食品工厂工艺设计

.,第三章食品工厂工艺设计,.,了解食品工厂工艺设计的内容及其作用，熟悉工艺设计的方法和步骤。掌握产品方案、物料计算、设备选型、车间平面布置等工艺设计内容；熟悉工艺设计对非工艺设计和其他有关方面的要求。,.,第一节概述,一、食品工厂工艺设计的内容食品工厂工艺设计包括生产工艺设计、设备选择和管路设计、车间工艺布置等内容。生产工艺设计和车间工艺布置是工艺设计的两个重要内容。它们决定工厂的工艺计算、车间组成和生产设备选择等。,.,二、食品工厂工艺设计的步骤,食品工厂工艺设计重要是在由原料到各个生产过程中，设计物质变化及流向，包括所需设备的运用。具体步骤如下：（1）根据前期可行性调查研究，确定产品方案及生产规模。（2）根据当前的技术，经济水平选择生产方法。（3）生产工艺流程设计。（4）物料衡算。（5）能量衡算（包括热量、耗冷量、供电量、给水量计算）。（6）选择设备。（7）车间工艺布置。（8）管路设计。（9）其它工艺设计。（10）编制工艺流程图、管道设计图及说明书等。,.,第二节产品方案及班产量的确定,一、产品方案产品方案即生产纲领，指食品工厂全年生产的品种、数量、生产周期、生产班次的计划安排。,.,在安排产品方案时，应尽量做到“四个满足”和“五个平衡”。“四个满足”是：（1）满足主要产品产量的要求；（2）满足经济效益的要求；（3）满足淡旺季平衡生产的要求；（4）满足原料综合利用的要求。“五个平衡”是：（1）产品产量与原料供应量平衡；（2）生产班次要平衡；（3）产品生产量与设备生产能力要平衡；（4）水、电、气负荷要平衡。（5）生产季节性与劳动力要平衡;,.,二、班产量（年产量）的确定,Q=Q1+Q2-Q3-Q4式中Q新建厂某类食品年产量，吨；Q1本地区该类食品消费量，吨；Q2本地区该类食品年调出量，吨；Q3本地区该类食品年调入量，吨；Q4本地区该类食品原有厂家的年产量，吨；,.,三、产品方案的编制,在编制产品方案时，班产量是最重要的依据，同时还需要产品生产品种、规格、包装方式等方面的依据，如饮料厂产品方案、罐头厂产品方案。,.,制订产品方案步骤,1.确定产品的种类及包装规格；2.根据设计规模，结合各产品原料的供应量、供应周期的长短等实际情况，确定各种产品在总产量中所占比例及产量；3.根据原料的生产季节及保藏时间确定产品的生产时间；4.根据各种产品的设计产量，确定班次产量及生产班次数；天产量=各产品生产规模/预计生产天数班产量=天产量/班次班产量的单位有：吨/班、公斤/班。,.,5.产品方案比较：（1）主要产品年产值的比较；（2）每天所需生产工人数的比较；（3）劳动生产率的比较（年产量t/工人总数）（4）每天工人最多最少之差的比较；（5）平均每人每年产量的比较（元/人年）；（6）季节性的比较；（7）设备平衡情况的比较；（8）水、电、汽耗量的比较；（9）组织生产难易情况的比较；（10）基建投资的比较；（11）社会效益的比较；（12）经济效益（利税元/年）的比较；（13）结论。6.产品方案表达，可以是文字叙述的方式，也可以用图表表达的形式。,.,第三节主要产品的工艺流程设计与确定,一、工艺路线的选择（一）工艺流程和工艺流程设计：1.工艺流程：就是各种产品生产所采用的方法、步骤和途径及其各环节必需的技术参数。2.工艺流程设计：是确定生产过程的具体内容、顺序和组合方式，并最后以工艺流程图的形式表示出整个生产过程的全貌。,.,（二）工艺路线选择的原则和要求：,1.根据产品规格要求及有关标准来选择加工产品的工艺路线；2.根据原料的加工特性，选择易于加工，原料消耗少，营养损失低的工艺路线；3.应优先采用机械化、连续化作业生产线，以保证半成品不发生变色、变味、变质，节约能耗，降低成本；4.一些名、特、优的产品生产不得随意改动；若需改动，必须经反复试验，经专家鉴定认可后，方可采用；5.非定型产品的工艺路线，要待成熟以后方可采用；6.新产品的加工路线，必需经过中试放大，确认能够符合大批量生产的要求，方可用于设计中；7.对于改进后的新工艺，必需经过鉴定认可后，方可用于设计中。,.,二、工艺流程设计中的注意事项：,1.根据所生产的产品品种确定生产线的数量，若产品加工的性质差别很大，就要考虑几条生产线来加工；2.根据生产规模，投资条件，确定操作方式。3.确定主要产品工艺过程。4.在主要产品的工艺流程确定后，就要确定工艺过程中每个工序的加工条件。如原料处理的方式及达到的要求。5.正确选择合理的单元操作，确定每一单元操作中的流程方案及设备的形式。,.,三、工艺流程图的绘制,工艺流程一般有两种表示方法：一种是用框图的形式表示，另一种是所谓的生产工艺流程图的形式。框图的优点是步骤明确、易懂，能清晰显现工艺的原理，但缺点是不详细，一般多在科技论文叙述中予以采用。工艺的设备流程图是一种直观性的表示方式，它以形象的图形、符号、代号表示食品加工设备、输送路线、控制仪表等、借以表达食品生产过程和物料流向。,.,（一）分类,1.工艺流程示意图；2.工艺流程草图；3.正式工艺流程图。,.,（二）工艺流程图设计步骤：,1、搜集资料调查研究（1）技术路线特点，工艺参数。（2）原材料及公用工程单耗，产品的质量。（3）三废治理。（4）各种技术路线的发展情况与动向等。2、落实设备（1）研究各技术路线设备情况。（2）分清设备供货类型。国产引进重新设计3、全面比较（1）几种工艺在国内外采用情况及发展趋势。（2）产品质量情况。（3）生产能力及产品规格。（4）原材料及能源消耗情况。（5）建设费用及产品最终成本。（6）三废的产生和治理情况。,.,.,.,果冻生产工艺流程图,.,.,.,.,（三）工艺流程图的设计,1.生产工艺流程示意图2.工艺流程草图的设计完成工艺流程示意图后，即开展物料平衡计算。设备设计通常分两阶段进行。第一阶段的设计内容是：计算、确定计量和贮存设备的容积以及决定这些容积型设备的尺寸和台数等。第二阶段设备设计与水、电、汽等能量计算。,.,生产工艺流程草图由五部分组成：,（1）物料流程；（2）图例；（3）设备一览表；（4）图鉴；（5）图框。,.,（1）物料流程物料流程要求包括：厂房各层地平线及标高；设备示意图（设备外形尺寸须按比例画，（尺寸大小应适当相称且大致形似，还要画出设备各管口等）；设备流程号；画出设备的物料及水、汽、真空、压缩空气、冷凝剂等管线和流动方向；管线上主要的阀门等；必要设备及管道上的附件，如阻火器、管道过滤器、冷凝水排除器；必要的计量控制仪表，如转子流量计、玻璃计量管、压力表、真空表、温度计等；必要的文字注解，如废水的下水道、废料、废气及半成品、副产品的去向等。物料流程的比例一般采用1：100。如设备过小或过大，则比例相应采用1：50或1：200。,.,.,（2）图例；图例是将物料流程中画出的有关管线、阀门、设备附件、计量控制仪表等图形用文字予以对照。(3)设备一览表设备一览表的作用是表示出物料流程中所有设备的名称、数量规格、材料等。设备一览表是列在图签上部，由下往上写。它包括下列项目：序号；流程号（有的与序号合在一起）；设备名称；备规格；设备数量；设备材料；备注,.,（4）图签（标题栏）图签的作用是表明图名、设计单位、设计、制图、审核人员签名、图纸比例尺、图号等。其位置一般在流程草图右下角，其尺寸依据机械制图中的标准。而设备一览表的长度需和图签长度取齐，这样显得整齐美观。（5）图框（边框线）图框采用粗线条，给整个流程图（包括流程图、图例、设备一览表和图签）以框界。幅面一般宽度依据机械制图中的标准。,.,3.正式工艺流程图的设计作为正式的设计成果，工艺流程图将被编入设计文件，供上级部门审批和今后施工使用。,.,具体绘制工艺流程草图的步骤如下：,（1）用双细线绘出各楼层地面线，并注上标高。（2）根据设备所处的高度，从左至右，画出设备外形。（3）用粗实线表达物料，细实线表达其它辅助物料，用箭头表示流向。（4）画设备流程号。（5）标准设备流程号。（6）必要的文字说明。,.,四、生产工艺流程的安全设计,见课本P40,.,第四节物料衡算,一、物料衡算的概念和意义物料衡算是指：根据质量守恒定律，凡引入某一系统或设备的物料重量Gm，必等于所得到的产物重量Gp和物料损失量Gt之和，即：Gm=GP+Gt,.,二、物料计算方法和步骤,（一）技术经济定额指标法每班耗用原料量（Kg/班）=单位产品耗用原料量（Kg/t）X班产量（t/班）每班耗用各种辅助材料量（Kg/班）=单位产品耗用各种辅助材料量（Kg/t）X班产量（t/班）每班耗用包装容器量（只/班）=单位产品耗用包装容器（只/t）X班产量（t/班）X（1+损耗率）,.,(二)物料衡算的方法和步骤,1弄清题意和计算的目的要求2绘出物料衡算流程示意图3写出生物反应方程式4收集设计基础数据和有关物化常数5确定工艺指标及消耗定额等6选定计算基准(1)以单位时间产品量或单位时间原料量作为计算基准。(2)以单位重量、单位体积或单位摩尔数的产品或原料为计算基准。(3)以加入设备的一批物料量为计算基准。,.,7.由已知数据，根据物料衡算式进行物料衡算8校核与整理计算结果，列出物料衡算表9绘出物料流程图,.,第四节设备生产能力及选型,一、设备选型及设备设计的原则食品工厂生产设备大体可分四个类型：计量和贮存设备；定型专用设备；通用机械设备和非标准专业设备。在选择设备时，要按照下列原则进行：（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量。（2）一般大型食品工厂应选用较先进的，机械化程度高的设备；中型厂则看具体条件，一些主要产品可选用机械化、连续化程度较高的设备；小型厂则选用较简单的设备。,.,（3）所选设备能充分利用原料，能耗少，效率高，体积小，维修方便，劳动强度低，并能一机多用。（4）所选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料要不易腐蚀，不致对食品造成污染。（5）设备结构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、压力、酸碱度等）。（6）在温度、压力，真空度，浓度，时间、速度、流量、液位，计数和程序等方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式。,.,二、设备生产能力的计算,食品工厂所用设备的生产能力，有些一看铭牌就可知道，但有些设备的生产能力随物料、产品品种、生产工艺条件等而改变，例如流槽、输送带、杀菌锅等等。,.,第五节生产车间工艺布置,一、概述平面布置图，就是生产车间内，设备布置的俯视图。在平面图中，必须表示清楚各种设备的安装位置。下水道、门窗、各工序及车间生活设施的位置，进出口及防蝇、防虫措施等。除平面图外，有时还必须画出生产车间剖面图，剖面图又叫“立剖面图”。它是解决平面图中不能反映的重要设备和建筑物立面之间的关系，以及画出设备高度、门窗高度等在平面图中无法反映的尽寸。,.,二、车间布置设计的依据,(1)生产工艺图；(2)物料衡算数据及物料性质；(3)设备资料,包括设备的外形尺寸、重量、支撑形式、保温情况及其操作条件，设备一览表等;(4)公用系统耗用量供排水、供电、供热、供冷、压缩空气、外管资料等;(5)土建资料和带动守舍、防化、防爆资料等;(6)车间组织及定员资料;(7)厂区总平面布置；(8)国家、行业有关方面的规范资料。,.,三、生产车间工艺布置的原则,1.要有总体设计的全局观点；2.设备布置要尽量按工艺流水线安排；3.应考虑到进行多品种生产的可能；4.生产车间与其他车间的各工序要相互配合；5.必须考虑生产卫生和劳动保护；6.应注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施；7.可以设在室外的设备，尽可能设在室外，上面可加盖简易棚。8.根据生产工艺对品质控制的要求，对生产车间或流水线的卫生控制等级要进行明确的区域划分和区间隔离；9.严格执行HACCP、IS014000、GMP的规范性；10.要对生产辅助用房或空间留有充分的面积。要使各辅助部门在生产过程中对生产的进行、控制做到方便、及时、准确。,.,四、生产车间工艺布置的步骤与方法,食品工厂生产车间平面设计一般有两种情况，一种是新设计车间的平面布置;另一种是对原有厂房进行的平面布置设计。,.,（1）整理好设备清单和生活室等各部分的面积要求,.,(2)对设备清单进行全面分析，哪些是轻的、可以移动的，哪些是几个产品生产时公用的，哪些是某一产品专用的等。对于笨重的、固定的和专用的设备，应尽量排布在车间四周;而对于轻的、可移动的设备，可排在车间的中间，这样，在更换产品时调换设备比较方便。(3)根据该车间在全厂总平面中的位置，确定车间建筑物的结构形式、朝向和跨度;用坐标纸按厂房建筑设计的要求，绘制厂房建筑平面轮廓草图(比例可用1：100，必要时也可用1：200或1：50)，画好生产车间的长度、宽度和柱子以及大体上的区域位置。(4)按照总平面图的构思，确定生产流水线方向。,.,(5)将设备尺寸按比例大小，剪成方块状(或设备外形轮廓俯视图)，在草图上进行排布，应排出多种不同的方案，以便分析比较。若采用AutoCAD制图，会更加方便，这也是作为一个现代的工程设计人员所必需掌握的基本技能。,.,(6)对不同的方案可从以下几个方面进行比较工艺流程的合理性，人流、物流的畅通，与总平面的协调(包括废弃物及包装物的流向)；建筑结构的造价、建筑形式的实用和美感;管道安装(包括工艺、上下水、冷、电、汽等方面)的便捷、隐蔽、规范和美观，与公用设施的距离及施工的便利;车间内外运输的流畅(包括原料进厂及产品出厂的流向);生产卫生条件的合理、规范;操作条件的可靠性、消防安全措施的完整;通风采光等。,.,(7)对自己确认的方案征求配套专家的意见，在此基础上完善后，再提交给委托方和相关专家征求意见，集思广益，根据讨论征求的意见做出必要的修改、调整，最终确定一个完整的方案。(8)在平面图的基础上再根据需要确定剖视位置，画出剖视图，最后画出正式图,.,五、生产车间工艺布置对非工艺设计的要求,（一）对建筑外形的选择要求车间建筑的外形有长方形、L形、T形、U形等。一般为长方形，其长度取决于生产流水作业线的形式和生产规模，一般60m左右适宜，车间层高按房屋的跨度（食品工厂生产车间的跨度有：9m、12m、15m、18m、24m）和生产工艺要求而定，般以6m为宜。单层厂房可酌量提高，车间内立柱越少越好。国外生产车间柱网一般610m，车间为1015m连跨，般高度78m（吊平顶4m），也有车间达13m以上。,.,（二）建筑物的统一模数制,基本尺度的单位称作模数M0，基本的模数M0=l00mm。在平面方向和高度方向都使用一个扩大模数。在层高(楼层的高度方向)方向，单层为200mm的倍数，多层为60Omm的倍数;在平面方向的扩大模数用30Omm(3M0)，即柱网布置均采用300mm的倍数。在开间方向可用3.6m、3.9m、4.2m、4.5m、6.Om。其中以4.2m和6m在食品工厂生产车间用得较普遍;跨度小于或等于18m时，跨度的建筑模数是3m，跨度大于18m时，跨度的建筑模数是6m，所以，食品工厂生产车间的跨度有6m、9m、12m、15m、18m、24m、30m等，至于生产车间的开间及进深应多少为好，必须由平面布置的情况来决定。,.,（三）门,生产车间的门应按生产工艺的要求进行设计，一般要求设置防蝇、防虫装置，如水幕、风幕、暗道或飞虫控制器，车间的门常用的有空洞门、单扇门、双扇门、单扇推拉门或双扇推拉门、单扇双面弹簧门、双扇双面弹簧门、单扇内外开双层门、双扇内外开双层门等。我国最常用的，效果较好的是双层门（一层纱门和一层开关门，门的代号用“M”表示）。,.,（四）对采光的要求,车间的采光系数一般要求为1/41/6。采光系数是指采光面积和房间地坪面积的比值。采光面积不等于窗洞面积。采光面积占窗洞面积的百分比与窗的材料、形式和大小有关，一般木窗的玻璃有效面积占窗洞的46%64%，钢窗的玻璃有效面积占窗洞的74%79%。,.,（五）生产车间最好有空调装置（六）对地坪的要求食品工厂的生产车间经常受水、酸、碱、油等腐蚀性介质侵蚀及运输车轮冲击，故地坪须用标号较高的水泥铺盖。生产车间设计陶土砖或设计为水磨石地面。工艺布置中尽量将有腐蚀性介质排出的设备集中布置，做到局部设防，缩小腐蚀范围。地坪应有1.5%至2.0%的坡度，并设有明沟或地漏排水。,.,（七）对内墙面的要求食品工厂对车间内墙面要求很高，要防霉、防湿、防腐、有利于卫生。转角处理最好设计为圆弧形，具体要求如下：（1）墙裙一般有1.52.0m的墙裙（护墙），可用白瓷砖。墙裙可保证墙面少受污染，并易于洗净。（2）内墙粉刷一般用白水泥沙浆粉刷，还要涂上耐化学腐蚀的过氯乙烯油漆或六偏水性内墙防霉涂料。也可用仿瓷涂料代替瓷砖，可防水、防霉。这种涂料对食品工厂车间内墙面很适宜。,.,（八）楼盖楼盖是由承重结构、铺面、天花、填充物等组成。承重结构是梁和板，铺面是楼板层表面层，它可保护承重结构，并承受地面上的一切作用力。填充物起隔音、隔热作用。天花起隔音、隔热和美观作用。顶棚必须平整，防止积尘。保持1.5%2.0%的坡度，以利排水，保证楼盖不渗水、不积水。,.,（九）楼梯楼梯形式有:单跑、双跑、三跑及双分、双合式楼梯(如图3-20所示课本p104)。（十）建筑结构食品工厂生产车间的建筑结构