年产2万吨乳粉的生产车间设计

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）食品科学与工程专业食品工厂设计课程设计说明书题目：年产2万吨乳粉的生产车间设计 姓 名那治国学 号专 业食品科学与工程班 级指导教师学 部食品与环境工程黑龙江东方学院食品与环境工程学部2食品工厂设计课程设计任务书设计学生： 指导教师： 一、课程设计题目 生产车间设计二、课程设计目的 经过本课程设计的训练，培养学生从事工程设计的能力，并巩固学生所学到的专业理论知识，提高解决实际问题的能力，进一步提高学生综台能力，以及制图、资料收集整理应用等的技能；提高学生粮食加工的基本工程素质。三、课程设计任务并上交的设计成果1.主要产品工艺流程图(CAD) 1张 A2或A3纸2.生产车间设备平面布置图(手绘) 1张 A2或A3纸3.课程设计说明书四、主要内容及要点1.产品方案及班产量的确定2.生产工艺流程的确定与工艺条件的论证；3.配方设计及物料平衡计算（按工艺流程详细计算），列出原辅料物料衡算表；4.生产车间设备选型与配套（包括主要非标设备的设计）；5.详细准确的热量衡算，给出蒸汽消耗量；6.工艺流程图和车间平面布置图的绘制。（1）工艺流程图：内容包括，设备轮廓示意图、物料管线、CIP管线、水管线、蒸汽管线、设备编号、管道上主要管件阀门和控制仪表、设备一览表、图例，注意图中各设备的外形、尺寸大小及各设备的相互比例关系，工艺流程图应按流水线布置。（2）车间平面布置图绘制厂房和框架的外形，厂房的边墙线及门、窗、柱和楼梯等的位置。标出生产用房、辅助生产用房和生活管理用房的名称、相对位置，并标注轴线号和主要尺寸；绘制出车间内设备或设备基础的外形，标注设备名称、设备编号，并标注出设备定位尺寸；表示出主要操作平台和楼梯的位置，并标注操作平台的主要尺寸；在图纸的右下侧有标题栏，标题栏上方列出设备安装一览表；在图纸右上角画出本图的方向标。 五、设计要求 设计思想与方法正确；态度端正；能正确运用所学的理论知识；按时按量独立完成；图文工整正确、规范流畅，设计计算准确。成果有一定实用性。六、时间安排2011年7月15日前完成。逾期不交无成绩。目录第1章 产品方案及班产量的确定- 1 -第2章 工艺流程的确定及要点说明- 2 -2.1 全脂加糖乳粉的工艺流程设计及要点说明- 2 -2.1.1 全脂加糖乳粉的工艺流程- 2 -2.1.2 全脂加糖乳粉工艺要点说明- 3 -2.2 婴儿配方乳粉的工艺流程设计及要点说明- 6 -2.2.1 婴儿配方乳粉的工艺流程- 6 -2.2.2 婴儿配方乳粉工艺要点说明- 6 -第3章 物料衡算- 9 -3.1 产品的营养成分指标及标准化计算- 9 -3.1.1 全脂加糖乳粉的配方设计及标准化计算- 9 -3.1.2 婴儿配方乳粉的配方设计- 11 -3.2 物料衡算- 11 -3.3 物料平衡表- 14 -第4章 生产车间设备选型- 15 -4.1 主要设备选型与设计- 15 -4.1.1 原料乳冷却器的选择- 15 -4.1.2 脂肪标准化设备的选择- 16 -4.1.3 配料罐的选择- 16 -4.1.4 巴氏杀菌机组的设计- 16 -4.1.5 浓缩设备的选择- 19 -4.1.6 干燥设备的选择- 20 -4.2 主要设备一览表- 20 -第5章 热量衡算- 22 -5.1 加热部分热量衡算- 22 -5.1.1 预处理杀菌阶段- 22 -5.1.2 真空浓缩阶段- 22 -5.1.3 喷雾干燥阶段- 22 -5.1.4 总耗热量- 23 -5.1.5 每小时需要蒸汽量- 23 -5.2 冷却部分热量衡算- 23 -5.2.1 原料乳冷却阶段- 23 -5.2.2 杀菌后冷却阶段- 23 -5.2.3 总耗冷量- 23 -食品工厂设计课程设计说明书第1章 产品方案及班产量的确定本乳粉车间的设计规模为年产2万吨，考虑到原料供应、市场需求的等因素，计划生产两种产品，即：全脱脂加糖乳粉和婴儿配方乳粉，全脱脂加糖乳粉的年产量均为6000吨，婴儿配方乳粉的年产量为14000吨。全脱脂加糖乳粉采用400g铝塑复合膜袋包装，婴儿配方乳粉采用1000g金属罐包装。这两种产品均全年生产，不分淡旺季，扣除部分节假日休息、设备定期检修、突发事故等引起的停产天数，计划全年生产300天，日产量67吨，即：全脱脂加糖乳粉为20吨/日，婴儿配方乳粉为47吨/日，才能满足全年产量要求。生产班制为三班制，每班工作12小时，扣除清洗时间，每班有效生产时间为10小时，即：全脱脂加糖乳粉班产量为10吨，婴儿配方乳粉为23.5吨。第2章 工艺流程的确定及要点说明2.1 全脂加糖乳粉的工艺流程设计及要点说明净乳 冷却 4贮存标准化预热55杀菌 85/15s浓缩45%原料乳验收剩余稀奶油40%化糖适量乳溶解预热65均质20MPa，4MPa喷雾干燥冷却35筛分检验包装 30成品入库热风 168废气 80旋风分离器废气排空稀奶油储罐2.1.1 全脂加糖乳粉的工艺流程 图2-1全脂加糖乳粉的工艺流程图2.1.2 全脂加糖乳粉工艺要点说明2.1.2.1 原料乳的验收原料乳验收必须符合食品安全国家标准生乳（GB 19301-2010）规定的各项要求（详见表2-1、表2-2），严格地进行感观检验、理化性质检验和微生物检验。如不能立即加工，需贮存一段时间，必须净化后经冷却器冷却到46，再打入贮槽进行贮存。牛乳在贮存期间要定期搅拌和检查温度及酸度。 要注意生产乳粉的牛乳，在送到乳粉加工厂之前，不允许进行强烈的、超长时间的热处理。这样的热处理会导致乳清蛋白凝聚，影响奶粉的溶解性和滋气味。表2-1 生乳理化指标项 目指 标检验方法冰点a，b/()-0.5000.560GB 5413.38相对密度/(20/4) 1.027GB 5413.33蛋白质/(g/100g) 2.8GB 5009.5脂肪/(g/100g) 3.1GB 5413.3杂质度/(mg/kg) 4.0GB 5413.30非脂乳固体/(g/100g) 8.1GB 5413.39酸度/(oT)牛乳b羊乳1218613GB 5413.34a挤出3h后检测。b仅适用于荷斯坦奶牛。表2-2 微生物限量项 目限量CFU/g(mL)检验方法菌落总数 2106GB 4789.22.1.2.2 净乳 验收合格的原料乳经奶泵打入分离机或净乳机进行净乳。其主要目的是除去原料乳中的机械杂质和灰尘等非乳成分。2.1.2.3 冷却贮藏 净化后的原料乳，通过板式换热器迅速冷却至46,泵入贮乳罐内储存，储存温度不超过4。2.1.2.4 预热标准化（1）预热预热的目的：降低牛乳粘度便于分离；便于将牛乳中杂质和一部分磷脂、酶及微生物分离而除去；增加脂肪与乳浆的比重差，便于分离。牛乳预热温度达到50上下既可分离稀奶油进行标准化。牛乳的离心分离是凭借牛乳分离机分离钵的高速旋转所产生的离心力，将比重不同的脱脂乳和稀奶油分开，分出的稀奶油储存在储罐中。（2）标准化全脂加糖乳粉的标准化主要是对原料乳的脂肪含量和蔗糖添加量进行调整，使之达到成品的标准要求。脂肪标准化是将原料乳中的脂肪含量与无脂干物质之比（R2）调整到等于乳粉中脂肪含量与无脂干物质之比（R1），蔗糖标准化是将乳中的蔗糖含量与乳干物质之比调整到等于乳粉中蔗糖含量与乳干物质之比。工艺操作过程是先进行脂肪标准化后在进行蔗糖标准化，脂肪标准化采用分离机进行，当R2R1时，要从原料乳中分离出一定量的稀奶油，使R2=R1；当R2R1时，要从原料乳分离出一定量的脱脂乳，使R2=R1。脂肪标准化后要在标准化乳中添加蔗糖，添加量通过蔗糖标准化计算得出，加入方法是将蔗糖用一定量的标准化乳溶解后加入标准化乳中。2.1.2.5 预热均质均质前需要对乳进行预热，温度过高均质形成的黏化现象就少，温度过低均质产生的黏化现象较多，一般在6070为佳，本工艺采用65。均质可以使标准化时混合原料乳，如添加的稀乳油或脱脂乳及蔗糖形成一个均匀的分散系。均质采用二级均质法，即第一级均质使用较高的压力（20MPa），目的是破碎脂肪球，第二级均质使用低压（4MPa），目的是分散已破碎的小脂肪球，防止黏连，形成均匀的乳浊液。2.1.2.6 热处理杀菌这里杀菌的目的主要是杀死如结核杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、李斯特菌等病原菌，及进入乳中的潜在病原菌、腐败菌，以保证乳粉的质量。由于本车间的生产规模较大，所以采用板式热交换器杀菌后，冷却到46，返回冷藏罐暂存，随时取用，进行浓缩。一般认为，高温杀菌可以防止或推迟乳脂肪的氧化，但高温长时加热会严重影响乳粉的溶解度，本工艺采用高温短时杀菌方法，即85/15S。2.1.2.7 真空浓缩原料乳在干燥之前，先经真空浓缩除去乳中70%80%的水分，可节省加热蒸汽和动力消耗，相应地提高了干燥设备的能力，降低成本。同时浓缩也可以提高乳粉的质量。通常采用减压(真空)浓缩。原料乳浓缩的程度直接影响乳粉的质量，特别是溶解度。浓缩乳的质量要求达到浓度与温度稳定，黏稠度一致，具有良好的流动性，无蛋白质变性沉淀现象，总菌数指标符合卫生标准。一般要求原料乳浓缩至原体积的1/4，乳干物质达到45%左右，浓缩后的乳温一般为4750，这时的浓乳浓度应为波美16o14 o，比重为1.0891.100。乳粉的浓缩设备要选用蒸发速度快、连续出料、节能降耗的燕发器。现在常用的蒸发器为双效降膜式、多效降膜式(二效、四效、五效、七效)等蒸发器，有列管式、板式、离心式、刮板式蒸发器等。本工艺采用三效降膜式蒸发器，蒸发温度为：一效蒸发温度6872、二效蒸发温度5762、三效蒸发温度4652。2.1.2.8 干燥浓缩后的乳打入保温罐内，立即进行干操。干燥直接影响乳粉的溶解度、水分、杂质度、色泽和风味等，是乳粉生产中的最重要的工序之一。本工艺采用压力式喷雾干燥，具体流程如图2-2所示：浓缩乳喷雾干燥出粉空气过滤气粉分离加热排风进风图2-2 喷雾干燥工艺流程工艺条件为：喷雾压力20.024.0Mpa，物料温度7072，喷嘴孔径1.02.0mm，进风温度165175，干燥室温度7585，排风温度7580，乳粉水分不超过3.0%。2.1.2.9 出粉与冷却喷雾干燥结束后，应立即将乳粉送至干燥室外并及时冷却，避免乳粉受热时间过长。受热时间过长会引起乳粉中游离脂肪的增加，严重影响乳粉的质量，使之在保存中容易引起脂肪氧化变质。乳粉的色泽，滋气味，溶解度同样会受影响。所以，在喷雾干燥以后，出粉和冷却也是一重要的环节。2.1.2.10 筛粉与晾粉乳粉过筛的目的是将粗粉和细粉布袋滤粉器或旋风分离器内的粉)混合，并除去乳粉团块、粉渣，也使乳粉均匀、松散，便于凉粉冷却。采用机械振动筛，网眼40-60目。晾粉过程中，不但使乳粉的温度降低，同时乳粉表观密度可提高5%，有利于包装。 2.1.2.11 包装当乳粉贮放时间达到要求后，开始包装。这是乳粉生产的最后一道工序，包装质量直接影响到乳粉的保藏性及商品外观。 采用充氮包装。包装要求称量准确、排气彻底、封口严密、装箱整齐、打包牢固。每天在工作之前，包装室必须经紫外线照射30min灭菌后方可使用。包装室配置空调设施，使室温保持在2025，乳粉冷却到28以下，相对湿度75%。凡直接接触乳粉的器具要彻底清洗、烘干灭菌。操作者的工作服、帽、鞋要求清洁，经过消毒；穿戴要整齐；双手洗净消毒后进人操作。包装材质为塑料铝箔复合袋。规格400g。2.1.2.12 装箱入库装箱入库工序包括产品装入外箱、装上运输车送至仓库等。箱体平整、美观，打包带对称均匀。2.1.2.13 检验合格出厂成品由检验员根据产品标准要求，对产品进行有关感官、理化、冲调性、复原乳酸度和微生物指标进行检测。检验合格后方可出厂2.2 婴儿配方乳粉的工艺流程设计及要点说明2.2.1 婴儿配方乳粉的工艺流程婴儿配方乳粉的工艺流程如图2-3所示。2.2.2 婴儿配方乳粉工艺要点说明 婴儿配方乳粉的预处理同全脂加糖乳粉，只有一些个别的工艺条件有所不同，这里只对不同之处加以说明。(1) 采用40左右经过预处理的原料乳在高速搅拌缸内溶解乳清粉、糖等配料，以及维生素和微量元素，然后在与预处理的原料乳，并搅拌均匀；乳清、粉糖、营养素过滤及净化 冷却、贮存 验收均质 65，20MPa混合均质杀菌 85/15s浓缩45%原料乳适量乳溶解脂肪成分喷雾干燥冷却35筛分检验包装 30成品入库热风废气旋风分离器废气排空预热 55图2-3 婴儿配方乳粉的工艺流程(2) 混合后的物料预热到65，在线加入脂肪部分；然后进行均质，均质压力20MPa；(3) 杀菌温度采用85，15s；(4) 浓缩工艺要求与全脂加糖乳粉相同，浓缩终点浓度为45%，但物料出口温度要求保持5560，此时为18oB。(5) 喷雾干燥进风温度为155160，排风温度为8085，塔内负压196Pa。(6) 包装方法同样采用充氮包装，但包装容器采用金属罐，规格为1000g。第3章 物料衡算3.1 产品的营养成分指标及标准化计算3.1.1 全脂加糖乳粉的配方设计及标准化计算3.1.1.1 全脂加糖乳粉的配方设计根据国家食品安全标准乳粉（GB 19644-2010）中对理化指标（如表3-1所示）的要求，并结合当地原料乳质量及本企业实际情况，设计本全脂加糖乳粉营养成分指标，详见表3-2。表3-1 乳粉理化指标项 目指标检验方法乳粉调制乳粉蛋白质/(%) 非脂乳固体a的34%2GB 5009.5脂肪b/(%) 26.0GB 5413.34复原乳酸度/(oT)牛乳 羊乳18714GB 5413.34杂质度/(mg/kg)16GB 5413.30水分/(%)5.0%GB 5009.3a非脂乳固体(%)=100%脂肪(%)水分(%)。b仅适用于全脂乳粉表3-2 全脂加糖乳粉营养成分指标表项 目每100g含量蛋白质/(%) 20.0脂肪/(%) 21.0蔗糖/(%)16.017.0水分/(%) 3.0%3.1.1.2 全脂加糖乳粉的标准化计算跟据原料乳指标要求及全脂加糖乳粉的营养成分指标要求，对全脂加糖乳粉的脂肪和蔗糖进行标准化计算：(1) 基础数据：原料乳(M)1000kg、脂肪含量(F2)为3.5%、无脂干物质(SNF2)为8.3%，全脂加糖乳粉含水量2%、蔗糖16%、脂肪(F1)21%，分离出去的稀奶油含脂肪率(F4)为40%，脱脂乳中脂肪含量(F3)为0.1%。(2) 计算过程求R1、R2由于R2R1，所以要从原料乳中分离稀奶油。脱脂乳中无脂干物质(SNF3) 稀奶油中无脂干物质(SNF4)分离稀奶油量(C)kg乳粉中蔗糖与乳干物质之比(E)标准化乳中乳干物质含量(TS)标准化乳中蔗糖的配比率(Q)(即100kg标准化乳中需添加蔗糖2.19kg)总加糖量(G)kg根据标准化计算可知，1000kg原料乳可以制得含糖标准化乳1004.67kg，其总干物质含量为13.13%。3.1.2 婴儿配方乳粉的配方设计根据国家食品安全标准婴儿配方食品（GB 10765-2010）中对蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素及矿物质的要求，并结合当地原料乳质量及本企业实际情况，设计本婴儿配方乳粉营养成分指标，详见表3-3。表3-3 婴儿配方乳粉营养成分指标表营养成分每100g含量营养成分每100g含量营养成分每100g含量水分/(g)2.5维生素B2/(g)550.0铜/(g)380蛋白质/(g)18.61维生素B6/(g)220.0镁/(mg)35脂肪/(g)20.06维生素B12/(g)2.0铁/(mg)8.0碳水化合物/(g)53.6维生素C/(g)50.0锌/(mg)5.0灰分/(g)3.5烟酸/(g)5000锰/(g)35.0维生素A/(IU)1300.0叶酸/(g)25.0钙/(mg)340.0维生素D/(IU)300.0泛酸/(g)18000.0磷/(mg)300.0维生素E/(IU)20.0生物素/(g)10.0碘/(g)100.0维生素K1/(g)28.0钠/(mg)100.0氯/(mg)350.0维生素B1/(g)450.0钾/(mg)460.0硒/(g)30.0根据上述营养指标及国标对食品添加剂和营养强化剂添加要求，设计本企业婴儿配方食品的配方，见表3-4。表3-4 婴儿配方乳粉配方表物料名称牛乳乳清粉棕榈油三脱油奶油蔗糖维生素混合物矿物质混合物每吨投料/(kg)3260382565664590.26415.986注：牛乳要符合生乳收购标准，即：蛋白质2.8%，脂肪3.1%，非脂乳固体8.1%；乳清粉中水分2.5%，脂肪1.2%；奶油中脂肪含量82%；维生素混合物包括：维生素A 5g、维生素D 0.12g、维生素E 60g、维生素K10.28g、维生素B1 4.5g、维生素B2 5.5g、维生素B6 2.2g、维生素B12 0.02g、维生素C 0.5g、烟酸5.0g、叶酸0.25g、泛酸180g、生物素0.1g；矿物质混合物包括：钠1000g、钾4600g、铜3.8g、镁350g、铁80g、锌50g、锰0.35g、钙3400g、磷3000g、碘1g、氯3500g、硒0.3g。3.2 物料衡算根据质量守恒定律，以产品配方和工艺流程为基础，选择班产量（全脂加糖乳粉：10吨/班；婴儿配方乳粉：23.5吨/班）为计算基准，进行物料衡算，计算过程略，计算结果见物料平衡图，即：图3-1、图3-2。净乳(74655kg) 冷却、贮存(74580kg)预热、脂肪标准化(74580kg)预热均质杀菌(74925kg)蔗糖标准化(73320kg)干燥(21840kg)冷却筛分(10010kg)原料乳验收(74655kg)白砂糖(1605kg)40%浓缩(74850kg)检验包装(10000kg)装箱(25000袋)成品入库(2500箱)包材(25000个铝塑b)0.1%损失(75kg)稀奶油(1260kg)1.69%+2.19%0.1%损失(75kg)水分(53010kg)70.82%0.18%损失(40kg)水分(11790kg)54.08%0.1%损失(10kg)瓦楞纸箱(2500个)图3-1 全脂加糖乳粉物料平衡图注：运输包装采用瓦楞纸箱，每箱10袋。净化(76845kg) 冷却、贮存(76765.1kg)混合均质(76765.1kg)预热均质杀菌(114792.8kg)干燥(51018.5kg)冷却筛分(23500kg)原料乳验收(76845kg)水(23147.5kg)40%浓缩(114792.8kg)包装(23500kg)装箱(25000罐)成品入库(2350箱)包材(23500个金属罐)0.1%损失(79.9kg)棕榈油(1316kg)三脱油(1316kg)奶 油(1504kg)水分(63774.3kg)55.56%0.18%损失(94kg)水分(27424.5kg)53.8%瓦楞纸箱(2350个)乳清粉(8977kg)蔗 糖(1386.5kg)维生素(6.204kg)矿物质(375.7kg)溶 解)40%图3-1 婴儿配方乳粉物料平衡图注：运输包装采用瓦楞纸箱，每箱10袋。3.3 物料平衡表根据每个产品的物料衡算结果，产品方案及全年生产安排的要求，计算原辅料及包装材料的消耗情况，结果见表3-1、表3-2。.表3-3 全脂加糖乳粉与婴儿配方粉物料横算表项目全脂加糖乳粉婴儿配方乳粉吨耗量日耗量年耗量吨耗量日耗量年耗量原料鲜牛乳7465.5kg149.3吨4.48万吨3270kg153.7吨4.611万吨辅料乳清粉382kg17954kg5386.2吨棕榈油56kg2632kg789.6吨三脱油56kg2632kg789.6吨奶油64kg3008kg902.4吨蔗糖160.5kg3210kg963吨59kg2773kg831.9吨维生素混合物0.264kg12.408kg3722.4kg矿物质混合物15.986kg751.342kg225.4kg包材铝塑复合膜2500袋5.0万袋1500万袋金属罐1000个4.7万个1410万个瓦楞纸箱250个5000个150万个100个4700个141万个个第4章 生产车间设备选型4.1 主要设备选型与设计4.1.1 原料乳冷却器的选择由于全脂加糖乳粉与婴儿配方粉前处理工艺基本相同，所以，两个产品的前处理设备放在一起选择。根据工艺要求，要将原料乳从20冷却到4，本设计选择板式热交换器进行原料乳的冷却，冷却介质为冰盐水(-5)，流量为原料乳的2倍，根据物料衡算结果可知，每班需要冷却原料乳151.5吨（生产全脂加糖乳粉的原料乳需要量74655kg/班，生产婴儿配方粉的原料乳需要量76845kg/班），为了保证生产的连续性，选择3台生产能力为10吨/h的板式热交换器。设计参数：牛乳流量G=10000kg/h，盐水流量为牛乳流量的2倍，t1=20，t2=4，t3=-5，原料乳比热(C乳) =3.93kJ/kg，盐水比热(C盐) =3.35kJ/kg。换热器传热板拟选用Bp2-D-65型波纹板，具体参数为：板的工作面积(f)=0.2m2，两板间间隙(h)=0.0028m，板厚()=1.2mm，液流部分宽度(b)=0.27m，牛乳在板间的流速(v)为0.25m/s左右。现设计换热器的传热面积(F)，板片数量(Z)，流程(i)及组合方式。 计算盐水出口(终了)温度t4 确定平均温度差tm注：因为2，故用算术平均值。 确定传热量QQ=G C乳(t1- t2)=100003.93(20-4)=6.288105 kJ/h 计算换热板的组合流道数m取m=15，修正牛乳流速 v=0.2514.7/15=0.245m/s 确定传热面积F、板数Z、流程i及组合方式m2 （取传热系数K=1018.56kJ/ m2h）片 取i=2程由于，盐水流量为牛乳流量的2倍，所以，取盐水流道为牛乳流道的2倍，盐水流速等于牛乳流速，即：盐水流道(m)为30。组合方式为：，需要板片61片4.1.2 脂肪标准化设备的选择脂肪标准化设备选用碟片式分离机，在线控制稀奶油的含脂率和稀奶油的分出量，以达到脂肪标准化得目的。根据物料衡算结果可知，每班有188.1吨原料乳（生产全脂加糖乳粉需要标准化的原料乳为73320kg/班，生产婴儿配方粉配料后需要净乳的原料乳为114792.8kg/班）需要进行标准化或净乳，为了保证生产的连续性，选择2台生产能力为10吨/h的碟片式分离机。4.1.3 配料罐的选择配料罐主要功能是将糖浆与标准化乳进行混合。根据物料衡算结果可知，每班需要混合189.7吨原料（生产全脂加糖乳粉需要混合的物料为74925kg/班，生产婴儿配方粉需要混合的物料为114792.8kg/班），为了保证生产的连续性，选择4个10吨的配料罐。4.1.4 巴氏杀菌机组的设计根据工艺要求和物料衡算结果(每班需要杀菌的原料为189.7吨)，选择2台生产能力为10吨/h的巴氏杀菌机组。该巴氏杀菌机共4段，即：第一预热段、第二预热段、杀菌、冷却段。设计参数：牛乳流量G=10000kg/h，牛乳的起始温度t1=9，牛乳经第一预热段（第二余热回收段）后温度t2=55，牛乳经第二预热段（第一余热回收段）后温度t3=65，杀菌温度t2=85，牛乳最终冷却温度为12，热水起始温度t热=90，热水流量于牛乳流量相同，冷却水温度t冷=4，冷却水流量为牛乳流量的2倍，牛乳的比热(C乳) =3.93kJ/kg，热水和冷却水的比热(C盐) =4.19kJ/kg换热器传热板拟选用Bp2-D-65型波纹板，具体参数为：板的工作面积(f)=0.2m2，两板间间隙(h)=0.0028m，板厚()=1.2mm，液流部分宽度(b)=0.27m，牛乳在板间的流速(v)为0.25m/s左右。现设计换热器的传热面积(F)，板片数量(Z)，流程(i)及组合方式。 确定计算必需的起始和终了温度a.杀菌后牛乳经第一余热回收段后的温度t5b. 杀菌后牛乳经第二余热回收段后的温度t6c. 热水离开设备出口时的温度t热t热d. 冷水离开设备出口时的温度t冷t冷 确定平均温度差tma. 第一预热段（第二余热回收段）注：因为2，故用算术平均值。b. 第二预热段（第一余热回收段）c. 杀菌段d. 冷却段因为2，故用几何平均值。 确定传热量Qa. 第一预热段（第二余热回收段）Q1=G C乳(t1- t2)=100003.93(55-9)=1.808106kJ/hb. 第二预热段（第一余热回收段）Q2=G C乳(t3- t2)=100003.93(65-55)=3.93105kJ/hc. 杀菌段Q3=G C乳(t4- t3)=100003.93(85-65)=7.86105kJ/hd. 冷却段Q4=G C乳(t6- t7)=100003.93(29-12)=6.681105kJ/h 计算换热板的组合流道数m取m=15，修正牛乳流速 v=0.2514.7/15=0.245m/s 选取传热系数K预热段：K1=5504.6kJ/ m2h，杀菌段：K3=8204.6kJ/ m2h，冷却段：K4=4772kJ/ m2h。 确定传热面积F、板数Z、流程i及组合方式根据公式、计算各段的传热面积F、板数Z、流程i及组合方式，结果如下：a. 第一预热段（第二余热回收段）F1=16.42m2，Z1=91，i1=3组合方式为：b. 第二预热段（第一余热回收段）F1=3.57m2，Z1=31，i1=1组合方式为：c. 杀菌段F1=17.11m2，Z1=91，i1=3组合方式为：d. 冷却段F1=11.77m2，Z1=61，i1=2由于，盐水流量为牛乳流量的2倍，所以，取盐水流道为牛乳流道的2倍，盐水流速等于牛乳流速，即：盐水流道(m)为30。组合方式为： 这样整个巴氏杀菌机组的配置如下：+4.1.5 浓缩设备的选择(1) 全脂加糖乳粉的浓缩设备选择根据工艺要求，需要将标准化乳中70%左右的水分除掉，同时又要保证产品中的营养成分最大程度的保留，所以本工艺选择真空浓缩。真空浓缩是在低温下使水分沸腾，可避免热敏性营养成分损失；而且，真空浓缩对奶粉颗粒的物理性状有显著影响，乳经浓缩后，喷雾于燥时，粉粒较粗大，具有良好的分散性和冲调性，能迅速复水溶解。另外，真空浓缩热效率高而节能。由于本设计的生产规模较大，所以选择三效降膜蒸发器，该蒸发器是利用真空系统降低水蒸汽沸点，并将第一效水分蒸发产生的二次蒸汽作为二效的热源，而二效产生的二次蒸汽又被作为三效的热源，牛乳经过三效的蒸发达到所需的浓度，这样可以大大节省能源。根据本设计的规模及物料衡算结果，生产全脂加糖乳粉在浓缩过程中每班需要蒸发水分53010kg，所以选择1台蒸发能力为7000kg/h的三效降膜蒸发器。每一效的蒸发温度分别为72、62、52。(2) 婴儿配方乳粉的浓缩设备选择同全脂加糖乳粉一样，选择三效降膜蒸发器，对配料后的原料乳进行真空浓缩，由于，配料后原料变浓，浓度到达20%左右，所以每吨原料乳蒸发掉的水分比全脂乳粉比要小很多，根据物料衡算结果，生产婴儿配方乳粉在浓缩过程中每班需要蒸发水分63774.3kg，所以选择1台蒸发能力为8000kg/h的三效降膜蒸发器。每一效的蒸发温度分别为72、62、52。4.1.6 干燥设备的选择(1) 全脂加糖乳粉的干燥设备选择根据工艺要求，要将浓缩后的浓奶中的剩余水分除去，制成干粉，同时又要最大程度的减少产品中营养成分的损失，并保证产品具有良好的分散性和冲调性。又考虑到本设计规模较大，所以选择压力式喷雾干燥设备来完成本工艺过程。该设备具有干燥速度快、物料受热时间短，干燥温度低、乳粉质量好，工艺参数可调、容易控制质量，卫生质量好、产品不易污染，产品呈松散状态、不必再粉碎，机械化自动化程度高等优点。根据本设计的规模及物料衡算结果，生产全脂加糖乳粉在干燥过程中每班需要蒸发水分11790kg、制得乳粉10010kg，所以选择1台蒸发能力为1500kg/h的压力式喷雾干燥设备。喷雾压力20.024.0Mpa，物料温度7072，喷嘴孔径1.02.0mm，进风温度165175。干燥室温度7585，排风温度7580。(2) 婴儿配方乳粉的干燥设备选择同样选择压力式喷雾干燥设备对婴幼儿配方粉进行干燥，根据本设计的规模及物料衡算结果，生产全脂加糖乳粉在干燥过程中每班需要蒸发水分27472.5kg、制得乳粉23500kg，所以选择1台蒸发能力为3000kg/h的压力式喷雾干燥设备。喷雾压力20.024.0Mpa，物料温度7072，喷嘴孔径1.02.0mm，进风温度155165。干燥室温度7080，排风温度8085，塔内负压196Pa。4.2 主要设备一览表根据上述选择以及物料衡算结果，并考虑到技术先进可靠，经济合理的因素，对所有的生产设备进行选择，详见表4-1（主要设备一览表）。表4-1 主要设备一览表序号设备编号名 称规格及技术数据数量功 率Kw生产厂家备注一、收奶工段1101A、B奶泵20T/h，自吸，扬程：24m2台2.8APV中国有限公司2102A、B净乳机10T/h3台7.5APV中国有限公司3103AC板式冷却器13m23台APV中国有限公司4104AC管道过滤器20T/h 120目3台APV中国有限公司5105AD暂存罐10T4台2.2APV中国有限公司6106A、B清洗回液泵20T/h 扬程：36m2台2.8APV中国有限公司7107 AC奶仓100000L3台3.8APV中国有限公司8108AH奶泵20T/h 扬程：24m8台2.8APV中国有限公司9109AB清洗回液泵20T/h 扬程：36m2台2.8APV中国有限公司二、预处理配料工段10201AD称重传感配料罐10000L4台2.8APV中国有限公司11202AD离心泵10T/h，24m扬程4台2.2APV中国有限公司12203 A、B分离机10T/h2台7.5APV中国有限公司13204A、B板式杀菌机组10T/h2套3.7APV中国有限公司14205A、B清洗回液泵20T/h，36m扬程2台2.8APV中国有限公司15206AD高速搅拌缸1000L4台5.5APV中国有限公司16207离心泵5T/h，24m扬程1台1.5APV中国有限公司17208A、B缓冲罐500L2台1.5APV中国有限公司18209离心泵10T/h，24m扬程1台2.2APV中国有限公司19209A、B化油罐500L2台APV中国有限公司20210A、B油计量缸500L2台APV中国有限公司21211化油槽150030008001台APV中国有限公司22212化油池150030003001台APV中国有限公司23213离心泵10T/h，24m扬程1台2.2APV中国有限公司24214A、B营养素融化缸50L2台1.5APV中国有限公司25215管道过滤器单联1台APV中国有限公司26216A、B均质机10T/h 25MP2台110APV中国有限公司27313A、B离心泵10T/h，24m扬程2台2.2APV中国有限公司28314A、B清洗回液泵20T/h，36m扬程2台2.8APV中国有限公司三、浓缩工段29301三效蒸发器7000kg/h1套41.2APV中国有限公司30302三效蒸发器8000k