年产9万吨液态奶生产车间设计.docx

年产9万吨液态奶生产车间设计

年产9万吨液态奶生产车间设计

学号：专业：食品科学与工程
学院：化学与工程学院

食品科学与工程
1 .建厂理由
济南维维乳业是徐州维维食品饮料股份有限公司在沪成功上市后向乳业进军的又一 重要标志，是济南市历城区招商引资项目，预计将投资1. 5亿元建成集科研、生产、销售 一条龙的奶牛养殖加工企业。济南维维乳业有限公司位于山东济南东部，北临黄河，东临 济南机场，南临济青高速，西临机场高速，交通十分便利，距市中心10公里，远离济南 重工业区，空气清新，水质清纯，环境幽雅无污染，经济发展环境良好。
2.建厂规模
济南维维乳业公司成立后，每年可以为济南市带来2000万元的利税，解决当地300—500人的就业问题。为了发展奶源，在济南东郊有代表性地选择性地组建了15个奶牛养殖 示范基地，并选用国际先进的计量瓶自动化挤奶设备，总投资约2500万元，计划再建一 个万头奶牛养殖场，项目实施中心在济南国际机场驻地周围，辐射带动历城、章邱、济阳、 商河等本市奶牛发展重点村镇基础卜，可带动农户1500户一2000户，为公司发展3万头 奶源规模基地，带动沿黄地区及周边乡镇发展优质大豆生产基地10000亩，农民人均纯收 入增加500元一1000元，增加就业人数5000余人，并带动相关产业的发展。
3.产品、品种、规格标准、产量：
目前市场的主要品种集中在纯牛乳和酸乳类产品，维维乳业根据市场需求和山东地区的消费特点，准备重点开发发酵型乳酸菌饮料，日前市场上销售的酸乳饮料主要以调配型为主，从口感和营养价值上来说都不如发酵的产品好，维维乳业开发出优质的活性乳酸菌饮料，主要针对少年儿童的市场，具有清凉解渴，营养丰富的特点，包装形式包括利乐枕、百利包及低温家庭乳复合袋等，预计日销售量达150吨以上。另外根据市场需要，针对普通消费者，开发UHT牛乳和一些花色乳，预计销售量每天大约在150吨左右，因此项目设计规模为300吨/天。 
4.生产方式：工艺和设备 
根据济南当地的消费习惯和市场的发展需要，前期产品主要以UHT牛乳及乳酸菌饮料类产品为主，配套根据设备生产能力及市场情况，年产纯牛乳及乳酸菌饮料为9万吨。根据年产量9万吨的生产规模，产品的产量设计情况见表2-1 

从我国目前乳制品的消费来看，消费量最大的是纯牛乳和乳酸菌饮料，因而设计规模是年产中性牛乳6万吨，乳酸菌饮料3万吨。
 4. 1工艺流程确定 
4. 1. 1纯牛乳工艺流程 
    纯牛乳的生产工艺流程如图2-1所示。 

4.1..2乳酸菌饮料工艺流程 
  乳酸菌饮料生产工艺流程如图2-2所示。 

4.2工艺论证和说明 
 原料乳的要求及检验 
4.2. 1原料乳理化指标检测 
    制造优良品质的乳制品，必须选用质量优良的原料乳，原料乳送到加工厂时，必须进行逐车或逐批验收，验收时对原料乳进行嗅觉、味觉、外观、尘埃、温度、酒精、酸度、比重、脂肪、蛋白质、全乳固体、细菌数等进行严格检验，必须符合下列要求:      
 (1)采用健康母牛挤出的新鲜天然乳汁；
 (2)不得使用产前15日内的胎乳和产后7天内的初乳；   
(3)不得含有肉眼可见的机械杂质；
 (4)具有新鲜牛乳的滋味和气味，不得有外来异味，如饲料味、苦味、臭味、霉味 和涩味等；
(5)为均匀无沉淀的流体，呈浓厚粘性者不得使用；
 (6)色泽为白色或稍带黄色，不得有红色绿色后显著黄色；       
(7)酸度不超过20 T ；
(8) 要求乳脂肪：3. 1%，蛋白质：2. 95%，非脂乳固体：8. 1%；
(9) 不得使用任何化学物质和防腐剂。 
4.4.2预热杀菌 
    原料乳在均质之前进行预热杀菌的目的有: 
    (1)初步杀死大部分的细菌和致病菌，使UHT的杀菌更彻底，以保证食品的安全 性，提高成品的贮藏性。 
(2) 抑制酶的活性，以免成品产生脂肪水解，酶促褐变等不良现象。     
(3) 控制乳的温度在500C-800C，使均质效果更好。根据以上几点，确定牛乳的预热杀菌温度为6 5 0C 。
4.4.3杀菌 
    纯牛乳的杀菌采用国际较为先进的超高温(ultra high temperature, UHT)灭菌。UHT灭菌方式的出现，大大延长乳制品的货架期，同时无需冷藏，不仅使产品从颜色的味道上得到了改善，而且提高了产品的营养价值;乳酸菌饮料工艺中，酸奶制 作采用高温短时杀菌方式，不仅彻底杀灭了有害菌，保证乳酸菌的正常发酵，而且最大限度减少产品的营养成分的损失。再经板式热交换器迅速冷却至43℃左右。杀菌热处理是发酵乳制品生产的基本步骤 之一。用于制造发酵乳制品的原料乳要求比一般消毒乳更强烈的热处理。热处理主要作用有: 
(1)杀灭乳中病原菌和噬菌体；灭活乳中固有的免疫球蛋白、溶菌酶等天然抑制成分；减少其他微生物数量并钝化脂肪酶。 
 (2)排除乳中的溶解氧，降低其氧化还原电位，且产生一些促生长成分(如甲酸)。  
(3)杀菌后蛋白热变性使乳酸菌得到更多的可利用肤和氨基酸，并形成了少量一SH 基化合物，促进乳酸菌生长。 
  4)乳清蛋白变性改善了终制品的硬度和粘度，并防止乳清析出。 
4.4.4发酵剂的扩培生产 
(1)乳酸菌的生长可分为四个阶段: 
(a)缓慢期这是牛乳接种后立即进入的阶段，菌种活性受阻碍是由于微生物 在新的培养基中须调整并适应。 
(b)对数期此阶段菌种表现出最大活力，即只要生长条件适宜，菌种翻代时间 最短。 
(c)稳定期对数期到达一确定点后，由于缺乏营养和代谢物质的积累，如乳中 乳酸导致活性菌数恒定，即菌的死亡和生成得到平衡。 
(d)衰亡期主要由于不适宜的生长条件，活菌数开始下降。   
(2) 制备工作发酵剂的方法: 本工厂发酵剂将采用三种形式制作:      
(a)商业公司直投式发酵剂; 
(b)直投式发酵剂继代一次用于生产;       
(c)采用继代式发酵剂，即: 商业发酵剂一母发酵剂一中间发酵剂一工作发酵剂（此过程必须在绝对卫生的状况下进行）。 
4.4.5接种发酵 
用定量泵将工作发酵剂打入经杀菌并冷至43℃的乳液中。 
4.4.6乳酸菌饮料辅料的配制 
    稳定剂用5倍的白糖混合溶解，加热到85-90℃保温25-30min灭菌，再冷却到 18℃后待用。 
4.4.7乳酸菌饮料调配 
    发酵至pH为4. 2左右时，破乳并经板式换热器冷却至18 0C，泵至混料罐加糖液调香。 
4.4.8乳酸菌饮料杀菌、灌装 
发酵调配完成的料液，分成两条管线:一条进意大利瑞达超高温灭菌器灭菌后 无菌灌装成百利包，另一条进利乐超高温灭菌器灭菌后无菌灌装成利乐包。
4.4.9纯牛乳灌装、入库 
    灌装必须确保在无菌条件下进行，计量准确，封口可靠，成形完好，喷码清晰。灌装温度常温乳控制350 C，正常灌装时按千分之一比例随机抽样置于360 C条件下做保温实 验;家庭乳控制在80 C以下。常温乳成品进入常温库贮存;家庭乳进入2-6 C冷库贮存。 
5.工厂组成
(1) 主车间为局部二层，二楼为工厂办公室及化验室，建有参观走廊供参观用。     
(2) 厂区其他主要建筑有宿舍楼、食堂、成品库、浴室、厕所等。     
(3) 绿化情况:厂区建有花坛、草坪，主车间周围建有绿化带。  
(4) 厂区道路:主干道宽10米，两旁种有黄杨秋、雪松等。 
(5) 厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水笼头及灭火器。 
6.工厂总占地面积和地形图
 厂区占地面积32600m2，呈规则长方形，东西向约200m，南北向约170 m，场地设计标高44-47m，全年主导风向为东北风，因此将公用设施锅炉房，变电所等布置在厂区南面。厂区设东、北两个出口，北端出入口为主出入口，为原料及辅助材料，成品及人流出 入口；东端出入口做为辅助出入口，为煤炭、煤渣等出入口。两个出入口通过干道相连， 同时又对内部交通运输不产生干扰。厂区道路布置成环路，主干道宽8m，次干道宽4 m, 转弯半径为9m，满足消防要求。考虑到乳品加工厂的生产特点，拟将本厂建成环境优美的花园式单位，利用一些不规则地形和沿厂区道路种植适合本地生长的常绿乔木，载种草皮，布置两个大花园，与本期工程配套的办公及生活设施已由一期工程考虑或另行征地解决。 
总平面主要设计指标如表3一1所示。 

7.工厂总的建筑面积和要求
根据乳制品生产工艺要求，需以下建筑物或构筑物：
(1) 主生产车间：利乐枕、百利包及家庭袋装乳生产线。   
(2) 原、辅材料库:存放生产用的辅料及包装材料。   
(3) 成品仓库：存放生产成品用。 
(4)水处理间：提供液态乳生产配料用的净化水。   
(5)低温库：存放家庭乳成品用。 
(6)空压机房：提供某些设备自动化控制所需的压缩空气及生产过程中的需求。     
(7)化验室：原辅材料的检验及车间成品的理化指标和微生物的检测。   
(8)更衣室、卫生间:供车间工人使用。
(9)锅炉房：提供生产所需要的蒸汽。
 (10)配电室：提供生产用电。 
根据以上建筑物功能的区分和工艺要求，车间生产过程如图3-1所示: 

8. 公用设施——给排水、电、汽、通风、采暖及“三废”治理要求
8. 1电估算 
    为了合理设计选择变配电设备及供电系统中各组成元件，需要根据用电设备的容量对有关的电力负荷进行统计计算。 
    结合本厂实际，对生产过程用电量采用计算的方法，保证用电量的准确性。计算方法和步骤如下: 
(1)水处理系统耗电量:P1=30kW     
(2)溶糖、稳定剂耗电量:PZ -102kW 
(3)脱气、均质、杀菌系统耗电量:P3 = S OkW    
(4) CIl'耗电量:P4=20kW     
(5)灌装机耗电量:P5 = 80kW    
(6)冷库耗电量:P6 = 60kW     
(7)空调耗电量:P}=18kW     
(8)其他耗电量:Pg=6.2kW 
  车间最高耗电量为P=366.2kW。故装机容量选为400kW o 
8.2用汽量估算   
用汽量计算的目的在于定量研究生产过程，为过程设计和操作提供最佳化依据。通过 用汽量计算，计算生产过程能耗定额指标。应用蒸汽等热量消耗指标.可对工艺设计的多种方案进行比较，以选定先进的生产工艺。用汽量计算也是组织和管理、生产、经济核算和最优化的基础。用汽量计算的结果有助于工艺流程和设备的改进，达到节约能源、降低生产成本的目的。 
 结合本厂实际，对生产过程用汽量采用计算的方法，保证用汽量的准确性。计算方法和步骤如下: 
 (1)溶糖、稳定剂耗汽量:Gl = 60kg/h     
(2)水处理耗汽量:q=1200kg/h 
(3)脱气、均质、杀菌总耗汽量:G3 -1000kg/h    
(4)CIP耗汽量:G4 = 67kg/h     
(5)灌装机耗汽量:G5 = 56kg/h   设备总耗汽量:G=2383kg/h 
    公司已建成3台10吨锅炉完全可满足车间的用汽。 
8.3管路的选径 
根据流体在管内的流量、流速与管径之间的关系即可计算出管道的内径d=18.8
 d一管道内径(mm)       Q一流体流量(m3/h)       W~流体的流速(m/s 
8.4自来水管直径的计算
采用炭钢管，查表取流速2. Sm/s,  d=18.8J丫  Q/V一18. 8寸  50 / 2.5 =84   故自来水总进水管径选为DN 100 
8.4.1冰水管直径的计算 
采用镀锌管，查表取流速3 m/s ,d=18.8甲  Q/V一18.8习  50/3 =76   故选用冰水总管径为DN76 
8.5蒸汽管直径的计算 
采用镀锌管，查表取流速25m/s ,d=18.8寸  Q/V一18.8习  1100/25一124 
  根据车间的最大耗汽量，故选用总蒸汽管径为DN125 
8.5.1清洗管路直径的计算 
    采用镀锌管，查表取流速3 m/s  d=18.8寸  Q/v一18.8J召  50/3 =76   故选用清洗总管径为DN80 
8.6管路安装 
    布置原则：满足生产需要，易于操作安装，尽量缩短管线，尽量集中布置，并沿墙壁、 柱子边等，架空铺设的管道应不影响车辆和行人通过。具体设计是公用管路自来水、蒸汽、冰水、压缩空气高度为4000mm，物料管路、纯水管路、清洗管路设计高度为3800mm，各设备分支管路设计标高3600mm(电缆桥架设计标高4200mm ) o 
8.7污水处理 
8.7. 1厌氧发酵技术 
厌氧发酵是自然界物质和能量循环的重要环节，利用厌氧消化技术是保护生态环 境，维护自然界良性循环的重要的有效方法，意义重大。可以实现能量的再生，提高有机废水的可生物降解性，有利于后续处理。 
目前，国内外运用的比较多的厌氧处理技术主要是以下三种方法:折流式厌氧反应器、完全混和式厌氧接触工艺、UASB反应器。 
8.7.1.1折流式厌氧反应器 
    折流式厌氧反应器是在反应器内设置档流板， 拌作用实现废水和微生物的混和。其流程如图9-1 使水流不断改变方向，借助水力搅拌。

8.7.1.2完全混和式厌氧接触工艺 
    完全混和厌氧接触工艺是对传统的完全混和反应器的改进，使SRT大于HRT，有 效的增加了反应器内的污泥浓度，提高了反应器的容积负荷。厌氧接触工艺的流程见图9-2：

9. 交通运输——条件、吞吐量
临近郊区，交通运输条件良好，吞吐量较大，工厂设计能满足需求。
10.投资估算
车间及办公楼共投资690万元，K, =690万元 10. 1. 2用于购置各种设备、工具和器具的费用 
(1) 国产设备:798万元 
(2) 百利包无菌灌装系统:295 X 6 =1760万元     
(3) 利乐枕灌装系统:700 X 6=4200万元               共计K2=6758万元 
10.1其他费用(土地费、人员培训费、勘察设计费等
(1)土地费:380万元 
(2)人员培训费、勘察设计费为100万元            
 共计K3=480万元 
故生产总投资为:K总=K,+K2+K3=7928万元 10. 2年经营费用的计算 
10.3折旧费和大修费 
    设运输及相邻部门投资200万元，则全厂固定资产总投资为7928+200=8128万元     
设固定资产折旧后预计残值为原投资的5% 
设固定资产清理费为原投资的1%     取设备使用年限为15年 
则年折旧额一(固定资产一预计残值+预计清理费)令预计使用年限  =520. 19万元 
10.4原材料、燃料消耗费用 
    按每天300吨产量计算，全年满负荷生产100000吨，鲜乳、辅料、包装材料均以现行市场价计算。 
    (1)原材料总消耗20480万元(财务部计算) 
(2)燃料、动力等，每吨消耗按80元计算，则总消耗为73000 X 50 = 584万元     
(3)职工工资费用:人均工资按12000元/年计算，则工资总额为300 X 12000 = 360 万元 
    (4)管理费、其他费用等等(维修费、次品损失费、车间经费等):据财务提供，按   (1)和(3)的3%。计算，及(20480+360)  X 3%=625. 2万元     共计22049. 2万元 
11.利润、利润率、投资回收期计算 
11. 1利润 
牛乳销售收入市场价按4000元/吨计算(不含税价)，销售费用为销售收入的35%，银 行贷款月利率为6 %0，设流动资金占固定资产的20%。则年利润一销售总收入一生产总成本一财务费用一销售费用 
=100000X0.40-(22049.2+520.19)-8128 X(1+20%) X 6%0 X 12+100000 X 0. 40 X35%  =2710. 35万元 
11.2利润率 
    (1)资产利润率 =2710. 35/8128 X 100%=33. 33%     
(2)销售利润率 =2710. 35/ (100000 X 0. 4) =6. 78% 10.3.3投资回收期 
投资回收期一固定资产总额/年利润=8128/2710. 35=3. 00年
11.3生产盈亏平衡点 
  盈亏平衡点一年固定成本令(不含税收入一可变成本) 
      =(520.19+360+625.2+702.26)  :  (40000一20480一584) X 100% =11. 67% 
11.4小结 
(1)该项目生产总投资为7928万元; 
(2)固定资产年折旧费和原材料、燃料消耗费分别为520. 19万元、22049. 2万元; 
(3)利润率较高，资产利润率和销售利润率分别为33.33%, 6.78%; 
(4)盈亏平衡点低，为设计能力的11. 67%，产量盈亏平衡点为11620吨;
 (5)经营安全率达55. 11%; 
(6)投资回收期为3. 00年。
12.参考文献 
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1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
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28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
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31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
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33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
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38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
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41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
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44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
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47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
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82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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食品科学与工程