年产100t苹果清汁浓缩汁工厂设计样本.docx

年产100t苹果清汁浓缩汁工厂设计班 级：级生物工程专业本科班指导老师：盛文军 设计时间：.06.12.06.30 小组组员：贾贵山（111011） 张 静（111056） 张彦芳（111060） 梁 超（1110） 设计任务书一.设计标题年产100吨苹果清汁浓缩汁食品厂设计二.完成期限三.厂址选择四.建设目标和意义本厂计划在十二个月内完成100吨苹果清汁浓缩汁生产项目，各生产设备陆续到位，结合当地苹果原料资源及廉价劳动力资源，分步实施计划，循序渐进。确保优良品质前提下提升产量。五.设计内容1.生产工艺浓缩苹果汁生产工艺采取压榨法，压榨法出汁率较高，生产较为稳定，成本相对较低，是利用最为广泛，普及苹果汁制取方法。（具体工艺步骤见设计说明书）2.产品方案本浓缩苹果汁厂计划生产300ml瓶装规格产品，中国产品依据要求可采取玻璃瓶包装。3.设计要求果蔬汁饮料卫生标准（GB19297-）绿色食品果汁饮料（NY/T434-）饮料企业良好生产规范（GB14881-）食品包装卫生标准（GB9683-）六.工厂组成工厂由生产车间，辅助部门，生活设施及污水处理系统等几部分组成，工作人员包含经营管理人员，生产工人，技术工人，销售人员，财务人员等。（这些人员多从天水当地招聘）七.公用设施包含厂区道路、消防设施，给排水、电、汽及“三废”治理等方面。这些设施建设应严格根据国家标准，做到经济合理、安全可靠，同时又能在符合食品卫生要求前提下满足生产负荷。八.建厂进度设计完成或具体施工由聘用专业建筑企业来完成，完工后立即进行试产 ，试产合格后正式投入使用。九.设计结果形式设计说明书：平面设计图纸：附图一 厂区平面图附图二 生产车间部署图附图三 真空浓缩设备步骤图十.设计计划及进度6月 准备资料6 月 参观实习6 月 确定方案6 月 工艺设计6 月 数据核实6 月 设计定稿 第一章 绪论1.1 苹果及其营养价值 苹果（学名：Malus domestica）是蔷薇科苹果亚科苹果属植物，落叶乔木。苹果果实富含矿物质和维生素，为大家最常食用一个水果，其味酸甜可口，老幼皆宜。苹果含有很高营养价值和医疗价值。每100g鲜苹果果肉中含糖类15g，蛋白质0.2g，粗纤维0.1g，钾110mg，钙0.11mg，磷11mg，铁0.3mg，胡萝卜素0.08mg，维生素B10.01mg，维生素B20.01mg，尼克酸0.1mg，和锌、山梨醇、香橙素，维生素C等。1.2 苹果汁营养价值苹果汁含有丰富营养物质，含有极高营养价值和医疗保健作用。食品所提供热量多少由卡路里（Calorie）来表示，简称卡。一个一般大小苹果大约能提供80卡热量，由此可知，苹果汁热量并不高，但苹果汁营养生理意义在于其中营养成份能够快速地被人体吸收。原因在于苹果汁中可溶性固形物绝大多数可溶解于水中，只有少部分溶解于有机酸和其它物质中。苹果汁中关键含有糖类物质是葡萄糖和果糖，这两种单糖很轻易被人体吸收，在体内快速被肠胃吸收从而进入血液循环系统。所以，从营养学角度来看，苹果汁对人体很有益。1.3 中国浓缩苹果汁产业发展现实状况和趋势中国浓缩苹果汁生产最早从山东开始。l983年，山东中鲁企业开始进口浓缩苹果汁生产加工设备，直到上世纪九十年代中期，浓缩苹果汁生产加工关键在山东，年产量不超出吨。从上世纪九十年代中期开始，浓缩苹果汁生产加工得到了迅猛发展，生产加工企业由八十年代集中在山东苹果主产区，发展到陕西、河南、山西和辽宁等苹果产区。浓缩苹果汁加工企业由八十年代一家发展到现在三十五家，年加工业生产能力从九十年代中期1600吨猛增至现在90多万吨。现在中国已成为世界浓缩苹果汁第一大生产国和出口国。现在全国浓缩苹果汁生产企业已可年转化近600万吨苹果，占苹果总产量近25，极大地缓解了苹果主产区卖果难问题，并使中国关键苹果产区加工用苹果收购价从0.2元千克，基础稳定在0.5元千克以上，仅此就可使近百万户果农受益，为农民年增加收入约13亿元。从中国市场来看，现在中国生产浓缩果汁厂家尚少，而兴建数百家饮料厂急需大量浓缩汁原料。中国有十三亿人口，伴随经济发展。人民生活水平不停提升，作为健身饮品需求量将越来越大。所以，加紧果汁生产发展会使该产业在中国会经久不衰，立于不败之地。 从国际市场来看，果汁饮料厂更是急缺进口，依据美国农业部对浓缩汁减产估计：美国需进口17万吨鲜果汁，德国将进口16万吨鲜果汁。另外，从世界各国果汁消费结构来看，柑、桔、椰、菠萝等饮品饱和缓慢，而苹果汁、葡萄汁饮品增加特快，其中以苹果汁最猛。在果汁世界贸易中，1990年西欧各国进口量是1985年2倍以上，日本果汁饮料消费尤为突出；l 980年为1965年170.4倍；1980年以后每十二个月以50速度递增。在中国因为人民生活水平提升纯天然果汁饮料需求也一直在连续增加，同时伴随中国加入WTO和中国一东盟自由贸易区建立，必将给果汁事业发展带来光明前景。 1.4 甘肃省浓缩苹果汁产业发展现实状况及趋势 1.4.1 甘肃省苹果产业现实状况及趋势苹果是甘肃省分布范围最广、栽培面积最大果树树种，在陇东南黄土高原平凉、庆阳、天水、陇南（礼县、西和）是本省苹果主产区。这些地域光热资源丰富、海拔较高、昼夜温差大、空气干燥、自然隔离条件好、病虫危害轻、土层深厚、土壤疏松，适宜苹果栽培，含有最适宜苹果种植7项指标。生产苹果以着色鲜艳、外形美观、肉质细脆、可溶性固形物含量高、口感好、风味佳、耐贮运、营养丰富而畅销中国外市场，深受消费者喜爱，是农业部划定苹果优势产区。这一区域栽培面积大、产业基础好、产量高、品质好、效益显著，正在向规模化、集约化、产业化、高效化方向发展，已成为全国西北黄土高原苹果关键产区。天水已成为中国最大元帅系苹果生产基地，平凉、庆阳已成为全国著名优质红富士苹果生产基地。苹果面积、产量分别占全国13.27%和5.89 %，种植面积由全国第6位，跃升到第3位，仅次于陕西、山东两省。农业部在平凉、天水各建立一个国家级苹果试验站。由此可见，本省苹果产业在全国已经有举足轻重地位，越来越得到重视。1.4.2甘肃省苹果汁产业现实状况及趋势多年来，果汁类饮料越来越得到消费者青睐，这为本省果汁加工企业带来巨大商机。凭借丰富原料资本和较低劳动力成本，本省果汁生产企业产品品质不停提升，出口量也快速增加。以前甘肃省仅有庆阳、泾川建有苹果浓缩汁加工企业，本省东南部地域还有较为丰富苹果资源未得到良好应用。，兰州长城电工、陕西恒兴果汁饮料和天水长城电工股份斥巨款在富有“中国西部瓜果之乡”美誉天水市建起了苹果浓缩汁专业生产加工企业天水长城果汁饮料。全部产品均以自营和代理形式出口德国、俄罗斯、以色列、荷兰、英国、丹麦等发达国家和地域。1.5 产品方案及班产量确定1.5.1 依据年产量100t浑浊苹果汁，100 t浓缩浑浊苹果汁。一天两班，一班八个小时。30天二十天。在浓缩浑浊苹果汁不生产期间，用浓缩浑浊苹果汁作为生产浑浊苹果汁原料。1.5.2 要求首先确定季节性产品生产季节和班次，然后考虑调整性产品。做到产品产量、劳动力、班次、设备生产、水、电、汽基础平衡，达成经济运行目标。第二章 厂区平面设计2.1 平面设计标准1.按工厂规模及类别结合周围环境，部署上努力争取紧凑，节省用地；2.建筑物部署须符合工艺步骤要求，生产线路短；3.各建筑物、构筑物应按各自性质，合理地在常年主导风向上进行部署4.综合考虑全厂部署，要求合理、经济、高效、环境保护。2.2 厂址选择本场拟建于天水市经济开发区东十里工业园。天水市十里铺工业园区在天水市秦州区和麦积区中段，东起甘肃工业技术学校，西到天水制药厂，北邻天北快速，南到南山底。东西长4100米，南北宽8301000米，计划总面积360.6公顷。2.2.1区位条件天水市在甘肃省东南部，黄土高原西部，渭河流域中上游，总面积1.43万km2，是陇东南政治，经济，文化中心。天水东连关中，西通兰州、河西，南下经陇南可入巴蜀，北上平凉、庆阳，可达塞北，区位条件十分优越。2.2.2交通条件天水地处陕、甘、川、宁四省交汇点，西安和兰州两大省会城市中间，为陇东南商贸中心，对周围城市有一定辐射带动作用，含有现代物流和商业连锁区位优势。天水市交通相对便利，以公路、铁路交通为主。陇海线在天水境内长达185km；公路方面，国道316、310组成南北、东西大通道；另外，境内还有5条省道，为便利交通做出很大贡献。2.2.3原料供给天水是全国关键果品生产基地，苹果种植面积70万亩，产量4.02亿千克。天水含有气候温和、光照充足、降雨适中、土层深厚、四季分明等特点，土壤pH值5.5-8.0,年均气温、一月中旬平均温度、年极端最低温度、夏季平均温度大于35天数、夏季平均最高气温等生态指标，均符合国家农业部苹果区域优势发展计划中苹果最适宜指标。果品栽培海拔1000-1850米，无霜期165-230天左右，大于10有效积温2200-3500，年日照时数-2300小时，很有利于果品糖分积累。2.3建筑物部署标准 建筑物部署应严格符合食品卫生要求和现行国家规程、规范、要求，尤其遵守出口食品生产企业卫生要求、食品生产加工企业必备条件和建筑设计防火规范中相关条文各相关建筑物相互衔接，并符合运输线路及管线短捷、节省能源等标准。生产区相关车间及仓库组成联合厂房。2.3.1生产车间、检验室及中心试验室部署1.部署在厂区整年最小频率风向下风侧；2.生产区和外公路距离不应小于30m；3.生产区有一定绿化带，保持良好卫生环境。2.3.2公共设施部署1.锅炉在满足工艺条件前提下，宜靠近用气负荷中心，并应部署在厂区整年最小频率风向上风侧；要有足够堆煤、堆渣场地。应设置运输煤渣单独出入口。燃油锅炉要考虑油罐位置；2.变配电所应靠近制冷站等关键用电负荷中心，满足变压器进出方便及安装、维修要求；3.制冷站应靠近冷库或和冷库结合位置；4.压缩空气站应部署在生产车间整年最小频率风向下风侧；5.泵房给水系统应部署在较洁净地方6.污水处理站应在生产车间最少30m以外，并在生产车间整年最小频率风向上风侧，其周围应部署较多绿化带。2.3.3库区部署1.仓库应结合生产工艺要求和相关生产车间结合部署，有利于节省能源和土地；2.废弃场地设置因远离生产区，并设置专门入口和清洗消毒设施。2.4道路和绿化厂区出入口依据天水城市道路计划、人流、物流方向和全厂运输量而设置。表1 厂区道路指标指标名称汽车道电瓶车道 单行道3.0-4.02.0路面宽度（m） 双车道6.0-6.53.5车间引导宽度3.0-4.02.0-3.5路肩宽度1.0-1.5平曲线最小半径15.06.0单车9.05.0带一辆拖车12.07.0最大纵坡（%）83-4最小纵坡（%）0.4车间引导最小半径8.04.0纵向坡度最小长度50502.4.2绿化 绿化对改善厂区卫生环境和生产、生活环境是必不可少。但尤其注意是，厂内绝对严禁种植飞絮植物，对于落叶植物选择也要慎重。第三章 产品工艺步骤设计3.1产品工艺选择步骤3.1.1果汁制取方法1.浸提法浸提法是把水果细胞内汁液转移到液态浸提介质中过程，苹果汁浸提温度通常在45-65下，低温浸提60min左右。在实际操作中，浸提法制取苹果汁采取热水作为介质，所得汁液色泽明亮，易于澄清处理，氧化程度小，微生物含量低，芳香成份含量高。但果汁中易于热解或挥发成份损失很大，且需要消耗大量新鲜热水，所以浸提法通常见于汁液含量较少，难于用压榨法制取水果原料，如山楂、梅、酸枣等水果。图 1 浓缩苹果汁生产工艺步骤2.榨汁法现在中国外普遍采取压榨法制作苹果浓缩汁。压榨是经过推进一个挤压面将水果中固体、液体和气体所组成混合物中液体和气体物质从挤压室中排出来过程。和浸提法相比，压榨出汁率较高，生产较为稳定，成本相对较低，是利用最为广泛苹果浓缩汁制取方法。总而言之，本设计采取压榨法生产浓缩苹果汁。压榨法制取苹果浓缩汁工艺步骤关键包含原料处理、破碎、榨汁、灭菌和冷却灌装等，其中苹果出汁率关键由榨汁工段决定，所以采取优异压榨机械有利于提升产量，原料处理和灭菌确保了产品质量，原料采收应符合国家软饮料原辅材料要求（GB10971-89）。其工艺步骤如上图所表示。3.2生产工艺论证3.2.1原料采集苹果关键从天水当地收购，在苹果产地建立采购站以确保立即采购原料果。原料选富有苹果风味，糖分较高酸味和涩味合适，香味浓，果汁丰富天水元帅系苹果。要求果实健全完好。加工时需去除腐败果和生霉。果实以成熟为宜，有生果味，果汁偏酸涩而少甜味，浓度也低。过熟果缺乏风味果汁从而降低果汁品质，而且压榨、澄清和过滤比较困难，出汁率低。3.2.2原料验收每十二个月8、9月质检部门到苹果种植区调查苹果成熟情况及农药使用情况，确保采购区域周围没有化学污染及该区域未使用国家严禁农药。生产期间，苹果验收按以下要求进行：1. 必需是合格供给商提供原料；2. 农残检验汇报3. 腐烂率超标（6%）不收；4. 质检员当场验收3.2.3原料预处理1. 初步清洗苹果在采收后表面常附有灰尘、碎叶等杂物，必需进行初步清洗，初步清洗有两个过程，水流输送清洗和提升机喷淋清洗。在清洗时吧粘附在原料上泥土、杂质、粉尘、沙粒等洗掉，去除残留农药和部分微生物，清洗步骤必需符合国家软饮料原辅材料要求（GB10791-89）。2.拣选再拣选台对苹果进行人工拣选，把部分腐败苹或腐烂部分和其它杂质去掉，以免下一步进行破碎时这些杂质进入苹果汁。3.清洗在洗果机上经过毛刷及水流喷淋进行苹果清洗，经过破碎前提升机进行清洗。为了达成清洗时去除农药残留效果，在水中加入0.51%盐酸进行清洗，最终再用清水冲洗洁净。3.2.4破碎榨汁前先行破碎能够提升出汁率，但破碎粒度要适中，要利于压榨过程中果酱内部产生排汁通道。不然，破碎过分，易造成压榨时外层果汁很快榨汁出，形成一层厚皮，使内层果汁流出困难，反而造成出汁率下降，榨汁时间延长，浑浊物含量增大，使下一步澄清工作负荷加大。破碎粒度通常控制到1.53cm。3.2.5榨汁预处理原料果经破碎结果浆，果品组织被破坏，多种酶从破碎细胞组织中溢出，活性大大增强，同时表面积急剧扩大并大量吸收氧，致使果浆产生多种氧化反应。另外，果浆又为来自于原料，空气，设备微生物生长繁殖提供了良好营养条件，极易使其腐败变质。所以，必需对果浆立即进行处理，钝化苹果本身所含酶，抑制微生物繁殖，确保果汁质量，同时提升果汁出汁率。采取酶处理，将果浆快速加热到4045，在搅拌器中搅拌1520min，通风，添加0.020.02%高活性酶抑制剂，在45处理1h并间歇缓慢搅拌。3.2.6原料果压榨在压榨过程中果浆分布尽可能均匀，果浆厚度控制在36cm之间，榨带张力依据果浆性质加以调整，以出汁率作为衡量标准。3.2.7酶处理使用单一品种酶进行处理澄清效果往往不好，所以本设计采取纤维素酶、果胶酶、淀粉酶和蛋白酶各适量并用，以提升澄清效果。在室温下（2025），果汁存放在大罐中进行冷却酶处理，处理时间为68h。3.2.8过滤采取硅胶土，过滤时，用硅胶土配料器把硅胶土添加至浑浊果汁中，经过一段时间后，当硅胶土沉积在滤板上厚度达成23mm时，形成过滤能力，只要硅胶土沉积层没有被堵塞，就能够连续过滤。硅胶土需要量，依据果汁浑浊度和果汁粘度而定。4040cm板框可容纳1.5kg硅胶土，6060cm板框可容纳4kg硅胶土，苹果汁过滤是用硅胶土为12kg/1000L.3.2.9浓缩浓缩可使果汁中固形物从520%提升到6075%；提升糖度和酸度，增加产品稳定性抑制微生物繁殖；浓缩苹果汁应该保留新鲜水果天然风味和营养价值，采取真空浓缩设备浓缩至30%左右，糖度6568%。3.2.10灭菌和灌装苹果汁灭菌正确是否，不仅影响产品保鲜期，而且影响产品质量。浓缩处理以后，苹果汁采取高温灭菌，经过管式蒸发器加热至95，维持10s，灭菌后趁热灌装。无菌罐装三个条件：（1）物料无菌；（2）包装材料无菌；（3）灌装环境无菌。采取进口灌装机进行灌装，灌装后成品直接入库。3.3质量指标3.3.1成品质量控制产品质量好坏，关系到企业生死存亡。要发展就要把质量放在首位，果汁企业管理人员，技术人员和工作人员，全部应知道食品质量管理基础知识，应严格根据浓缩苹果汁质量指标进行生产，采取优异科学质量管理方法，全方面提升企业质量管理水平。依据中国农牧渔业部标准果汁饮料总则（NY14588）标准。浓缩苹果汁质量指标如表2所表示指标类型指标项目单位指标感官指标色泽香气及滋味外观形态杂质依据三角法取样判定感官指标，感官指标关键依靠检测人员经验来评定橙黄色或棕红色，久置后变深将果汁稀释至可溶性固形物至1012%果汁应有新鲜苹果固有香味，无异味透明，无沉淀物、悬浮物，无肉眼可见杂质铅mg/kg0.2铜mg/kg5.0砷mg/kg0.1细菌总数个/ml10大肠菌群个/100ml3卫生指标致病菌不得检出耐热耐酸菌个/ml1霉菌酵母菌个/ml10000 Nu=0.23Re0.8Pr0.4=0.0238700800.82100.4=3972=Nu/d=0.423970.1=1660w/m2k又因为：1K1=11+Rs1+b1d1dm+Rs2d1d2+12d1d2其中：d1=90mm d2=100mm dm=95mm K1=1440w/m2k2. 二效总传热系数K2：31%苹果汁料液： 污垢热阻：1.2610-3 =1370 热导率:0.48 粘度:2.210-3 管外传热系数：5200 Pr=240 流速：12计算管内对流传热系数2Re=dup=0.11213702.210-3=93400Re500摩擦系数 f0=5Re00.288=0.6挡板数 N0=1h-1=29管束损失 p1=Ff0n0N0+10u022=537pa缺口损失 p2=N03.5-2hD0u022=620pa壳程损失 ps=p1+p2FsNs=1330pa4.3.4传热计算1.管程给热系数i，以上计算出Rei=6.5105，再计算Pri Pri=cpiii=0.04 Nui=0.0236.51050.80.040.3=391 i=Nuiidi=5612.壳程给热系数0，以上计算出Re0=1570 Pr0=8.2 Nu0=41 0=13773.传热系数 1K0=1id0d1+id0d1+0+10=0.0007 K0=14204.传热面积A0 A0=QK0tm=96m25.裕度 =A-A0A=21.3%和换热器列出面积比较，有近21.3%裕度，所选换热器可用第五章 水电气衡算全厂用水量计算1. 冲果：因为天天需将5.67t苹果进行生产，而1t苹果需要1t水来冲，这些水部分可也循环利用。所以冲果用水量为5.67t，假设有1/3水能够循环，所以需水量为w1=3.78t/d2. 洗果：原料果在预处理阶段要经过清洗，洗果用水量为冲果1/3，所以洗果用水为w2=3.783=1.26t/d3. 设备清洗：天天清洗1次，清洗1次用水70t，所以设备清洗用水量为w2=70t/d4. 地坪清洗：天天清洗1次，清洗每平方米地坪需要用水0.02t，车间总面积为2500，所以清洗地坪用水量w3=50t/d5. 锅炉房用水 水量不计6. 水处理系统水耗量：原水进水运行水量w4=23t/d CIP系统水耗量：w5=0t/h7. 生活用水 生活用水多少和当地气候、大家生活习惯和卫生设备完备程度相关，依据天水当地类似企业和居民生活用水量估算出企业用水指标如表：用水部门单位