食品工艺学课程设计光.doc

课程工艺设计报告书

设计题目：2000T/Y乳粉车间工艺流程设计

姓名：刘元光
学号：103010030117
院（系）：食品工程学院
专业：食品质量与安全1001班
指导教师：李杉

2013年6月17~21日

目录

年产2000吨乳粉的工厂设计 2
前言 2
1.产品名称 2
2.产品介绍 2
3.产品市场分析 3
国内乳粉工业现状 3
乳粉工业发展趋势 4
4.原料来源及选址 4
5.物料衡算 5
工艺流程 5
主要技术 5
6.产品销售 6
7.产品方案确定 6
8.物料衡算 7
9.物料平衡图（每班） 8
10.设备选型 8
室外贮乳罐 8
室内贮乳罐 9
均质机 10
杀菌设备 10
浓缩设备 11
喷雾干燥设备 11
筛分机 12
包装设备 12
CIP清洗设备 12
11. 工厂辅助生产设施的设计 13
12. 工厂设计 13
选址 13
总平面布置 14
车间工艺布置 15

年产2000吨乳粉的工厂设计

前言

乳中各种营养素齐全且配合合理，并含多种生物活性物质，是人体成长不可缺的高营养食物。发展乳品事业，是关乎国计民生的大事。目前随着人民生活水平的提高，随着大众对营养食品需求日益增长，市场竞争也日趋激烈。尤其是随着新技术的应用，成功地解决了乳制品的营养和保鲜问题，加之新包装材料及技术的应用和灵活多样的促销方式，使消费者愿意接受具有丰富营养，口感良好并且价格合理的乳制品品牌。乳制品市场的竞争也开始日趋激烈。为了在未来的乳品市场中取得一席之地，我们从灭菌乳、搅拌型酸乳、乳酸菌饮料、乳粉等众多乳制品中最终选取UHT灭菌乳为主要产品因其具有工艺成熟、易于贮藏运输、营养损失少等优势。

1.产品名称
全脂乳粉

2.产品介绍
全脂乳粉，新鲜牛乳标准化后，经杀菌、浓缩、干燥等工艺而制得的符合一定质量标准的粉末状产品，乳粉能较好的保存鲜乳的特性及营养成分由于生产中除去了乳中几乎全部的水分，微生物不能生长繁殖，因此大大延长了产品的货架期，而且极大减轻了产品的体积和重量，便于运输。
全脂乳粉的化学组成：水分2.00%、脂肪30.60%、蛋白质26.20%、乳糖35.50%、灰分5.70%。

3.产品市场分析
乳与乳制品是最接近完美的食品，在人类食品中占有特殊的地位，它对人类健康和争强身体素质的重要价值逐渐被国民所重视。随着国民经济的增长，其地位日益提高，乳业与农业产业结构调整，增加农民收入，改善人们膳食结构和营养水平密切相关。乳业整体水平是衡量一个国家畜牧业发展程度的重要标志。

国内乳粉工业现状
在乳制品中，奶粉类产品为39.08万吨，占总产69.2%，其中全脂奶粉约为8。2万吨，占21%，加糖奶粉约为17万吨，占43%；脱脂奶粉约为0.8万吨，占0.2%；婴儿配方奶粉约为6.3万吨，占16%；其它奶粉约7万吨，占18%。
就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，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。

我国的乳品消费现状是：
（1） 城镇是中国乳品的主要消费市场。
（2） 广大农村居民乳品年人均消费量很少，但随着国民经济增长，人民收入的提高，其消费市场也在逐步扩大。
（3） 城乡居民消费差距大。
分析表明，乳制品消费市场主要在城市，同时农村也还有很大开发潜力，人们对乳制品有一定的市场需求，乳制品中乳粉则更易被人们所接受。
从大环境上看，预计在未来三年，中国的城市化速度进一步加强，到2013年，中国的城市人口可能超过农村人口，成为真正的以城市消费带动全国消费的国家。再加上城乡人口可支配收入的不断增加以及三农政策的进一步落实和西部大开发进入攻坚阶段，在客观环境上，给中国乳业的发展提供了更加良好的平台。

乳粉工业发展趋势
从市场走势上看，预计在未来三年，中国的婴幼儿奶粉的市场规模将超过日本，成为世界婴幼儿奶粉消费的第二大国。这就意味着，一个庞大的市场正在开怀迎接更多的企业来投资奶粉。
从近年中国奶粉的发展总体情况看，中国奶粉行业发展迅速。但是同时，相对于整个奶粉市场而言，中国的奶粉行业发展仍然是落后于世界奶粉强国，品牌缺乏，市场长期为国外品牌占据；行业竞争混乱；产品质量不过关，大大降低国产奶粉的信誉等等，这些问题的解决不仅需要加快奶粉技术研发，更需要加强行业结构调整和企业之间的相互合作。相信，中国的奶粉市场有着巨大的发展空间。
虽说，之前的乳品界的三聚氰胺事件，对整个行业是一个沉重的打击，但近几年随着该行业产品逐步规范化，国家管理力度加大，人们对乳制品也重新接受，对其营养价值也持肯定态度。再说，此事件之后，婴幼儿家长对奶粉的消费观念发生了根本性转变，从原来的“性价兼顾”的观念转向“只在乎品质，不在乎价格”，这给高端婴儿奶粉的发展提供了机会。同时，经济发展、个人收入以及社会保障等诸多因素也使得人们对婴幼儿产品的消费能力越来越加强。
因此在未来，高端奶粉仍然是焦点品类，“洋品牌”与“本土品牌”之间的较量、“洋品牌”与“洋代工”之间的PK将会愈演愈烈。
而且，奶粉市场的竞争，不会像酸奶那样，玩弄那么多概念、价格或渠道的渗透，而是真正的功能强化和情感渗透的竞争。如果说，酸奶的未来竞争仍然停留在渠道驱动，那么奶粉将彻底进入消费者驱动，体验营销将在奶粉领域大发神威。总体来说，乳制品业是21世纪的朝阳产业，全脂乳粉有很大的发展空间。

4.原料来源及选址
乳牛产奶具有一定的季节性，在每年的不同时期产奶量有所不同。为了避免因产奶量波动而给生产带来不利影响，就需要合适的建厂地。考虑原料来源，工厂不宜建在经济高速发展的南方。而连云港地广人稀，适宜建厂。同时，交通便利，且有原料直接来源。再者，连云港处于中部地区，本地原料不足时，从其他地区补充原料便利，产品销售辐射地域广。且该市正处于发展阶段，已得到政府支持。

5.物料衡算
工艺流程：
原料验收 过滤净化 冷却 贮乳 标准化 预热杀菌 浓缩 喷雾干燥 冷却 筛分 包装 装箱 检验 产品入库

主要技术
(1)原料乳验收和预处理：原料乳必须新鲜，不能混有异常乳，比重应为1.028～1.032(20℃)，酸度不超过20°T，含脂率不低于3.1%，乳固体不低于11.5%。杂菌数不超过20万个/毫升。合格牛奶要进行过滤和净化等处理。
(2)标准化：必须是标准化乳中的脂肪含量与非脂乳固体之比等于产品中的脂肪含量与非脂乳固体之比，使其符合产品要求，保持产品的一致性。
(3)预热杀菌：目的是杀死乳中微生物和破坏酶的活性。一般采用高温短时间杀菌法，或超高温瞬时间杀菌法。若使用片式或管式杀菌器，通常采用的杀菌条件为80～85℃、保持30秒钟，或95℃，保持24秒钟。若用超高温瞬时杀菌装置，则为120～150℃，保持1～2秒钟。
(4)浓缩：原料乳经杀菌后，应立即进行真空浓缩。浓缩至原料乳体积的1/4左右，乳固体含量为40～50%。浓缩后的乳温一般均为47～50℃，这时浓缩乳的浓度应为14～16°Βé，浓缩设备采用双效真空蒸发器。
(5)喷雾干燥：先将过滤的空气由鼓风机吸进，通过空气加热器加热至130～160℃后，送入喷雾干燥室。同时将过滤的浓缩乳由高压泵送至喷雾器或由奶泵送至离心喷雾转盘，喷成10～20微米的乳滴与热空气充分地接触，进行强烈的热交换和质交换，迅速地排除水分，在瞬间完成蒸发，干燥。随之沉降于干燥室底部，通过出粉机构不断地卸出，及时冷却。最后进行筛粉和包装。
(6)出粉、冷却：喷雾干燥室内的乳粉要求迅速连续地卸出及时冷却，以免受热过久，降低制品质量。乳品工业常用的出粉机械有螺旋输送器、鼓型阀、涡旋气封阀和电磁振荡出粉装置等。先进的生产工艺，是将出粉、冷却、筛粉、输粉、贮粉和称量包装等工序联接成连续化的生产线。出粉后应立即筛粉和晾粉。使制品及时冷却。喷雾干燥乳粉要求及时冷却至30℃以下。目前一般采用流化床出粉冷却装置。
(7)称量与包装：乳粉冷却后应立即用马口铁罐、玻璃罐或塑料袋进行包装。根据保存期和用途的不同要求，可分为小罐密封包装、塑料袋包装和大包装。需要长期保存的乳粉，最好采用500克马口铁罐抽真空充氮密封包装，保藏期可达3～5年。如果短期内销售，则多采用聚乙烯塑料袋包装，每袋500克或250克，用高频电热器焊接封口。小包装称量要求精确、迅速，一般采用容量式或重量式自动称量装罐机。大包装的乳粉一般供应特别需要者，也分为罐装和袋装。每罐重12.5千克；每袋重12.5千克或25千克。

6.产品销售
销售环节是企业整个生产销售链的终端，产品销售市场决定着企业的生存。乳粉的用途广泛：
（1） 直接销售作为人们的日常饮用品；
（2） 牛乳的复原；
（3） 制作面包时加入面团中，以增加面包的体积和持水力，还可以延长面包的货架寿命；
（4） 加入糕点中，增加松脆感；
（5） 制作面包和糕点时作为鸡蛋的替代品；
（6） 巧克力工业中作为牛奶巧克力配料；
（7） 冰淇淋配料等。

7.产品方案确定
乳粉年产量为2000t
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2班制计。
=G2
其中，K 设备不均匀系数，取0.7
年产2000吨全脂乳粉工厂产品方案
产品名称
年产量
吨
班产量
吨
1
月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全脂乳粉
2000
5.7

8.物料衡算
成品：2000t乳粉 每班产品：5.7t
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 = 2%，则
进入干燥塔前物料为：

干燥塔内水分蒸发量为：

（2）再浓缩过程中，浓缩后的弄奶量为12.4t，浓缩过程中除去75%的水分,则浓缩前的乳液量为：

浓缩过程中蒸发掉的水量为：

（3）杀菌过程中无物料损失
（4）标准化，原料乳中，脂肪含量为4%，而在全脂乳粉成品中脂肪含量一般为25%，则标准化后的乳液中脂肪含量为（5.7×25%）/49.6 = 2.9%，则在标准化过程中需加入脱脂乳，脱脂乳的脂肪含量一般为1%，原料奶用量可用交叉法计算。如图：
A D
C
B E
A、 B、C分别代表原料中脂肪含量，脱脂乳中脂肪含量，标准化后的脂肪含量。
4.0 1.9
2.9 1.9 + 1.1 = 3.0
1.0 1.1
原料乳用量为：49.6×1.9／3.0＝31.4t
脱脂乳用量为：49.6×1.1／3.0＝18.2t
所以，每班生产所需原料乳为31.4t

9.物料平衡图（每班）

原料乳验收、预处理31.4吨

冷却、贮乳31.4吨

标准化49.6吨 脱脂乳18.2吨

浓缩乳12.4吨 脱去水分37.2吨

喷雾干燥5.7吨 蒸发水量6.7吨

每班乳粉5.7吨

10. 设备选型

室外贮乳罐
通常上、下午两次收奶，第一次连续工作四个小时，占全天收奶量的60%，即收奶37.68吨。第二次工作三个小时，占全天收奶量的40%，即收奶25.12吨。所以收奶设备选型应以第一次为准。

其中查得原料乳的密度为1.030kg/L则：
收奶设备需要的小时处理能力为：

由于奶量较多，采用三个贮乳罐用于生产，在配备一个备用。选用石家庄科泰机械制造有限公司的产品：

名称 型号 容量（L） 外形尺寸 保温性能（温度）
直冷式贮奶罐 SYZL-5A 5000 4200×2050×2200 ≤1℃／6h

室内贮乳罐
由于经过预处理后的液态乳在贮乳罐中进行标准化，标准化后的乳液量为49.6吨/班，则调配罐的处理能力为：

选用石家庄科泰机械制造有限公司的产品：

名称 型号 容量（L） 外形尺寸 保温性能（温度）
直冷式贮奶罐 SYZL-5A 5000 4200×2050×2200 ≤1℃／6h

乳泵
乳液输送过程中需要乳泵，则选用上海天田泵业制造有限公司：

名称 型号 品牌 流量
离心乳泵 SP GP 中航技TNT 3.0 m3/h

均质机
标准化后的乳液需要均质，均质能力为：

选用廊坊通用机械制造有限公司的产品：

名称 型号 容量（L） 外形尺寸 额定压力Mpa 均质机 JJ-8/40 8000 2034*1417*2246 35

杀菌设备
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℃，每班杀菌奶量为49.6t/班，即6.2吨/小时，查手册取板式换热器K为4000W/（m²·h·K），C乳=3.874kJ/(kg·K),
采用逆流

其中，A 换热器所需要的换热面积
V 物料流量，L/h
ρ 物料密度
Cp 物料的比热
t1 物料的温度变化值
tm 平均温度变化值
K 热传导系数(W/m2·k)

换热器总面积为：

选择天津太平洋机电及设备有限公司的产品：

名称 型号 板型 换热面积 外形尺寸 板式杀菌设备 BR3 H 4㎡ 700×164×439

浓缩设备
浓缩前乳量为6.2 t/h，浓缩蒸发量味4.65 t/h，即4650㎏/h。
根据物料处理量和水分蒸发量，采用双效降膜式蒸发器。选择奥森机械有限公司的产品：

名称 型号 水分蒸发量 蒸汽消耗量 蒸发温度 双效降膜式蒸发器 AJZ-6.0 6000㎏/h 16800㎏/h 76 ℃

喷雾干燥设备
喷雾干燥塔的计算
干燥量为1550㎏/h，浓奶含水量为55%，奶粉含水量量为2%，喷雾压力为147×N/㎡，干燥温度为150℃，蒸发水量为840㎏/h。
干燥塔直径的计算 首先计算容积干燥强度
AV = 0.03T1 —1= 0.03×150 — 1 = 3.5（㎏/m2·h）

干燥塔高度与干燥塔径的关系为：H = （1.1～1.2）D
故塔高：

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 YPLI—2000 2000㎏/h 气＋电加热补偿或燃油 8000㎜

筛分机
经过喷雾干燥并晾粉冷却后需要经过筛分后在包装。则选用新乡市高服筛分机械有限公司的产品：

名称 型号 物料粒度 振幅 尺寸（㎜）
筛分机 JC-1020 0.074—10 3—4.5 1000×2500

包装设备
每班的工作产量为5.7吨/班乳粉，按每袋250克计，则包装速率为2850袋/小时，即48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 30～80 300 900×680×1650

CIP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 2.2kw

系统可单独进行酸洗、碱洗、热水冲洗等工序，也可根据需要编制特定的清洗程序进行全自动的清洗；不仅能有效的将设备清洗干净，而且还能控制微生物生长；同时可根据客户要求配置半自动、和全自动控制系统。
浓酸、浓碱液在埋地式浓酸、浓碱缸中进行；罐内液位自动控制并有溢流保护系统；独特的出料口结构可以防止清洗液析出结晶堵塞管路。与手动清洗相比，大大缩减了清洗时间，提高了工作效率；清洗剂和水的使用将更加科学合理；同时蒸汽耗量也相对较小，可以达到合理利用能源的目的；因此有效的降低了清洗成本。

11. 工厂辅助生产设施的设计
本厂除生产车间以外的其他部门设施，为辅助设施。本设计的辅助设施可分为三类：
（1）生产性辅助设施：主要包括：原材料的接受和暂存；原料，半成品和成品的检验；产品、工艺条件的研究和新产品的试制；机械设备和电气仪器的维修；车间内外和厂内外的运输；原辅材料及包装材料的贮存；成品的包装和贮存等。
（2）动力性辅助设施：主要包括：给排水、锅炉房、供电和仪表自控、通风、制冷机、废水处理等。
（3）生活性辅助设施：主要包括：办公楼、食堂、更衣室、厕所、浴室、绿化园地等。

12. 工厂设计

选址
乳牛产奶具有一定的季节性，在每年的不同时期产奶量有所不同。为了避免因产奶量波动而给生产带来不利影响，就需要合适的建厂地。考虑原料来源，工厂不宜建在经济高速发展的南方。

总平面布置
（1）全厂总长114m，宽为75m,总面积为8550㎡，生产车间长48m，宽30 m。
（2）全厂分为生产区、办公区、生活区，建有生产车间、停车场、办公楼、研发楼、传达室、配电房、宿舍等，物流和人流分开。各建筑区之间有绿化带分开，安排比较合理。
（3）根据规定：乳品厂的建筑系数不低于25%-35%，厂区利用系数不低于45%-65％，绿地率不低于20％。且
厂区利用系数 =（3364/8550）×100％ = 40％
绿地率 =（782/8550）×100％ = 9.1％
（4）厂区道路应采用便于清洗的混凝土、沥青及其他硬质材料铺设，防止积水及尘土飞扬。本厂道路是采用的水泥地面，主干道路面宽为18m，次干道路面宽12m。

设计全厂平面布置如下：（长×宽/m）
序号
名称
长×宽/m
面积m2
1
厂区
114×75
8550
2
生产车间
48×30
1440
3
办公楼
24×18
432
5
研发中心
18×12
216
6
运动场
21×3
63
7
配电间
12×6
72
8
垃圾站
12×6
72
9
宿舍一
24×9
216
10
宿舍二
24×9
216
11
食堂
12×9
108
12
浴室
12×9
108
13
锅炉房
12×6
72
14
门卫
3×6
18
15
车库
15×9
135
16
车棚
15×6
90
17
厕所
3×6
18

车间工艺布置
（1）车间内部的设备与设备之间有一定的间距，为了维修方便和节约用地，间距的大小根据各设备的具体情况而定。
（2）洁净车间和比较脏的车间间隔开，以防污染。
（3）车间门的尺寸要求适中，本厂采用的单扇门宽度一般为1m，双扇门宽度为2m。生产车间的门设防蝇、防虫装置，保证生产车间内有良好的卫生环境，有利于进出车间的运输。
（4）工厂的生产车间基本上是天然采光。生产车间的采光系数为1/4～1/6。设计侧窗为单层固定窗，只作采光不作通风，宽度为2m。
（5）车间内设立柱，每个柱子的宽度为20cm，车间的开间为6m，跨度为9m和12m。车间厂房部分为全钢结构，厂房的墙壁厚度为25cm。
（6）地面、楼面能防水、防腐蚀、防渗漏、防滑、无毒、易冲洗、消毒，并有2‰的排水坡度和良好的排水系统，排水沟为普通的暗沟。墙壁能防霉、防潮、防水、无毒，易冲洗、消毒。墙面全用一定规格的白色瓷砖砌成，顶角、墙角、地角呈弧形，便于清洗。天花板能防潮、防虫、防水、防灰，易清洗，表面涂层牢固。门、窗严密，采用不锈钢制作。窗和其他洞口安装易于清洗、更换的纱窗。
（7）更衣室：为适应卫生要求，该工厂的更衣室设在生产车间人员进出口处。进入更衣室前有换鞋处。更衣后有洗手消毒池。

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