年产量3400吨乳粉厂设计.doc

1 食食 品品 工工 艺艺 学学 课课 程程 设设 计计 设计题目设计题目 年产量 3400 吨乳粉厂设计 姓姓 名名 靳琪勋 学学 号号 093010030133 年年 级级 09 级 系系 部部 食品科学与工程 专专 业业 食品质量与安全 指导教师指导教师 何丽萍 完成时间完成时间 2012 6 4 2012 6 10 2 年产量年产量 3400 吨乳粉厂设计吨乳粉厂设计 目目 录录 1 前言前言 3 1 1 设计目的设计目的 3 1 2 设计要求设计要求 3 1 3 设计依据设计依据 4 1 4 国内乳粉工业现状国内乳粉工业现状 4 2 工艺流程的确定与分析工艺流程的确定与分析 4 2 1 工艺流程图工艺流程图 4 2 2 生产工艺说明生产工艺说明 5 2 3 产品方案确定产品方案确定 8 3 工艺计算及设备选型工艺计算及设备选型 8 3 1 工艺计算工艺计算 8 3 2 设备选型设备选型 12 3 3 主要设备选型列表主要设备选型列表 17 4 小结小结 17 3 1 前言前言 1 1 设计目的设计目的 培养学生综合运用所学基础理论和专业知识的能力 分析和解决食品工厂 工艺设计中一般工程技术问题的能力 提高学生的绘图能力和计算机应用能力 增强和拓展学生的专业技能 通过课程工艺设计 深化学生对设计思想 设计 方法 设计规范的理解 培养学生良好的学习方法 为毕业设计打下坚实的基 础 1 2 设计要求设计要求 1 按时有序地完成各项设计内容 2 独立完成设计任务 不弄虚作假 不抄袭别人的成果 3 严格遵守纪律 在指定的地点进行课程设计 4 严格遵守 CAD 设计室的有关规章制度 5 按规范撰写设计说明书 1 3 设计依据设计依据 本次设计过程中的主要参考资料 食品工艺学 乳制品加工技术 乳品工艺装备 以及多种有关资料 作为理论基础 充分利用了学校图书馆的现有资料进行设计 并在指导老师的 指导下 进行了一些工艺改进 1 4 国内乳粉工业现状国内乳粉工业现状 就我国目前已有的技术和设备 已使加工的乳粉在很大程度上保持了牛乳 的风味 色泽和营养价值 并具有良好的速溶性 现在 乳粉的生产除最大限 度的保存牛乳的营养成分和速溶性外 更注重对牛乳营养成分的调整 使其更 符合不同生理状况人群的营养需要 生产出母乳化婴儿乳粉 强化乳粉等新品 种 另外 牛乳的浓缩干燥单元操作是乳品工业中消耗热源最多的工程 在能 源日益匮乏的今天 研究浓缩 喷雾干燥过程中的节能技术也有着长远意义 4 2 工艺流程的确定与分析工艺流程的确定与分析 2 1 工艺流程图工艺流程图 2 2 生产工艺说明生产工艺说明 2 2 1 原料乳的验收标准原料乳的验收标准 生产无公害鲜牛乳的奶牛饲养管理方式应符合 NY T 5049 的要求 生产无公害乳制品的原料奶要求符合 NY 5045 2001 标准的规定 2 2 2 原料乳的过滤原料乳的过滤 原料乳的主要成分 含 量 范 围 平 均 值 水 分85 5 87 587 5 总 乳 固 体10 5 14 513 0 脂 肪 2 5 6 0 4 0 蛋 白 质2 9 5 03 4 乳 糖3 6 5 54 8 无 机 盐0 6 0 90 8 考虑到杂质来源 杂质颗粒大小以及所处地点的具体条件 我们把过滤主 要分成以下三个阶段 把杂质由大到小逐步除去 过滤前牛乳含有 l0 30ppm 的 杂质 原原 料料 乳乳冷却 冷却 4 过滤及净化 过滤及净化 20 流化床干燥冷却流化床干燥冷却 真空浓缩真空浓缩喷雾干燥喷雾干燥预热杀菌预热杀菌 5 95 15s 筛粉 包装筛粉 包装检验出厂检验出厂 5 纱布过滤 主要是除去牛乳中混有的粗杂质 将消毒过的纱布折成 2 4 层让牛奶流过 一般是扎在奶桶口或受奶槽上 凡是将牛奶从一个地方送至另 一地方 从一个容器到另一容器 需用纱布进行基本的过滤 但要注意纱布的 严格消毒 管内过滤器 安装在物料管内 利用不锈钢丝网去除牛乳中较细杂质 通常选用的是双联式过滤器 它一般用在原料乳称重完后流往换热器冷却的管 路中 其体积小 价格低 效率高 过滤后可达到只有 0 3ppm 的杂质 离心式净化机净化 除去牛乳中及细微的杂质 如空气中的尘埃 细胞 鳞片 以及牛乳中卵磷脂 上皮细胞 白血球等 本设计采用双联过滤器进行过滤 2 23 原料乳的冷却原料乳的冷却 冷却的目的 冷却的目的 提高原料乳的抗菌力 抑制细菌的繁殖 防止鲜乳的酸度迅速提高 保箨军季礴味 i 从而保证产品质量 延长牛乳贮存时间 以便于生产调度 本设计中的冷却或加热设备均选用板式换热器 具体型号由后面章节计算 出的换热面积确定 2 2 4 原料乳的杀菌原料乳的杀菌 杀菌的目的 杀菌的目的 杀灭存在牛乳中的全部病原微生物 1 杀死存在牛乳中出病原微生物外的绝大部分微生物 合使产品中的微生物残 2 存量达到最低值 达到国家卫生标准的要求 成为安全食品 破坏牛乳中各种酶的活性 尤其要破坏脂酶和二氧化酶 以延长乳粉的保质 3 期 提高乳粉的热稳定性 4 提高了浓缩过程中牛乳的进料温度 使牛乳的进料温度超过浓缩锅内相应牛 5 乳的沸点 杀菌乳进入浓缩锅后即自行蒸发 从而提高了浓缩设备的生产力 或牛乳的进料温度等于浓缩锅内牛乳的沸点 也同样可以提高设备的生产能力 并可减少浓缩设备加热器表面结垢现象 高温杀菌可提高乳粉的香味 同时又因分解含硫氨基酸 而产生活性硫氨基 6 6 提高了乳粉的抗氧化性 延长了乳粉的保质期 牛乳的杀菌方法 低温长时间杀菌法 63 保温 30 min 高温短时间杀菌法 85 90 保温 3 5 min 超高温瞬时杀菌法 120 135 保温 1 4 s 本设计的一大特点就是杀菌和蒸发的连续进行 这样就可以最大程度地利 用蒸发器中的热量将标准乳预热到杀菌温度 而事实上后面的蒸发过程选用的 真空蒸发沸点进料 所以要利用这些蒸汽加热就只能选用高温短时间杀菌法 85 24s 2 2 5 原料乳的真空浓缩原料乳的真空浓缩 牛乳真空浓缩的目的牛乳真空浓缩的目的 牛乳中含有 87 5 89 的水分 在全脂乳粉生产中 牛乳经过浓缩可除 1 去 70 80 的水分 因而可提高喷雾干燥设备的效率 在设备设计时可减少干燥 室的容积 节省钢材 减少投资 并可相应地减少动力及热能的消耗 可使牛乳中的干物质提高至一定值 使牛乳的颗粒直径增大色泽改善 2 冲调性也有所改善 乳粉颗粒较大 利于粉尘回收设备分离 提高了回收设备的分离效率 使产品 的产率提高 损失较小不 提高了乳粉的密度 减少了包装过程中粉尘飞扬现象 沾粘现象 便于 3 包装 本设计采用多效将降式蒸发器 2 2 6 牛乳高压喷雾牛乳高压喷雾 喷雾干燥的特点喷雾干燥的特点 干燥速度快 物料受热时间短 整个干燥过程仅需 10 30s 牛乳营养 成分损失小 乳粉溶解度高 冲调性好 乳粉颗粒表面温度较低 从而减少热敏性物质的损失 产品具有良好的 理化性质 通过调节工艺参数可以控制成品指标 如 乳粉颗粒大小 状态和水分 含量等 整个过程都是在密闭状态下进行的 卫生质量好 产品不易受外界污染 7 操作控制方便 适用于连续化 自动化 大型化生产 占地面积大 一般需要多层建筑 一次性投资大 热效较低 只有 35 50 左右 蒸发 lkg 水分需要 2 3kg 饱和蒸汽 本设计选用的是压力式顺流喷雾干燥塔对蒸发后的浓缩乳进行干燥 2 2 7 包装包装 包装的目的包装的目的 防止乳粉吸湿 结块 变质 便于销售 携带 利于运输 贮藏 避免紫外线照射 防止乳粉中香味散失 防止外界的一切污染 利用包装引起消费者注意 并注明重量 成分 用途及食用方法等 本设计中奶粉的包装将选用 500 克 袋的真空充氮的袋装 包装材料将选 用偏聚二氯乙烯 袋装好后为了运输的方便性 将把袋装乳粉人工装箱 24 袋 箱 2 3 产品方案确定产品方案确定 乳粉年产量为 3400t 由于产品本身特点 全年生产没有明显淡旺季之分 则每年以 250 天计 其余为节假日和设备检修日 每天以 3 班制计 每班工作八小时 则每班生产量 q班 3400 0 8 250 3 5 67 t 其中 K 为设备不均匀系数 取 0 8 3 工艺计算及设备选型工艺计算及设备选型 8 3 1 工艺计算工艺计算 3 1 1 物料衡算物料衡算 成品 3400 t 乳粉 每班产品 5 67 t 按班产量进行物料衡算 1 在喷雾干燥过程中 设干燥前浓缩奶的含水量为 W1 55 干燥后乳粉 中含水量 W2 3 则进入干燥塔前物料为 G1 G2 100 3 100 55 5 67 97 45 12 22 t 干燥塔内水分蒸发量为 W G2 G1 12 22 5 67 6 55 t 2 浓缩过程中 浓缩后的奶量为 12 22 t 浓缩过程中除去 75 的水分 则 浓缩前的乳液量为 12 22 1 0 75 48 88 t 浓缩过程中蒸发掉的水量为 48 88 12 22 26 66 t 3 杀菌过程中无物料损失 物料平衡图 每班 物料平衡图 每班 原料乳验收 预处理 48 88 吨 冷却 贮乳 48 88 吨 浓缩乳 12 22 吨 脱去水分 26 66 吨 喷雾干燥 12 22 吨 蒸发水量 6 55 吨 每班乳粉 5 67 吨 3 1 2 热量衡算热量衡算 9 1 杀菌过程热量衡算杀菌过程热量衡算 牛乳的杀菌采用巴氏杀菌技术 通常采用的杀菌条件为 80 85 保持 30 秒钟 本设计采用牛乳原料温度 T1 20 杀菌后温度 T2 85 每班需要处理牛乳原料 86240 Kg 则杀菌过程牛乳需要的热量为 Q m c T2 T1 4880 0Kg 2 5 10 J Kg 85 20 7 93 10 6 KJ 设杀菌过程中热量损失为 20 则实际需要热量为 Q 7 93 10 6 1 20 9 91 10 6 KJ 全年的热量消耗为 Q 9 91 10 6KJ 250 2 7 43 10 9 KJ 年 2 浓缩过程热量衡算浓缩过程热量衡算 杀菌后的乳液流经管道过程中直到进入真空浓缩器之前存在温度差 设进入 真空浓缩器的温度为 T3 50 真空浓缩器内温度为 T4 75 则浓缩过程中 需要的热量为 Q m c T4 T3 48800 2 5 10 J Kg 75 50 3 05 10 6 KJ 设浓缩过程中的热量损失为 20 则实际需要热量为 Q 3 05 10 6 KJ 1 20 3 81 10 6 KJ 全年的热量消耗为 Q 3 81 10 6 KJ 250 3 2 86 10 9 KJ 年 3 喷雾干燥过程热量衡算喷雾干燥过程热量衡算 喷雾干燥过程中的水分蒸发量 6 55 t 10 根据水分蒸发量可选用 YPLI 2000 型立式压力喷雾干燥设备 水分蒸发量 2000kg h 则处理原料所需时间 6500 2000 3 25 h 蒸汽消耗量 2400Kg h 水蒸汽的比热为 c 2 1 10 J Kg 则蒸汽的热量 为 Q c 2400Kg h 3 25 2 1 10 J Kg 2400 Kg h 2 25 1 14 10 7J 全年的热量消耗为 Q 1 14 10 7 3 250 8 51 10 9 KJ 全年总的蒸汽消耗量 Q 总 7 43 10 9 2 86 10 9 8 51 10 9 18 8 10 9 则生蒸汽的消耗量 W 18 8 10 9 2 1 10 3 8 95 10 6 kg 年 3 1 3 其他计算其他计算 1 用水量计算用水量计算 鲜奶冷却水用量 T1 20 T2 15 t1 0 t2 4 G 6 11T h 则冷却 水用量为 W C G T1 T2 100 t1 t2 9 4 6 11 20 15 4 0 116 26 T h 即换热器的用水量为 116 26 T h 2 用电量计算 用电量计算 根据物料所选用的设备选型对生产工艺过程进行用电量计算 贮奶罐 本生产过程选用两台用电功率为 1 14Kw h 的立式贮奶罐贮存每日的原料乳 贮存罐工作的时间就是过滤器过滤的时间 已知过滤器的得过滤面积为 0 75 11 则 则每日的用电量为1 14Kw 3 1h 3 42Kw h 则每年的用电量为3 42 250 855 Kw h 过滤器 本生产过程选用的过滤器的电机功率为 12Kw 班 则 每日的用电量为12Kw 3 36 Kw h 每年的用电量为36 250 9000 Kw h 浓缩器 本生产过程选用的是功率为 27 2Kw 的三效将模式蒸发器 生产过程每班 需蒸发 26 66t 的水 则每日需要处理时间为 26660 3 3200 2 1 64h 每日的用电量为1 64h 27 2kw 44 51 Kw h 每年的用电量为44 51 250 11126 52 Kw h 喷雾干燥设备 本生产过程选用的是处理量为 2000Kg h 的干燥器 功率为 72kw 每小时水分 蒸发量为 374kg 则 每日喷雾干燥塔工作的时间为 374 8 3 2000 4 49h 每日的用电量为 72 4 49 323 28 Kw h 每年的用电量为323 28 250 86112 Kw h 包装机 本生产过程选用的是包装效率为 30 80 bags h 包装量为 125Kg h 每袋 400g 功率为 2kw 每日的用电量为2 8 7 2 Kw h 每年的用电量为2 250 3 1500 Kw h 则每年的总用电量为 P 11126 52 9000 1500 855 86112 108648 52 Kw h 3 2 设备选型设备选型 12 3 2 1 贮奶罐贮奶罐 名称型号规格效能净重价格 约 LCH 22t0 7t8000 LCH 55t1 1t15000 立式贮奶罐 LCH 1010t2t25000 一般情况下选罐的总容量为日处理量的 50 100 本设计选用罐的总容 量为日处理量的 50 即 70 吨 所以这里选用 7 个 10 吨的立式贮奶罐贮存原 料乳 3 2 2 奶泵奶泵 乳液输送过程中需要乳泵 本设计处理量较大 所以选用处理量较大的 WB10 30 型奶泵 技术参数 型号 WB10 30 流量 10m3 h 扬程 30m 最小汽蚀余量 2 7m 允许席上真空度 72kpa 功率 2 2kw 净出口管径 50mm 40mm 3 2 3 过滤器过滤器 根据物料衡算得 每班处理的原料量为 48 88 t 可以选用双联过滤器 其 主要参数如下 项目技术指标 过滤面积 0 75 过滤温度 100 使用压力 MPa0 2 外形尺寸 mm 长 宽 高 1300 500 1300 电机功率 Kw12 3 2 4 板式换热器板式换热器 冷却冷却 13 虽然有一部分原料乳从牧场收取 已进行了冷却处理 但考虑到运至工厂后的 温度不均 并且还会受季节影响 所以为了保证设备具有足够的冷却能力 本 设计暂定所有原料乳的温度均为平均室温 20 设定每班收奶冷却时间为 4 小 时 班 则冷却处理量为 M 48 88 4 12 22 t h 采用逆流换热 T 20 4 16 对数平均温度差 tm 7 76 换热面积 A M C t 奶 K tm 12220 0 94 20 4 1800 7 76 13 26 m2 注 K 1500 2000kj m2 h 取 k 1800kcal m2 h 所以选用 BP2 一 J 15 型板式换热器 技术参数 型号 BP2 一 J 15 换热面积 15m2 片数 75 最高工作温度 100 外形尺寸 1007 384 1545 净重 434kg 3 2 5 巴氏杀菌巴氏杀菌 采用板式杀菌设备 牛乳进料温度为 55 过热水进水温度为 130 出 料温度为 90 杀菌温度为 85 每班杀菌奶量为 48 88t 班 即 6 11 吨 小时 查手册取板式换热器 K 为 4000W m h K C乳 3 874kJ kg K 采用逆流换热 T 90 55 35 平均温度差 tm 40 换热面积 A M C t 奶 K tm 12220 0 94 35 1800 40 14 5 17 m2 所以选用 BP2 一 J 6 型板式换热器 技术参数 型号 BP2 一 J 6 换热面积 6m2 片数 25 最高工作温度 100 外形尺寸 852 500 1545 净重 338kg 3 2 6 三效蒸发浓缩器三效蒸发浓缩器 根据物料衡算得 每班真空浓缩量为 48 88 他 t 浓缩蒸发量为 26 66 t 选 用 RNJM03 3200 三效降膜式蒸发器 其具体参数如下 项目技术指标 型号名称RNJM03 3200 蒸发量 KgH2O h3200 15 耗气量 Kg h 1100 循环耗水量 T h 19 蒸发温度一效 70 蒸发温度二效 57 蒸发温度三效 45 真空度一效 Mpa69 真空度二效 Mpa83 真空度三效 Mpa90 杀菌温度 84 96 杀菌保温时间 s24 电机总功率 Kw27 2 3 2 7 喷雾干燥喷雾干燥 干燥量为 1528 h 浓奶含水量为 55 奶粉含水量量为 2 喷雾压力为 147 5 10 N 干燥温度为 150 蒸发水量为 820 h 干燥塔直径的计算 首先计算容积干燥强度 AV 0 03T1 1 0 03 150 1 3 5 m2 h m Av 5 6 5 3 840 05 1 W 1 05 D 3 1 3 1 故塔径 干燥塔高度与干燥塔径的关系为 H 1 1 1 2 D 故塔高 m8 75 62 1D2 1H 选择常州市范强干燥设备有限公司的产品 名称 型号 水分蒸发量 加热方式 塔身直径 喷雾干燥塔 YPLI 2000 2000 h 气 电加热补偿或燃油 8000 3 3 8高压泵高压泵 设备选型 选用W6型高压泵 流量 60L min 压力 60bar 转速 600r P m 功率 7 35kw 重量 40 吨 注 水份蒸发量与物料特性 含固量及热风进出口温度有关 用度可根据 16 当地能源选定加热方式 根据物料特性选择收尘 除尘方式 该喷雾干燥设备 带有流化床装置 3 2 9 包装机包装机 每班的工作产量为 5 67 吨 班乳粉 按每袋 400 克计 则包装速率为 1772 袋 小时 即 30 袋 分钟 采用聚乙烯塑料袋包装材料 选择上海精朝机械有限 公司的产品 名称 型号 包装效率 bags h 重量 机械尺寸 包装机 YCIV 2420 30 80 300 900 680 1650 3 2 10 CIP 清洗设备清洗设备 乳制品厂的设备需要 CIP 清洗设备系统进行清洗 选择武汉吴特流体设备 有限公司的产品 名称 型号 酸罐 L 碱罐 L CIP 泵 泵功率 CIP 清洗机 CIP 1 1000 1000 10T