年产5万吨酸奶厂设计.doc

食品工厂设计基础课程设计目录一、设计说明书第一章 总论第一节 前言1第二节 建设规模及产品方案2第三节 厂址选择概述4第四节 总平面布置情况5第二章 工艺设计第一节 工艺流程设计6第二节物料衡算11第三节车间设备选型14第四节主要生产车间设计15二、附件图1总平面设计图附图1图2设备工艺流程图附图2图3生产车间设备布置图附图3表1设备选择表17表2物料衡算表17一、设计说明书第一章 总论第一节 前言1.1 酸奶简介民以食为天，食以乳为先。牛乳自古以来即被人类饮用，牛乳的组成最为接近人乳，含有人体所需要的全部营养成分，营养最为均衡，在人们的膳食结构中具有其他食品无法替代的地位和作用。由鲜牛乳发酵成的酸乳由于其丰富的营养、特殊的风味、爽滑的质构和良好的生理功能，备受人们青睐。联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）与国际乳品联合会（IDF）于1977年对酸乳作出如下定义：酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳粉）的乳（杀菌乳或浓缩乳）中，由保加利亚乳杆菌和嗜热乳酸链球菌进行乳酸发酵制成的凝乳状产品，成品中必须含有大量的、相应的活性微生物。通常根据酸乳成品的组织状态来进行分类，具体可分为凝固型酸乳（发酵过程在包装容器中进行，从而使成品因发酵而保留其均匀一致的凝乳状态）、搅拌型酸乳（成品先发酵后灌装而得，发酵后的凝乳已在灌装前和灌装过程中搅碎而成黏稠且均匀的半流动状态）和饮用型酸乳（类似搅拌型酸奶，但包装前凝块被分散成液体）。饮用酸乳制品对身体有很多益处，乳中许多成分具有很高的营养价值，而且微生物菌群产生的许多代谢产物对人体也极为有益。营养作用：牛奶中乳糖经乳酸菌发酵，其中20%30%被分解为葡萄糖和半乳糖。前者进一步转化为乳酸或其他有机酸，这些有机酸有益于身体健康；后者被人吸收利用，可参与幼儿脑苷脂和神经物质的合成，并有利于提高乳脂肪的利用率。牛奶中的蛋白质经发酵作用后，乳蛋白变成微细的凝乳粒，易于被人消化吸收。酸奶中的磷、钙和铁易被吸收，有利于防止婴儿佝偻病和老人骨质疏松病。牛奶中的脂肪经乳酸菌作用后，发生解离或酯键被破坏，易于被机体吸收。发酵过程中，乳酸菌还会产生人体所必需的维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸和叶酸等营养物质。缓解乳糖不耐症：乳酸菌产生的乳糖酶能降解牛奶中的乳糖，因此乳糖不耐症患者饮用酸奶就不会出现饮用牛奶时发生的乳糖不耐症，如腹胀、腹痛、肠道痉挛、下泻等。整肠作用：人体肠道内存在有益菌群和有害菌群。在人体正常情况下，前者占优势；当人患病时，有害菌群占优势。饮用酸奶可以维持有益菌群的优势。抑菌作用：嗜热乳杆菌和双歧杆菌不受胃液和胆汁的影响，可以进入肠道，在肠道内存留较长时间。这两种乳酸菌以及在这些乳酸菌影响下生长起来的肠道中的其他乳酸菌，可以产生嗜热乳菌素等抗菌物质，这些物质大都对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等有明显的抑菌作用。改善便秘作用：进入肠道中的活的乳酸菌能产生乳酸、醋酸等有机酸。这些有机酸有刺激肠道，加强蠕动的作用，故可以改善便秘。降低胆固醇：牛乳中的乳清酸、乳糖和钙，以及酸奶中存在的羟基戊二酸都有降低胆固醇的作用。抗癌作用：酸奶有抑制3种酶的活性作用，这些酶能引起癌变。另外，酸奶还能激活巨噬细胞，抑制肿瘤细胞，从而起到抗癌作用。1.2 酸奶的发展前景尽管目前我国的乳业市场不断扩大，乳品消费观念在不断提高，但我国年人均乳制品不足20kg的消费量与世界人均100kg、发达国家人均140kg的消费量相比还有较大差距。中国的乳品消费在整体上并没有进入完全理性的轨道。由于营养知识的欠缺，许多人不了解乳品对改善营养、平衡膳食、补钙和增强体质的重要作用，包括对酸乳的认识也不够，因而市场占有率也不太高，不过随着人们对酸乳营养价值的认识，人们对酸奶的态度发生了改变，市场占有份额也逐年增加。随着我国居民生活水平和消费观念的转变，酸奶的消费在以后的较长时间内仍旧会保持迅速的增长势头，这种超常的增长速度在全球酸奶发展史上是非常罕见的，市场前景极为广阔。1.3 本次设计范围本设计主要是年产5万吨酸奶厂车间的工艺设计。设计范围包括厂址选择，制定产品方案，各产品工艺流程的确定，工艺论证，根据物料衡算进行设备选型，对水、电、汽等生产车间必备的生产要素的配给和优化，企业组织及劳动力组成，全厂辅助设施及公用系统，车间生产工艺流程图、车间平面布置图、工厂总平面布置图各一张，经济核算及效益分析。第二节 建设规模及产品方案2.1 生产规模年产5万吨酸奶。2.2 产品方案2.2.1 产品方案确定说明本设计根据产品的种类、包装种类和各产品的产量，并且符合生产向机械化、自动化、连续化发展方向的要求，最终确定了本设计的产品方案。由于酸奶工厂原料基本采用奶牛当日产的牛乳，并且酸奶是消费者每日饮用的产品，因此酸奶工厂全年没有停产时间，按照365日计算。为平衡每月生产的产量，避免出现部分月停产，部分月加工任务过于繁重，结合主要加工酸奶的品种成熟时间情况，初步安排产品生产方案如下（注每月以30天计）：其中玻璃瓶（200g/瓶）和塑料杯（125g/杯）的班产量为50t；屋顶包（500g/包）的班产量为10t；其他品种的班产量均为20t。表1-1 工厂日生产产品方案产品种类包装包装规格灌装机能力产品名称产量（吨/天）凝固型酸奶玻璃瓶200g/瓶12000瓶/小时风味、果料酸奶 6个品种（3个/天）90搅拌型酸奶塑料杯125g/杯12000杯/小时风味、果料酸奶 10个品种（5个/天）8520000杯/小时150g/杯9000杯/小时风味、果料酸奶 6个品种（3个/天）40屋顶包200g/包6000包/小时风味、果料酸奶 10个品种（4个/天）24500g/包121000g/包24合计275表1-2 年产50000t发酵乳制品工厂的产品方案一览表产品名称包装种类一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月年产量（t）凝固型酸奶玻璃瓶200g32850搅拌型酸奶塑料杯125g31025塑料杯150g14600屋顶包200g8760屋顶包500g 4380屋顶包1000g8760第三节 厂址选择概述项目厂址选择在蚌埠高新技术产业示范区，蚌埠位于东经11712、北纬3257，淮河中下游，面向长三角，蚌埠是安徽省最大的城市之一，也是安徽省第一个建市的地级市，同时也是安徽省经济命脉，全国重要的交通枢纽，经济腹地十分宽广。跨中国南北分界线，拥有千里淮河第一大港口，是京沪高速铁路一等客站所在地、同时京沪高速铁路由蚌埠火车原上海铁路局蚌埠铁路分局，现上海铁路局蚌埠铁路办事处仍驻蚌埠。蚌埠是中国著名的水陆交通枢扭城市，也是安徽省重要的工业基地。常住人口360万人，其中市区人口近100万人。蚌埠铁路纵横交错，公路如网般密布，临近淮河交通极为便利。此外示范区地势平坦，工程基础条件良好，周围没有污染源等不利于建厂的环境因素。厂址与原料基地之间均为高级公路相通，保证了原料采收期对运输时间的限制。而销售地区也在上述中心城市，便于冷链运输和分销，适于建酸奶加工厂。第四节 总平面布置情况项目占地15000m2，其中生产区占地6000 m2，位于厂区中心；生活区占地1500m2，位于厂区东北角。工厂坐北朝南，从南大门进厂，豁然呈现在眼前的是一个椭圆形的花坛，花坛中心设置有喷泉、假山，这种色彩鲜明、动静结合的搭配，给人一种清新洁净、生机盎然的感觉，烘托出项目产品新鲜、方便、卫生的底蕴，厂区总平面布置见图1。花坛往北便是占地1440m2 的主生产车间，宽敞明亮，布置有现代化的生产线。洗手间、空气净化设备、卫生隔墙等设施一应俱全，全面适应生产的需要。厂区东侧是机修间和锅炉房。厂区西侧布置的是原料库、成品库和办公楼、实验室。工厂的道路均按照工厂设计的标准进行布置，主干道路宽6m，两侧布置有绿化带，环绕整个厂区。并设有人行道和缓冲区，充分做到人车分离、安全生产。厂区的绿化带布置合理，栽种常绿树木和草类，使整个厂区四季如春，显得生机盎然。厂区总平面设计图见附图1。现在食品工厂大多采用轻钢结构的厂房，轻钢建筑材料重量轻、建设周期短，相对建筑成本比较低，同时，轻钢结构厂房相对跨度大，对设备在厂房中的布置影响小，框架结构对于不同功能分隔和以后的变更都非常的方便，因此，本设计也将采用轻钢结构厂房进行设计。我国夏季多为东南风，冬季多为西北风，因此本设计将动力系统和污水处理系统放置在整个厂区的东侧，避免因为风向的问题影响产品质量，同时根据乳制品GMP要求，本设计的厂房具有通排风系统，避免外界的污染进入到车间内部。主车间物流为南北走向，人流为东西走向，因此，在主厂房北侧设置原辅料仓库和容器整理中心，对原、辅料进行储存和瓶、箱等包装容器的初步滔滔和整理.原料经过加工处理，生产出的成品由主厂房南侧经过冷库储存和恒温月台分配后由物流配送系统运送出厂。恒温月台能够避免成品在分配过程中处于高温环境，从而造成对产品质量的影响。主场房人流方向为东西走向，人流经过主厂房一次换鞋、更衣、二次换鞋、消毒池以及风淋间后通过人流通道进入各个生产岗位进行生产。设计中人流路线与物流路线没有交叉，因此能够避免事故和操作失误。第二章 工艺设计第一节 工艺流程设计1.1 凝固型酸奶的工艺流程鲜乳或还原乳 验收 预处理 奶仓牛乳白砂糖 溶解 调配 预热6065 1520MPa 均质 加热灭菌9095、35min 冷却快速冷却至4245直投式发酵剂 接种 灌装直投式菌种：43 发酵46.5h 速冷速冷至1520 冷藏后熟：4冷藏过夜保持冷链贮存或销售1.2 搅拌型酸奶的工艺流程 鲜牛乳 验收 预处理 奶仓 牛乳白砂糖溶解调配 预热（6065） 均质（15MPa） 杀菌(95，5min) 冷却(4245)直投式发酵剂 接种 发酵（终点pH4.6） 破乳、冷却（1520）溶解杀菌 冷却 混合稳定剂、水、白砂糖 均质（15MPa） 冷却（1520）灌装、冷藏保持冷链贮存或销售1.3 操作要点说明（1） 预处理 净化可以除去原料乳中的杂质，使牛乳达到最高的纯净度。为使原料乳中脂肪和无脂干物质之间的比例关系符合制品的要求，可通过闪蒸操作调整其比例关系。（2） 预热 预热一方面可以杀菌，而且由于适当加热，可以使一部分乳清蛋白凝固，提高酪蛋白的热稳定性，以防止灭菌时凝固，并赋予成品以适当的黏度。同时可以钝化酶并降低均质后乳脂肪球的直径，防止均质后的产品中脂肪上浮，增加产品的稳定性。预热温度控制在6065。（3） 均质 均质主要是使原料充分混合均匀，阻止奶油上浮，提高酸乳的稳定性和稠度，并保证乳脂肪均匀分布，从而获得质地细腻、口感良好的产品。均质压力控制在15MPa。（4） 杀菌杀菌目的在于杀灭原料乳中的杂菌确保乳酸菌的正常生长和繁殖，钝化原料乳中的天然抑制物；使乳清蛋白变性，以达到改善组织，提高黏稠度和防止成品乳清西出的目的。杀菌温度控制在95，保温5min进行杀菌。（5） 冷却 冷却主要是为接种的需要。经过热处理的牛乳需要冷却到一个适宜的接种温度，此温度控制在4245内。（6） 接种 接种是造成酸乳受微生物污染的主要环节之一，因此严格注意操作卫生，防止细菌、酵母、霉菌、噬菌体及其他有害微生物的污染。接种时充分搅拌，使发酵剂与原料乳混合均匀。（7） 发酵发酵温度控制在4245，从而为微生物代谢提供最适的温度环境，发酵时间2.5h3h，且期间不搅拌。发酵终点判定：观察发酵乳表面的状态，只要表面呈均匀的凝固样，并且又少量乳清析出，即可初步判断接近发酵终点，再测定pH4.6时即可停止发酵。（8） 破乳、冷却 破碎凝胶体，使凝胶体的粒子直径达到0.01mm0.4mm，并使酸乳的硬度和黏度及组织状态发生变化。搅拌速度不可过快，时间不宜过长。 冷却目的是抑制乳酸菌的生长、降低酶的活性、防止产酸过度、使酸奶逐渐凝固、降低和稳定脂肪上浮和乳清析出的速度。将发酵乳迅速降温至1520。（9） 混合 将经溶解和杀菌的稳定剂、水和白砂糖辅料与发酵乳进行混合。（10） 均质 使混合料液滴微细化，提高料液黏度，抑制粒子的沉淀，并增强稳定剂的稳定效果。均质压力控制在15MPa,均质温度为60左右。均质是为了充分将添加入混合罐中的稳定剂、水和白砂糖辅料混合均匀，从而获得质地细腻、口感良好的产品。（11） 灌装和冷藏采用相应灌装机进行灌装后的成品置于05冷藏12h24h，进行后熟，以产生良好的风味。1.4 酸奶质量标准表2-1 酸奶质量标准项目纯酸牛奶调味酸牛乳、果料酸牛乳全脂部分脱脂脱脂全脂部分脱脂脱脂色泽呈均一一致的乳白色或微黄色呈均一一致的乳白色或调味乳果料应有的色泽滋味和气味具有酸牛奶固有的滋味和气味具有调味乳或果料乳应有的滋味和气味组织状态组织细腻均匀，允许有少量乳清析出果料酸牛乳有果块或果粒脂肪，%3.11.0-2.00.52.50.8-1.60.4蛋白质，%2.92.3非脂乳固体，%8.16.5酸度，T70苯甲酸，g/kg0.030.23山梨酸，g/kg不得检出0.23硝酸盐（NaNO3计）mg/kg11黄曲霉毒素MI,ug/kg0.5大肠菌群MPN/100ml90致病菌（指肠道致病菌和致病性球菌）不得检出第二节物料衡算 根据工厂设计规模、产品方案，通过物料平衡计算，可确定单位时间生产过程中主要原辅料的需求量以及水、蒸汽、能源等流量与耗量，据此就可以计算出全年主要物料、包装材料的采购运输和仓储容量。同时通过物料衡算，还可以根据计算数值经济合理地选择生产设备，并进行车间的工艺布置和各工序劳动力的安排，也是进行经济分析不可缺少的根据。为平衡每月生产的产量，避免出现部分月停产，部分月加工任务过于繁重，结合主要加工酸奶的品种成熟时间情况，初步安排产品生产方案如下（注每月以30天计）：根据酸奶基础配方：2.1 凝固型酸奶鲜牛奶85%，蔗糖7%，稳定剂0.5%，菌种3%，水：余量。凝固型酸奶的日产量为90吨，因此生产凝固型酸奶的原料使用量（以最高使用量）如下：鲜牛奶：90吨*85%=76.5吨；蔗糖：90吨*7%=6.3吨；稳定剂：90吨*0.5%=0.45吨；菌种：90吨*3%=2.7吨。2.2 搅拌型酸奶鲜牛奶85%蔗糖7%，稳定剂0.5%，菌种直投，果料5%，水：余量。菌种：脱脂奶粉12%，水：余量。搅拌型酸奶的日产量为185吨，因此生产搅拌型酸奶的原料使用量(以最高使用量)如下：鲜牛奶：185吨*85%=157.25吨；蔗糖：185吨*7%=12.95吨；稳定剂：185吨*0.5%=0.925吨；菌种：直投式菌种；果料：185吨*5%=9.25吨。2.3 培养菌种原料消耗量菌种日消耗量为2.75吨，因此原料使用总量如下：脱脂奶粉：2.75吨*12%=0.33吨；水：适量。2.4 各原料总消耗量根据生产产品原料产出率为96%计算:日消耗鲜牛奶243.5吨或者相当于该数量原奶的全脂奶粉或者脱脂奶粉。蔗糖20.1吨，各种稳定剂总量1.43吨，各种果料总量9.6吨，直投式菌种供185吨搅拌性酸奶使用.菌种生产出来后直接进入产品，因此菌种率按99%计算的继代式菌种2.73吨，脱脂奶粉0.333吨。日消耗原料见表2-2：表2-2 原料日消耗表原料配方凝固型（吨）搅拌型（吨）菌种（吨)总量（吨)实际量（吨)凝固型搅拌型901852.7275鲜牛奶85%85%76.5157.25233.75243.5蔗糖7%7%6.312.9519.2520.1稳定剂0.50%0.50%0.450.9251.3751.43菌种3%2.702.72.73果料0%5%09.259.6脱脂奶粉0.330.330.333第三节车间设备选型3.1 设备选型物料计算是设备选型的依据，选择设备时要注意四点：（1）根据每一品种单位时间(h或min)产量的物料平衡情况和设备生产能力来确定所需设备的台数。（2）几个生产中的关键设备，除按实际生产能力所需台数的设备外，还应考虑备用设备。（3）以便后道工序的生产能力要略大于前道，不至于生产能力不够，导致物料积 压。（4）选择设备应考虑下列原则 a.满足工艺要求，保证产品的质量和产量。 b. 应选用较先进，机械化程度较高的设备。 c. 充分利用原料，能耗少，效率高，体积小，能一机多用。 d. 应符合卫生要求，故而多应用不锈钢材料。 e. 有合理的自动控制系统,控制温度、压力和真空度，时间、速度等工艺参数。3.2 设备概况3.2.1 高压均质机 工作参数: 5t/h-25Mpa。3.2.1 板式换热器3.2.3 调配系统 高速搅拌配料罐，采用优质不锈钢制造，360 清洗头，聚胺脂发泡工艺保温，有开启式和封闭式等多种结构。采用国外技术生产的高剪切搅拌头，工作时高速剪切物料，同时产生极强的湍流，能将稳定剂如CMC、明胶、卡拉胶等冷水（25 ）化成均匀的胶体。在生产超高温灭菌奶、凝固型（搅拌型）酸奶、调配型酸奶时，是溶解稳定剂、白糖以及标准化所需的奶油的强有力的工具。可实现冷配料，显著的提高生产效率、降低能耗。特别是生产调配型酸奶稳定剂和加酸酸化时，使用本设备的高剪切和强烈搅拌，可冷配料、快速加酸酸化，节约能源、避免酪蛋白沉淀。3.2.4 奶粉复原装置（水粉混合泵） 性能：每分钟处理奶粉45千克3.2.5 发酵罐详细说明：发酵罐-广泛应用于乳品、食品饮料、制药、化工等行业的发酵400m3发酵罐和50 m3种子罐，其罐内全部抛光至300#，其容积和加工精度达到国内行业要求。3.2.6 酸奶自动填充包装机（1）塑杯全自动灌装封口机 本机适用于各种规格塑杯的全自动充填封口的专用设备。自动落杯、定量灌装、机械手吸盖、二次封口、提杯、推杯、输送等一系列工序自动完成。适用于酸奶、牛奶、色拉果汁饮料和其它制品。（2）屋顶型纸盒灌装机 本机采用先进的机，光，电，气一体化的自动控制系统，操作简单，方便，机器运行安全可靠、稳定性好、生产效率高、节省人力、降低成本。具有可靠的卫生安全措施，封底、灌装、封口都在无菌的状态下进行，并可随时进行灭菌处理，确保了产品卫生安全达到国际卫生标准。密封状态下柱塞式定量灌装，灌满率确保100%，并有效防止了灌装过程中的二次污染。3.2.7 冷库制冷机3.2.8 CIP型分体式就地清洗机 CIP型分体式就地清洗机- 是食品、医药企业自动化清洗管道、容器等设备的专用设备。本设备在引进消化国外先进技术基础上研制而成的。3.2.9 离心乳泵（卫生泵） 可应用于乳品：乳清、奶油、牛奶、糖液3.2.10 计量泵3.2.11 水处理设备微孔膜筒式过滤器 此产品借鉴国外先进技术，按FDA和GMP标准制造，过滤器材质为优质进口不锈钢（304、316L）。其特点是体积小、重量轻、使用方便、过滤面积大、堵塞率低、过滤速度快、无污染、热稳定性及化学稳定性好。此过滤器能除绝大部分微粒，所以广泛应用于精滤和除菌工艺。3.2.12 热水锅炉3.2.13 冷水槽3.2.14 糖液及果料等混合罐3.2.15 混合器 用于搅拌型酸奶生产中果料、香料与发酵好的酸奶的混合。3.2.16 灌装机3.2.17 打码机3.2.18 巴氏杀菌机巴氏杀菌机适用于鲜奶、果汁饮料、酒类等热敏感性液体的加热、杀菌、保温和冷却等工艺要求。本设备具有热回收高，节能降耗，结构紧凑，操作简单，维护方便等特点。控制方式：半自动控制、全自动控制（PLC控制，触摸屏显示）设备主要配置：物料泵、平衡桶、热水系统、温度控制及记录仪、电器控制系统等。生产能力：0.520t/h 杀菌温度：8595 保温时间：1530s。适用于鲜奶、果汁饮料、酒类等热敏感性液体的加热、杀菌、保温和冷却等工艺要求。本设备具有热回收高，节能降耗，结构紧凑，操作简单，维护方便等特点。控制方式：全自动控制（PLC控制，触摸屏显示）。设备主要配置：物料泵、平衡桶、热水系统、温度控制及记录仪、电器控制系统等。生产能力：0.520t/h，杀菌温度：8595，保温时间：1530s。第四节主要生产车间设计主生产车间的墙壁采用24 墙，间隔6m 均匀布置0.5m 0.5m 的方形柱网，柱网中间布置2m宽的窗户，便于通风和采光。通风窗户设置空气净化设施，此外还设有吸音孔，以减少噪声污染。车间人员入口门为2m 2.7m，物流出口的门为2.2m3.0m。管架布置标高3.2m，车间地坪采用防滑瓷砖铺面，设有地沟，便于冲洗和排污。车间南门入口处设消毒间，其左右两侧分别是男女更衣室及浴室，主要供工人进出，再往里是走廊通往生产线，主车间内两条生产线分布在车间纵向对称轴线两侧，原料由冷库通过铲车通过北门消毒室运输到主生产车间两侧进入到车间内，两条生产线在车间内呈S 型走向，成品由靠近成品冷库的车间一端送出，从而可以避免交叉污染，使人流物流在车间内线路流畅，主车间设备平面布置图见图3。二、附件图1总平面设计图图2生产工艺流程图图3生产车间设备布置图表1设备选择表表2物料衡算表分工情况：1 前言、建设规模及产品方案、排版：魏鹏2 物料衡算、设备选择：杨少全3 厂址选择、总平面布置，总平面设计图：雷毅4 主要生产车间设计、生产车间设备布置图：丘泳富5 工艺流程设计：王胤琪6 其它：由所有组员共同协作完成。表1设备选择表设备数量高压均质机4巴氏杀菌机4板式换热器4高速搅拌配料罐2奶粉复原装置2发酵罐4酸奶自动填充包装机2冷库制冷机4离心乳泵2计量泵2水处理设备微孔膜筒式过滤器2热水锅炉1冷水槽2糖液及果料等混合罐2混合器4灌装机2打码机2表2物料衡算表表2 物料衡算表原料配方凝固型（吨）搅拌型（吨)菌种（吨)总量（吨)实际量（吨)凝固型搅拌型901852.7275鲜牛奶85%85%76.5157.25233.75243.5蔗糖7%7%6.312.9519.2520.1稳定剂0.50%0.50%0.450.9251.3751.43菌种3%2.702.72.73果料0%5%09.259.6脱脂奶粉0.330.330.33317