年产十二万吨天然橙汁食品工厂设计.doc

年产十二万吨天然橙汁食品工厂设计

61
2020年5月29日
文档仅供参考
第一章 绪论
1.1 项目背景
中国是世界第一大橙子和橙汁生产国,橙汁出口占世界贸易量一半以上,在国际橙汁贸易中具有举足轻重的地位。在世界贸易组织框架体系下,橙汁加工是中国少有的几个具有绝对优势地位的农业产业之一,是农业产业化的重点发展行业,橙汁的加工出口对于缓解国内果品卖难,消化残次果和促进果业的健康持续发展起到了十分积极的作用。近年来,中国橙汁加工行业高速增长,橙汁出口顺畅,有效推动了国内市场果价的回升,并起到了优化农村产业结构和提高农民收入的重要作用。
1.2 橙汁的营养价值
橙子味甘、酸,性凉。具有生津止渴、开胃下气的功效。正常人饭后食橙子或饮橙汁,有解油腻、消积食、止渴、醒酒的作用。橙子营养极为丰富而全面,老幼皆宜。橙子中含量丰富的维生素C、P,能增加机体抵抗力,增加毛细血管的弹性,降低血中胆固醇。高血脂症、高血压、动脉硬化者常食橙子有益。橙子所含纤维素和果胶物质,可促进肠道蠕动,有利于清肠通便,排除体内有害物质。橙皮性味甘苦而温,止咳化痰功效胜过陈皮,是治疗感冒咳嗽、食欲不振、胸腹胀痛的良药。橙子几乎已经成为维生素C 的代名词。
1.3 中国橙汁产业的发展现状与趋势
橙汁在中国经过20年的发展历程,从无到有,从小到大,现在已成为受国外关注比较大的一个农产品 加工行业。当前,中国橙子种植总面积近3000万亩,年产橙子达2200万吨,占世界总产量的近50%,是世界第一生产大国。由于中国特有的资源优势,果汁加工业近年来发展迅速,生产能力由20世纪80年代中期的不足千吨猛增至现在的40多万吨。产品出口近年来也大幅增加, ,中国出口浓缩果汁29.59万吨,占世界贸易总量的41%; 出口量可达到40万吨,占世界贸易总额的50%以上。过去主要是发达国家消费橙汁,现在发展中国家的消费量也在不断增加。橙汁主要出口国为中国、波兰、德国、意大利、阿根廷、智利、匈牙利等,主要进口国为德国、美国、日本、意大利、奥地利、澳大利亚等。最大的进口市场是美国、欧洲、日本。其中美国20万t左右,欧洲约20万t,日本在6-7万t,美国、日本、欧洲等一些国家随着生产成本不断提高,国内橙汁生产的规模不断缩小,只有依靠进口来满足市场需求。 中国橙汁的产量达到40万吨,到 ,产能达到70万吨。国际市场上橙汁汁的价格也呈波动趋势,加入世贸组织后,价格呈逐年上升趋势,出口的的FOB价格: 为700(美元/t)、 为900(美元/t) [3]。现在由于橙汁产量难以满足生产的需求,价格还在一直上升,对国内橙汁行业十分有利。
1.4 设计目的及依据
本设计将从橙汁生产工艺、物料衡算和热量衡算、设备选型、环境污染治理等几个方面入手, 设计结构合理,生产规范,工艺先进的橙汁厂。
1.5 产品方案论证
1.5.1 依据
年产量1 0t橙汁。
1.5.2 要求
首先确定季节性产品的生产季节和班次,然后考虑调节性产品。做到产品产量、劳动力、班次、设备生产、水、电、气基本平衡,达到经济运行的目的。
1.5.3 项目论证
中国是世界最大的水果、蔬菜生产国之一。 ,全国水果产量过8000万吨,蔬菜4亿吨,其中,橙、梨、柑橘、香蕉、葡萄5大品种占76．81％。从”碳酸饮料—饮用水—茶饮料—果汁饮料”的发展过程中能够看出,一代比一代更符合健康的要求。碳酸饮料口感较好,但几乎不考虑健康功能;饮用水的健康功能更多的是控制、剔除有健康隐患的物质;茶饮料在饮用水的基础上又增加了茶的功能,开始具有绿色食品的特征;果汁饮料,特别是纯果汁含有丰富的天然营养成分,几乎等同于水果的健康功效。随着人们保健意识的提高,果汁饮料将成为日常饮品。
果蔬生产一般有旺季和淡季之分,由于果蔬产品含水率很高(一般为50％一95％),旺季收获后若不及时处理,在微生物作用下极易腐烂变质。发达国家比较重视产后加工技术,产品损耗率一般控制在5％一20％之间;中国由于产地交通不便及加工技术的限制,产后损失相当严重,一般超过30％。在淡季,果蔬产品市场供应困难,需要解决”旺贮淡供”的要求,这就为果蔬汁深加工的进一步发展提供了可能。世界果蔬汁饮料销售量历年成倍增长,成为世界各类软饮料中增长最快的品种。多年来世界果蔬汁贸易都以橙汁为主,其次是橙汁、菠萝汁、葡萄汁、柠檬汁、西番莲汁。
根据<中国食品工业”九五”计划和 远景目标>分析,全国果蔬汁饮料总产量 将达到1600万吨,是仅次于碳酸饮料的饮料大类,也是中国食品工业中发展最快的行业之一。中国浓缩汁为橙为主,当前中国果汁加工形成的大品种有橙、芒果、山植等,而国际市场上占主导地位的橙汁、菠萝汁产量却很小。因此建立年产 1 0 吨天然橙汁生产基地前景广阔。
第二章 厂区平面设计
2.1 平面设计原则
1. 按工厂规模及类别结合周围环境,布置上力求紧凑,节约用地;
2. 建筑物布置需符合工艺流程要求,生产线路短,合理组织人流和物流;
3. 各建筑物、构筑物应按各自性质,合理的在常年主导风向上进行布置;
4. 综合考虑全厂布置,要求合理、经济、高效、环保。
2.2 厂址选择
项目的厂址选择不但关系到工业布局的落实、投资的地区分配、经济结构、生态平衡等具有全局性、长远性的重要问题,还直接或间接地决定着项目投产后的生产经营和经济效益。
厂址选择的原则:
1. 符合国家方针政策、行业布局、地方规划等;
2. 要有充分可靠的水源,水质应符合国家<生活引用水卫生标准>;
3. 要有良好的卫生环境,厂区周围不得有有害气体、粉尘和其它扩散性污染源,不受其它烟尘及污染源影响(包括传染病源区、污染严重的河流下游)。
4. 要有良好的工程地质、地形和水文条件,地下避免流沙、断层、溶洞;要高于最高洪水位;地势宜平坦或略带倾斜,排水要畅。
5. 要有方便的交通运输条件。
6. 注意节约投资及各种费用,提高项目综合效益。
温州市柑橘、脐橙类产品产地集中,区域种植规模大,并形成特色产区,为发展大规模集中加工贮运提供了条件。而且交通方便,便于原料的引入和产品的输出。
2.3建筑物布置原则
建筑物布置应严格符合食品卫生要求和现行国家规程、规范规定,特别遵守<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>中的有关条文。
各有关建筑物相互衔接,并符合运输线路及管线短捷、节约能源等原则。生产区的相关车间及仓库组成联合厂房。
2.3.1 生产车间、检验室及中心实验室的布置
1. 布置在厂区全年最小频率风向的下风侧;
2. 生产区与厂外公路不应小于30m;
3. 生产区有一定的绿化带,保持良好的卫生环境。
2.3.2 公共设施布置
1. 锅炉在满足工艺条件的前提下,宜靠近用气负荷中心,并应布置在厂区全年最小频率风向上风侧;要有足够堆煤、堆渣的的场地。应设置运输煤渣的单独出入口。燃油锅炉要考虑油罐位置;
2. 变配电所应靠近制冷站等主要用电负荷中心,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与冷库结合位置;
4. 压缩空气站应布置在生产车间全年最小频率风向的下风侧;
5. 泵房给水系统应布置在较洁净的地方;
6. 污水处理站应在生产车间至少30m以外,并在生产车间全年最小频率风向的上风侧,其周围应布置较多绿化带。
2.3.3 库区布置
1. 仓库应结合生产工艺要求和相关生产车间结合布置,有利于节约能源和土地;
2. 废弃物场地的设置应远离生产区,并设置专门的入口和清洗消毒设施。
2.4 道路与绿化
2.4.1 道路
厂区出入口的设置结合了天水城市道路规划、人流、物流方向和全厂运输量。
表2-1 厂区道路指标
指标名称
汽车道
电瓶车道

路面宽度(m)
单车道
3.0-4.0

6.0-6.5
2.0

3.5
双车道
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
带一辆拖车
9.0
12.0
5.0
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
绿化对改进厂区的卫生环境和生产、生活环境是必不可少的。但特别注意的是,厂内绝对严禁种植飞絮植物,对于落叶植物的选用也会慎重。
第三章 产品工艺流程设计
3.1产品工艺选择及流程
3.1.1 产品方案及班产量的确定
3.1.1 .1依据
根据设计要求,拟建厂为年产1 0吨天然橙汁的产量,主要原料为温州蜜柚,生产期分为旺,淡两季,每天生产班次为:淡季二班,旺季三班,夏季7,8,9月是生产旺季,工作日为90天;1,3,4,5,10,11,12为淡季,工作日为195天;余下80天为节假日和设备检修日。
预期设定的新建的天然橙汁工厂生产能力:
年产量Q=1 0t
全年生产天数:T=t(旺) +t(淡)=90+195=285d
班产量 q(班)=Q/ k(3t(旺)+2t(淡)) =1 0/0.75(3×90+2×195)=242.42t/班
3.1.1.2 要求
考虑产品的季节性,使产品的产量、劳动力、班次、设备生产、水、电、汽基本平衡,实现经济运行,合理生产。
3.1.1.3 产品方案
主产品方案表
产品名称
年产量∕t
班产量∕t
一

月
三

月
四
月
五
月
七
月
八
月
九
月
十
月
十
一
月
十
二
月

天然橙汁
1 0

242.42

3.2 工艺流程及论证
3.2.1 工艺流程
压榨
原料验收
清洗分级
过滤

→ → → →

调整混合
脱气去油
高温杀菌

→ → →

成品
冷却
灌装

→ →
3.2.2 生产工艺论证
3.2.2.1 原料的采集
橙子主要从温州当地收集,在橙子产地建立采购站以保证及时采购原料果。原料选富有橙子风味,糖分较高,酸味和涩味适当、香味浓、果汁丰富的橙子。要求果实健全完好。加工时须除去腐败果和生霉果。果实以成熟为宜,未熟果有生果味,果汁偏酸涩而少甜味,浓度也低。过熟果缺少风味果汁品质低劣、压榨、澄清和过滤比较困难,出汁率低。
3.2.2.2 原料的验收
每年6、7月份质检部到橙子种植区调查橙成熟情况及农药使用情况,保证采购区域周围没有化学污染及该区域未使用国家禁止的农药。生产期间,橙子验收按以下要求进行:
1. 必须是合格供应商提供的原料;
2. 农残检验报告;
3. 腐烂率超标(6％)的不收;
4. 质检员当场验收。
3.2.2.3 原料预处理
1. 初步清洗
橙子在采收后表面常附有灰尘,碎叶等杂物,必须进行初步清洗,初步清洗有两个过程,水流输送清洗和提升机喷淋清洗。在清洗时把粘附在原料上的泥土、杂质、粉尘、沙粒等洗掉,去除残留的农药和部分微生物,清洗环节必须符合国家软饮料原辅材料的要求(GB10791-89)。
2. 拣选
在拣选台人工对橙子进行拣选,把一些腐败的橙子或腐烂部分去除掉,一些杂质经过拣选台被拣出。以免下一步进行破碎时这些杂物进入橙汁。
3. 清洗
在洗果机上经过毛刷及水流喷淋进行橙子的清洗,经过破碎前的提升机进行清洗。为了达到清洗农药的效果,在清洗水中加入0.5-1％盐酸进行清洗,最后再用清水冲洗干净。
3.2.2.4破碎
榨汁前先行破碎能够提高出汁率,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。否则,破碎过度,易造成压榨时外层果汁很快榨出,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,混浊物含量增大,使下一步澄清工作负荷增大。破碎粒度一般控制到1.5-3cm[8]。
3.2.2.5榨汁预处理
原料果经破碎成果浆,果品组织被破坏,各种酶从破碎的组织细胞中溢出,活性大大增强,同时表面积急剧扩大并大量吸收氧,致使果浆产生各种氧化反应。另外,果浆又为来自于原料、空气,设备的微生物生长繁殖提供了良好的营养条件,极易使其腐败变质。因此,必须对果浆及时采取措施,钝化橙子自身所含有的酶,抑制微生物繁殖,保证果汁的质量,同时提高果汁的出汁率。采用酶处理,将果浆迅速加热到40-45℃,在搅拌器中搅拌15-20min,通风,添加0.02-0.03％高活性酶制剂,在45℃处理1h并间歇缓慢搅拌[9]。
3.2.2.6压榨
整个预先分级的柑橘被送入榨汁机处理。水果进入喂料斗,被喂料系统一次一个接收。两个相反的循环链由水果加工杯组成,这些杯子就是联接喂料系统并从喂料系统中接受整个水果的。杯子先被分半刀片分成两部分。再将分半的水果送入取汁工作区,从半个水果中取汁的原理就像家用手工榨汁机。取完汁的果皮被从杯中排出,再接收新的水果进行新一轮的循环。在压榨过程中果浆分布尽可能的均匀,果浆厚度控制在3-6cm之间,榨带张力根据果浆的性质加以调节,以出汁率作为衡量标准。
3.2.2.7 过滤
过滤是为了将滤渣去掉,不影响果汁品质。
3.2.2.8 调整混合
经筛滤之后的果汁送入不锈钢制的大型搅拌槽中进行品质调整。方法时先分析其含糖量及含酸量,加入一定量果汁中搅拌均匀。
3.2.2.9 脱气
原料果汁本身含氧,在提汁、调配、输送、过滤时,果汁与空气接触,会引起空气的二次混入。不但破坏Vc,还会与果汁中各种成分反应,使香气、色泽发生劣变。故应采用真空脱气法脱气。柑桔汁经脱气后应保持精油含量在0.15-0.025%之间,脱油和脱气可设计成同一设备;
3.2.2.10 杀菌
橙汁的灭菌正确与否,不但影响产品的保藏期,而且影响产品的质量。脱气去油之后,橙汁采用高温灭菌,经过管式蒸发器加热至95℃,维持10s,灭菌后趁热灌装。
3.2.2.11 灌装
无菌灌装的三个条件:(1) 物料无菌;(2) 包装材料无菌;(3) 灌装环境无菌。采用进口的罐装机进行灌装,灌装前先将灌装口喷射高温蒸汽,杀死可能存在的微生物,再开始灌装,装罐(瓶)后的产品应迅速冷却至38℃。无菌纸包装。三个基本条件:果汁无菌、包装材料无菌和包装环境无菌。灌装后的成品冷却入库。
3.3 质量指标
3.3.1 成品质量的控制
产品质量的好坏,关系到企业的生死存亡。要发展就要把质量放在首位,果汁企业的管理人员,技术人员和工作人员,都应懂得食品质量管理的基本知识,应严格按照橙汁质量指标进行生产,采用先进科学的质量管理方法,全面提高企业的质量管理水平。
根据中华人民共和国农牧渔业部标准<果汁饮料总则>(NY 145—88)标准。橙汁质量指标指标如表3-1所示:
表3-1橙汁质量指标一览表
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
根据三角法取样鉴定感官指标,感官指标主要依赖检测人员的经验来评定。
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％果汁应有新鲜橙固有的香味,无异味。
透明,无沉淀物,悬浮物,应无肉眼可见杂质。

卫生指标
铅
铜
砷
细菌总数
大肠菌群
致病菌
耐热耐酸菌
霉菌和酵母菌
棒曲霉素
mg/kg
mg/kg
mg/kg
个/ml
个/100ml

个/ml
个/ml
ug/kg
≤0.2
≤5.0
≤0.1
≤10
＜3
不得检出
＜1
＜10
≤40

理化指标
可溶性固形物
总酸
pH
透光率T625nm
色值T440nm
浊度
乙醇
果胶试验
淀粉试验
富马酸
热稳定性
Brix

％
％

g/kg

mg/kg
71±1
≤0.8
≤3.6-4.2
≤95
≤55
≤3.0
≤3.00
阴性
阴性
≤5
稳定
第四章 物料衡算与主要设备选型
4.1物料衡算
物料计算包括该产品的原辅料和包装材料的计算。经过物料计算,能够确定各种主要物料的采购运输和仓库储存量,并对生产过程中所需的设备和劳动定员的需要量提供计算依据。物料衡算的依据是质量守恒定律,即进入生产系统的全部物料质量必须满足等于离开该系统经过加工处理后所得。这样计算出原料和辅料的消耗定额,绘制出原、辅料耗用表和物料平衡图。并为下一步设备的计算、热量计算、管路设计等提供依据和条件。还为劳动定员、生产班次、成本核算提供计算依据。
4.1.1 糖酸比
数据说明:
(1)温州蜜柚果汁含糖度9.0BX以上,可滴定酸度含量0.7%以上,维生素C含量20mg/100g以上,灰分含量0.2%以上,糖酸比12.5最好,实际生产可在13.0~17.0之间
(2)果汁原料特性:温州蜜柚可溶性固形物含量9BX,可滴定含量0.7%
糖酸调整与混合:一般果汁的糖酸比在(13-18):1为宜,这里选为14.
经过补充浓糖液调节糖度。
W(B-C)
X=————————
D-C
D------ 浓糖液的质量分数 50%
W----- 调整前果汁质量 1kg
C----- 调整前果汁含糖量 C=9BX
B----- 调整后果汁含糖量 B=15BX
计算得 需补加浓糖液质量X=17BX
经过补充柠檬酸液调节酸度。
W(B-C)
X=————
D-C
D------ 浓糖液的质量分数 65%
W----- 调整前果汁质量 1kg
C----- 调整前果汁含糖量 C=0.7%
B----- 调整后果汁含糖量 B=0.9%
计算得 需补加柠檬酸液质量X=0.3%
综述:最终糖酸比15:0.9=16.7符合要求
4.1.2生产损耗一览表
项目
损失量%
清洗分级
坏橘-6.66%
压榨过滤
橘皮-24.74%橘核-4.3%碎块等-6.2%
调整
浓糖液+17%柠檬酸液+0.3%
脱气
-0.3
杀菌装罐
-0.2
4.1.3 物料衡算:
由年产量计算得到橙汁生产的班产量为242.42t∕班(取242420kg/班),每班按8小时计算得每小时生产天然橙汁30302.5kg∕h。设原料每班处理量为M
则果汁的量为 M(1-6.66%)(1-24.74%)(1-4.3%)(1-6.2%)(1+17%)(1+0.3%)(1-0.3%)(1-0.2%)=242420kg/班 解得M=329240.80kg/班
故(1)原料处理量为329240.80kg/班
(2)清洗、分级:取损耗率为坏橘-6.66%,则清洗分级后产量为262868.39kg/班×(1-6.66%)=307313.36kg/班
(3)压榨过滤:取损耗率为橘皮-24.74%橘核-4.3%碎块等-6.2%,则压榨过滤后产量为307313.36kg/班×(1-24.74%)×(1-4.3%)×(1-6.2%)=207615.82kg/班
(4)调整混合:补充浓糖液+17%柠檬酸液+0.3%,则调整混合后产量为 207615.82kg/班×(1+17%)×(1+0.3%)=243639.24kg/班
(5)脱气去油:取损失率为-0.3%,则脱气去油后产量为243639.24kg/班×(1-0.3%)=242908.32kg/班
(6)杀菌灌装:取损失率为-0.2%,则杀菌灌装后产量为242908.32kg/班×(1-0.2%)=242422.50kg/班

物料衡算图:
原料 41155.1kg∕h
↓
-6.66% 清洗、分级 38414.17kg∕h
↓
-24.74%-4.3%-6.2% 压榨过滤 25951.9775 kg∕h
↓
+17%+0.3% 调整混合 30454.905kg∕h
↓
-0.3% 脱气去油 30363.54kg/h
↓
-0.2% 杀菌灌装 30302.5kg∕h
↓
冷却 30302.5kg∕h
↓
成品 30302.5kg∕h

4.2主要设备选型
橙汁生产主要设备是灭菌设备,若灭菌不彻底,可造成致病菌残留、微生物腐败,进而影响产品质量。
本章主要目的是高温灭菌设备进行工艺衡算和选型。
4.2.1 灭菌系统设备工艺衡算
脱气去油处理之后,进行高温灭菌,既能保证灭菌彻底,并能保护营养成分。 流体相关物理参数
项目
橙汁
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﹒C-1)
3.1
4.2
粘度/(Pa﹒s)
2.2×10-3
2.1×10-6
导热系数/(W﹒m-1﹒C-1)
0.42
0.84
高温灭菌设备主要由热交换器、双套预热盘管、冷却降温盘管、进料泵等组成。根据查阅的数据,橙汁经过脱气去油并进入灭菌设备之前能够达到50℃,然后进入灭菌室进行灭菌。下面对热交换器各工艺条件进行衡算:
进料量ms2= 30363.54kg∕h
4.2.2 热流量及平均温差
热交换器采用逆流热交换方式,由140℃水蒸汽将浓缩橙汁由50℃加热至95℃,并在95℃保持10s以达到灭菌目的。
按橙汁加热所需计算换热器的热流量:
(4.3.11).
将数据代入式4.3.1.1
Q=4235713.83 kJ/h

由热量衡算式
(4.3.1.2)
T2 = 99.8℃
计算逆流平均温度差Δtm,逆
水蒸汽 140℃ 　99.8℃
橙汁 95℃ 50℃

温差 45℃ 49.8℃
(4.3.1.3)
将数据代入式4.3.1.3,得:

按逆流计算得平均温差应乘以校正系数。计算参数P及R。

(4.3.1.4)
根据温差校正系数,查的
数据代入式4.3.1.4,得:
℃
为求得传热面积,需求得传热系数K,而K值与给热系数和污垢热阻等有关,在热交换器的直径,流速等参数未确定时,给热系数也无法确定,因此只能对K值进行估算,水蒸汽与果蔬饮料间进行热交换时,K值范围大致为900-1500W/m2·K,初步取1200 W/m2·K进行估算。
所需传热面积为:
(4.3.1.5)
数据代入式4.3.1.5,得:
A=244㎡
为了便于安装,换热器设置为两个,每个传热面积为:

一台传热器进料量:
ms2′=34875kg/h
以下计算均针对一台换热器进行衡算。
4.2.3初步选定热交换器型号
两流体温差较大,同时橙汁易产生污垢,不宜采用板式换热器进行灭菌作业,而是采用管式热交换器。水蒸汽温度高,走管程能够减少热损失,橙汁黏度较大,当装有折流挡板时,走壳程能够在较低的Re下达到湍流,有利于提高壳程一侧的给热系数。
管内水蒸汽黏度较小,管内流速取u=5m·s。
设所需单管数为n,采用的无缝钢管,管内体积流量为:
(4.3.1.6)
数据代入式4.3.1.6,得:

解得n=44根。传热面积:
单程管长:
选6m长的管,四管程,一台热交换器的总管数为根。初选管式换热器基本参数如表4-10所示:
表4-10热交换器基本参数
项目
数据
项目
数据
壳径D(DN)
600mm
管尺寸

管程数 (N)
4
管长(L)
6m
管数n
188
管排列方式
正方形斜角45度
中心排管数
10
管心距
32mm
管程流通面积
0.0148
传热面积A
86.9
4.3 阻力损失计算
1. 管程
流速
雷诺数
摩擦系数 取管绝对粗糙度,得相对粗糙度

管内阻力损失
回弯阻力损失
总损失 (4.3.3.1)
将数据代入式4.3.3.1,得:

2. 壳程:取折流板间距h=0.2m
计算截面积
计算流速
雷诺数 (4.3.3.2)
将数据代入式4.3.3.2,得:

>500
摩擦系数
挡板数
管束损失 (4.3.3.3)
将数据代入式4.3.3.3,得:

缺口损失
壳程损失
经核算,管程和壳程阻力损失均不大,适用。
4.4 传热计算
1. 管程给热系数。以上计算出,再计算。
(4.3.4.1)
将数据代入式4.3.4.1,得:

(4.3.4.2)
将数据代入式4.3.4.2,得:

2. 壳程给热系数。以上计算出。

故

3. 传热系数
(4.3.4.3)
将数据代入式4.3.4.3,得:

4. 传热面积A0
(4.3.4.4)
将数据代入式4.3.4.4,得:

5. 裕度
(4.3.4.5)
将数据代入式4.3.4.5,得:

与热交换器列出的面积A=122比较,有近21.3%的裕度,从阻力损失和传热面积核算可得,所选换热器适用。
4.5 结论
灭菌设备热交换器工艺衡算结果如表4-11所示:
表4-11热交换器工艺衡算结果汇总
项目
数据
热交换器传热面积(两台)

热交换器参数
见表4—3
管程损失

壳程损失

传热系数

裕度
21.3%
根据热交换器选型计算结果,高温灭菌设备选用两台RP6L-40套管式高温灭菌设备,其主要技术参数如表4-12所示
表4-12 P6L-40套管式高温灭菌设备参数表
型号:RP6L-40
处理能力/(t/h)
25
灭菌温度/℃
90-100
蒸汽压力/ KPa
0.45-0.6
需泵数量
2
高温保持时间/s
10
设备质量/Kg
850
电动机功率/(Kw/台)
3
料液出口温度/℃
40
电动机型号
Y900L4
外形尺寸(长×宽×高)/mm
×1400×1800
4.6 管路设计
4.6.1 总进水管
管材选择:采用镀锌焊接钢管,
查表取流速6.5m/S
Q=Fv=πD2v/4
Q=29.234/3600m3/s=0.00812m3/s
D=79.5
查表取管径为Dg100
4.6.2 蒸汽管道
管材选择:采用无缝钢管
查表取流速25m/s,
Q=Fv=πD2v/4
Q=3.36/3600m3/s=9.33×10-4m3/s
d=1.128 =1.128 =0.0360m=36mm 查表选用管径为Dg40
4.6.3 物料管道
管材选择:不锈钢管
根据产品方案、生产能力30.30t/h 果汁流速V=6.5m/S果汁密度1.039g/cm3
Q=30.30×1.039/3600=0.008745m3/s
d=1.128 =0.0360m=36mm,
查表选取管径Dg40
第五章 辅助设备选型及水、电、气估算
根据前两章的物料衡算可知,生产期分为旺,淡两季,每天生产班次为:淡季二班,旺季三班,夏季7,8,9月是生产旺季,工作日为90天;1,3,4,5,10,11,12为淡季,工作日为195天;余下80天为节假日和设备检修日。
预期设定的新建的天然橙汁工厂生产能力:
年产量Q=1 0t
全年生产天数:T=t(旺) +t(淡)=90+195=285d
班产量 q(班)=Q/ k(3t(旺)+2t(淡)) =1 0/0.75(3×90+2×195)=242.42t/班
根据物料衡算数据进行辅助设备的选型。生产的物料衡算数据如表5-1所示:
表5-1生产物料数据一览表
名称 数据
橙汁产量T/h
30.30
班产量/T
原料处理量T/h
242.42
41.16
原料处理量T/班
329.2
生产一吨成品耗用原料量/ T
1.36
5.1生产工段
5.1.1斗式提升机
提升机的目的是将水流输送槽送来的橙子提升到拣果台,此段整个车间的咽喉要道,如果设备停止工作,后段将无果加工。在生产中需要将原料果垂直提升至输送带,由于带式输送机时倾角必须小于物料在输送带的静止角,输送物料方向与水平方向的角度不能太大,因此采用斗式提升机进行操作。对比进口与国产设备的价格,相差比例不大,因此选用三台意大利TMCI生产的斗式提升机,为满足每小时41.16t处理量的要求,每台生产能力为15T/h。
5.1.2 拣果机
从斗式提升机提升后的橙子进入拣果机,进行自动拣果,为保证每小时41.16t处理量,选购两台西安鼎合机械制造有限责任公司生产的拣果机。每台参数如表5-2所示:
表5-2拣果机基本参数表
型号:
生产能力T/h
30
有效宽度/ mm
2500
有效长度/m
12
配用功率/ KW
5.5
5.1.3 洗果机
对橙子进行清洗,主要是去掉黏附的杂物之后进行高压水流喷射清洗。选用两台靖江市舜天工业设备制造有限公司生产的冲浪式洗果机。特点是以风机风力使水产生强烈搅拌运动, 使物料在水中翻滚,同时安置在进料口的高压水管喷头将物料用水力推送到下道工序。每台洗果机参数如表5-3所示:
表5-3洗果机基本参数表
型号:CZJ－30
生产能力T/h
30
输送速度/m
5-25(无级可调)
配用功率/ KW
10
5.1.4 破碎机
将清洗过的橙子进行破碎,根据需要能够调节破碎程度,为保证颗粒均匀度,选用两台德国BELLMER生产的破碎机,国产设备颗粒均匀度不好,影响出汁率。BGD—30破碎机基本参数如表5-4所示:
表5-4破碎机基本参数表
型号:BGD—30
生产能力T/h
30
外形尺寸
2500×9000×2200mm
配用功率/ KW
18
5.1.5 带式压榨机
对破碎的橙子进行压榨取汁,这一步关系到产品得率,因此选用一台德国BELLMER生产的带式压榨机。DYJ带式压榨机基本参数如表5-5所示:
表5-5带式压榨机基本参数表
型号:DYJ
生产能力T/h
30
滤带速度/(m/s)
5-25
滤带张力/(KN/m)
10
滤带宽/mm
2500
出汁率
75-78%
配用功率/ KW
5.5
外形尺寸
5000×2600×2500mm
本型号压滤机能够大大提高液体的回收率和降低滤饼的含湿量,从而达到节能降耗,降低生产成本,提高企业产品竞争力的目的。采用超级压榨仓,全液压驱动系统,可编程控制器(PLC)控制,可提供多种工艺曲线,具有自动进料、自动卸料功能。该设备压榨力大,出汁率高。同时还具有节能、自动化程度高、自动进出料,连续工作、通用性强、压滤充分,滤饼含水滤低、操作维修方便等特点,是一种高出汁率榨汁设备。使用这样的榨汁设备能使果汁出汁率高达75～78%。
5.1.6 过滤机
本机为不锈钢多层板框式过滤机,适用于浓度50%以下粘度较低、含渣量较少的液体作密闭过滤以达到提纯灭菌,澄清等精滤半精滤要求根据生产能力,选用两台温州飞越机械设备公司生产的板框式过滤机: