年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计说明书.doc

毕 业 设 计 题目 题目 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 学学 生 生 简利娜 学学 号 号 201104020107 学学 院 院 食品与生物工程 专专 业 业 生物工程 指导教师 指导教师 吕嘉枥 2015 年年 6 月月 22 日日 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 食品与生物工程 学院学院 生物工程 专业专业 生工 111 班级班级 学生 学生 简利娜 题目 题目 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 毕业设计 论文 从毕业设计 论文 从 2015 年年 3 月月 9 日起到日起到 2015 年年 6 月月 28 日日 课题的意义及培养目标 课题的意义及培养目标 本设计以牛乳为主要原料 以益生菌和茯砖茶汤为主要辅料和营养 强化剂 通过喷雾干燥加工而成的益生菌奶茶粉为产品对象 进行工厂 设计 本设计内容主要包括设计说明 工艺流程 平面布局 设备选型 等方面 通过该课题设计 有助于学生对食品加工 功能性食品 生物 工程 工程设计等知识的运用和提高 培养学生专业知识的综合运用能 力 独立工作能力及文献资料查阅能力等 设计 论文 所需收集的原始数据与资料 设计 论文 所需收集的原始数据与资料 1 益生菌奶茶粉厂设计的现状及存在问题 2 乳粉厂设计的现状及存在问题 3 奶 益生菌和茯砖茶的特性及功能性 4 工厂设计说明书 平面布局 工艺流程 设备选型等方面资料 文 献查阅 方案设计 能量衡算 物料衡算 流程示意图 单元设备的物 料流向及变化示意图 设计工艺基础数据和有关物化常数 工艺指标及 消耗定额 计算标准 计算机工程绘图等 课题的主要任务 需附有技术指标分析 课题的主要任务 需附有技术指标分析 1 查阅国内外文献资料 分析 总结 整理 制订设计方案 2 撰写益生菌奶茶粉厂设计说明书 3 益生菌奶茶粉厂的平面布局设计 4 益生菌奶茶粉厂的工艺流程设计及设备选型 5 益生菌奶茶粉厂的剖视图绘制 设计 论文 进度安排及完成的相关任务 以教学周为单位 设计 论文 进度安排及完成的相关任务 以教学周为单位 周周 次次设计 论文 任务及要求设计 论文 任务及要求 1 2收集资料 3 4资料分析整理与研究 5 6制定设计方案 7 8撰写益生菌奶茶粉厂设计说明书 9 10益生菌奶茶粉厂的平面布局设计及绘图 11 12益生菌奶茶粉厂的工艺流程设计 设备选型及绘图 13 14益生菌奶茶粉厂剖视图绘制 15整理 分析 完善 16完成毕业设计 17准备答辩 学生签名 指导教师 教研室主任 I 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 摘 要 本设计是年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 文中介绍了益生菌奶茶粉的特性 及发展现状 益生菌奶茶粉是乳经喷雾干燥制成全脂乳粉 进而添加茶粉而制成的速 溶饮品 具有很好的保健功能 本设计设置了产品方案并且进行物料衡算 同时进行 工艺设计 根据工艺要求和计算结果进行设备选型 选型符合设备选型原则 对厂区 平面布置也进行了设计 对各生产工序进行劳动力计算 进行劳动定员 对生产车间 进行水 电 汽的估算 最后绘制生产车间平面图 工艺流程图 关键词 益生菌奶茶粉 真空浓缩 喷雾干燥 II An Annual Output of Ten Thousand Tons of Probiotic Milk Powder Plant Design ABSTRACT The design is to produce ten thousand tons of probiotic milk powder plant design the paper describes the characteristics and development status of probiotic milk powder Probiotic milk powder in milk by adding tea made of spray dried instant drinks with good health care The design of the product is set up and carry out a mass balance program and process design equipment selection carried out according to process requirements and calculations selection of equipment selection in line with the principles of plant layout has been designed for various production processes labor calculation of labor quota estimate water electricity steam production workshop Final draw workshop plan process flow diagrams Key words probiotic milk powder Concentrated under vacuum spray drying III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 国内外奶茶行业发展现状及前景 1 1 1 1 乳粉的种类 1 1 1 2 乳粉工业的发展现状 1 1 1 3 乳粉工业存在的问题 1 1 2 奶茶粉的组成及特性 2 1 2 1 牛乳的营养成分及其功能性 2 1 2 2 益生菌的特性 2 1 2 3 茶的营养成分及其功能性 3 1 3 益生菌奶茶粉厂设计的目的与意义 4 1 4 益生菌奶茶粉厂的设计依据 4 1 5 本设计拟定的工作内容 4 2 生产工艺流程 6 2 1 益生菌奶茶粉生产工艺流程图 6 2 2 工艺解析 6 2 2 1 原料乳的验收 6 2 2 2 原料乳的预处理 8 2 2 3 预热杀菌 9 2 2 4 真空浓缩 10 2 2 5 喷雾干燥 10 2 2 6 出粉 冷却 11 2 2 7 称量与包装 11 2 2 8 CIP 清洗 11 3 厂址选择与总平面设计 12 3 1 厂址选择 12 3 1 1 厂址选择的原则 12 3 1 2 厂址的选择依据 12 3 2 总平面设计 13 3 2 1 总平面设计原则 13 3 2 2 车间工艺布置 13 IV 3 2 3 平面布置 14 4 物料衡算 16 4 1 班产量计算 16 4 2 原料乳成分及产品成分 16 4 3 标准化计算 16 4 4 原料乳单位处理量的物料衡算 18 5 能量衡算 21 5 1 热交换设备传热过程 21 5 2 热量衡算过程说明 21 5 3 巴氏杀菌 21 5 4 超高温瞬时灭菌热量衡算 22 5 5 原料乳冷却阶段热量衡算 22 6 主要设备选型及原则 24 6 1 设备选型原则 24 6 2 设备选型 24 6 2 1 奶罐车 24 6 2 2 储奶罐 24 6 2 3 磅奶槽 受奶槽 24 6 2 4 奶泵 25 6 2 5 离心分离机 25 6 2 6 均质机 25 6 2 7 板式换热器 25 6 2 8 真空脱气机 25 6 2 9 蒸发浓缩设备 25 6 2 10 喷雾干燥设备 26 6 2 11 无菌包装设备 27 6 2 12 CIP 清洗设备 27 7 公共系统与辅助部门 28 7 1 给排水系统 28 7 2 供汽系统 28 7 3 供电系统 28 7 4 生产及辅助车间设施 29 7 4 1 收奶站 29 7 4 2 奶仓 29 7 4 3 品质监控室 29 V 7 4 4 仓库 30 7 4 5 机修车间 30 8 劳动组织 31 8 1 劳动定员的原则 31 8 2 生产车间人员配置 31 8 3 辅助车间及管理人员配置 31 9 污水处理 33 9 1 环境影响分析及治理措施 33 9 1 1 环境影响分析 33 9 1 2 治理措施 33 9 2 污水处理 33 10 经济效益分析 34 10 1 产品成本核算 34 10 2 建筑成本核算 34 10 3 人员费用 34 10 4 产品收入 34 10 5 投资回收期 35 致 谢 36 参 考 文 献 37 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计1 1 绪论 1 1 国内外奶茶行业发展现状及前景 1 1 1 乳粉的种类 根据乳粉的特征 分为以下几大类 1 全脂乳粉 仅以乳为原料 添加或不添加食品营养强化剂 经浓缩 干燥制成 的蛋白质不低于非脂乳固体的 34 脂肪不低于 26 0 的粉末状产品 2 脱脂乳粉 仅以乳为原料 添加或不添加食品营养强化剂 经脱脂 浓缩 干 燥制成的 蛋白质不低于非脂乳固体的 34 脂肪不低于 2 0 的粉末产品 3 调制乳粉 以乳为原料 添加或不添加食品强化剂和其他辅料 经浓缩 干燥 制成的粉末状产品 或在乳粉中添加添加食品营养强化剂和其他配料而制成的粉末状 产品 4 全脂加糖乳粉 添加白砂糖 蛋白质不低于 15 8 脂肪不低于 20 0 蔗糖不 超过 20 0 的调制乳粉 5 调味乳粉 对风味和某些营养成分做了调整 乳固体不低于 70 蛋白质不低 于 16 5 全脂 或不低于 22 0 脱脂 脂肪不低于 18 0 的调制乳粉 6 配方乳粉 调整了乳粉的天然营养成分和含量比例 满足特定人群的营养需要 乳固体不低于 65 0 的调制乳粉 1 1 1 2 乳粉工业的发展现状 2000 年奶油 脱脂粉 干酪素的耗奶量是 9200 万吨 脱脂粉 450 万吨 全脂乳 粉耗奶 2000 万吨 产量 300 万吨 分别占总奶量的 15 和 2 4 1 全脂乳粉主要用途是为鲜奶供应不足的地区和国家提供奶源 以中国 巴西 俄 罗斯对全脂乳粉的需求量最大 对全脂乳粉的需求量在过去五年中平均以 3 2 的速度 增长 并且预计在今后几年中以 2 3 增长 有关资料数据显示 在国外 发酵型乳酸菌奶饮品已空前发达 日本 欧洲发酵 乳酸菌奶饮料在乳制品市场比例已达到 80 北美约 30 乳酸菌产业在全球大大超 过了其他乳制品的增长率 我国消费每年递增 25 专家预测 未来 3 5 年将是中国 乳酸菌行业快速发展的 黄金时期 2 1 1 3 乳粉工业存在的问题 目前 国内已有大小乳粉生产厂 500 余家 乳粉的种类以全脂乳粉 脱脂乳粉为 主 相对而言 其他配方粉的生产量和销售量相对较小 随着人们生活水平不断提高 陕西科技大学毕业设计说明书2 对营养和保健方面的要求也越来越高 全球含乳酸菌 益生菌的乳制品产值已达近 400 亿美元 欧洲占有约 50 的市场 在中国市场上 除了专业生产此类产品的太子奶 益乐多等外 为了顺应消费趋势 并能从传统市场的大战中突围 乳品 饮料生产商 纷纷将科技含量和附加值高的乳酸菌 益生菌产品纳入到自己的产品视线中 达能 BE80 菌 蒙牛 LABS 菌 伊利 LGG 菌 光明活力 e 菌等产品相继上市 中国的乳 业大战 瞄准乳酸菌这一新的产业 开辟了具较高科技含量的第二战场 3 1 2 奶茶粉的组成及特性 1 2 1 牛乳的营养成分及其功能性 蛋白质的营养作用 牛乳蛋白质大致可分为酪蛋白和乳清蛋白两部分 酪蛋白牛 乳蛋白总量的 86 多以酪蛋白钙形式存在 乳清蛋白包含乳白蛋白和乳球蛋白 前 者占乳蛋白质总量的 9 后者占 3 乳糖的营养作用 乳糖是机体组织和细胞的能量来源 占乳热能的 25 乳糖是机 体组织 器官 肌肉 神经的组成成分 乳糖 半乳糖参与脑组织和神经组织的构成 有利于钙 磷 锌 镁等 离子的吸收利用 减少维生素 D 的需要量 乳糖有益生源样 作用 肠道分解缓慢 不形成高血糖 刺激肠道活性和益生菌生长 乳脂肪的营养作用 牛乳中脂肪含量 3 5 提供人体能量 胆固醇含量低 仅 为 13mg 100ml 而鸡蛋含 量高达 300mg 个 乳脂肪经过乳化工艺处理后可直接吸 收 含人体必需脂肪酸 如亚麻酸 亚油酸 花生四烯酸 DHA EPA 含卵磷脂 脑磷脂和神经鞘磷脂 有利于中老年人及婴幼儿的健康 1 乳制品营养丰富 物美价廉 是国防 勘探 医护 劳保 旅游等方面必须的方 便食品及保健食品 对促进儿童健康成长 营养的供给和维持老年人的身体健康有着 突出的作用 随着人们生活水平的提高 乳制品将日益显示出其重要的作用和意义 1 2 2 益生菌的特性 益生菌的营养和免疫特性的应用功能分析 a 调整肠道菌群平衡 治理肠道菌群失调 菌群失调表现为一度失调 二度失调 血行感染 易位病灶 这 4 种越来越严重的情形 根本而有效的方法 应采取微生态制剂来调整菌群平衡 b 促进生长参与代谢 芽孢杆菌和乳酸杆菌在体内生长代谢过程中可产生多种营养物质 如活性酶 维 生素 氨基酸 促生长因子等 并参与蛋白质 脂肪 维生素 微量元素在机体内的 代谢 c 形成生物膜屏障 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计3 乳酸杆菌对肠粘膜细胞有很强的粘附性 可形成一层生物保护屏障 促进肠道原 籍有益菌群的生长繁殖 对潜在性病原菌形成定植抵抗和竞争排斥 芽孢杆菌迅速消 耗肠内氧气 使形成的有益菌生物膜屏障更加牢固 竞争性地排斥致病菌的着生位点 致使过路性致病菌无法定植 d 产生抑菌活性物质 芽孢杆菌由中生芽孢形成脱落芽孢时产生大量溶菌酶 都可对大肠杆菌和沙门氏 菌等致病菌直接杀伤 抗感染芽孢杆菌的溶菌酶活性明显高于普通芽孢杆菌 嗜酸乳杆菌代谢产物中含有嗜酸乳杆菌素 亲嗜酸菌素 乳杀菌素等 对金黄色 葡萄球菌 产气荚膜梭菌 大肠杆菌和沙门氏菌等均具有较强抑制作用 e 促进免疫 明显刺激胸腺 脾脏和法氏囊等免疫器官的发育增强机体的免疫功能 增强 T 淋 巴细胞和 B 淋巴细胞对抗原刺激的反应性 即能明显增加机体的细胞免疫和体液免疫 功能 4 1 2 3 茶的营养成分及其功能性 目前已有确凿的研究资料证明对人体健康有益的茶叶成分主要有七类 茶多酚类 儿茶素及其他一些多酚物质 茶色素类茶黄素 茶红素 p 一胡萝卜素 等 茶皂素 茶多糖类 氨基酸类 茶氨酸和 Y 一氨基丁酸 生物碱 咖啡碱无机元 素类 硒和氟 茶的营养物质有如下功能 a 补充膳食营养 茶叶中含有较丰富的营养成分 最主要的是维生素和矿物质 另外还有蛋白质 氨基酸 糖类物质等 是人体必需矿物质和各种维生素的重要来源 b 助消化 解油腻 顺肠胃 茶中的咖啡碱 维生素 氨基酸 磷脂等有助于人体消化和调节脂肪代谢 咖啡 碱的刺激作用更能提高胃液的分泌量 从而增进食欲和帮助消化 c 降脂 减肥 软化人体血管 预防心血管疾病 茶具有良好的降解脂肪 抗血凝 促纤维蛋白原溶解的作用 还能使血管壁松弛 增加血管有效直径 从而抑制主动脉及冠状动脉内壁粥样硬化斑块的形成 从而达到 降压 软化血管 防治心血管疾病的目的 d 抗氧化 延缓衰老 延年益寿 茶中的儿茶素 茶黄素 茶氨酸和茶多糖 尤其是含量较多的复杂类黄酮等都具 有清除自由基的功能 因而茶具有抗氧化 延缓细胞衰老的作用 e 杀菌 消炎 研究表明 茶黄素不仅是一种有效的自由基清除剂和抗氧化剂 还对肉毒芽杆菌 陕西科技大学毕业设计说明书4 肠类杆菌 金黄色葡萄球菌 加膜杆菌 蜡样芽孢杆菌有明显的抗菌作用 此外 茶 黄素对流感病毒的侵袭和轮状病毒和肠病毒的感染有一点抑制作用 5 基于以上的资料分析可知 益生菌速溶奶茶粉是人类的营养食物 从目前中国的 消费能力及奶牛的养殖分布来看 居民喝奶应该选择保质期长 价格相对较低的乳制 品 而添加有益生菌和茶的益生菌奶茶是首选 1 3 益生菌奶茶粉厂设计的目的与意义 牛乳是母牛乳腺分泌出来的一种白色带淡黄色 不透明 微有甜味的液体 乳的 主要 成分有水分 蛋白质 脂肪 乳糖 维生素 无机盐 酶类 气体以及其他微量 成分 牛 乳中各成分受乳牛品种 个体 饲养等因素的影响而有所变化 其中变化最 大的是脂肪 其次是蛋白质 乳糖与无机盐比较稳定 目前奶类市场发达 尤其以产品创新 工艺创新为代表的品类成为追逐对象 各 个乳制品企业推出的新品无一不注重科技含量 也更加侧重功能性 由此诞生出具有 保健功能的益生菌奶茶粉 它方便实惠 而且营养丰富 具备人体所需的多种营养物 质 益生菌奶茶粉设计以牛乳为主要原料 以益生菌和茯砖茶汤为主要辅料和营养强 化剂 在此次设计中 对本人各方面素质都有所提高 查找资料 整理数据 制定方 案 实施计划等 随着中国乳业的迅速发展 产品结构发生很大的变化 已成为技术装备先进 产 品品种较为齐全 初具规模的现代化食品制造业 随着中国人民生活水平的逐渐提高 乳制品消费市场会不断扩大并趋于成熟 中国将成为世界上乳制品消费最大的潜在市 场 1 4 益生菌奶茶粉厂的设计依据 本次设计根据陕西科技大学生命学院教研室下达的题目技术要求结合我们实习单 位以及本地的实际情况进行设计 本次设计过程中的主要参考资料 乳粉 食品工艺学 食品工厂设计与环 境保护 乳制品加工技术 以及多种有关资料作为理论基础 并充分利用了学校图 书馆的现有资料进行设计 1 5 本设计拟定的工作内容 奶茶厂的工艺流程设计 奶茶的物料衡算 设备选型 热量衡算 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计5 劳动组织设计 辅助部门设计 公用系统设计 土建 防火 卫生设计 经济技术分析 陕西科技大学毕业设计说明书6 2 生产工艺流程 2 1 益生菌奶茶粉生产工艺流程图 原料乳验收 消泡脱气 离心分离 杀菌 配料系统 均质 UHT 工艺段 浓缩 益生菌茶粉制作 喷雾干燥 干混 筛粉 包装 1 2 2 工艺解析 2 2 1 原料乳的验收 a 乳的指标 预生产高质量的乳制品 必须选用质量优良的原料乳 乳品厂收购鲜乳时 对原 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计7 料乳的质量应严格要求并作检验 检验的内容包括 感官指标 包括牛乳的滋味 气味 清洁度 色泽 组织状态等 理化指标 包括酸度 相对密度 含脂率 冰点 抗菌素残留量等 微生物指标 主要是细菌总数 其他还包括嗜冷菌数 芽孢数 耐热芽孢数及体 细胞数等 原料乳成分的要求见表 2 1 表 2 1 原料乳成分的要求 名称指标 蛋白质3 0 脂肪3 2 干物质11 1 感官检验 品质优良的原料乳具有新鲜牛乳的风味和特有的香气 是乳白色 或稍带黄色的均匀胶装流体 2 酒精试验 酒精试验可以检查乳中蛋白质的稳定性 新鲜牛乳具有相对稳定 性 故能对酒精的作用表现出相对稳定 而不新鲜的牛乳 其中蛋白质胶粒已呈不稳 定状态 当受到酒精脱水作用时 则加速聚沉 酒精试验与酒精浓度有关 一般以 72 的 中性酒精与原料乳等量混合摇匀 无凝块出现为标准 对应的滴定酸度不高于 18T 如在验收中出现细小凝块 可进一步测定酸度或进行煮沸试验 3 滴定酸度 通过酸度滴定可鉴别原料乳的新鲜度 了解乳中微生物污染状况 牛乳的酸度与蛋白质凝固特性见下表 2 2 表 2 2 牛乳酸度与蛋白质凝固特性 牛乳酸度 T 蛋白质凝固特性牛乳酸度 T 蛋白质凝固特性 18 20不出现絮片24 26中型的絮片 20 22很细的絮片26 28大的絮片 22 24细的絮片28 30很大的絮片 4 相对密度的测定 用比重计测定 5 抗菌素残留检验 6 b 植脂末的各项指标 1 感官指标 脂肪 30 脂肪 35 脂肪 40 外 观 奶色粉状 无肉眼可见杂质 流动性 流动性好 气 味 富有奶香味 后香味纯 滋 味 具有良好的柔和润滑感 陕西科技大学毕业设计说明书8 2 理化指标 脂肪 30 脂肪 35 脂肪 40 溶 解 性 60 水溶解性强 水 分 6 灰 分 3 蛋白含量 2 PH 4 5 6 5 脂肪含量 30 2 35 2 40 2 碳水化合物 60 3 卫生指标 脂肪 30 脂肪 35 脂肪 40 铅 以 Pb 计 0 5mg kg 砷 以 As 计 0 5mg kg 大肠菌群 30 个 100g 细菌总数 1500 个 g 致病菌 沙门氏菌 不得检出 6 2 2 2 原料乳的预处理 1 净乳 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 数量 净乳的方法有过滤法和离心净乳法两种 其中 离心净乳是乳与乳制品加工中 最适宜采用也是最常用的方法 使用离心净乳机可以显著提高净化效果 有利于提高 制品质量 离心净乳机还能除去乳中的腺体细胞和某些微生物 离心净乳一般设在粗 滤之后 冷却之前 净乳时的乳温在 30 40 为宜 在净乳过程中要防止泡沫的产生 1 2 冷却 净化后的原料乳应立即冷却到 4 10 以抑制细菌的繁殖 保证加工 之前原料乳的质量 牛乳挤出后微生物的变化过程可分为四个阶段 即抗菌期 混合 生物期 乳酸菌繁殖期 酵母和霉菌期 抗菌期的长短与储存温度的关系见表 2 4 因 此 新鲜牛乳迅速冷却至低温 其抗菌特性可保持相当长的时间 当然抗菌期长短与 细菌污染程度有直接关系 乳品厂通常可以根据储存时间的长短选择适宜的冷却温度 两者的关系见表 2 3 表 2 3 乳的储存温度与抗菌期的关系 牛乳的储存温度 100510253037 抗菌期 h 240483624632 表 2 4 乳的储存时间与冷却温度的关系 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计9 乳的储存时间 h 6 1212 1818 2424 36 应冷却的温度 10 88 66 55 4 原料乳的冷却 过去通常使用表面冷却器 冷排 现在普遍采用板式热交换器 克服了表面冷却器乳容易受到污染的弊病 而且热交换效率高 占地面积小 操作维 修和清洗装拆方便 1 3 储乳 为保证连续生产的需要 乳品厂必须有一定的原料储存量 储存量按 工厂的具体条件来确定 一般为生产能力的 50 100 储乳罐为不锈钢卧式 立式 圆桶状 其容积有 小型 2000L 中型 5000 大型 15000L 或 45000 超大型 100 000 200 000L 为防止乳在罐中升温 应有绝缘层或冷却夹套 并配有搅拌器 视孔 入孔及温度计 液位计等 搅拌的目的是使牛乳能自下而上循环流动 防止脂肪上浮 达到搅拌均匀的要求 储乳罐的个数应由每天处理的乳量和罐的大小来决定 罐要装 满 半罐易升温 影响乳的质量 绝缘性能以储乳 10h 以上 升温 2 3 为标准 1 4 标准化 为了保证达到法定要求的脂肪含量 需要进行标准化 我国的国家 标准规定全脂 部分脱脂和脱脂巴氏杀菌乳的脂肪含量分别为 3 1 1 0 2 0 0 5 7 原料乳中脂肪含量不足时 应添加稀奶油或除去一部分脱脂乳 当原料中脂肪含 量过高时 则可添加脱脂乳或提取部分稀奶油 标准化工作是在储乳罐的原料乳中进 行或在标准化机中连续进行的 乳品厂生产中一般采用方块图解法进行标准化计算 7 2 2 3 预热杀菌 1 预热均质 均质是指对脂肪球进行适当的机械处理 使它们呈更细小的微粒 均匀一致的分散在乳中 牛乳在放置一段时间后 有时上部分会出现一层淡黄色的脂 肪层 称为 脂肪上浮 脂肪上浮影响乳的感官质量 脂肪球的上浮速率与其半径 成正比 自然状态的牛乳 其脂肪球大小不均匀 变动于 1 5 m 平均 3 m 一般为 2 5 m 如经均质 脂肪球直径可控制在 1 2 m 左右 这是乳脂肪表面积增大 浮力 下降 乳可长时间保持不分层 另一方面 经均质后的牛乳脂肪球直径减小 易于消 化吸收 均质过程与条件 较高的温度下均质效果较好 但温度过高会引起乳脂肪 乳蛋 白变性 另一方面 温度与脂肪球的结晶有关 固态的脂肪球不能在均质机内被打碎 牛乳的均质温度一般控制在 50 65 一般采用二级均质 二级均质是让物料连续通过 两个均质阀头 将粘在一起的小脂肪球打开 二级均质的目的是使一级均质后重新连 结在一起的小脂肪球分开 从而提高均质效果 使用二级均质时 第一级均质压力为 17 21MPa 第二级均质压力为 3 5 5MPa 1 2 杀菌 乳粉中不允许存在病原菌 一般的腐败性细菌是引起产品变质的重要 因素 乳中含有解酯酶和过氧化物酶 对产品保藏性不利 必须在杀菌过程中将其钝 陕西科技大学毕业设计说明书10 化 因此 乳粉生产中杀菌的主要目的是杀灭各种病原菌 杀死乳中并破坏各种酶的 活力 同时可提高牛乳的热稳定性和乳粉的香味 牛乳常见的杀菌方法有很多 可以采用低温杀菌法 高温短时间杀菌法或超高温 瞬时杀菌法等 具体应用时可根据产品本身特性选择不同的方法 喷雾干燥制造乳粉 一般采用高温短时间杀菌法 其设备与浓缩设备相连 若使用列管式杀菌器 通常采 用的杀菌条件是 80 85 5 10min 板式杀菌设备 选用 80 85 15s 若采用超高温 瞬时杀菌装置 则为 130 135 2 4s 1 2 2 4 真空浓缩 真空浓缩的要求和设备 一般浓缩至原料乳体积的 1 4 左右 这时 乳固体含量约 为 40 45 若乳温在 47 50 范围 其密度应在 1 089 1 100 左右 浓度的控制一般 以取样测定浓缩乳的密度或黏度来确定 也可以在浓缩设备上安装折光仪进行连续测 定 所使用的浓缩设备有单效循环式升膜蒸发器 单效降模式蒸发器 双效降模式蒸 发器和板式蒸发器等 多效蒸发器已达四效 五效 可以充分利用能源 我国乳粉加 工厂目前使用双效和三效者居多 使用双效降模式蒸发器 控制蒸发室温度 第一效 保持 70 左右 第二效为 45 左右 真空度一般保持在 8 533 104 8 933 104Pa 真空 浓缩锅适合于小型乳品工厂使用 一般蒸发室真空度保持在 8 399 104 8 533 104Pa 乳温约为 51 56 浓缩完毕 浓缩乳应进行过滤 7 2 2 5 喷雾干燥 喷雾干燥是乳粉制造工艺的最重要环节 它直接影响产品质量的好坏 目前我国 主要采用压力喷雾干燥和离心喷雾干燥两种方法 1 喷雾干燥的机理 喷雾干燥的机理是采用机械力量 通过雾化器将浓缩乳在 干燥室内喷成极细小的雾状乳滴 以增大其表面积 加速水分蒸发速率 雾状乳滴一 经与同时鼓入的热空气接触 水分便在瞬间蒸发除去 使细小的乳滴干燥成乳粉颗粒 喷雾干燥是喷雾和干燥密切的结合 用单独一次工序即可将浓缩乳干燥成乳粉 2 喷雾干燥工艺条件 全脂乳粉压力喷雾干燥工艺条件大致在下列范围较适宜 浓缩乳浓度 密度 12 13 波美度 比重 1 089 1 098 干物质 40 50 料温 40 56 喷雾压力 高压泵表压在 16 0 24 0MPa 喷嘴孔径 直径在 1 0 1 4mm 或更大 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计11 进风温度 控制在 140 200 范围 干燥室温度 控制在 70 90 排风温度 控制在 75 85 范围 干燥室内压力 保持在 2 000 103 3 333 103Pa 乳粉水分 不超过 3 0 1 2 2 6 出粉 冷却 喷雾干燥室内的乳粉要求迅速连续地卸出及时冷却 以免受热过久 降低制品质 量 乳品工业常用的出粉机械有螺旋输送器 鼓型阀 涡旋气封阀和电磁振荡出粉装 置等 先进的生产工艺 是将出粉 冷却 筛粉 输粉 贮粉和称量包装等工序联接 成连续化的生产线 出粉后应立即筛粉和晾粉 使制品及时冷却 喷雾干燥乳粉要求 及时冷却至 30 以下 目前一般采用流化床出粉冷却装置 7 将乳粉与速溶茶粉 植脂末 白砂糖按一定比例进行均匀混合 即可得到速溶奶 茶粉 2 2 7 称量与包装 乳粉冷却后应立即用马口铁罐 玻璃罐或塑料袋进行包装 根据保存期和用途的 不同要求 可分为小罐密封包装 塑料袋包装和大包装 如果短期内销售 则多采用 聚乙烯塑料袋包装 每袋500克或250克 用高频电热器焊接封口 小包装称量要求精 确 迅速 一般采用容量式或重量式自动称量装罐机 7 2 2 8 CIP 清洗 UHT 灭菌乳生产所用的设备自原料乳收购工序起 至无菌罐装封合工序止 均采 用 CIP 清洗方式进行清洗消毒 清洗程序由中央控制室控制 包括水洗 碱洗 酸洗 CIP 清洗装置作为不分解生产设备 又可用简单操作方法安全自动清洗系统 几乎被 引进到所有食品饮料及制药等工厂使用 CIP 清洗装置的优点如下 清洗成本低 水 清洗液 杀菌剂及蒸汽的消耗量少 安全可靠 设备无须拆卸 不必进入大型奶罐 清洗效果好 按设定程序进行 减少和避免了人为失误 1 陕西科技大学毕业设计说明书12 3 厂址选择与总平面设计 3 1 厂址选择 3 1 1 厂址选择的原则 厂址选择是一项包括政治 经济 技术的综合性的复杂工作 具有较高的原则性 和广泛的技术性 厂址要符合国家下达建厂计划任务书中所作的规定和要求 厂址应符合当地城镇总体发展规划的要求 并尽量与附近工业企业相配合 以节 约基建投资 厂址的面积和外形要满足豆奶粉生产工艺的要求 并留有适当的扩建余地 厂址地形宜平坦 地面倾斜坡度最好不超过 3 便于厂区运输线路布置 并尽可 能减少土方工程量 厂址应符合国家有关卫生 防火 人防等要求 如 厂区应在居民点下风侧 河流的 上游 厂区附近不得有细菌 传染病病源或其他污染的来源 不应选择在低洼窝风的地形 做厂区 应避开军事措施地区等等 厂址应在当地最高洪水水位之上 如果低于洪水位则须有坚固堤防保护同时 要 防止内涝水的浸淹 3 3 1 2 厂址的选择依据 要有可靠的水源 在满足奶粉厂生产用水的水质 水量及水温的条件之下 应尽 可能靠近水似 以缩短管路及动力电缆的铺设工程 如用山泉水 地下水 水库水 自 来水或江河水等水源 可单独采取一种水源 也可取二种或三种水源以分别用于生产 根据交通运输方式的不同而考虑厂址的位置 如原材料 成品以水运为主 则应 尽可能靠近河流 并考虑码头的适当位置 如以陆运为主 则须靠近铁路或公路 并尽 量减少沿途修建桥 隧洞的工程 厂址应尽可能靠近一些已有的热 电源 以充分取得企业协作的条件 厂址地质要符合豆奶粉厂设计的要求 一般地耐力宜在 20 吨 平方米以上为好 可 节约基础工程投资 但应避免在地表过浅或已露头岩石的地区及喀斯特 土崩 滑坡 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计13 流砂地区或是古河道 古墓之上选择厂区 厂址不宜选在有矿产地区 有古迹文物地区 风景游览区 有化学废料 有机废 料堆放的地区等 厂址应尽量靠近城镇或豆奶粉销售区域 以减少运输费用 选厂时应考虑职工生活区的位置 并尽可能靠近城镇 以减少集体事业设施的投 资 改善职工生活福利的条件 选厂中还应尽量了解施工期间水电供应 劳动力来源 施工工人居住生活 施工 机械 预制场地 建材的运输 堆放等条件的利便情况 1 3 2 总平面设计 3 2 1 总平面设计原则 本厂平面布置的设计原则有 建筑物和构筑物的设置与分布应满足乳品生产工艺的需要 保证生产过程的连续 性 使作业线最短 生产最方便 工人劳动强度低 车间应按生产工艺流程及所要求的洁净级别进行合理布局 同一车间和邻近车间 进行各项操作相互不得妨碍 做到人流与物流分开 原料与半成品 成品分开 原料 乳的接收 验收 预处理 原料乳的储存 全部生产加工过程直到成品入库要求在一 条生产线流水线上 杜绝生产加工过程的交叉感染 工厂建筑群的组成内容及功能 要精心组织 合理安排 做到分区明确 造型协 调 一般的乳品工厂在总体布局时划分生产区 生活区和厂前区 原料仓库 生产车间 成品仓库 动力车间应设置在与他有直接联系的主要车间 附近 尽可能缩短货物运输距离 更衣间 消毒间应设置在车间入口处 使进入生产车间的工人必须通过更衣间 消毒间 确保人员的清洁卫生 主要车间的厂房应设置在当地常年主导风向的上风向 既可避免工厂自身所产生 的污染 又使厂房有良好的自然通风 相互间有影响的车间 尽量不要放在同一建筑物上 要考虑生产工艺对温 湿度 和其他工艺参数的要求 防止相邻车间受到干扰 厂区主要通道既要注意走直线 又必须形成环路 以便于消防及其他车辆可直接 到达厂区各建筑物 乳粉工厂的锅炉房等产尘量大的建筑物 应建在常年主导风向的下风向 如不得 已建在上风向 则与烟囱之间的距离 应大于烟囱高度的 12 倍 建筑物 设备布置与工艺流程要衔接合理 建筑结构完善能满足生产工艺和产品 质量卫生要求 8 陕西科技大学毕业设计说明书14 3 2 2 车间工艺布置 1 车间内部的设备与设备之间有一定的间距 为了维修方便和节约用地 间距 的大小根据各设备的具体情况而定 2 洁净车间和比较脏的车间间隔开 以防污染 3 车间门的尺寸要求适中 本厂采用的单扇门宽度一般为 1 5m 双扇门宽度为 2m 生产车间的门设防蝇 防虫装置 保证生产车间内有良好的卫生环境 有利于进 出车间的运输 4 工厂的生产车间基本上是天然采光 生产车间的采光系数为 1 4 1 6 设计 侧窗为单层固定窗 只作采光不作通风 宽度为 2m 5 车间内设立柱 每个柱子的宽度为 24cm 车间的开间为 6m 跨度为 9m 和 12m 车间厂房部分为全钢结构 厂房的墙壁厚度为 24cm 6 地面 楼面能防水 防腐蚀 防渗漏 防滑 无毒 易冲洗 消毒 并有 2 的排水坡度和良好的排水系统 排水沟为普通的暗沟 墙壁能防霉 防潮 防水 无毒 易冲洗 消毒 墙面全用一定规格的白色瓷砖砌成 顶角 墙角 地角呈弧形 便于清洗 天花板能防潮 防虫 防水 防灰 易清洗 表面涂层牢固 门 窗严密 采用不锈钢制作 窗和其他洞口安装易于清洗 更换的纱窗 7 更衣室 为适应卫生要求 该工厂的更衣室设在生产车间人员进出口处 进 入更衣室前有换鞋处 更衣后有洗手消毒池 8 3 2 3 平面布置 1 全厂总长 109m 宽为 82m 总面积为 8938 生产车间长 55m 宽 25m 2 全厂分为生产区 办公区 生活区 建有生产车间 停车场 办公楼 研发 楼 传达室 配电房 宿舍等 物流和人流分开 各建筑区之间有绿化带分开 安排 比较合理 3 根据规定 乳品厂的建筑系数不低于 25 35 绿地率不低于 20 建筑系数 3361 8938 100 37 6 绿地率 2415 8938 100 27 4 厂区道路应采用便于清洗的混凝土 沥青及其他硬质材料铺设 防止积水及 尘土飞扬 本厂道路是采用的水泥地面 主干道路面宽为 9m 次干道路面宽 6m 5 锅炉房应该设计在下风向 设计全厂平面布置如下 长 宽 m 表 3 1 平面布置表 序号名称长 宽 m面积 m2 1厂区109 828938 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计15 2生产车间55 251375 3办公楼20 12240 4研发中心20 12240 5运动场24 9216 6花坛20 12240 7配电间10 660 8锅炉房10 660 9水处理12 672 10住宿20 9180 11食堂20 9180 12原料12 10120 13产品14 12168 14门卫3 3 218 15车库14 12168 16停车场12 784 陕西科技大学毕业设计说明书16 4 物料衡算 4 1 班产量计算 奶茶厂全年的有效生产按 250 天计算 每天的生产班次为 2 班计 年产量 1 万吨 益生菌奶茶粉 确定奶茶粉各物质比例 全脂奶粉 茶粉 白砂糖 植脂末 20 2 55 23 9 全脂奶粉占 20 计算 需要年产全脂奶粉 2000 吨 则日产全脂奶粉 8 吨 牛奶中水的含量 87 8 则产 2000 吨奶粉需要原料乳约 16400 吨 日处理原料乳 65 6 吨 一天生产 12 小时 则处理量为 5 467t h 产品产量 1 日生产能力 8t d 2 年生产能力 2000 吨 年 3 每班产量 4 吨 班 4 每小时产量 0 667t h 原料乳处理量 1 日处理能力 65 6t d 2 年处理能力 16400 吨 年 3 每小时处理量 5 467t h 4 2 原料乳成分及产品成分 表 4 1 原料乳成分表 乳脂肪蛋白质乳糖灰分水分非乳脂固体 3 8 3 1 4 8 0 7 87 8 8 6 注 非乳脂固体 蛋白质 乳糖 灰分 7 表 4 2 产品成分表 乳脂肪水分非乳脂固体 27 2 71 4 3 标准化计算 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计17 1 乳脂肪 F 与非脂乳固体 S 之比 R 原料乳 442 0 6 8 8 3 0 0 0 S F R 成品 380 0 71 27 S F R 标准化的方法 由于R0 R 说明原料乳中的脂肪含量偏高 需要标准化使之平衡 原料乳中的脂肪含量过高 所以要把部分原料乳进行分离 分离出的脱脂乳要加入原 料乳中使它达到标准乳要求 而分离的稀奶油则另用容器贮存 1 2 稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算 设定 当预热温度为40 时 脱脂乳含脂肪F1 0 01 稀奶油含脂肪F2 40 脱脂乳中非脂乳固体 94 8 6 8 8 3100 01 0 100 100 100 0 0 1 1 S F F S 稀奶油中非脂乳固体 16 5 6 8 01 0 100 40100 100 100 S 0 1 2 2 S F F 3 每吨原料乳应添加的脱脂乳 M1 kg FSR SRF 06 1571000 01 0 94 8 380 0 6 8380 0 8 3 1000M 11 00 1 4 标准乳成分 脂肪含量 3 3 06 1571000 01 0 06 157 8 31000 1000 01 0 8 31000 F 1 1 M M 标 非脂乳固体 16 8 380 0 1 3 R F S 标 标 表4 3 标准乳成分 乳脂肪水分非乳脂固体 3 3 88 54 8 47 5 制 M1 脱脂乳需要分离原料乳 G 设 分离 G kg 原料乳可得到 M1kg 脱脂乳和 M2kg 稀奶油 根据脂肪含量守衡 可知 G F0 M1 F1 M2 F2 且G M1 M2 陕西科技大学毕业设计说明书18 则 kg FF FF M44 16 8 340 01 0 8 3 06 157M 02 10 12 则需要分离原料乳 kgMG50 17344 1606 157M2 1 6 一吨原料乳可制得标准乳 G1 去除的稀奶油 G2 一吨原料乳可制得标准乳 1 G 1000 6 01157 0 51173 则G1 985 99kg 去除的稀奶油 kg1 0149 99851000G1000G 12 7 检验 一吨原料乳中含脂肪量 m0 M0 F0 1000 3 8 38kg 一吨原料乳分离后得到标准乳中的脂肪含量 m1 G1 F标 985 99 3 3 32 54kg 一吨原料乳脱去稀奶油中的脂肪含量 m2 G2 F2 14 01 40 5 60kg 结论 m0 m1 m2 计算正确 4 4 原料乳单位处理量的物料衡算 查阅资料得 各流程的损失率为 过滤 0 05 净乳 0 05 杀菌 0 05 均质 0 1 过筛 0 5 水分蒸发率 浓缩 48 喷雾干燥 75 每小时处理量为5 467t h 1 原料乳的质量为 5 467 吨 2 取过滤的损失率为 0 05 则经过滤后的质量为 5 467 1 0 05 5 464 吨 3 取净乳的损失率为 0 05 则经净乳后的质量为 5 464 1 0 05 5 461 吨 4 取均质的损失率为 0 1 则经均质后的质量为 5 461 1 0 1 5 456 吨 5 取杀菌的损失率为 0 05 则经杀菌后的质量为 5 456 1 0 05 5 453 吨 6 取浓缩的水分蒸发率为 48 则经浓缩后的质量为 5 453 1 48 2 836 吨 7 取喷雾干燥的水分蒸发率为 75 则经喷雾干燥后的质量为 2 836 1 75 0 709 吨 8 取过筛的损失率为 0 5 则经过筛后的质量为 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计19 0 709 1 0 5 0 705 吨 具体物料衡算流程图如下 原料乳验收 5 467 吨 时 过滤 5 467 吨 时 0 05 净乳 5 464 吨 时 0 05 冷却 5 461 吨 时 贮乳 5 461 吨 时 均质 5 461 吨 时 0 1 标准化 5 456 吨 时 预热杀菌 5 456 吨 时 0 05 真空浓缩 5 453 吨 时 48 喷雾干燥 2 836 吨 时 75 出粉冷却 0 709 吨 时 陕西科技大学毕业设计说明书20 过筛 0 709 吨 时 0 5 包装 0 705 吨 时 成品 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计21 5 能量衡算 5 1 热交换设备传热过程 乳品加工中的预热 杀菌 冷却 浓缩等操作 其目的各不相同 而实质都是使 较热的物体将热量传递较冷的物体 这种过程称为热交换过程或传热过程 传热设备 称为热交换器或换热器 用于杀菌时称为杀菌器 参与传热过程的两种流体称为载热 体 放出热量的热流体成为热载体 而温度较低 接受热量的冷流体成为载体 牛乳 的杀菌设备中 蒸汽或热水是热载体 牛乳是冷载体 我们现在使用的热交换设备属于间接热传递方式 即热载体通过传热壁将热量传 递给冷载体实现的 假如在传热壁一侧热介质为流动的热水 而流动的冷牛乳位于另 一例 那么加热介质一侧的间壁被加热 另一侧被冷却 在间壁的两侧 各有一个边 界层 由于摩擦力 与间壁接触的边界层的液体流速接近于零 紧靠边界层外的一层 流体受边界层影响 流速很小 在通道的中心流速达到最大值 同样 热水的温度在 通道的中心是最高的 越是接近间壁的水 另一侧的冷介质冷却的越快 热量以对流 和传导的方式通过边界层传递 3 5 2 热量衡算过程说明 换热器的传热计算主要有两类 一类是设计计算 即根据生产要求的热负荷 确定换热器的传热面积 另一类 shi 校核计算 即计算所给换热器的传热量 流体的流量或温度等 两者以换热器的热量 衡算和传热速率方程为计算基础 5 3 巴氏杀菌 牛奶刚挤出来温度为 36 选用巴氏杀菌机加热到 80 保持 15min 牛乳密度为 1020kg m3 比热容为 3 95kJ kg 局部总传热系数取经验值 150W m2 热交换过程如下 物料进口温度 t1 36 物料出口温度 t2 80 热蒸汽进口温度 T1 120 热蒸汽出口温度 T2 110 物料出口与进口温度差 陕西科技大学毕业设计说明书22 t1 T1 t2 120 80 40 t2 T2 t1 110 36 74 平均温度差 tm 因为 t2 t1 74 40 1 85 2 所以 tm t1 t2 2 74 40 2 57 冷物料所需要的能量 Q WcCpc t2 t1 0 53 3 95 80 36 92 11kw Wc 每秒钟所处理的物料量 kg s Cps 牛乳比热容 kJ kg 传热面积 S1 Q K tm 92110 150 57 10 8m2 为保证传热效果 取放大系数 1 2 校正传热面积 S S 1 2 S1 13m2 有能量守恒的 D Q r 92 11 2134 155 39kg h D 蒸汽消耗量 kg h r 加热蒸汽的汽化热 kJ kg 5 4 超高温瞬时灭菌热量衡算 进入设备物料从 80 上升到 135 在 135 环境保持 3s 4s 热交换过程如下 物料进口温度 t1 80 物料出口温度 t2 135 蒸汽进口温度 T1 145 蒸汽出口温度 T2 138 进出口温度差计算 t1 T1 t1 145 135 10 t2 T2 t2 138 80 58 平均温度差 tm t2 t1 ln t2 t1 58 10 ln 58 1