（轻工技术与工程专业论文）日产300吨高品质酸奶节能环保型工厂设计.pdf

摘要 摘要 酸奶历史悠久，它是以各种乳为原料，经乳酸菌发酵而成的产品。 随着上世纪九十年代末开始，我国牛奶行业飞速发展，平均年增长率达到3 0 ，酸 奶的增长也是突飞猛进，各企业为了占领市场，都迅速增加工厂和设备以求提高产品产 量来满足市场。 由于我国牛奶行业的基础薄弱，技术装备和生产水平都处于比较落后的状态，在酸 奶工厂的扩建过程中很多工厂生产工艺设计基本都是简单的复制老工厂的生产，对于各 生产工艺参数设定、设备配置、自动化水平、c i p 清洗等都没有系统的进行分析和设计， 其将会给实际生产带来各种各样的生产隐患，随着企业品牌和无形资产逐渐提高，对产 品的质量和食品安全的要求将会越来越高，因此产品质量是企业的第一竞争力，生产高 质量的产品是企业发展的基础。 目前，很多工厂都过多关注初期投资，很少关注于工厂的实际运行成本，随着市场 竞争的日益激烈，原材料、能源等价格的不断上升，实际运行成本将直接决定产品的竞 争力，现在中央高度重视并已部署的加强节约型社会建设的目标，都要求企业将提高产 品质量，降低生产消耗作为最重要的任务来进行。国家也将通过价格机制、税收等政策 引导来支持各行业的节能环保生产，因此高质量的产品和节能环保型的工厂是现在企业 新建工厂重点考虑的方向。 酸奶工厂设计目前国内设计部门还没有专门的研究，尤其是如何生产高品质产品还 没有相关的经验，尤其在生产工艺、自动化控制等方面存在着比较大的脱节，因此现在 设计部门仅仅进行土建、通风、照明以及水电气冷等公用能源的设计，而生产工艺、设 备选型、现场安装、自动化系统等核心的部分由国外供应商完成，因此很少有国内企业 自己完成比较大的项目，这样给国内的乳品发展造成缺乏核心技术，简单依赖于进口的 局面，要提高自身的技术水平，就需要研究基础的方法，掌握乳品加工的核心技术。另 外，由于在国外各种能源的价格和劳动力的价格昂贵，国外在能源消耗、环保和自动化 水平方面都要比国内有很大的领先，这正是需要学习提高的地方。 高品质酸奶将具体表现在产品风味、组织状态、外观以及微生物等几个方面。以国 内的消费习惯来看，产品风味较浓郁芳香、奶香明显，粘稠度较高，细腻、滑爽以及含 有较多活性乳酸菌的产品更加能够满足消费者的需求。 本设计将围绕着生产奶香明显、酸奶风味浓郁，具有较高粘稠度、细腻滑爽，通过 乳酸菌发酵的高品质酸奶，结合最佳的生产工艺，同时节能降耗、关注环保，采用部分 节能设计和设备，设计一个高品质酸奶的全自动化、节能、环保型工厂，目前根据市场 需求，企业通常在日产3 0 0 5 0 0 吨或以上的工厂采用自动化的方式进行，并且该产量 能够满足城市型冷链产品分销的产量，因此本论文将以日产3 0 0 吨酸奶为设计基础进行 设计。 关键词：高品质酸奶、节能、自动化工厂设计 江南大学专业硕士学位论文 a b s t r a c t y 0 9 h u r th a sal o n gl l i s t o 彤i ti sal 【i n do fm i 比m a d eo fv 撕e 锣n l i l l cf e i m e l l t e db y l a c t o b a c i l l u s a sb e 百加i i l ga tt 1 1 ee 1 1 do f19 9 0 s ，l i l i l l 【i n d u s 时i nc 1 1 i l l ad e v c l o p s 船p i d l y ，m ea v e r a g e 卸m l a lg r 0 、v t hi s 豫t eo f 3 0 触s om e 舯w m o f y o g h u r ti sv e 巧f h s t 1 1 1o r d e rt 0c a p t l l r et 1 1 e m a r k e t ，m a l l ye n t e r p f i s e si 1 1 c r e 嬲ee q u i p m e n t st oi m p r o v eo u t p u tt 0m e e tm a r k e t a st h ef b u l l d a t i o no fc 1 1 i n e s em i l l ( i n d u s 臼yi s v e 珂w e a l ( ，t e c h i l i c a le q u i p m e n ta 1 1 d p r o d u c t i o nl e v e l sa r ei nab a c k w a r ds t a t e a uy o g h u r tf a c t o d e si l lm ee x p 觚s i o np r o c e s sm a d e as i m p l ec o p yo ft l l eo l df a c t o d e s p r o d u c t i o n i th 嬲n os y s t e m a t i ca 1 1 a l y s i sa | l dd e s i 朗f o rt 1 1 e p r o d u c t i o np r o c e s sp 猢e t e r ss e t ，e q u i p m e n tc o 娟g u r a t i o n ，t 1 1 el e v e lo fa u t o m a t i o na n dc i p c l e 枷n g i t 谢j 1b eb r o u 曲tt o1 1 j d d e nd a l l g e r si nt h ea c t u a lp r o d u c t i o n a st h ec o 印o r a t eb r a n d a n di n t a i l g i b l ea s s e t sg r a d u a l l yi n c r e a s e ，i t 、析l lb ei n c r e a s i n g l yh i 曲i nt l l ep r o d u c t q u a l i 锣a n d f o o ds a f e t ) ，r e q u i r e m e n t s ，s op r o d u c tq u a l i t ) ri s t 1 1 ef i r s tc o m p e t i t i v e n e s si n e m e r p r i s ea 1 1 d h i 曲一q u 削i t ) rp r o d l l c t si st 1 1 eb a s i sf l o re n t e 叩r i s ed e v e l o p m e n t a tp r e s e n t ，m a l l y 蠡c t o r i e sh a v et o om u c hc o n c e ma b o u tt t l ei 1 1 i t i a li n v e s n l l e n t ，a n dl i t t i e a t t e n t i o nt on l ea c 删r u 疵n gc o s t s w i t l lt h ei i l c r e a s i n 9 1 y 五e r c em a r k e tc o m p e t j t i o n ，瑚v m a t e r i a l sa i l de n e 唧s 埘c e sr i s i i l g ，t h ea c t u a lo p e r a t i n gc o s t s 诵1 1d 洫c t l yd e t e 肌i i l et l l e c o m p e t i t i v e i l e s s o ft l l e i r p r o d u c t s t h e c e n t r a l a u t h o r i 锣 d e m a l l d st ob u i l da c o n s e r v a t i o n 嘶e m e ds o c i a l ，s o “w i l lr e q u i r ee n t e 叩r i s e st o i i l l p r 0 v ep r 0 ( 1 u c tq u a l i 锣，b u t l o 、v e rp m d u c t i o nc o n s 啪p t i o n s t a t e sw j l la 】s og u j d et l l ei n d u s 仃yt 0s u p p o r tm ep m d u c t i o n o fe n e r g y 。s a v i n ge n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb y 埘c em e c h a i l i s ma 1 1 dt a x 撕0 np o l i c y ni st 1 1 e n e wd c t i o no fl l i 曲q u a j i t y ，e n e r g y s a v i n ga n de 1 1 v 的衄e n t - 衔e n d l yp r o d u c t so f 恤p l a l l t s t oc o n s i d e r y o 曲u r tp l 锄t so fd e s i g nh a si l o ty e ts p e c i a l i z e dr e s e a r c hi l lt l l ed o m e s t i cd e s i g ns e c t o r n o w ，i np a n i c u l 瓯d on o th a v et 1 1 ee x p d e n c e sh o wt 0p r o d u c eh i 曲q u 翻j t ) ，p r o d u c t s ， e s p e c i 址l ym e r ei sar e l a t i v e l yl a r g eo u to ft o u c hi nt i l ep r o d u c t i o np r o c e s s 锄da u t o m a t i c c o n 仃d 1 s on o wd e s i 朗s e c t o r sj u s td e s i 朗i nt h ec i v i le n g i n e e 血g ，v e n t i l a t i o n ，l i 曲t i i l ga n d e n e r g yu t i l i t i e s ，b u tt 1 1 ec o r ep 硼sc o m e 舶mf o r e i g l ls u p p l i e r s ，s u c ha sp r o d u c t i o np r o c e s s e s ， e q u i p m e n ts e l e c t i o n ， o n s i t ei n s t a l l a t i o n ，a u t o m a t i o n s y s t e m s s ov e 巧 f e wd o m e s t i c e n t e 印一s e sh a v ec o m p 】e t e dt 1 1 e i rr e 】a t i v e l y1 a r g ep 叫e c t s i tm a l ( e sal a c ko fc o r et e c l l l l o l o g y a n dj u s tr e l i 锄c eo ni m p o n si nd o m e s t i cd a i 珂d e v e l o p m e n t 7 r o 沛p r o v et 1 1 e i rt e c l m o l o g i c a l l e v e l ，i t b 弱e do nm en e e dt os t u d yt h ew a yt oc 印n 鹏t l l eh e 疵o fd a j r yp r o c e s s i n gt e c l l l l o l o g y 1 1 1 a d d i t i o i l s i i l c et 1 1 ef o r e i g l lk e 印a 1 1 e a dt l l a nt l l ed o m e s t i ci 1 1 e n e r g yc o n s 啪p t i o n ， e n v i r o m e n t a lp r o t e c t i o n ，i ti s 也en e e dt os t u d ya 1 1 di m p r o v et 0u s h i 曲一q u a l 竹y o g l l u np r o d u c t si n c a m a t ec o n c r e t e l yi ns 叫e ，o 珞狐z a t i o n ，a 1 1 dj o o ka 1 1 d m i c r o o r g a l l i s m s ，锄do t l l e ra s p e c t s t bt l l ed o m e s t i cc o n s u l n p t i o nh a b i t s ，m ep r o d u c t so fm i l k f l a v o r ，l l i 曲e rv i s c o s i 哆，d e l i c a t e ，s m o o t l la n dc o n t a i nm o r ea c t i v 蛔1 a c t i ca c i db a c t 甜ai sm o r e p o p u l a r t 1 1 j sp 印e r 谢l lf o c u so nh i 曲- q u a l 毋y o 曲u no fn l i l kn a v o r ，k 曲e rv i s c o s i 谚，d e l i c a t e ， s m o o t ha i l dl a c t i ca c i db a c t e r i af e m e n t a t i o n ，w h i c hc o m b i l l i n gt l l eb e s to fp m d u c t i o n j i a b s 缸锹 t e c l l i l o l o g y ，e n e r g y s a v i n g ，a l v i r 0 咖e n t a lc o n c e m s ，a n dd e s i g na1 1 i 曲- q l l i 锣y o g h _ u n - w i d e 硼t o m 撕0 1 1 锄e r g ) ，- s a v i n g 锄d 明v i m 姗e n t 一衔e n d l yp l a n t a c c o r d i n gt ot l l ec u 碳眦m 玳e t d 锄a 1 1 d ，e i l t e 印r i s e su s u a l l yu s ea u t o m a t i o nm 卸n e ri i ld a i l yo u 肇u to f 3 0 0t 05 0 0t o n sa n dt 1 1 e 0 u i _ t p u tc 觚m s om e e ta 矗0 z e i lp r o d u c t sc h a j ni nac i 哆，s ot 1 1 i sp a p e r 晰l ld e s i 印b a s e do nt 1 1 e d a i l yo u 印u to f3 0 0 t o n so f y 0 曲u n k e y w o r d s ：h i 曲- q u a l i t ) ，y o g h u r t ，e n e 理黟一s a v i i l g ，a u t o m a t i cp l a n td e s i 印 i i i 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 中不包舍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： 日期：= o o 八年八月十四日 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人有关数据库 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 签名：越导师签名： 日期：= o o 八年八月十四日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 酸奶工厂背景介绍 酸奶历史悠久，它是以各种乳为原料，经乳酸菌发酵而成的产品。目前，在我国市 场上供应的酸奶多以牛奶加工而成。它保留了牛奶的原有的全部营养成分，经过乳酸茵 发酵，风味更是别具一格。 酸奶营养丰富，易被人体消化吸收，东方人普遍存在乳糖不耐受的情况，因此酸奶 尤其适合在国内的发展，随着上世纪九十年代末开始，我国牛奶行业飞速发展，平均年 增长率达到3 0 ，酸奶的增长也是突飞猛进，各企业为了占领市场，都迅速增加工厂和 设备以求提高产品产量来满足市场。酸奶产品的分销过程需要冷链，考虑到投资回报， 通常酸奶工厂的日产能在3 0 0 5 0 0 吨之间选用自动化生产线比较合适。 由于我国牛奶行业的基础薄弱，技术装备和生产水平都处于比较落后的状态，在酸 奶工厂的扩建过程中很多工厂生产工艺设计基本都延续以前的方法，通过简单增加设备 数量来提高产量，对于各生产工艺参数设定、设备配置、自动化水平、c i p 清洗等都比 较盲目，没有系统的进行分析和设计，因此很多工厂都存在各种各样的生产隐患，随着 产品产量的不断提高，企业在消费者中的关注度也越来越高，也就意味着企业品牌的无 形资产逐渐提高，对产品的质量和食品安全的要求将会使采用陈旧加工工艺和设备的企 业生产如履薄冰，为保证产品质量，投入的人力物力将大大增加。在激烈的市场竞争过 程中，不断增加的成本将对大大影响企业的市场竞争力。因此，越来越多的企业将产品 质量作为企业的第一竞争力，生产高质量的产品是企业发展的基础。 另外很多工厂都过多关注初期投资，很少关注于工厂的实际运行成本，随着竞争的 日益激烈，原材料、能源等价格的不断上升，实际运行成本将直接决定产品的竞争力， 而在生产过程中不断实施改造，会造成投资的增加和设备的浪费，同时会影响生产及产 品质量。现在中央高度重视并已部署的加强节约型社会建设的目标，都要求企业将提高 产品质量，降低生产消耗作为最重要的任务来进行。国家也将通过价格机制、税收等政 策引导来支持各行业的节能环保生产，因此高质量的产品和节能环保型的工厂是现在企 业新建工厂重点考虑的方向。 1 2 概况 酸奶工厂设计目前国内设计部门还没有专门的研究，尤其是如何生产高品质产品还 没有相关的经验，。生产企业在激烈的市场竞争和与国内外同行的交流中有了极大的提 高，但是设计部门在生产工艺、自动化控制等方面存在着比较大的脱节，因此造成了现 在设计部门仅仅进行土建、通风、照明以及水电气冷等公用能源的设计，而生产工艺、 设备选型、现场安装、自动化系统等核心的部分由国外供应商完成。国外的设备供应商 由于有着数十年成功的乳品经验，工艺设计基本都由设备供应商完成，因此很少有国内 企业自己完成比较大的项目，这样给国内的乳品发展造成缺乏核心技术，简单依赖于进 口的局面，为提高自身的技术水平，需要研究基础的方法，掌握乳品加工的核心技术。 1 江南大学专业硕士学位论文 另外，由于在国外各种能源的价格和劳动力的价格昂贵，国外在能源消耗、环保和自动 化水平方面都要比国内有很大的领先，这正是需要学习提高的地方。 高品质酸奶将具体表现在产品风味、组织状态、外观以及微生物等几个方面。从酸 奶角度来看，不同地区的消费习惯不同，产品的风味分为：浓烈、芳香、淡爽等类型， 组织状态分为：浓稠型( 流动性不好，适用于用勺子取食) 、常规型( 流动性一般，适 用于吸管吸食) 以及爽滑型( 流动性好，适用于直接饮用) 等；在微生物方面也分为常 规乳酸菌( 保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌) 发酵、益生菌发酵和后添加益生茵型等。 以国内的消费习惯来看，产品风味较浓郁芳香、奶香明显，粘稠度较高，细腻、滑 爽以及含有较多活性乳酸茵的产品更加能够满足消费者的需求。 1 3 课题意义及论文内容 在酸奶行业迅速发展的阶段，研究并设计具有较高生产水平，拥有自身核心竞争力 的自动化工厂具有非常现实的意义，高质量的产品满足消费者日益提高的产品需求，自 动化的设计能够保证工厂生产出稳定、高质量的产品，同时能够大量减少工人的使用， 避免人为因素引起的质量波动和损失。考虑到工厂的环保和节能，将对能源再次利用， 对降低生产成本，提高能源利用率，减少环境污染有着重要的意义。 综上所述，本论文将围绕着生产奶香明显、酸奶风味浓郁，具有较高粘稠度、细腻 滑爽，通过益生菌发酵的高品质酸奶，结合最佳的生产工艺设计一个日产3 0 0 吨高品质 酸奶的全自动化工厂。在本论文中将主要进行生产工艺的分析和设计，通过不同的设备 选型和安装设计，在保证生产高品质酸奶的基础上进行工艺优化，达到降低能源消耗、 提高生产效率，减少排污和生产成本的环保型工厂。 根据现在市场各家工厂的产品比例和设备配置，工厂日生产产品方案见表1 1 ： 表1 1 工厂日生产产品方案 1 、a b 1 一lp r o d u c t i o nd 撕l ys c h e d u l e 2 第一章绪论 酸奶的生产系统包括：收奶系统、混料系统、杀菌系统、菌种系统、发酵系统、待 装灌装系统、c i p 系统，热水系统等。 本论文将围绕以上生产系统对工厂布置、生产工艺流程设计、设备选型、车间平面 布置、能源消耗以及能源系统选型等进行设计。 3 江南大学专业硕士学位论文 第二章工艺流程设计 2 1 产品方案 由于酸奶工厂原料基本采用奶牛当日产的牛乳，并且酸奶是消费者每日饮用的产 品，因此酸奶工厂全年没有停产时间；按照3 6 5 日计算。 本论文设计为日生产3 0 0 吨高品质酸奶为依据，根据市场情况的划分，凝固性酸奶 为1 0 0 吨、搅拌型酸奶2 0 0 吨，具体的产品种类的见表2 1 。 表2 1 工厂日生产产品方案 1 a b 2 一lp r o d u c t i o nd a i l ys c h e d u l e 2 2 设计标准 2 2 1 工厂输入和输出 工厂的原材料输入由收奶系统和混料系统完成，能源系统输入包括水、电、蒸气、 气、冷等设施。 工厂输出为：产品、污水以及能源损失等，产品输出根据产品方案和设备方案，见 表2 2 。 日常运转时间： 收奶8 h r d a y 时天 7d a y w e e k 日周 前处理 16 h r d a y 时天7d a y w e e k 日周 包装1 6 h r d a y 时天 7d a y w e e k 日周 不包括开机和原位清洗时间。 表2 2 工厂输出灌装线排布设计表 r 2 l b 2 - 2f i l l i n gm a c h i n ed i s t r i b u t ef o rp l a n to u t p u t 4 第二章工艺流程设计 高品质酸牛奶技术指标参考酸牛奶国家标准g b 2 7 4 6 一1 9 9 9 ，具体内容见表2 3 ， 表2 3 酸牛奶质量标准 t a b 2 3y 0 9 h u nq u a 脚s t a n d a r d 项目纯酸牛奶调味酸牛乳、果料酸牛乳 色泽 全脂部分脱脂脱脂 呈均匀一致的乳白色或微黄色 滋味和气味具有酸牛乳固有的滋味和气味 组织状态 脂肪， 蛋白质， 非脂乳固体， 酸度，o t 苯甲酸，g k g 山梨酸，g k g 硝酸盐( 以n a n 0 3 计) ，m g k g 亚硝酸盐( 以n a n 0 2 计) ，m g k g 黄曲霉毒素m 1 ，n g k g 大肠菌群， m p n 10 0 m l ， 致病菌( 指肠道致病 菌和致病性球菌) 组织细腻、均匀，允许有少量乳 清析出 3 1 1 m 之0 2 9 8 1 o 0 3 不得检出 全脂部分脱脂脱脂 呈均匀一致的乳白色，或调味 乳、果料应有的色泽 具有调味酸牛乳或果料酸牛乳应 有的滋味和气味 果料酸牛乳有果块或果粒。 o 52 5 7 0 o 1 1 o o 2 o 5 9 0 不得检出 0 2 3 o 2 3 5 4 o多6 3 5 2 6 80 江南大学专业硕士学位论文 参数最小值最大值单位 参数最小值最大值单位 化学和物理参数参照水的化学和物理参数。 2 2 2 4 冰水 连接点供应数据要求见表2 7 。 6 第二章工艺流程设计 压力 温度 3 0 0 o 4 0 0 2 l ( p a ( c ) 千帕 o c 化学和物理参数参照水的化学和物理参数。 2 2 2 5 压缩空气 连接点供应数据要求见表2 8 。 表2 8 压缩空气要求标准 t ，l b 2 8c o m p r e s sa i rs t a n d a r d 2 2 2 6 电气介质 定额电压2 3 0 4 0 0v ，5 0h z ； 最大电压浮动5 ； 最大频率浮动1 ； 1 5 千瓦或以上的电机设计为y d 启动( 星型三角型连接) ； 设计、设备和材料遵循国际电气委员会i c e 标准环境数据。 防护等级要求： 加工及灌装区i p5 4 公用实施区域i p5 4 储存区域 i p5 4 现场不锈钢柜i p6 5 2 2 2 7 室外气象条件见表2 9 表2 9 室外气象条件 t a b 2 9o u t s i d ew e a t h e rc o n d i t i o n 7 江南大学专业硕士学位论文 2 2 2 8 加工车间湿温条件见表2 1 0 表2 1 0 加工车间温湿条件 1 a b 2 10p 1 a n ti n s i d ec o n d i t i o n 2 2 3 原材料 2 2 3 1 水 为了保证设备的正常功能，要求水能达到下述规格， 连接点供应数据要求见表2 1 l 。 表2 1 1 水标准 t l b 2 1 1p r o c e s sw 乱e rs t a n d a r d 2 2 3 2 脱脂奶粉 基本参数见表2 1 2 。 8 第二章工艺流程设计 2 2 3 3 全脂奶粉 基本参数见表2 1 3 。 9 江南大学专业硕士学位论文 2 2 3 4 可可粉 基本成分见表2 1 4 。 表2 1 4 可可粉基本成分 t a b 2 - l4c o c 0p o w d e r b a s i cc o m p o n e n t s 微生物数据见表2 1 5 。 1 0 第二章工艺流程设计 色泽 口味 p h 纯度 7 4 9 9 7 o 2 0 2 达到标准 达到标准 2 2 3 6 无水黄油 无水奶油基本参数见表2 一1 8 。 江南大学专业硕士学位论文 脂肪 蛋白质 总固体物 总细菌数 3 1 2 9 1 1 2 5 0 0 ，0 0 0 c f u 恤l 2 2 4g m p 对车间作业区域的要求 乳制品生产车间应当保持空气的清洁，防止污染食品。各生产作业区空气中的菌落 总数见表2 2 0 。 表2 1 9 车间空间菌落总数要求 t a b 2 - 19p l a l l ts p a c ec o l o n yr e q u e s t 作业区每平皿菌落数( c 纠皿) 清洁作业区 准清洁作业区 3 0 5 0 1 2 第二章工艺流程设计 2 3 工艺流程设计 酸奶生产根据产品的生产不同分为搅拌型酸奶和凝固性酸奶，主要区别在发酵和灌 装的过程中采用不同的顺序和工艺，具体的工艺流程见图2 一l 。 收奶u 脱气、过滤、冷却u 储存 菌种系统u 巴氏杀菌u 混料暂存 在线添加 i审l ；豳i l豳| 审| 匝) i l畦； l 叵 | 标准化 厂 主 混料 - - 下菘_ 崮 匝妇 ， 区固 口 图2 1 酸奶生产工艺流程 f i g 2 1y o g h u r tp l i o d u c t i o nf l o w 本设计为生产奶香明显、酸奶风味浓郁，具有较高粘稠度、细腻滑爽，通过乳酸菌 发酵的高品质酸奶，生产原料采用高品质的无抗生奶为原料，通过收奶系统、混料系统、 巴式杀菌系统( 在线标准化系统) 、菌种系统、发酵系统、待装、灌装系统、c i p 系统、 热水系统以及冷库储存等系统进行加工，各系统描述如下： 2 3 1 收奶系统 牛乳挤奶后，牛奶应立即冷却至4 以下，并且一直保持这一温度直至送到乳品厂。 如果在这一期间冷却环节中断导致乳温升高，牛乳中的微生物就开始繁殖，随着微生物 的生长繁殖，出现各种代谢产物和酶类。虽然以后的冷却将阻止这一进程，但牛乳的质 1 3 江南大学专业硕士学位论文 量已经受到损害，细菌数增高，同时各种代谢产物及酶类将影响终产品的质量。原料奶 用奶桶或保温奶罐车运送至乳品厂，无论哪种运送方法要求都是一样的，牛奶必须保持 良好的冷却状态并且没有空气进入。运输过程的震动越轻越好。 病牛的奶和含有抗菌素的奶或含有杂质的奶均不能被乳品厂接收，即使牛乳中含有 微量的抗菌素，也不适合生产以细菌为发酵剂的产品，通常在收奶前需要对原奶质量进 行检验，主要指标有： 滋味和气味； 清洁度检查，奶罐和奶桶的内表面应仔细地检查； 杂质度检验： 卫生检验，主要检验牛乳中细菌数的含量； 体细胞数，当牛乳中的体细胞数超过5 0 0 ，0 0 0 个m l 意味着奶牛得了乳房疾 病； 蛋白含量； 脂肪含量； 冰点，可以通过测定冰点来检测牛奶中是否掺水，正常组成成份的牛奶冰点 是一o 5 4 一0 5 9 ，如果掺水冰点将上升。 牛乳从农场或收奶站被送至乳品厂进行加工。到达加工厂的奶槽车直接驶入收奶 间，收奶间通常能同时容纳数辆奶槽车。奶槽车的出口阀与一台脱气装置相连，牛乳经 过脱气被泵送至流量汁，流量计不断显示牛乳的总流量。直至所有牛乳卸车完毕，奶泵 的启动由与脱气装置相连的传感控制元件控制。在脱气装置中，当牛乳达到能防止空气 被吸入管线的预定液位时，奶泵开始启动。当牛乳液位降至某一高度时，乳泵立即停止， 避免空气混入牛乳中。通常情况下，在运输途中，不可避免地奶温会略高于4 。因此， 牛乳在贮存等待加工前，通常经过板式换交换器冷却到4 以下。 经计量冷却后，牛乳进入贮奶罐。酸奶现有贮奶方式主要有两种：即室内贮罐储存 和室外大罐贮存，室内贮罐的容积通常为2 0 3 0 吨，优点在于较小的贮罐能够区分不 同质量的原料，便于管理和产品的追溯，但是设备投资较高。现在室外储奶仓保温效果 好，在满罐的情况下，2 4 小时温度升高基本能够达到小于1 ，因此室外大罐贮存对于 原料品质好、不需要区分的产品比较适合，该方式投资节省、储存效率高，未经处理的 原乳贮存在大型立式贮奶罐中容积为2 5 ，0 0 0 1 5 0 ，0 0 0 升。通常容积范围在5 0 ，o o o 1 0 0 ，o o o l 。较小的贮奶罐通常安装于室内，较大的则安装在室外以减少厂房建筑费用。 本设计将采用通过带有自动控制脱气、过滤、输送、计量和冷却的收奶线进行收奶， 原料奶冷却后在室外储奶仓中进行储存，为保证室外奶仓在半罐时温度不升高，因此室 外奶仓将采用下半部分的冷却夹套进行保温。 2 3 2 混料系统 在酸奶的生产过程中，混料系统的主要功能是将固体原料与液体原料混合在一起， 使物料成为均一稳定的液体供下游设备加工使用，例如将奶粉、糖、稳定剂等固态物料 溶解于原奶或者水中。 1 4 第二章工艺流程设计 混料的主要方法有两种： 批次混料：即将固体或液体物料直接投料至混料罐，利用管内的搅拌器将物料分散， 经过一段时间的搅拌，将物料混合，如图2 2 。该种方法管道中原料损失少，便于精确 计量，但是由于罐体搅拌器的限制，通过罐体对罐内物料加热效率较低，部分含吸水性 强的胶体需要强烈的搅拌剪切，因此，对于需要温度调整的大批次混料以及胶体的溶解， 批次混料的局限性非常的明显，随着自动化技术的广泛应用，在大规模的生产中该方法 已经不经常使用，本设计将不采用，在此也不详细进行说明。 图2 2 批次混料 f 嘻2 2 b a l c h b l e n d i “g 图2 3 连续混料 f i g2 3c o n t i n u eb l 蛐曲喀 图2 - 4 连续真空混料 f i 昏2 4c o n t i n u ev a c u mb 1 e n d i n g 连续式混料：即种将混料罐中的液体进行循环，在液体循环过程中通过混料泵产生 的真空将固态物料从料斗中吸入管道，在管道中与液体物料进行混合，从而达到混料的 目的，如图2 3 ，24 。该方法混料效果好，生产量大，在循环管路上增加加热或冷却设 备非常容易对混料温度进行控制，粉料随液体物料循环逐渐加入，浓度上升缓慢，搅拌 剧烈，便于物料充分混合，配合多只泥料罐既能够实现连续投料，连续出料的生产方式。 在进行混料生产的过程中，需要注意以下几点： 空气混合：原料乳中含有过高含量的空气具有以下缺点。 1 5 江南大学专业硕士学位论文 空气混合：原料乳中含有过高含量的空气具有以下缺点。 发泡，在混料过程中产生大量的泡沫，造成原料的损失： 巴氏杀菌器上焦化，由于液体中含有泡沫，在杀菌器的加热界面空气将游离出来， 使原料在换热器表面焦化、结垢，影响杀菌器的换热效率，增大能耗降低设各 的使用时间和使用效率： 在均质机中产生空穴作用，由于均质机是利用高压突然释放，将乳脂肪球通过剪 切以及空穴作用打碎从而达到分散的目的，但是原料中的空气在压力下降产生真 空的过程中将产生气穴现象，容易造成均质机均质阀磨损，降低均质效果，增加 设各的维修率； 增加脂肪氧化的风险，酸奶原料中含有05 3 的脂肪，在生产过程中原料奶中含 气较高容易造成脂肪氧化，而产生不良的风味。 粉料结块，由于奶粉或稳定剂在溶解过程中会吸收水分，当粉料浸润性不好时容 易造成粉料结块，从而不容易达到分散的目的，粉料溶解时问变长，效率降低。 乳脂分离，在混料过程中，混料器对原料进行搅拌已达到混合均匀的目的，但是 过度剧烈的搅拌会造成原料中的脂肪分离出来，脂肪球会复聚在一起，在贮存的 过程中由于脂肪的密度比水低，从而造成脂肪上浮影响产品的质量。 针对以上原因，本论文在设备选型时综合考虑解决以上问题，选择在线真空高剪切 混合方式进行混料，真空混料系统的结构图见图2 5 。 图2 5 真空混料系统的结构图 f i g2 - 5v a c u mm j x e rs y s t e ms t r i l m r e 真空混料器罐体为密封罐，在循环混料过程中，物料进料量通过流量控制阎控制， 使罐内的料液保持在设定的范围内，在罐顶部利用真空泵产生真空，粉料通过液面以下 节囹 霞糜 曩遴豳 图2 7 总固形物2 5 浓缩乳，3 0 下混合效果圈 2 - 73 0 b l 吼d 吨e 彘c t f o r t s2 5 c o n c e 呦把m i l k 能够明显的看出，经过1 5 分钟的混合，乳脂肪球被分散的效果明显。真空高剪切 1 7 江南大学专业硕士学位论文 设备的乳化效果明显。 混料系统设计要点： 在混料系统中，考虑到生产过程的连续性，本设计将采用三只混料罐进行配合， 能够同时达到进料、混料以及出料的目的，保证生产的连续高效性； 奶粉、糖等物料在热水中溶解速度较快，4 肛5 0 热水能够使奶粉中的蛋白质水 合的效果更好，通常水合时间是4 0 5 0 至少2 0 分钟。为节约加热水的时间，本 设计将集中提供4 5 热水供生产使用，为保证配料的准确性，热水计量采用流 量计进行计量，计量精度1 ； 本设计将采用总奶量1 3 左右的牛奶进行升温配料，剩余2 3 的牛奶避免加热和 冷却，在混完料后在混料缓冲罐中进行添加和定量，可以节省混料时间和能源 消耗； 由于酸乳产品中需要添加其他类的添加剂，如乳化剂、稳定剂、营养强化剂等， 其所需要不同的溶解温度，在混料系统中设计了加热板式换热器，以达到调整 温度的目的。加热板换物料是牛乳，加热温度4 5 “0 左右，使用蒸汽直接加热， 温度太高，会造成牛奶在板片上结焦、结垢，影响产品质量降低换热效果。为 避免因换热温度太高而造成产品结焦，采用热水作为中间介质，将温度稳定的 控制在设定的范围之内。结构见图2 8 。 图2 8 热水加热系统图 f i g 2 8h o t w | a t e ru n i t s 混料好的物料温度在4 5 左右，牛乳属于高营养培养基，在该温度下不能够久 存，必须将其冷却到1 0 以下，以利于贮存，在混料系统中设计了冷却板式换 热器，本设计的冷却将采用循环水冷却+ 冰水冷却的两段式冷却方式，先将物 料温度利用平均2 8 的冷却循环水降温，然后再用2 冰水进行冷却，以达到节 1 8 第二苹工艺流程设计 约能源，降低冰水的消耗，降低生产成本的目的。 由于混料、出料、清洗等生产步骤会同时进行，在各管路的连接点上必须充分 考虑生产安全的影响，严格避免因阀门泄漏造成各物料之间的混合，因此设计 必须考虑防混，实现防混的功能有以下几种方法： 分流板( 如图2 9 ) ：根据需要连接，同时只能连接两个物料口，断开时则不存在混 合的可能，因此能够达到防混的目的，但是只能手动操作，自动完成切换，并且在切换 过程中生产需要中断，物料损失大。 蝶阀( 如图2 1 0 ) ：需要使用三只蝶阀，在断开的过程中，排空口的阀门始终保持 打开的状态，a ，b 任何一个管路的阀门发生泄漏都将从打开的阀门漏出。需要连接时排 口空阀门关闭，a 、b 管路阀门打开完成连接。该方法可以实现自动化操作，设备投资少， 但是自动化控制点多，产品浪费较多，排空口不容易进行清洗，一般用在生料侧。 单座阀( 如图2 一1 1 ) ：需要使用二只单座阀，下面单座阀的下阀体常开，两个阀门 如有泄漏都将由下阀体排出，避免产品混合的风险，该方法可以实现自动化操作，自动 化控制点较多，产品浪费较少，排空口不容易进行清洗，一般也用在生料侧。 防混阀( 如图2 1 2 ) ：需要使用一只单座阀，一只该阀为双密封圈，两密封圈之间 为泄漏腔，任何一侧的密封圈泄漏都将由泄漏腔中流出，避免物料混合，在清洗过程中 可以通过专门的清洗管路清洗泄漏腔，以达到清洁卫生的要求。还有一种防混阀上下阀 座能够单独运动，在清洗过程中可以清洗密封圈，卫生等级更高。 a 图2 9 分流板 f i g 2 9f l o wp l a t e 图2 1 l 单座阀 f i g 2 - 1ls i g n a ls e a tv a l v e 1 9 图2 1 0 蝶阀 f i g 2 10b u t t e m y v 甜v e 图2 1 2 防混阀 f i 9 2 - l2m i xp r o o fv 砒v e 江南大学专业硕士学位论文 由于混料系统属于生料区域，考虑到投资和设备性能，本设计采用带泄漏腔清洗的 防混阀进行应用，流程见图2 1 3 。 图2 1 3 混料工艺图 f i g 2 13b l e n d i n gs y s t | e mf l o wc h a r t 2 3 3 杀菌系统 牛乳热处理的主要目的是杀死致病微生物和破坏能够破坏乳制品的风味和缩短其 保质期的其他物质和其他类微生物。从微生物的观点看，牛乳的热处理强度是越强越好。 但是强烈的热处理对牛乳的外观、味道和营养价值会产生不良的后果。牛乳中的蛋白质 在高温下会变性，这意味着经过强烈的热处理，会受到严重的损害；剧烈的加热使味道 改变。首先出现了蒸煮味，继而是焦糊味。因此，时间和温度的组合的选择必须考虑到 微生物和产品质量两个方面，以实现最佳效果。 受奶牛养殖水平的影响，我国生奶的微生物指标比较高，尤其是嗜冷菌在储存温度 下会代谢生成蛋白酶和解脂酶，该酶能够将蛋白质分解成为带苦味的短肽，是造成“苦 奶”等产品缺陷的主要原因，为保证牛奶在加工过程中的品质稳定通常会对牛奶进行预 杀菌，牛奶的理化指标会随着季节的变化、饲料结构的变化而变化，这样直接影响了最 终产品的品质，为了简化混料步骤，本论文将选用自动标准化设备对牛奶进行标准化， 生奶的脂肪球粒径较大，容易产生脂肪上浮的情况，在使用室外大罐储存过程中容易造 成原料品质上下不均匀，而影响产品品质，因此预处理的内容包括：净乳、自动标准化、 均质以及预杀菌。 由于均质过程是对牛奶中的脂肪进行均质，使较大的脂肪球均质成为较小的脂肪 球，根据斯托克斯定律，延长脂肪球在牛奶中的上升时间，缓解牛奶在储存过程中脂肪 上浮的情况。如果所有牛奶通过均质设备，那么均质设备的能力需要比较大，生产过程 中能源的消耗也会增加，而牛奶中大量的脱脂奶不用进行均质，因此，本设计将采用部 分均质的方法进行生产，生奶经过杀菌机预热、脱气后进入乳脂分离机，乳脂分离机具 有净乳、乳脂分离的作用，通常将原奶分离成为含脂率4 0 左右的稀奶油和含脂率0 0 5 的脱脂奶，进入均质机的奶油含量不能超过1 8 ，否则会发生相转换的变化，因此部分 脱脂奶与稀奶油混合后进入均质机进行均质，均质后的稀奶油经过自动标准化设备中的 2 0 第二章工艺流程设计 计量设备进行计量，同时脱脂奶也经过计量，根据预先设定好的脂肪含量，p l c 自动进 行计算，并分配脱脂奶与稀奶油的混合比例，从而达到标准化的目的，经过标准化的牛 奶经过杀菌机7 2 ，保持1 5 秒的杀菌过程，经过能量回收和冷却，使温度降至4 进 行储存。设备流程如图2 1 4 ： 图2 1