年产量3400吨乳粉厂设计

1、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：2012.6.4-2012.6.102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.31.1 设计目的设计目的.31.2 设计要求设计要求.31.3 设计依据设计依据.41.4 国内乳粉工业现状国内乳粉工业现状.42.工艺流程的确定与分析工艺流程的确定与分析.42.1 工艺流程图工艺流程图.42.2 生产

2、工艺说明生产工艺说明.52.3 产品方案确定产品方案确定.83.工艺计算及设备选型工艺计算及设备选型.83.1 工艺计算工艺计算.83.2 设备选型设备选型.123.3 主要设备选型列表主要设备选型列表.174.小结小结.1731.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

3、. 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，

4、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。42.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(NYT 5049)的要求。生产无公害乳制品的原料奶要求符合(NY 50452001)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

5、（%）平 均 值 （%）水 分85.587.587.5总 乳 固 体10.514.513.0脂 肪2.56.04.0蛋 白 质2.95.03.4乳 糖3.65.54.8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 l030ppm 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

6、折成 24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03ppm 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

7、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

8、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， 66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

9、法(8524s)。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

10、 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 1030s，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 3550左右，蒸发 lkg 水分需要 23kg 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

11、 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.

12、67 t其中，K 为设备不均匀系数，取 0.83.工艺计算及设备选型工艺计算及设备选型83.1 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)=5.6797/45=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： 1

13、2.22/(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 8085、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

14、 Kg。则杀菌过程牛乳需要的热量为：Q=mcT2T14880 0Kg2.510J/（Kg）(8520)=7.93106 KJ设杀菌过程中热量损失为 20%，则实际需要热量为Q=7.93106120%=9.91106 KJ全年的热量消耗为:Q=9.91106KJ2502=7.43109 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= mcT4T3=488002.510J/（Kg）7550=3.05106 KJ设浓缩过程中的热量损失为 2

15、0%，则实际需要热量为Q=3.05106 KJ120%=3.81106 KJ全年的热量消耗为:Q=3.81106 KJ2503=2.86109 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 t10根据水分蒸发量可选用 YPLI2000 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：65002000=3.25 h蒸汽消耗量 2400Kg/h,水蒸汽的比热为 c=2.110J/（Kg）,则蒸汽的热量为 Q=c2400Kg/h3.25=2.110J/（Kg）2400 Kg/h2.25=1.14107J全年的热量消耗为Q=1.1

16、41073250=8.51109 KJ全年总的蒸汽消耗量：Q 总=7.43109+2.86109+8.51109 =18.8109则生蒸汽的消耗量：W=18.8109/2.1103=8.95106 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= CG(T1-T2)100（t1-t2）=9.46.11(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

17、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 0.7511则则每日的用电量为1.14Kw31h=3.42Kwh则每年的用电量为3.42250=855 Kwh 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12Kw3=36 Kwh每年的用电量为36250=9000 Kwh 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266603320021.64h每日的用电量为1.64h27.2kw=44.51

18、Kwh每年的用电量为44.51250=11126.52 Kwh 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374832000=4.49h每日的用电量为 724.49=323.28 Kwh每年的用电量为323.28250=86112 Kwh 包装机本生产过程选用的是包装效率为 3080(bags/h) ，包装量为 125Kg/h，每袋400g，功率为 2kw,每日的用电量为28=7.2 Kwh每年的用电量为22503=1500 Kwh则每年的总用电量为：P=11126.52+9000+1500

19、+855+86112=108648.52 Kwh3.2 设备选型设备选型123.2.1 贮奶罐贮奶罐名称型号规格效能净重价格(约)LCH-22t0.7t8000LCH-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 50100。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

20、真空度： 72kpa功率： 2.2kw净出口管径： 50mm/40mm3.2.3 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 Kw123.2.4 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

21、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=MCt 奶/K tm =122200.94(20-4)/18007.76 =13.26 m2注：K=15002000kj/m2h，取 k=1800kcalm2h。所以选用 BP2 一 J15 型板式换热器。技术参数：型号：BP2 一 J15 换热面积：15m2片数：75最高工作温度：100外形尺寸：1007 384 1545净重：434kg3.2.5 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

22、量为 48.88t/班，即 6.11 吨/小时，查手册取板式换热器 K 为 4000W/（mhK） ，C乳=3.874kJ/(kgK),采用逆流换热 T=90-55=35平均温度差tm =40换热面积 A=MCt 奶/K tm =122200.9435/18004014 =5.17 m2 所以选用 BP2 一 J6 型板式换热器。技术参数：型号：BP2 一 J6 换热面积：6m2片数：25最高工作温度：100外形尺寸：852 500 1545净重：338kg3.2.6 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 RNJM

23、03-3200 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/h320015耗气量 Kg/h1100循环耗水量 T/h19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 Kw27.23.2.7 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147510N/，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= 0.031

24、50 1 = 3.5（/m2h） mAv5 . 65 . 384005. 1W1.05 D3131故塔径： 干燥塔高度与干燥塔径的关系为：H = （1.11.2）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 YPLI2000 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：60Lmin，压力 60bar，转速：600rPm，功率：735kw，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

25、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 3080 300 90068016503.2.10 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/H