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830～1000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
3.0-4.0
2.0
路面宽度

（m） 双车道
6.0-6.5
3.5
车间引导宽度
3.0-4.0
2.0-3.5
路肩宽度
1.0-1.5

平曲线最小半径
15.0
6.0
单车
9.0
5.0
带一辆拖车
12.0
7.0
最大纵坡（%）
8
3-4
最小纵坡（%）
0.4

车间引导最小半径
8.0
4.0
纵向坡度最小长度
50
50
2.4.2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0.5—1%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1.5—3cm。
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40—45℃，在搅拌器中
搅拌15—20min，通风，添加0.02—0.02%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3—6cm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（20—25℃），果汁存放在大罐中进行冷却酶处理，处理时间为6—8h。
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2—3mm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。40×40cm板框可容纳1.5kg硅胶土，60×60cm板框可容纳4kg硅胶土，苹果汁过滤是用硅胶土为1—2kg/1000L.
3.2.9浓缩
浓缩可使果汁中固形物从5—20%提升到60—75%；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65—68%。
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》（NY145—88）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10—12%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/kg
≤0.2

铜
mg/kg
≤5.0

砷
mg/kg
≤0.1

细菌总数
个/ml
≤10

大肠菌群
个/100ml
<3
卫生指标
致病菌

不得检出

耐热耐酸菌
个/ml
<1

霉菌酵母菌
个/ml
<10

棒曲霉素

≤40

可溶性固形物
Brix
71±1

总酸

≤0.8

pH

≤3.6~4.2

透光率
%
≤95
理化指标
T625nm
%
≤55

色值T440nm

≤3.0

浊度
g/kg
≤3.00

果胶试验
mg/kg
阴性

淀粉试验
mg/kg
阴性

富马酸

≤5

热稳定性

稳定
表2

第四章 关键设备工艺衡算和选型
浓缩苹果汁生产关键设备包含真空浓缩设备和灭菌设备，苹果汁在浓缩处理以后要进行高温灭菌，确保无菌灌装，若灭菌不根本，可造成致病菌残留、微生物腐败、进而影响产品质量。
4.1 物料衡算
依据生产规模而设计整年工作150天，天天三班，每班8小时。依据年产100t规模，则每小时产量要达成0.0275t。
1． 班产量确实定
日产浓缩汁量为：100÷ 150=0.67t/d
班产浓缩汁量为：0.67÷3=0.22t
2． 在设计根据浓缩到1/6来计算：
每班澄清苹果汁生产量=浓缩倍数×班产浓缩汁量=1.32t/班
出汁率为70%，则班耗新鲜苹果：1.32/70%=1.89t
年耗新鲜苹果：100×6/70%=857.14t
即每生产1t浓缩汁需耗苹果8.57t，则每小时耗苹果=0.0275×6/70%=0.24t
4.2 真空浓缩设备工艺衡算和选型
为确定真空浓缩设备型号，对浓缩装置蒸发室进行工艺衡算，苹果汁在进入浓缩设备之前温度大约为20℃。
进料量F=0.165t/h 进料浓度：0.2 出料浓度：0.7
4.2.1 水分蒸发量w计算
苹果汁浓缩比不是很高，能够试用双效蒸发器，为便于计算和安装，假设蒸发室传热面积相同。
W=F×1-x0x2=165×1-0.20.7=117.86kg/h
二效完成液量：L2=F-W=47.14Kg/h
假设每效蒸发量相同：W1=W2=117.86/2=58.93Kg/h
对一、二效进行总物料衡算：F=W1+L1 L1 =106.07Kg/h
一、 二效进行溶质物料计算：FX0= L1 X1 X1 =165×0.2/106.07=0.31
X2=0.7
4.2.2 加热蒸汽蒸发量D计算
2.2.2.1 总传热系数K计算
因为处理量较大，本设备换热器采取Φ100×5无缝钢管，导热系数λ=45w/mk
20%苹果汁料液： 污垢热阻：1.2×10-3 ρ =1280 热导率:0.42 粘度: 2.2×10-3
管外传热系数：6800 Pr：210
1. 一效总传热系数K1：
计算管内对流传热系数α1
令管内料液流速为1.5m/s Re=dupμ=0.1×1.5×12802.2×10-3=87080
Re>10000 Nu=0.23Re0.8Pr0.4=0.023×8700800.8×2100.4=397
α2=λNu/d=0.42×3970.1=1660w/m2k
又因为：1K1=1α1+Rs1+bλ1d1dm+Rs2d1d2+1α2d1d2
其中：d1=90mm d2=100mm dm=95mm K1=1440w/m2k
2. 二效总传热系数K2：

31%苹果汁料液： 污垢热阻：1.26×10-3 ρ=1370 热导率:0.48 粘度:2.2×10-3
管外传热系数：5200 Pr=240 流速：12
计算管内对流传热系数α2
Re=dupμ=0.1×12×13702.2×10-3=93400
Re<10000 Nu=0.23Re0.8Pr0.4=548
α2=λNu/d=1830w/㎡k
1K2=1α1+Rs1+bλ1d1dm+Rs2d1d2+1α2d1d2
K2=1120w/m2k
4.2.2.2 双效沸点升高计算
令：一效蒸汽压力为2.10×105pa,其饱和温度T1s=120℃
二效蒸汽压力为0.20×105pa，其饱和温度T2s=54℃
且沸点升高△'认为和压力无关，并按△'=1.82x+6.45x2
△'1=1.82x+6.45x2=1.82×0.310+6.45×0.3102=1.18℃
△'2=1.82x+6.45x2=1.82×0.7+6.45×0.72=4.1℃
总有效温差 ∆t=T1s-T2s∆'
=120-54-(1.18+4.1)
=60.72℃
估量各有效蒸发器有效温差：
∆t1=1K11K1+1K2×∆t=24.8℃

∆t2=1K11K1+1K2×∆t=32.9℃
因为进入第一效物料是地狱沸点冷料，为提升原料温度，需要加入更多热量。多以调整各效有效温差，即提升∆t1同时降低∆t2。
令 ∆t1=27℃， ∆t2=30℃
4.2.2.3计算各效溶液沸点
1.一效溶液沸点t1=T1=T1s-∆t1
T1=120-270
=93℃
△'1=1.18℃,所以进入二效加热室蒸汽饱和温度
T2s=t1-△'1=91.82℃
2.二效溶液沸点
t2=T2=T2s-∆t2=61.83℃

T3s=T3-∆t3=1.68

得出双效蒸发器温度分布以下：

第一效 第二效 冷凝器
120℃ 91.82℃ 60.14℃

93℃ 61.82℃
4.2.2.4加热蒸发量D计算
首先计算每一效中溶液比热，忽略浓缩热效应。
根据Cp=4.32-2.1x计算
进料F: C0=4.32-2.1×0.2=3.9kJ/kg∙k
第一效溶液L1：C1=4.32-2.1×0.31=3.67 kJ/kg∙k
第二效溶液L2：C2=4.32-2.1×0.7=2.85 kJ/kg∙k
以0℃为基准，各蒸汽流焓计算以下：
第一效：t1=T1=120℃
T2s=91.82℃ △'1=1.18℃
T1s=120℃
二次蒸汽焓H1=H2+蒸汽过热1.18℃焓
H1=2510+1.18×1.6=2512kJ/kg
H1s-h1s=2600-480=1800kJ/kg
第二效： t2=T2=61.82℃
△'2=4.10℃ T3s=60.14℃
H2= H3s+1.18×1.6=2232kJ/kg
H1- h2s=2132kJ/kg
焓衡算中所用蒸汽和苹果汁流量以下：
W1=F- L1 W2= L1- L2
以0℃为基准，对每一效进行焓衡算：
对第一效：FC0t0+DH1s-h1s= L1C1t1+W1H1
对第二效：L1C1t1+W1H1-c‘T2s=L2C2t2+W2H2
代入数据，得： 1800D+2171L1=1.09×107
4023L1-2057L2=9.56×107
L2=21950kg/h
D=21079kg/h L1=42880kg/h
和初始值比较靠近，故假设成立。
4.2.3传热面积F计算
Q1=D(H1s-h1)
Q1=21079×1800=3.7×107w
Q2=W1H1-c‘T2s=58.93×2132=1.3×105w
传热面积A1=Q1K1∆t1=1240m2
传热面积A2=Q2K1∆t1=1090m2
求得面积相差较大，需对有效温差进行校正。
平均传热面积 A=A1∆t1+A2∆t2∆t
=1240×27+1090×3060.72
=1100m2
对有效温差进行校正
∆t‘1=A1A∆t1=12401100×27=30.8℃
∆t‘2=A2A∆t2=10901100×30=29.7℃
∑∆t’=60.5℃
∑∆t’=60.5℃比原来∆t=60.72℃小0.22℃, ∑∆t’偏小偏于安全，双效换热器中新温度分布以下：
第一效 第二效 冷凝器
120℃ 92.52℃ 60.3℃

92.7℃ 61.7℃
因为温度改变很小，生蒸汽量和各效蒸发量仍和前面计算相同，重新计算得各效传热面积为 A1=1120m2
A2=1118m2
两效传热面积相符度很好，可选择比1120m2稍大换热器。
4.2.4蒸发室关键参数计算
依据上面计算，可初步选顺流式双效降膜真空浓缩设备，为了设备型号选择，进行蒸发室参数计算。
4.2.4.1蒸发室直径d
d=2.18DV01/4
式中: D—二次蒸汽流量，kg/h
V0—二次蒸汽比体积，m3/kg
D=6.2m
4.2.4.2蒸发室空间体积
V=Dα δ0 p0
式中：α—修正系数，取0.8
δ0--二次蒸汽密度，取0.021kg/m3
p0—干蒸汽蒸发体积强度，m3/m3h,取4600
V=322m3
4.2.4.3蒸发室高度H
H=4Vπd2=9.2m
4.3 灭菌系统设备工艺衡算
苹果汁经过浓缩处理后，进行高温灭菌，既能确保灭菌根本，并能保护营养成份。
项目
苹果汁
水蒸汽
进口温度/℃
50
140
灭菌温度/℃
95

密度/(kg∙m-3)
1280
1.96
比热/(kJ∙kg-1∙℃-1)
3.1
4.2
粘度/(Pa∙s)
2.2×10-3
2.1×10-6
导热系数/(w∙m-1∙℃-1)
0.42
0.84
高温灭菌设备关键是由换热器、双套预热盘管、冷却降温盘管、进料泵等组成。依据实习过程中查阅数据，苹果汁经浓缩并进入灭菌设备之前就能够达成50℃，然后进入灭菌室进行灭菌。下面对热交换器各条件进行衡算：
进料量ms2=1.32t/班÷8h=165kg/h
4.3.1 热流量及平均温差
热交换器采取逆流热交换方法，由140℃水蒸汽将浓缩苹果汁由50℃加热到95℃，并在95℃保持10s以达成灭菌目标。
按苹果汁加热所需计算换热器热流量：
Q=ms2Cp2(t2-t1)
Q=165×4.2×95-90=3465kJ/h
Q=ms2Cp2t2-t1=ms1Cp1(T2-T1)
T2=T1-Qmp1Cp1=140-34654.1×4000=99.8℃
计算逆流平均温差∆tm：
水蒸汽 140℃ 99.8℃
苹果汁 95℃ 50℃

温差 ∆t1=45℃ ∆t2=49.8℃

∆t‘m=∆t1-∆t2ln∆t1/∆t2=47.4℃
∆tm=∆t‘m×φ φ=0.93
∆tm=45℃
所需传热面积为：
A=QK∆tm=244m2
为了便于安装，换热器设置为两个，每个传热面积为：
A0=A2=122m2
一台传热器进料量：ms2'=ms22=82.5kg/h
4.3.2初步选定热交换器型号
两流体温差较大，同时苹果汁易产生污垢，不宜采取板式换热器进行灭菌作业，而是采取管式热交换器。水蒸汽温度高，走管程能够降低热损失，苹果汁粘度加大，当装有折流板时，走壳程能够在较低Re下达成湍流，有利于提升壳程一侧给热系数。
管内水蒸气粘度较小，管内流速取u=5m/s
设所需单管数为n，采取∅25mm×2.5mm无缝钢管，管内体积流量为：
Vi=nπ4×0.022×30×3600
Vi=2×103m3/h
解得n=44根，传热面积：A=nπd0l'=122
单程管长：l'=12250×π×0.025=22m
选6m长管，四管程，一台热交换器总管长为4×44=176根。初选管式换热器基础参数如表所表示：
项目
数据
项目
数据
壳径D(DN)
600m
管尺寸
∅25mm×2.5mm
管程数Np(N)
4
管长(L)
6m
管数n
188
管排列方法
正方形斜角45度
中心排管数nc
10
管芯距
32mm
管程流通面积s1
0.0148
传热面积A
86.9
4.3.3阻力损失计算
1.管程
流速 ui=υi3600Si=35m/s
Rei=diuiρiμi=6.5×105
取管绝对粗糙度ε=0.1mm，得相对粗糙度ε/d_1 =0.005，λi=0.04
管内阻力损失 ∆pi=λild1u2iρi2=3601pa
回弯阻力损失 ∆pi=3×u2iρi2=1601.2p
总损失 ∆pl=(∆pi+∆pr)FtNsNp
∆pl=2.9Kpa
3. 壳程：取折流板间距h=0.2m

计算截面积 S0=h×D-n0d0=0.07m2
流速 ν0=0.108m/s
Re0=1570>500
摩擦系数 f0=5Re00.288=0.6
挡板数 N0=1h-1=29
管束损失 ∆p1=Ff0n0N0+1ρ0u022=537pa
缺口损失 ∆p2=N03.5-2hDρ0u022=620pa
壳程损失 ∆ps=∆p1+∆p2FsNs=1330pa
4.3.4传热计算
1.管程给热系数αi，以上计算出Rei=6.5×105，再计算Pri
Pri=cpiμiλi=0.04
Nui=0.023×6.5×1050.8×0.040.3=391
αi=Nuiλidi=561
2.壳程给热系数α0，以上计算出Re0=1570
Pr0=8.2
Nu0=41 α0=1377
3.传热系数 1K0=1αid0d1+γid0d1+γ0+1α0=0.0007
K0=1420
4.传热面积A0 A0=QK0∆tm=96m2
5.裕度ξ ξ=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/d
2. 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/d
3. 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/d
4. 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/d
5. 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/h
7. 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