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食品工厂课程设计

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1.1冰红茶饮料的市场效应
随着现代社会的发展, 健康环保已经成为当代食品理念。在众多灌装饮料的发展中, 茶饮料以它独特的茶多酚保健功能在市场中占有一席之地。特别是红茶, 具有帮助胃肠消化、 促近食欲, 利尿、 消除水肿、 强壮心肌、 预防蛀牙与食物中毒, 降低血糖值与高血压等功能。适合于儿童、 老人及心脏病患者饮用。本产品继承了红茶的保健功能同时调配出适当的口感, 适应于夏天饮用, 有清凉解暑的功效。在市场中具有广大的发展前景。
1.2冰红茶饮料的工艺基本流程
茶叶→热浸提→冷却→精滤→调配→均质→灌装→包装→杀菌→冷却→检验→成品
1.3主要热交换设备的初步选型
为使冰红茶的生产效率加快、 原汁率高、 保证产品原液透明清晰, 不含杂质同时考虑生产成本与机械成本, 经过比较研究找出适宜的主要加工设备, 热交换器则选用板式热交换器。而板式热交换器传热效率高, 且热量传热介质循环使用。但经过流速不宜过高。
1.4设计中的特殊问题及解决方法
1.4.1冰红茶长期贮存后会发生浑浊现象。能够加入澄清剂保持茶饮料的清亮。初步计划使用磷酸作为澄清剂, 用量为400—500PPM
1.4.2冰红茶茶多酚提取率不足。因为茶多酚大多与咖啡因结合, 很难游离出来, 故加入一定量的酸, 可仿照以上方法。
1.4.3冰红茶的苦涩味的去除。因为铁、 锰等离子易与茶叶发生反应形成茶乳并产生苦涩味, 因此使水软化或使用无离子水。
设计计算书

2.1产品方案 饮料生产规格

品种
规格(瓶)
冰红茶饮料
500ml

2.1.2工艺流程图
原料破碎
↓
清 洗
↓
水 源→除 杂→软 化→过 滤→紫外光线灭菌→加热萃取
↓
成 品←二次灭菌←灌 装←灭 菌←均 质←调 配←过 滤←初 滤←冷 却
↑
去 杂
↑
辅 料
2.1.3产品配方
茶汁10000kg 柠檬酸0.18% 柠檬酸钠0.10% 蔗糖4.0% 安赛蜜0.011%
三氯蔗糖0.003% 冰红茶香精0.02% 柠檬香精0.01% 蜂蜜香精0.01%
2.3茶饮料流程说明
2.3.1原料破碎与清洗
干制红茶中含有少量泥沙、 尘土等杂质, 先使茶叶破碎为约0.5厘米的长度, 然后进行用85℃软化水冲泡10秒钟冲洗以除去杂质。PH为6.0左右。
2.3.2除有机质
水中包含多种有机质有机物质如蛋白质、 有机农药、 有机磷等进行过滤, 采用物理吸附填装活性炭, 适宜温度为常温, PH无要求。
2.3.3软 化
软化是降低水的硬度, 使用的是离子交换法是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应, 当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时, 便会被离子交换固体吸附离子交换法能够将水中离子态杂质( 比如盐类) 清除得以较彻底。在本工艺中主要用于进一步进化水, 出去水中的离子态杂质主要是Mg、 Ga、 Cl等。
2.3.4一次精滤
精滤即精密过滤技术又称微过滤, 俗称保安过滤, 常常见过滤精度为5um的中空纤维, 继续净化水质, 延长和保护膜的使用寿命。目的是过滤掉水质中的胶体物质或是少部分的微生物。将小于10mm的物质去除。适宜温度为5-55摄氏度适宜压力为4×10^4 Pa～7×10^5 Pa。
2.3.5紫外线灭菌
把经过活性碳处理、 离子交换和反渗透处理的水进一步用紫外线灭菌, 杀灭其中存在的微生物, 使其符合国家饮料用水标准。
2.3.6加热萃取
此步热交换器与带搅拌浸提的装置, 目的是使茶叶充分泡发, 使茶汁充分融进水中, 浸提温度在85-95℃, 时间10-15min。浸提后粗滤去茶渣, 迅速冷却。
2.3.7二次精滤
目的是为了是去除浸提后的杂质, 使得产品清凉透彻。达到茶饮料生产标准适宜温度为5-55摄氏度适宜压力为4×10^4 Pa～7×10^5 Pa。
2.3.8调 配
将茶汁、 柠檬酸、 柠檬酸钠、 蔗糖、 赛安蜜、 三氯蔗糖、 各种香精按最佳比例调配好, 充分搅拌使原辅料完全溶解。加入澄清剂与稳定剂并调整PH。
均质是是指物料的料液在挤压, 强冲击与失压膨胀的三重作用下使物料细化, 从而使物料能更均匀的相互混合, 从而使整个产品体系更加稳定。均质主要经过均质机来进行的。是食品、 乳品、 饮料的行业的重要加工设备。进过均质后饮料不至于产生上下分层的情况。
2.3.9杀菌
为了使茶中的活性酶不至于被破坏杀菌环节采用超高温瞬时杀菌的方案。高温瞬时杀菌, 是指加热温度为135-150摄氏度杀菌2—8秒, 处理后产品达到商业无菌的杀菌过程。用于各类新鲜多活性的饮品中。采用超高温瞬时杀菌趁热罐装。
2.3.10罐装
灭菌后的产品必须立即连续的进行灌装。灌装是延长食品保质期及方便食品携带使用的重要步骤, 灌装容器有玻璃瓶、 聚乙烯塑料瓶、 复合塑料袋装、 涂复塑料纸盒包装等。包装材料应主要考虑经济、 强度、 重量、 稳定、 清洁、 方便和美观等诸多因素。经过以上要求, 本生产线决定以容积为500ml的塑料瓶做罐装容器。热罐装时料液温度不低于90℃, 采用真空罐装, 封盖。
2.3.11二次杀菌冷却
二次灭菌考虑到塑料瓶的耐热性, 采用曾其灭菌法, 充分保证了残品的微生物指标要求, 密封后, 饮料采用100％蒸汽灭菌10—15min, 冷却至常温。
2.4物料衡算
2.4.1原料配比指数
茶: 水=1: 100
2.4.2车间物料平衡计算
要求年产3000t汁, 考虑到各工序的物料损耗, 故年原料处理量需大于3000t。
2.4.3 产品配比
其中纯净水使用量为Xt
红茶茶叶 1%
柠檬酸或磷酸 0.18%,
柠檬酸钠 0.10%,
蔗糖 4.0%,
安赛蜜 0.011%,
三氯蔗糖 0.003%,
冰红茶香精 0.02%,
柠檬香精 0.01%,
蜂蜜香精 0.01%,
纯净水 94.67%
设调配混合冰红茶饮料为Xt, 设M1=Xt。
2.4.4 调配阶段
调配阶段的物料损耗损失, 按0.2％计, 则
M2=M1×(1－0.2％)=1000Xkg×99.8％=998Xkg
2.4.5 脱气、 均质、 灭菌阶段
脱气、 均质、 灭菌阶段损耗损失, 按0.2％计, 则
M3=M2×(1－0.2％)= 998Xkg×99.8％=996 Xkg
2.4.6 灌装阶段
灌装阶段的物料损耗损失, 按0.1％计, 则
M4=M3×(1－0.1％)= 996Xkg×99.9％=995Xkg
2.4.7 二次灭菌阶段
二次灭菌阶段的物料损耗损失, 按0.05％计, 则
M5=M4×(1－0.05％)= 995Xkg×99.95％=994.50Xkg
2.4.8 成品率
冰红茶饮料成品率: = 99.50％
2.4.9 包装
年产30000t,则日产10t, 折算成体积为 =9970.09L
每瓶500ml, 则日产 ≈19940瓶, 年产约598 瓶
每箱按24瓶计, 则装箱数为≈830箱, 年产约249250箱
2.5 物料流线图
红茶茶叶 1% 100kg
柠檬酸 0.18%, 18kg
柠檬酸钠 0.10%, 10kg
蔗糖 4.0%, 400kg
安赛蜜 0.011%, 1.1kg
三氯蔗糖 0.003%, 0.3kg
冰红茶香精 0.02%, 2kg
柠檬香精 0.01%, 1kg
蜂蜜香精 0.01%, 1kg
纯净水 94.67% 9467kg
总计 10000.4kg

调配阶段 －0.2％
↓
调配后的混合胡萝卜汁 9980.40kg
↓
脱气、 均质、 灭菌阶段 －0.2％

净化混合胡萝卜汁 9960.44kg

灌装阶段 －0.1％

瓶装混合胡萝卜汁 9950.48kg
19841瓶 500ml装

二次灭菌阶段 －0.05％

成品 10000kg 19841瓶

2.6热量衡算及相关设备选型
2.6.1 热交换阶段的确定
根据传热效率、 设备结构、 占地面积、 设备的适应性、 操作安全性、 卫生性和热量节约性等诸多方面考虑, 本生产线在浸提时使用RB0型板式换热器, UHT超高温瞬时灭菌这一环节决定采用平板式换热设备, 最后是蒸汽换热设备。
本生产线热阶段包括三个阶段:
热浸提时水温由常温变成90摄氏度, 保持10—15min后迅速降至25摄氏度; 超高温瞬时灭菌从25摄氏度上升至65摄氏度再上升至90摄氏度最后到135摄氏度, 在初见降温到25摄氏度的过程; 最后高温蒸汽二次杀菌过程。
在第二过程中, 降温热交换可供你升温热交换热能, 传热介质能够循环吸放热, 形成一个节能的热循环系统。
2.6.2参数基准及参考换热器类型
质量( M) : 生产线日产10t冰红茶饮料, 每天工作8小时, 得饮料流量为125kg/h。
传热系数( K) : 一般的传热系数为5000—9000W/m2kh 本实验取8088 W/m2kh{}
比热容( C) : 茶水的比热容小于水约为4.012 kJ/kg
2.6.3浸提阶段
过滤后的纯净水与茶叶浸提从25℃到90℃, 传热水由100℃下降到90℃
ΔTm = = 24.04℃ A = = =1.676 m2
NTU茶 = = = 2.703, rA= = =6.5＞1,
NTU水 = rA×NTU茶=6.5×2.703=17.57, 经过校正, Ft=0.97
∴A茶= = =1.728m2, 选BR2-UHT-3J(N)换热器 A=2m2
Q=M×C×ΔT=1250×4.012×65＝325975kJ/h
2.6.4高温瞬时灭菌阶段
2.6.4.1预热阶段
茶汁自65℃预热至90℃, 传热介质过热水123℃降至90℃
ΔTm = = 28.82℃ A = = =0.54m2
NTU茶 = = = 0.87, rA= = =1.32＜1,
NTU水 = rA×NTU果=1.32 ×0.87=1.15,
经校正得∴A = = =0.46 m2, 选BR1-UHT-1型换热器合适。
Q1=M×C×ΔT=1250×4.012×25=125375kJ/h
2.6.4.2瞬时杀菌阶段
预热后加热至135℃; 介质热水从140℃降至123℃;
ΔTm = = 14.84℃ A = = 1.88m2
NTU茶 = = = 3.03, rA= = = 0.38＜1,
经校正得 ∴A修= = =1.94 m2, 选BR1-UHT-2型换热器合适。
Q2=M×C×ΔT=1000×4.012×45=225675kJ/h
2.6.4.3杀菌初降温阶段
经135℃超高温瞬时灭菌的果汁降温至90℃; 来自热水罐的80℃加热至95℃
ΔTm = = 21.64℃ A = = =1.29m2
NTU茶 = = = 2.08, rA= = =0.33＜1,
经校正得∴A修= = =1.37 m2, 选BR1-UHT2型换热器合适。
Q3=M×C×ΔT=1250×4.012×45=225675kJl/h
2.6.4.4后降温阶段
茶汁冷却至常温25℃, 待灌装; 浸提过滤过后的茶汁20℃果汁预热至65℃
ΔTm = = 22.41℃ A = = =1.24m2
NTU茶 = = = 2.00, rA= = =0.92＜1,
经过校正得, ∴A修= = =1.32 m2, 选BR1-UHT-2型换热器合适。
Q4=M×C×ΔT=1250×4.012×65=326015kJ/h
2.6.5外加热量计算
B、 C两段的热水由95℃升温至140℃, 所需热量靠外加的0.4Mpa, 143℃饱和水蒸气提供QA= M×C×ΔT水=m汽H汽 已知H汽=655kacl/kg,
∴m汽= = = 575kg/h
2.6.6热量利用情况
η= = ×100% = 75%
2.6.7杀菌锅杀菌阶段
此阶段采用115℃, 用水蒸汽作为加热介质, 有:
Q=M×C×ΔT=1250×4.012×(115－25)=451350 kJ/h=83700kcal/h
采用115℃饱和水蒸气作为加热介质, 一直H115℃=645.2kcal/kg, 需蒸汽量为:
M = = = 129.7kg/h
假设杀菌锅冷却用5℃的水, 冷却的水温升至50℃, 则所需流量为:
S = = = 1860kg/h
2.7主要设备选型
2.7.1 无离子应用水提取装置
2.7.1.1 杂质过滤系统
本系统用于饮用水的净水处理, 能去除清水中异色、 异味和金属物质、 高分子有机化合物。根据本生产线的工艺流程应选用活性炭过滤器, 吸附前级过滤中无法去除的余氯防止后级反渗透膜受其氧化降解, 还吸附从前级泄漏过来的小分子有机物等污染性物质, 对胶体及色素、 重金属离子等有较明显的吸附去除作用, 还有降低COD的作用。能够进一步降低RO进水的SDI值, 保证SDI<5, TOC<2.Oppm。可采用GHT-3型, 生产能力为2-3m3/h, 需要量1台, 价格230000元
2.7.1.2 软化装置
净水的第二环节所采用的钠离子交换器为LZY一3型, 其以离子交换树脂本身的Na+取代水中的Ca2+, Mg2+使水的硬度<0.035毫克当量/升, 使原水硬度降低变成软水。其生产能力为2-3m3/h, 进水硬度: <4毫克当量/升, 出水硬度: <0.035毫克/升, 筒体直径: 300mm一500mm, 工作压力: O.2Mpa, 实验压力: O.3Mpa, 根据生产实际需要来看, 只需要一台。价格1 元
2.7.1.3 过滤装置
第一次过滤与第二次过滤都是为了除去100nm的杂质物质, 因此应该学选择微孔过滤装置。它能够滤除液体、 气体的 0.1um 以上的微粒和细菌, 它有过滤精度高、 过渡速度快、 吸附少、 无介质脱落、 耐酸碱腐蚀、 操作方便等优点。能够采用TS-LG50I型, 生产能力为1-3 m3/h, 滤器使用压力 mpa : 0.1-0.6 , 滤器使用温度 °C : 5-55。价格为80000元
2.7.2紫外线饮水灭菌机
紫外线灭菌是本生产线纯化饮料用水的步骤, 首前面环节的约束, 其生产能力应大于前面设备的生产能力, 才能保证流水线的流畅运行, 故采用生产能力为3-5t/h的紫外线饮水灭菌机能够满足要求。可选择ZM-3000型。其采用高强度、 寿命长的ZM型高压紫外线杀菌灯管, 整个装置合理, 水质卫生指标完全符合国家生活饮用水标准。工作效率为3t/h。
2.8 茶汁生产阶段
2.8.1浸提设备
茶叶的浸提需要长时间并在浸提时间不断的搅拌混匀, 能够使用板式换热器配合大型搅拌器使用。生产能力在2t/h
2.8.2 均质机 选用CJ1.5-2.5型均质机, 其生产能力为2.5t/h。
2.8.3 超高温板式灭菌器 选用BR1-UHT-30型超高温板式灭菌器, 其生产能力为3t/h。
2.9 灌装阶段及成品阶段
2.9.1 洗瓶机 洗瓶机采用XP-24型, 其生产能力为2300b/h, 由于日产量为31746瓶, 以日生产14小时计, 每小时2267瓶, 故一台即可满足需要。
2.9.2 负压灌装机 负压灌装机采用GFP-12型, 其生产能力为2600b/h, 大于2267瓶/小时。同上, 一台即可满足需要。
2.9.3 封罐机 封罐机采用GFP-12型, 其生产能力为2300b/h, 大于2267瓶/小时。同上, 一台即可满足需要。
2.9.4 杀菌锅 杀菌锅采用SQZ1200杀菌锅, 其杀菌能力为2300b/h, 大于2267瓶/小时。同上, 一台即可满足需要.
2.10主要设备装置一览
序号
设备名称
型号
生产能力
1
活性炭过滤器
GHT-3
2-3m3/h
2
软化装置
LZY-3
2-3m3/h
3
过滤装置
FSJ-3
6.0m3/h
4
紫外线饮水灭菌器
ZM—3000
3-5t/h
5
浸提装置
TQ-2.5
2t/h
6
均质机
CJ1.5-2.5
2.5t/h
7
超高温瞬时灭菌器
BR1-UHT-30
2-3t/h
8
洗瓶机
XP-24
2300b/h
9
负压灌装机
GFP-12
2600b/h
10
封罐机
YG-6B
2300b/h
11
杀菌锅
SQZ1200
2300b/h