 伽e me 伍c i e n c y h e a t 埘l i 撕o n 眦w 嬲u pt o6 3 8 t h el 鹕e s tw a t e r ，e l e c t r i c i 班s t e 锄c o n s u m 皿o nq 啪t i t yw e r ed e t e i - 曲er c l 撕v e l y 嬲f o l l o w s ： 7 0 1 住，7 5 0 k w 6 5 0 0 k g ma c c o r d i l l gt 0n l ep r o d u c i n gp f o c e s s ，m a t i 斑a lb a l a n c e 锄dh e a tb a l 趾c e c a l c t i l a t i o n 觚dd a i l yo u 币u t l r i o u sd i 锄e t e r so fp i p e l 抽e sw e r ea 1 s od e t e m l i l l e d 嬲f o l l o w s ：t 印 w a t e rp i p e l i n c sd n1o o ，c h i l l i n gw a t e rp i p e l i i l e sd n 7 6 ，s t e 锄p i p e l i i l e sd nl2 5 ，c l e a i l i i l gw a t e r p i p e l i i l e sd i n 8 0 f o l l o 、城n gt l l es 仃a t e g yo fs u s t a j n a b l ed e v e l 叩m e n tp e r s p e c t i v e ，m o r e 删o nw 嬲p a y e dt 0 p r o t e c tm ee n v i r o l l l l l e n t ，ac i ps y s t e mw a si n d u c e d ，w h i c hs e p 撇t e d ，r e c y c l e d 锄dr e u s e d c l e a 血n gw a t e r 自o md i 艉r e n ts e c t i o n s 伊e a t l yr e d u c e dt 1 1 ec o s to fw a s t e w a t e r 慨a _ t i l l e n t a n a e r o b i cd i g e s t i o nm e t h o dw a sc o n d u c t e df o rw a s t e w a t e r 仃e 咖e i l t 谢t hap r o c e s s i n gq 啪t i 妙 o f2 0 0 t d ，w h i c hp r o v i d e dc o n d i t i o n sf o rt l l ef o l l o w u pd e v e l o p m e n tt l l ep l a n ta n da v o i d e d i e i n v e s t l e n t ， at e c l 血c a le c o n o m y 柚a l y s i sw a sc o n d u c t e d t h er e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ：t o 词i i l v e s t m e n t w a s1 9 15m i l l i o ny u a n ，a s s e tp r o f i tm a 唱i n3 9 5 a 1 1 ds a l e sp r o f i tm a 画n5 4 ，p r o f i ta 1 1 d1 0 s s b a j a n c ep o i n tw a s1 1 8 o ft h ed e s i g n e dp r o d u c t i o nc 印a c i 吼p r o d u c t i o nc a p a c i t yp r o f i tm a 玛i n l l 摘要 w 弱3 5 3 6t h o u s a n d st o n s 1 ( e yw o r d s ：y o 曲l l n ；p l a n t ；d e s i 盟 l 玎 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江 南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名：夕多卯k导师签名： 日期：砷纩月汐日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 项目背景 近几年我国的奶业发展迅速，成效显著，已成为我国营养事业的发展重点。特别是酸 乳类产品，每年都以近3 0 的速度增长，维维集团自进入乳品行业以来，一直是以中性奶 和乳饮料类产品为主，随着酸乳市场的越来越大，维维乳业为了顺应市场发展，不断加强 产品更新，拟在江苏无锡筹建酸乳生产车间，本设计是针对该项目而进行的l l l 。设计的主 要产品是凝固型酸乳和搅拌型酸乳。凝固型酸乳采用塑瓶的包装形式，和传统的玻璃瓶相 比，具有清洁卫生，不需要回收的特点，缺点是包装成本比较高。搅拌型酸乳是采用美国 国际纸业公司的屋顶包包装形式，该设备具有自动化程度高、生产能力大的优点。 维维集团己在全国已经建立1 2 个乳品加工厂，拥有国际先进的全自动无菌灌装利乐 枕、利乐包、百利包生产线4 0 多条，产品在全国各地销售良好，特别是在华东地区销售 增长很快，因而在无锡建乳品加工厂对维维乳业的发展将有具大的促进作用，无锡地区人 均年奶制品消费量不到3 0 k g ，从无锡发达的经济角度来看，无锡乳品消费市场发展潜力巨 大。而乳制品生产厂家较少，主要有无锡光明、均瑶、海浪等企业建立生产厂，因此为了 更好抢占华东市场，促进产品的销售，维维乳业确定投资5 0 0 0 万元在无锡建立牛奶生产 加工和奶牛养殖基地。工厂建成后每年可以为无锡市带来近2 0 0 0 万元的利税，解决当地 3 0 0 5 0 0 入的就业问题。为了发展奶源，在无锡郊区有代表性地选择性地组建了5 个奶牛 养殖示范基地，选用国际先进的计量瓶自动化挤奶设备，总投资约2 0 0 0 万元，为公司发 展1 个千头奶源规模基地，带动周边乡镇奶牛养殖业的发展，增加就业人数5 0 0 余人，并 可以带动其他相关产业的发展。 1 2 酸乳概述 1 2 1 酸乳的定义与分类 酸乳又名酸牛乳或酸奶，作为众多的发酵乳产品中当今最为流行的乳制品，最初出现 时其名是与发酵乳混用的，表示变酸的乳。尽管目前没有关于人类何时第一次制作酸奶的 明确记载，但酸奶的食用可以追溯到许多世纪以前。发酵乳起源于巴尔干半岛和中东地区， 在那里，牧民们早在几千年前就发现了可以通过发酵可以延长鲜乳保存期的方法。虽然起 源没有明确的记载，但酸奶有益于人类身体健康并有丰富的营养价值这一观念在许多文明 国度里已存在了很长时间。依据波斯人的传统，亚伯拉罕把自己的富饶和长寿归功于酸奶； 而法国皇帝法兰西一世据说也因饮用由山羊奶制成的酸奶而治愈其体虚气弱之疾。然而， 酸奶却极有可能起源于中东，在那时这种发酵产品的演变与世界各地牧民的烹饪技术发展 是分不开的。 酸奶的基本成分是乳和微生物，世界粮农组织世界卫生组织( f a o 愚哪o ) 制定了国际 上通行的酸奶定义：“酸奶系指：在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的作用下，使添加( 或不 添加) 乳粉( 或脱脂乳粉) 的乳( 杀菌乳或浓缩乳) 进行乳酸发酵而得到的凝固乳制品，最终产 品中必须含有大量的活菌。” 1 江南大学工程硕士论文 传统的酸奶通常分为两种类型： ( 1 ) 凝固型酸奶：添加生产发酵剂后立即进行包装，并在包装容器中发酵而成。 ( 2 ) 搅拌型酸奶：在发酵罐中接种生产发酵剂，凝固后，再经搅拌入杯或其它容器内。 联合国粮农组织和世界卫生组织将酸奶分为4 类f 3 1 ： ( 1 ) 酸奶：如“定义”。 ( 2 ) 加糖酸奶：系指添加一种或一种以上糖的酸奶。 ( 3 ) 风味酸奶：系指在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的作用下对乳进行乳酸发酵，得到 凝乳制品后，再加入香味食品或其他香味物质制成的产品，添加的香味物质是多样的；最 终产品中必须存在大量活的微生物。 ( 4 ) 发酵后加热处理的产品：系指将风味酸奶发酵后，再经加热处理的产品，产品中不 必含有大量活的微生物。 1 2 2 酸乳的营养价值 诺贝尔生理学和医学奖获得者梅奇尼科夫在2 0 世纪初提出了“酸乳长寿说”，认为保加 利亚人长寿者多与经常饮用酸乳有关。这个学说推动了酸乳加工业在世界范围内的发展。 与此同时，西方乳业科学家对酸乳有益于健康的机理展开了研究，特别是近几十年来，在 酸乳的营养保健作用方面，研究工作有了新的进展，研究结果引起了公众的广泛关注。酸 乳的主要成分见表1 1 。 表1 1 酸乳的主要成分( 1 g - 1 ) n r 未被报道 酸乳中乳酸菌的作用非常重要，从鲜奶到酸乳由发酵菌所引起的变化如下：乳糖含量 减少；产生相当数量的乳酸；改变了维生素含量；发酵副产物使酸乳具有风味；增加了活 菌含量及细菌产生的酶类。由于上述变化，使酸乳具有如下功效： ( 1 ) 饮用酸乳可克服乳糖不耐症，有一部分人对鲜奶中的乳糖酶有过敏症，进食鲜奶 后发生腹泻、腹鸣、消化不良症。酸乳中的乳糖酶在发酵中被分解，所以饮用酸乳不会再 有过敏现象。 第一章绪论 ( 2 ) 酸乳可以降低胆固醇。酸乳中含有3 3 羟3 甲基戊二酸和乳酸，常饮酸乳可明显 降低胆固醇，从而可预防老年人心血管疾病。 ( 3 ) 酸乳对便秘和细菌性腹泻有预防作用。酸乳中产生的有机酸可增加肠蠕动，刺激 胃液分泌，并抑制肠内有害病菌。 酸乳能抑制癌。有人用酸乳进行动物实验，发现饮用酸乳具有抑制小白鼠癌细胞增殖作用。 ( 4 ) 酸乳具有美容作用。常饮酸乳能够润肤、明目、固齿、健发，其原因使酸乳中含有丰富的钙，有 益于牙齿、骨骼；酸乳中还有一定的维生素，其中维生素a 和维生素b 2 都有益于眼睛；酸乳中丰富的 氨基酸有益于头发；由于酸乳能改善消化功能，防止便秘，抑制有害物质如酚、吲哚及胺类化合物在肠 道内产生和积累，因此能防止细胞老化，使皮肤白皙而健美。 1 3 酸乳的发展史及市场分析 1 3 1 酸乳的发展历史及现状 公元前2 0 0 年，印度、埃及和古希腊人等已掌握了酸奶的手工制作方法，对这些地区 的居民来说，这种发酵乳制品被认可。在我国古代的齐民要术中也有关于酸奶的记载。 2 0 世纪初，俄国科学家伊科夫提出了酸奶有益长寿。从此酸奶逐渐引起人们的注意。直 到第二次世界大战，西班牙的一位商人将酸奶由当作药品出售转型为酸奶饮品后，酸奶的 口感风味逐渐被人们所接受。尽管欧洲近邻中东，但酸乳并没有因此收到广泛欢迎，直到 2 0 世纪5 0 年代，瑞士的酸奶生产取得突破性发展，即引进了果味调味型酸奶和甜酸奶。 从那时起，酸奶的消费量明显上升，人们对酸奶的认可可能有以下原因： ( 1 ) 健全的市场和好的广告运作提高了产品的形象，促进了消费； ( 2 ) 低脂酸乳迎合了人们追求苗条体形的心理； ( 3 ) 西欧和北美地区人们偏爱甜食，因此在这些地区甜酸乳更受欢迎； ( 4 ) 酸乳被当作方便的甜食而不是正餐食物； ( 5 ) 一些酸乳厂广告针对不同人群设计，效果颇佳； ( 6 ) 正在进行的持续研究和开发促进了酸乳制品的创新，使之为更多的消费者接受。 1 3 2 国外酸乳市场情况 在欧美及其他发达国家，乳品是人们摄取动物蛋白的最主要食品之一，这些国家的 人均消费量约为3 0 0 k g 年。根据f a o 的统计数据：2 0 0 0 年世界的人均乳品消费量约为l o o k 年，亚洲人均乳品消费量( 不包括中国) 约为4 0 k 年，日本、韩国、中国台北地区和印 度的人均消费量均已超过6 0 k g 年。世界乳品的需求每年按2 的速度在增长，发达国家的 增长率大约是1 ，而酸乳的增长速度超过5 ，从全世界范围来看，酸奶也是发展最快的 乳制品，每年乳制品的新品种中有约7 是酸奶，每年约有近千种酸奶新产品问世。 1 3 3 国内酸乳市场状况 尽管目前我国的乳业市场不断扩大，乳品消费观念在不断提高，但我国年人均乳制品 不足2 0 k g 的消费量与世界人均1 0 0 k 卧发达国家人均1 4 0 蝇的消费量相比还有较大差距。 中国的乳品消费在整体上并没有进入完全理性的轨道。由于营养知识的欠缺，许多人不了 解乳品对改善营养、平衡膳食、补钙和增强体质的重要作用，包括对酸乳的认识也不够， 因而市场占有率也不太高，不过随着人们对酸乳营养价值的认识，人们对酸奶的态度发生 3 江南大学工程硕士论文 了改变，市场占有份额也逐年增加。表1 2 为近几年城镇居民人均乳及乳制品增长情况。 表1 - 2 城镇居民人均乳及乳制品增长情况 由表1 - 2 可以明显看出，酸奶在所有的乳制品中的增长速度最快。据不完全统计，随着 我国居民生活水平和消费观念的转变，酸奶的消费在以后的较长时间内仍旧会保持迅速的 增长势头，这种超常的增长速度在全球酸奶发展史上是非常罕见的，市场前景极为广阔。 1 4 设计方案 1 4 1 产品方案 根据配套根据设备生产能力及市场情况，设计年产酸乳3 万吨。全年生产方案及规 划见表1 3 。 表1 - 3 产品的品种及产量设计 1 4 2 选址 本设计是在通过充分的市场调研，根据维维集团的经验，在选址方面贯彻了食品工厂 选址“应远离重工业区，空气清新，水质清纯，环境幽雅无污染”的原则，其厂址选择在无 锡东北塘镇。 1 4 3 车间生产过程设计 根据酸乳生产工艺要求，需以下建筑物或构筑物。 ( 1 ) 主生产车间：酸乳生产线。 ( 2 ) 原、辅材料库：存放生产用的辅料及包装材料。 ( 3 ) 发酵室：凝固型酸奶发酵用。 ( 4 ) 水处理间：提供液态乳生产配料用的净化水。 ( 5 ) 冷库：存放搅拌型和凝固型酸奶成品用。 ( 6 ) 空压机房：提供某些设备自动化控制所需的压缩空气及生产过程中的需求。 ( 7 ) 化验室：原辅材料的检验及车间成品的理化指标和微生物的检测。 ( 8 ) 更衣室、卫生间：供车间工人使用。 ( 9 ) 锅炉房：提供生产所需要的蒸汽。 ( 1 0 ) 配电室：提供生产用电。 根据以上建筑物功能的区分和工艺要求，车间生产过程如图1 1 所示： 4 第一章绪论 匝画一 图1 1 生产过程车间平面示意图 本设计以我国目前市场经济的实际状况为基础，按照国内的设计规范和标准以及相关 的管理规定，采用最合理、实用的技术进行设计，以节约能源，生产机械化、连续化为前 提，采用先进成熟的工艺、配方，吸收酸乳生产实践中的先进技术经验，以g m p 和h a c c p 的规范要求为准绳，力求技术上先进可靠，布局上合理规范【2 j 5 第二章工艺流程确定及论证 第二章工艺流程确定及论证 2 1 产品和产量确定 根据从优化工艺以及合理探究酸乳厂车间配置上来看，选择年产量3 万吨酸乳的生产 规模，产品的产量设计情况见表2 1 。其中1 年按1 0 个月计算，每月按3 0 天计算。 表2 1 产品的品种及产量设计 名称规格产量 包装方式备注 凝固型 2 5 0 m 瓶 酸乳 3 2 舸框 1 2 0 0 0 吨塑瓶包装 鲜奶含量在8 0 以上 2 0 0 m l 包 屋顶型复合纸包装 鲜奶含量在8 0 以上 搅拌型酸2 0 包借 1 8 0 0 0 吨 乳5 0 0 m 胞 1 2 包箱 屋顶型复合纸包装鲜奶含量在8 0 以上 2 2 工艺流程确定 2 2 1 搅拌型酸乳的工艺流程 搅拌型酸乳的生产工艺流程如图2 1 所示【4 1 。 图2 一l 搅拌型酸乳的生产工艺流程 7 江南大学工程硕士论文 2 2 2 凝固型酸乳的工艺流程 凝固型酸乳生产工艺流程如图2 一- 2 所示。 图2 2 凝固型酸乳的生产工艺流程 2 3 工艺论证和说明 2 3 1 原料乳的要求及检验 2 3 1 1 原料乳理化指标检测 制造优良品质的乳制品，必须选用质量优良的原料乳，原料乳送到加工厂时，必须进 行逐车或逐批验收，验收时对原料乳进行嗅觉、味觉、外观、尘埃、温度、酒精、酸度、 比重、脂肪、蛋白质、全乳固体、细菌数等进行严格检验，必须符合下列要求1 5 】： ( 1 ) 采用健康母牛挤出的新鲜天然乳汁； ( 2 ) 不得使用产前1 5 日内的胎乳和产后7 天内的初乳； ( 3 ) 不得含有肉眼可见的机械杂质； ( 4 ) 具有新鲜牛乳的滋味和气味，不得有外来异味，如饲料味、苦味、臭味、霉味 和涩味等； ( 5 ) 为均匀无沉淀的流体，呈浓厚粘性者不得使用； ( 6 ) 色泽为白色或稍带黄色，不得有红色绿色后显著黄色： r 第二章工艺流程确定及论证 ( 7 ) 酸度不超过2 0 叮； ( 8 ) 要求乳脂肪2 3 1 ，蛋白质 2 9 5 ，非脂乳固体三8 1 ； ( 9 ) 不得使用任何化学物质和防腐剂； ( 1 0 ) 汞和有机氯的残留量应符合以下标准：汞卯0 1 m k ，六六六卯0 2 m g l ( g d d 聪0 0 2 m g l ( g 。 2 3 1 2 原料乳的抗生素检测 由于乳腺炎乳中自血球含量的增加，因此对乳酸菌有不同的噬菌作用，尤其是 在治疗乳腺炎时使用的抗生素在乳中有一定的残留量，实验证明在乳中含有较低浓度 的抗生素时，对发酵也会有较大影响，同时，饮用含抗生素的牛乳及乳制品对人的健 康产生危害，因此建立快速安全高效抗生素检测成为必要，表2 2 是8 种抗生素对发 酵乳制品的影响。 表2 2 抗菌素对乳酸发酵的抑制剂量( i u m 1 ) 为准确、快速检测抗菌素的含量，为酸乳生产提供合格原料，拟采用美国生产的 s n a p 抗菌素检测仪，在1 0 m i n 内可以检测原料乳中的抗菌素的含量，为生产优质的 产品打下良好的基础。 2 3 2 原料乳的净化 原料乳验收后必须净化。其目的是去除乳中的机械杂质并减少微生物的数量，可以采 用过滤净化或离心净化等。简单的粗滤是在受乳槽上装有过滤筛网并铺上多层纱布进行， 进一步过滤则采用双联过滤器，滤布应经常清洗灭菌。使用离心净乳机可以显著提高净化 效果，有利于提高乳制品质量。离心净乳机还能将乳中的乳腺体细胞和某些微生物除去， 净乳机放在粗滤之后，冷却之前。 2 3 3 原料乳的标准化 为了使产品符合规格要求，乳制品中脂肪、蛋白质和非脂乳固体含量要保持一定的含 量，符合生产产品要求。但是，原料乳中的脂肪、蛋白质和非脂乳固体含量随乳牛的品种、 地区、季节和饲养管理等因素不同有很大的差异，因此必须对原料乳进行标准化，调整原 料乳脂肪、蛋白质和非脂乳固体的关系，使其比例符合制品的要求。 我们引进瑞典利乐公司的现代化生产设备，稀乳油的标准化，原料乳经分离机分离成 稀乳油和脱脂乳之后，再按生产需要将稀乳油按比例配与脱脂乳混合，制成要求脂肪和蛋 白质含量的标准化乳。如果原料乳中脂肪含量不足时，应添加稀乳油或脱去部分脱脂乳， 当原料乳中脂肪含量过高时，应添加脱脂乳或脱去部分稀乳油，标准化工作采用在线或配 料罐中。 2 3 4 杀菌 均质后的料液经板式热交换器进行杀菌热处理，条件是：9 5 巧m i n ，杀菌后再经板式 热交换器迅速冷却至4 3 左右。杀菌热处理是发酵乳制品生产的基本步骤之一。用于制造 发酵乳制品的原料乳要求比一般消毒乳更强烈的热处理。热处理主要作用有： 9 江南大学工程硕士论文 ( 1 ) 杀灭乳中病原菌和噬菌体；灭活乳中固有的免疫球蛋白、溶菌酶等天然抑制成分； 减少其他微生物数量并钝化脂肪酶。 ( 2 ) 排除乳中的溶解氧，降低其氧化还原电位，且产生一些促乳酸菌生长成分( 如甲酸) 。 ( 3 ) 杀菌后蛋白热变性使乳酸菌得到更多的可利用肽和氨基酸，并形成了少量s h 基化 合物，促进乳酸菌生长。 ( 4 ) 乳清蛋白变性改善了终制品的硬度和粘度，并防止乳清析出。 2 3 5 发酵剂的扩培生产 ( 1 ) 乳酸茵的生长可分为四个阶段： ( a ) 缓慢期这是牛乳接种后立即进入的阶段，菌种活性受阻碍是由于微生物在新的培 养基中须调整并适应。 ( b ) 对数期此阶段菌种表现出最大活力，即只要生长条件适宜，菌种翻代时间最短。 ( c ) 稳定期对数期到达一确定点后，由于缺乏营养和代谢物质的积累，如乳中乳酸导 致活性菌数恒定，即菌的死亡和生成得到平衡。 ( d ) 衰亡期主要由于不适宜的生长条件，活菌数开始下降。 ( 2 ) 制备工作发酵剂的方法： 发酵剂宜采用三种形式制作【6 】： ( a ) 商业公司直投式发酵剂； ( b ) 直投式发酵剂继代一次用于生产； ( c ) 采用继代式发酵剂，即： 商业发酵剂_ 母发酵剂一中间发酵剂_ 工作发酵剂 此过程必须在保证绝对安全卫生的状况下进行。 2 3 6 接种发酵 用定量泵将工作发酵剂打入经杀菌并冷至4 3 的乳液中。搅拌型酸奶在发酵罐 中添加工作发酵剂，工作发酵剂的添加量为3 左右，一般发酵时间为4 小时左右， 控制终点的酸度为7 0 0 t 左右。达到终点开动搅拌器搅拌3 m i n 左右，通过板式热交换 器将酸乳冷却到2 0 2 5 准备灌装。凝固型酸乳的发酵时间一般为3 4 小时，凝固状 态良好，酸度在6 5 0 t 左右时移入冷库进行后发酵。 2 3 7 灌装 搅拌型酸乳的灌装美国国际纸业的屋顶包进行灌装，要求灌装温度在2 0 2 5 ，灌 装好的产品进入冷库进行后发酵，使酸奶的香气和质地更好。凝固型酸奶在暂存罐中接 种后必须立即进行灌装，一般要求接种后的料液在4 5 m i n 内灌完，否则在接种后的 奶开始凝固后再灌装，会严重影响产品的口感和质地。 2 3 8 冷藏及出厂 进入冷库中的产品必须保存二十四小时后才能出厂，保证产品有充足的后发酵时 间。酸乳在整个运输过程中必须使用冷藏车，尽量避免大的振动，以保证产品的状态 完好。 1 0 第二章工艺流程确定及论证 2 4 小结 ( 1 ) 在产品选择上，充分考虑市场乳制品消费特点，重点确定以生产酸乳为主，避 免产品太多、小而全，从而影响生产效率； ( 2 ) 利用进口的抗生素快速测定仪，体细胞、全乳成分测定仪，强化原料乳品质控 制； ( 3 ) 在原料乳的验收中；贮存中，利用4 只3 0 吨贮乳罐，将根据原料乳之特点进行 分收，并最大化利用原料乳质量，调度生产适宜产品，以实现经济效益和产品安全的最大 化； ( 4 ) 采用预杀菌工艺，提高原料乳贮藏安全性，并确保产品安全性； 第三章物料衡算 第三章物料衡算 物料衡算包括该产品的原辅料和包装材料的计算。通过物料衡算，可以确定各种主要 物料的采购运输和仓库储存量，并为生产过程中所需的设备和劳动力定员的需要量提供计 算依据。计算物料时，必须使原、辅料的质量与经过加工处理后所得成品相损耗量相平衡。 加工过程中投入的辅助料按正值计算，加工过程中的物料损失，以负值计入。这样，可以 计算出原料和辅料的消耗定额，为下一步设备计算、热量计算、管路设计等提供依据，也 可为劳动定员j 生产班次、成本核算提供计算依据。 3 1 原料乳及成品乳的成分要求 原料乳及成品乳的成分要求见表3 1 表3 1 原料乳及成品乳的成分要求 单位： 本设计酸乳成分要求参照( 毋2 7 4 6 19 9 9 ，酸乳是以鲜乳为原料，加糖、稳定剂发酵而 成的，则鲜牛乳经配料、预热、均质、杀菌、发酵而成的。发酵后的酸乳应达到全脂酸乳 的国家标准，原料乳的标准化即是以此为基础的1 7 1 【8 】。 考虑到市场上酸乳产品的口感及组织状态的特点，本设计将酸乳的蛋白质含量定为 2 5 ，脂肪定为2 7 ，非脂乳固体为7 。则原料乳应占最终产品的8 5 ，酸乳中糖7 ， 水( 包括稳定剂) 8 。 3 2 原料乳标准化计算 原料乳的耻兰= o 3 6 9 标准化乳的r - 兰= o 3 8 6 因为 r ，原料乳中的脂肪含量偏低，必须向原料乳中添加乳脂肪。本设计将采用 从原料乳中取一部分进行脱脂，把取得的稀奶油加到剩余的原料乳中。 3 2 1 稀奶油及脱脂乳成分的假定 假定脱脂乳中脂肪的含量f 2 = o 2 稀奶油中脂肪的含量f l - 4 0 稀奶油中非脂乳固体的含量为( 假定原料乳与稀奶油和脱脂乳中，非脂乳固体和无脂 乳之比不变，即有公式：而享葛= 丽亲百= 而享i ) s ：墅型：8 4 塑堂：5 2 1 0 0 一，j l o o 一3 1 3 2 2 每t 原料乳中应加的稀奶油量( k 加) r = 罴糍= 罴篇器一o 3 8 6 计算得 ，f=一=i j n丌鼻一得 1 0 0 0 xs o + k 4 0 xs 1 0 0 0 8 4 + 鬈柏5 ，2 0 江南大学工程硕士论文 k o _ 3 0 4 0 垤 3 2 3 得到3 0 4 0 l g 稀奶油的同时得到的脱脂乳的量( 1 ( o d r = 坠等等竺 ：竺皇兰兰兰鱼兰竺：堡：3 1 = 一= _ 7 n 3 0 4 0 + 2 计算得 硒2 = 3 9 3l5 k g 3 2 4 每t 原料乳进行标准化应进行脱脂的原料乳的量( m ) m = k 4 0 + t 2 = 3 0 4 0 + 3 9 315 = 4 2 3 5 6 蚝 故每1 0 4 2 3 5 6 埏原料乳可得到标准化乳1 0 0 3 0 4 蚝及3 9 3 1 5 蚝的脱脂乳。 3 2 5 标准乳的成分 f 标= ! q 竺竺兰墨墨! 兰垒：! q q q 兰三：! 丝! ：q 兰q 兰! q 丝：3 2 1 2 ” l 0 0 0 + k 柏 1 0 0 0 + 3 0 4 0 s 标：型竺兰型! 查塑兰鱼! ：! 型兰兰：坐! ：型兰! ：塑：8 3 8 9 ” 1 0 0 0 + 1 0 0 0 + 3 0 4 0 3 2 6 当总原料乳量为1 t 时可得到的标准化乳( m 1 ) m l ：黑1 0 0 3 0 4 0 ：9 6 2 2 8 0 k g 1 0 4 2 3 5 6 用于分离稀奶油的原料乳m 2 = 意淼1 0 0 0 = 4 0 6 4 k g 得到稀奶油的量m 3 = 乏尝4 0 6 4 = 2 9 1 6 蚝 删脂糊量脚淼4 0 船3 7 7 2 2 k g 3 3 车间物料平衡计篁 3 3 1 原料乳的物料衡算 本设计要求日产1 0 0 t 酸乳，需原料乳1 0 0 8 5 ；8 5 t 。考虑到各工序的物料损耗，故每 日原料处理量需大于8 5 t 。先假设为a t 。【9 l 1 at 原料乳经分离、标准化后得到的稀奶油为2 9 l6 a k g ，脱脂乳为3 7 7 2 2 a k g ；标准 化乳为9 6 2 2 8 0 a k g 。 2 乳液经粗滤、脱气、净化及标准化等工序后，物料损耗以o 5 计，则 m 5 = 9 6 2 2 8 0 a ( 1 0 5 ) = 9 5 7 4 6 9 a k g 3 预热杀菌、均质、9 5 5 m 访杀菌等阶段的物料损耗以o 1 5 计，则 m 6 _ 9 5 7 4 6 9 a ( 1 一o 1 5 ) ：9 5 6 0 3 2 a k g 4 发酵损耗按0 1 计，则 m 7 = 9 5 6 1 0 4 ( 1 一o 1 ) = 9 5 5 0 7 6 a 蚝 6 灌装按o 1 计，则 m 9 = 9 5 5 0 7 6 ( 1 一o 1 ) = 9 5 4 1 2 l a k g 7 酸乳成品率 对原料乳：写磊是等= 9 5 4 1 对标准化乳： 竺! 兰：! 兰! 兰：9 9 1 6 对标准化乳： 淼= 9 9 1 6 1 4 第三章物料衡算 8 包装 凝固型酸奶日产4 0 t ，折算成体积为器= 3 8 8 3 5 o l 聚乙烯塑料瓶：每瓶2 5 叫= 0 2 5 l ，则日产等1 5 5 3 4 0 瓶。每框按3 2 瓶计，则 每天框数为 学硼5 4 箱。 2 0 叫屋顶包日产3 0 t ：每包2 0 删2 l ，则日警1 4 5 6 3 1 包。每箱按2 0 等硼箱 一，z 1 2 0箱 5 0 0 m l 屋顶包日产3 0 t ：鲍5 0 0 删5 l 则日警 5 8 2 5 2 包。每箱按1 2 包 计，则装箱数为 等硼5 4 箱 一斗6 ) 1 2褶 3 3 2 原辅材料的耗算 3 3 2 1 屋顶包搅拌型生产线 屋顶包生产线所用原辅材料耗算如表3 2 所示【1 0 1 。 表3 2 屋顶包生产线所用原辅材料耗算 3 3 2 2 塑瓶凝固型生产线 塑瓶生产线所用原辅材料耗算如表3 3 所示。 1 5 江南大学工程硕士论文 表3 3 塑瓶生产线所用原辅材料耗算 3 4 小结 ( 1 ) 根据原料乳和成品的指标进行了标准化计算； ( 2 ) 根据原料乳标准化计算，确定生产车间所有的原料和辅料的消耗定额，为下一 步设备计算、热量计算、管路设计等提供依据。 1 6 第四章热量衡算及相关设备选型 第四章热量衡算及相关设备选型 4 1 热交换设备类型的确定 在酸乳的整个生产过程中，需要热交换设备主要有以下几块：原料乳净冷却、原 料乳标准化、酸乳发酵前的杀菌、冷却，发酵乳冷却降温，要求热交换设备“既准确 满足工艺参数，又留有适当余地”。另外，由于这一阶段各个环节在时间上衔接紧凑， 升温，降温所需或所释放的热量可以互相充分利用，这就进一步要求热交换设备的选 择必须有利于热量循环利用f 1 1 j i 瑙。 根据以上要求，对比目前国内常用的板式、列管式、刮板式换热器，可以确定选 用平板式较好其优点为： 1 、传热效率高由于板与板之间的空隙小，换热流体在其中通过时可获得较高 流速，且传热板上压有一定形状的凹凸沟纹，流体通过时形成急剧的湍流现象，以致 可获得较高的传热系数。 2 、结构紧凑，设备占地面积小板式换热器在较小的结构体积内可容纳较多的 传热面积。如以充填系数计算，每1m 3 体积内可容纳2 0 0 m 2 的传热面积，是管式热 交换器的4 7 倍。 3 、较大的适应性根据工艺条件和计算，增减传热板的片数或改变板的排列和 组合，即可满足多种不同生产工艺的要求，并可配置自动化仪表进行工艺条件的自动 控制。 4 、适宜于处理热敏性物料由于板与板之间的空隙小，产品以高速薄层通过， 受热时间短，不致有过热现象产生，对热敏性物品如牛奶、果汁等食品的预热、杀菌 尤为适宜。 5 、操作安全卫生在安全密闭的情况下操作，从结构组合上保证两种流体不致 相混合，如一旦发生泄漏也只是向外泄出，易于发现。板式换热器拆装简易，既便于 拆开清洗，也可实现“就地清洗”。 6 、热量得到充分利用，节约热能加热和冷却可组合在一套板式换热器内，受 热后的流体可对刚进入的流体进行预热，同时自身被冷却，从而可大大节约能源。 4 2 热量衡算过程的说明 本设计中，通过板式换热器进行热交换的两介质均采用逆流传热。 4 2 1 根据换热器两端( 牛奶入口一热冷水出口，牛奶出口热冷水入口) 的温差， 按照f ：垒1 2 = 垒! ! ，求出对数平均温差。 ” 1 n 堕 f l 4 2 2 根据热量衡算式q ：m c t _ k t m a ，可求出换热器所需面积 m c 丁 a = 一 k 乙 已知： m 一牛奶流量k g m 1 7 江南大学工程硕士论文 c 一牛奶比热容k j l ( g k t 一牛奶的入口、出口温差 k 一总传热系数k j m 2 k h 4 2 3 根据换热面积a 选择b r l u h t x 型换热器。x 为换热面积数，要求x 、a 且与a 最接近。在该换热器系列的不同流道流程排布方式中，优先选用1 1 ，2 2 即牛奶和水均 为1 个或2 个流道的换热器品种。 4 2 4 计算牛奶和水的热传递单元数n t u 牛、n t u 水 n 刑牛2 筹= 瓮 n 叫水2 h 喇叫牛2 瓮n 叫牛 取较大的n t u ，再