日处理65吨原料乳的乳饮料厂设计文档格式.docx

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2013年04月21日～2013年04月23日

初稿审定

2013年04月24日～2013年04月27日

第一次修改

2013年04月28日～2013年05月02日

第一次审定

2013年05月03日～2013年05月06日

第二次修改

2013年05月07日～2013年05月10日

定稿

2013年05月11日～2013年05月17日

论文评阅小组评审论文（设计）

2013年05月18日

毕业论文（设计）答辩

学生签字：

指导教师签字：

年月日

摘　　要

本文进行了日产35吨酸乳饮料代加工生产工厂的设计，制定了红枣酸乳饮料的配方，设计工艺并进行论证，进行车间平面设计，工厂平面设计等，以及乳品加工过程中的物料平衡、热量平衡进行计算，设备选型、劳动力平衡进行设定，实施环境保护规划并进行污水处理，对投资成本、利润、盈亏平衡点等进行估算。

根据原料乳的组成特点和产品特点进行物料衡算，根据包装形式选择了板式热交换器作为热交换设备，对原料乳冷却阶段和预热、均质、超高温灭菌等加工接顿进行了热量衡算其热回收百分率达56.41%。

依据本厂的生产实际需要，对水、电、汽的使用量进行估算，确定他们每天最大用量依次为：

用水为4800t，用电为74769度，用汽为88615m³

。

采用5S管理模式对工厂生产进行组织和管理；

合理劳动定员实行二班制连续生产。

本设计投资回收期为1.68年，可以较快的收回成本，经济效益比较显著。

关键词：

乳饮料；

加工；

车间设计

论文英文题目（TimesNewRoman小二号字加黑居中写）

Abstract

［英文摘要具体内容采用TimesNewRoman小四号字］

Keywords:

[词条间用分号（；

）隔开，采用TimesNewRoman小四号字。

]

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目　　录

日处理65吨原料乳的乳饮料生产车间设计

第1章绪　　论

1.1乳饮料定义及来源

乳饮料是指以鲜乳或乳制品为原料，经发酵或未经发酵加工制成的制品。

含乳饮料以风味独特等特点在软饮料行业中独树一帜。

从80年代起步，如今已成为软饮料中的重要品种。

含乳饮料是一种常见的营养型饮料，这种饮料的配料中除了牛奶以外，一般还有水、甜味剂、果味剂等。

例如“中国果乳专家”——小洋人生物乳业国内首创的“妙恋”时尚休闲饮料，就是我国首次将果汁与牛奶有机结合，借助于牛奶中的蛋白营养成分及果汁的芳香、色泽及其他矿物质营养，起到营养互补、风味及口感相互协调等作用。

1.2分类

含乳饮料分为中性型乳饮料和酸性乳饮料，又按照蛋白质及调配方式分为配制型含乳饮料和发酵型含乳饮料。

1.2.1配制型含乳饮料

蛋白质含量不低于1.0%的称为乳饮料。

1.2.2发酵型含乳饮料

发酵型含乳饮料中蛋白质含量不低于1.0%的称为乳酸菌乳饮料，蛋白质含量不低于0.7%的称为乳酸菌饮料。

1.2.2.1中性乳饮料

中性乳饮料主要以水、牛乳为基本原料，加入其他风味辅料，如咖啡、可可、果汁等，再加以调色、调香制成的饮用牛乳。

中蛋白质含量不低于1.0%的称为乳饮料。

1.2.2.2酸性乳饮料

酸性乳饮料：

酸性乳饮料包括发酵型酸乳饮料和调配型酸乳饮料。

1）发酵型乳饮料是指以鲜乳或乳制品为原料经发酵，添加水和增稠剂等辅料，经加工制成的产品。

其中由于杀菌方式不同，可分为活性乳酸菌饮料和非活性乳酸菌饮料。

2）调配型酸乳饮料是以鲜乳或乳制品为原料，加入水、糖液、酸味剂等调制而成的制品，产品经过灭菌处理，保质期比乳酸菌饮料要长。

1.3发展趋势

近年来，国内含乳饮料市场发展十分快速，形势也很喜人。

2009年以来，许多饮料厂家纷纷推出含乳饮料新品，极大的满足了消费者的需求，国内乳饮料市场呈现产销两旺局面。

尚普咨询食品行业分析师指出：

未来含乳饮料有四大发展趋势。

（1）随着消费者越来越重视健康，这使得含乳饮料中选用健康优质原料成为含乳饮料有研发人员的首选。

膳食纤维、卵磷脂、氨基酸系列、维生素族等等使得含乳饮料企业开发有了更多的选择机会。

（2）牛奶汽水、含乳饮料加入谷物大米、果醋等等产品的出现表明了，含乳饮料市场混搭风愈演愈烈。

食品配料的众多使在健康科学合理的基础上，其已经不在局限于“果汁+牛奶”，“果汁+果粒+牛奶”的局面，而是延伸到了蔬菜、谷类、醋、茶、汽水、酒的混合。

（3）由于发酵的乳饮料风味会更独特，未来含乳饮料发酵元素将依旧会得到推崇。

（4）随着市场的发展，竞争激烈是在所难免的。

想要在白热化市场竞争中占有一席之地，差异化产品是最有效的手段，这就需要市场细分。

市场细分可以产生丰富多彩的差异化含乳饮料产品。

根据消费人群的不同及饮用时间及功效的涂通，可以划分成不同的产品类型。

比如，可以划分成早餐型、午餐型、晚餐型、也可划分为运动员，白领、学生等等。

据尚普咨询发布的《2010-2013年中国含乳饮料和植物蛋白饮料市场分析调查报告》显示：

到2030年为止，我国人均奶类占有量将达到25公斤左右，总产量达到4250万吨左右。

这充分显示了我国含乳饮料市场发展潜力巨大，前景十分诱人。

未来五年，国内含乳饮料产品消费会大幅度提升，尤其是液态奶年增量率预估达到30%左右。

1.4行业发展

中国饮料行业是改革开放以来发展起来的新兴行业，是中国消费品中的发展热点和新增长点。

30年来，饮料行业不断地发展和成熟，逐渐改变了以往规模小、产品结构单一、竞争无序的局面，饮料企业的规模和集约化程度不断提高，产品结构日趋合理。

中国饮料在品牌方面的发展成果显著，全国性品牌已有十几家，五类产品中22个品牌被评为中国名牌。

近五年来，中国饮料市场已成为中国食品行业中发展最快的市场之一。

中国饮料每年以16%的增幅快速发展，2005年总产量达3380万吨，比上年增长17.8%。

“十一五”期间，中国着重调整饮料产品结构，降低碳酸饮料的比例。

饮料行业生产总量继续提高，重点发展果蔬汁饮料、植物蛋白饮料和茶饮料等产品，适度发展瓶（罐）装饮用矿泉水，逐步降低可乐等碳酸类饮料的发展。

因此在利好政策的推动下，未来5年将是软饮料行业框架结构重构时期，功能饮料、果汁饮料、茶饮料等健康饮料将组成框架结构的主体。

追求健康价值，是未来中国市场饮料发展的必然方向。

第2章工艺流程及论证

2.1产品及产量的确定

产品为调酸型酸乳饮料,日处理300t原料乳。

每天二班生产，有效生产时间20h，每月生产30d，全年按11个月算。

2.2调酸型酸乳饮料的工艺流程

图2-1调酸型乳饮料工艺流程图

2.3调酸型酸乳饮料的配方

每吨调酸型酸乳饮料所需原辅料使用量，如下图2-2。

图2-2每吨调酸型酸乳饮料所需原辅料使用量

鲜牛奶

白砂糖

高果糖浆

阿斯巴甜

安赛蜜

柠檬酸钠

35%

3.0%

0.012%

0.007%

0.02%

稳定剂

乳酸

柠檬酸

香橙精

水

总计

0.5%

0.12%

0.3%

0.088%

58%

100%

2.4工艺要点

2.4.1原料乳验收

要生产高质量的调配型乳酸饮料，必须使用高质量的原料乳。

要对原料乳进行煮沸、滋气味、酒精、酸度试验，测定理化指标，掺假及不合格乳拒收，合格乳通过过滤冷排进入生奶仓。

2.4.2净乳

原料乳在验收后必须进行净乳，其目的是为了去除乳中的机械杂质以及少量的微生物，首先采用粗滤，然后采用的时离心净化法，使用离心净乳机可以有效提高净化效果，还可以出去乳中的一些体细胞以及微生物。

2.4.3预热杀菌

预热杀菌的目的是初步杀死牛乳中的细菌及致病菌[6]，为后面的巴氏杀菌等打好基础，是杀菌更彻底，保证产品的货架期；

而且可以抑制酶的活性，以免脂肪产生水解造成脂肪流失；

还可以为均质的彻底打好基础。

预热杀菌温度控制在65℃左右。

2.4.4冷却

原料乳经净化之后应立刻冷却到5-10℃，以抑制原料乳中的细菌及致病菌的繁殖。

本厂采用的设备为板式换热器，可以迅速将原料乳冷却到5℃左右

2.4.5贮藏

4℃条件下贮存

2.4.6配料

由于是调酸型酸乳饮料，其酸是来源于乳酸和柠檬酸。

首先要把乳酸和柠檬酸溶于热水配置成为pH为3.8-4.2之间的溶液后再缓慢的喷入水合罐内。

以防止具部的酸度过低，发生蛋白质变性，出现不溶物。

增稠剂首先与白砂糖干混，在高速剪切作用下保持15分钟，后冷却至43摄氏度后再泵入水合罐。

对风味乳饮料来说，若采用高质量的原料余为原料，可不加稳定剂。

但大多数情况下及采用乳粉还原乳时，则必须采用稳定剂。

稳定剂的溶解方法一般为：

①在高速搅拌（2500-3000r/min）下，将稳定剂缓缓的加入冷水中溶解或将稳定剂溶解在80度热水中；

②将稳定剂其质量5-10倍的原料糖干混均匀，然后在正常的搅拌速度下加入到80-90摄氏度的热水中溶解；

③将稳定剂在正常的搅拌速度下加入大批饱和糖溶液中（因为在正常的搅拌情况下它可以均匀的分散于溶液中）。

卡拉胶是悬浮可可粉颗粒的最佳稳定剂，这是因为一方面它能与牛乳蛋白相结合形成网状结构，另一方面他能与水形成凝胶。

由于不同的香精对热的敏感程度不同，因此若采用二次杀菌，所使用的香精和色素应耐121摄氏度温度；

若采用超高温灭菌，所使用的香精和色素应耐137-140摄氏度的高温。

然后将所有的原辅料加入到配料缸，低速搅拌15-25min，以保证所有的物料混合均匀，尤其是稳定剂能均匀的分散于乳中。

酸液浓度过高：

调酸时，若酸液浓度过高，就很难保证在局部牛乳与酸液能很好的混合，从而使局部酸度偏差过大，导致局部蛋白沉淀。

解决的措施是，将算、酸稀释为10%或20%的溶液，同时也可在酸化前，将一些缓冲盐类如柠檬酸钠等加入到酸液中，调酸罐内的搅拌速度过低，搅拌速度过低难以保证算化过程中酸与乳的均匀混合，使局部pH过低产生蛋白质沉淀。

调酸过程过快，若加快调酸速度则导致局部乳与酸混合不均匀，从而形成酪蛋白颗粒过大，且大小不均匀采用正常的稳定剂使用量也很难以保证酪蛋白颗粒的悬浮性。

因此调酸过程不宜过快。

产品的口感过于稀薄则是由于原料乳的处理不当最终使产品的总固形物过低或原辅料不合格所造成的。

2.4.7酸化

酸化过程是调配型酸性含乳饮料生产中最要的步骤,成品的品质取决于调酸过程。

（1）为得到最佳的酸化效果,酸化前应将牛乳的温度降至20℃以下。

（2）为保证酸溶液与牛乳充分均匀地混合,混料罐应配备一只高速搅拌器（2500～3000r/min）。

同时,酸液应缓慢地加入到配料罐内的湍流区域,以保证酸液能迅速、均匀地分散于牛乳中。

加酸过快会使酸化过程形成的酪蛋白颗粒粗大,产品易产生沉淀。

（3）为易于控制酸化过程,通常在使用前应先将酸液稀释成10%或20%的溶液。

同时为避免局部酸度偏差过大,可在酸化前在酸液中加入一些缓冲盐类如柠檬酸钠等。

（4）为保证酪蛋白颗粒的稳定性,在升温及均质前,应先将牛乳的pH降至410以下。

2.4.8均质

均质的目的是为了使奶中的脂肪球分布更加均匀，均质后的产品风味口感更佳，不易产生脂肪上浮，有利于脂肪的消化有益于人体健康。

均质的原理是将压力施加于被加工处理的流体上，使流体中的颗粒或滴液破碎成非常微小的粒子并转化成分散液，易于进一步加工。

上述过程是在特殊设计的阀门中完成的，阀技术也代表了均质过程的核心。

在高压条件下，当流体流经均质阀微小的流道时所产生强烈的湍流和剪切效应将流体中颗粒或滴液分解成微小的粒子。

本厂均质采用二级均质，即经过两个均质头，温度控制在预热后的65℃左右，压力控制在20MPa效果最好。

2.4.8.1灭菌

本设计采用间接超高温加热设备。

通过一管式热交换器，牛奶在125℃下杀菌2秒。

在设备中，对牛奶进行强烈的热处理，会引起牛奶在设备的热传递表面上形成一些蛋白质沉淀，引起热传递表面（管式热交换机至保温管之间）的压降和热介质与设备中的产品之间的温度差增大。

增大的温度差对产品生产有不利的影响，所以在一定的生产周期有，必须停车清洗热传表面。

2.4.8.2无菌罐装

无菌罐装：

利乐包装机是一种低成本、高质量的UHT产品包装系统。

它的优点在于无防腐剂、不易破损、长保鲜期；

缺点在于价格比较昂贵。

它将产品经以超高温瞬间灭菌加工后，在密封的无菌环境中，用一种特殊的无层纸铝复合无菌包装材料灌装生产而成。

影响产品变质的病菌、毒素、氧气、微生物、紫外线、水分等因素，都不能与产品接触。

所以产品无需添加任何防腐剂就能在常温下保存较长的时间。

且超高温瞬时灭菌技术主要对牛奶等营养和风味的破坏极小。

产品从无菌冷却器流入包装线，包装线是在无菌条件下操作的。

为了补偿设备能力的差额或者包装机停顿时的不平衡状态，可在杀菌器和包装线之间安装一个无菌罐。

这样，如果包装线停了下来，产品便可贮存在无菌罐中。

当然处理的产品也可以直接总杀菌器输送到无菌包装机，由于包装处理不了而出现的多余产品可通过安全阀回流到杀菌设备，可减少无菌罐的潜在污染。

但要注意到，包装车间无污染，包装材料要适用于食品，应坚固、卫生、符合环保要求，不产生有毒有害的物质和气体，单一材料的包装容器应符合相应的国家标准；

复合包装材料应符合GB9683的规定。

包装材料仓库应保持清洁，防尘，防污染。

包装容器使用前应消毒，内外表面保持清洁。

包装应严密，不发生渗漏或破裂，不得二次污染。

本设计中是使用TBA22050型无菌罐装机。

第3章物料衡算

物料衡算包括该产品的原辅料和包装材料的计算。

通过物料衡算，可以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力定员的需要量提供计算依据。

3.1车间物料平衡计算

通过物料平衡计算，可确定单位时间内生产过程主要原辅材料的需求量以及水、蒸汽、能源等流量与耗量，据此即可计算出全年主要物料、包装材料的采购运输和仓储容量。

物料衡算的另一目的是依据计算数值，经济合理地选择生产设备，并进行车间的工艺布置和个工序劳动力的安排等。

从配料表中得知生产1t调酸型酸乳饮料需要原料奶350kg,水580kg,甜味剂60kg，稳定剂5kg，柠檬酸钠0.2kg，柠檬酸3kg。

以350kg原料乳经标准化﹙损失率按0.8%计算﹚：

350×

﹙1-0.8%﹚=347.2kg

标准化乳经预处理—冷却—贮存﹙损失率按0.5%计算﹚：

347.2×

﹙1-0.5%﹚=345.5kg

经配料后的乳经均质杀菌﹙损失率按0.4%计算﹚

（345.5+580+60+5+0.2+3）×

﹙1-0.4%﹚=989.7kg

标准化乳经冷却包装﹙损失率按0.2%计算﹚

989.7×

﹙1-0.2%﹚=987.7kg

成品率﹙对原料乳﹚：

987.7kg/1000kg=98.77%

成品量为：

300/X=350/987.7X=846.4吨

根据每处理350Kg的物料衡算比例，计算出日处理300吨原料乳的乳饮料的物料衡算：

图3-1调酸乳饮料物料平衡图

每吨成品乳生产小枕消耗4000包利乐包，生产大枕消耗2000包利乐包，每吨成品乳纸箱消耗为小枕250箱，大枕200箱。

3.2每日采购原辅料详单

每日采购原辅料详单见表3-1。

表3-1每日采购原辅料详单

项目

原料乳乳饮料日耗量

原料

鲜牛乳

65t

甜味剂

60kg

5kg

0.2kg

3kg

580kg

包材

小枕

733720包

大枕

366860包

小枕纸箱

45858个

大枕纸箱

36686个

第4章热量衡算

乳品工厂热交换设备主要用于原料乳的冷却、加热和杀菌等操作。

在乳酸菌的加工过程中，主要有以下两种杀菌形式：

（1）高温短时杀菌法，即90～95℃，5min；

（2）超高温瞬时灭菌法，137℃，4s。

4.1热交换设备传热过程

乳品加工中的预热、杀菌、冷却、等操作，其目的各不相同，而其实质都是较热的物体将热量传递给较冷的物体，这种过程称为热交换过程或传热过程。

传热设备称为热交换器或换热器，用于杀菌时称为杀菌器。

参与传热过程的两种流体称为载热体（或介质），热量的热流体称为热载体（或加热介质），而温度较低、接受热量的冷流体称冷载体（或冷介质）。

牛乳的杀菌设备中，蒸汽或热水是热载体，牛乳是冷载体。

我们现在使用的热交换设备属于间接热传递方式，即热载体通过传热壁将热量传递冷裁体而实现的。

4.2热量衡算过程说明

本设计中，通过板式热交换器进行热交换的两介质均采用逆流传热。

（l）根据换热器两端（牛奶入口～冷、热水出口，牛奶出口～冷、热水入口）的温差，按△tm=（△t2－△t1）/ln（△t2/△t1）求出对数品均温差。

（2）根据热量衡算式Q=m×

C×

Δt=K×

Δtm×

A，可求出换热器所需面积

A=m×

c×

Δt/K×

Δtm

已知：

m：

牛奶流量kg/h

c：

牛奶比热容kcal/（kg·

K）

Δt：

牛奶的入口、出口的温差

K：

总传热系数kcal/（㎡·

K·

h）

（3）根据换热面积A选择BR1-UHT-X型换热气。

X为换热面积数，要求X≥A且与A最接近。

在该换热器系列的不同流道－流程排布方式中，优先选用1-1，2-2即牛奶和水均为一个或两个流道的换热器品种。

（4）计算牛奶和水的热传递单元数NTU牛、NTU水

NTU牛=K×

A/m×

c=△t牛/△tm

NTU水=rA×

NTU牛=△t水/△t牛×

NTU牛

取较大的NTU,再根据流道，查“温差修正系数”，得到温差修正系数F1，则换热面积相应修正为A修=A/F1

如果A修仍＜X则说明所选的换热器合适，否则应重新选择。

（5）计算总换热量Q=m×

△t

几个参数的取值说明：

M：

根据主要设备选型，净乳机的流量为10t/h，板式换热器的流量都是5000L/h

K：

板式换热器的总传热系数一般为1200-2000kcal/（㎡·

h）。

（取1500kcal/㎡·

C：

牛奶的比热取为0.93kcal/（kg·

K）。

相同处理能力板式热交换器（5000L/h）用于乳的热处理。

其温度变化如下：

（1）然后用冷水使乳从36℃冷却到4℃

（2）通过热交换使进入的冷乳从5℃预热到65℃，可利用部分冷凝水的能量；

（3）预热后的乳进行均质，然后通过热交换使其加热到90℃。

4.2.1冷却热量衡算

将乳冷却是获得优质原料乳的必要前提。

刚挤下来的乳，温度约36℃，一般要冷却到4℃左右。

现将原料乳冷却阶段的热量变化计算如下：

Q1＝（2709－340）X1＝2369X1kJ

牛乳吸热：

Q2＝65000×

2.5×

103×

（36－4）＝5.2×

109kJ

因为Q1＝Q2，则蒸汽耗量X1＝（5.2×

109）/2369＝2.2×

106kg

4.2.2预热热量衡算

将乳预热温度约5℃，一般要加热到65℃左右。

现将原料乳杀菌阶段的热量变化计算如下：

Q1＝（2709－340）X2＝2369X2kJ

（65－5）＝9.8×

109kJ

因为Q1＝Q2，则蒸汽耗量X2＝（9.8×

109）/2369＝4.2×

106kg

4.2.3杀菌热量衡算

将乳杀菌温度约60℃，一般要加热到90℃左右。

Q1＝（2709－340）X3＝2369X3kJ

牛乳吸热Q2＝65000×

（90－60）＝4.9×

因为Q1＝Q2，则蒸汽耗量X3＝（4.9×

109）/2369＝2.1×

第5章主要设备选型

从设备的设计选型上，可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性。

因此在设备的工艺设计和选型时应考虑如下原则:

（1）保证工艺过程实施的安全可靠。

（2）经济上合理，技术上先进。

（3）投资省，耗材料少。

（4）运行费用低，水电汽消耗少。

（5）操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可靠，减轻工人劳动强度，实施机械化和自动化方便。

（6）结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备。

（7）考虑生产波动与设备平衡，留有一定余量。

（8）考虑设备故障及检修的备用。

根据产品方案和设计规模，对生产所需设备进行选型如表5-1所示。

表5-1车间生产设备

不同工段

设备名称

型号

规格

数量

产地

收乳系统

奶车

乳泵

BAW150

20T

30T/h

8辆6台

国产

过滤器

6台

脱气罐

30T/h

离心泵

离心净乳机

流量计

PROMAG33D

DN50

3个

储乳罐

RZWG01-50B

55T

配合混料系统

10m2

5台

板式换热器

BR0.25-0.5-16-NS-11B3

16m2/h

6套

均质机

HONG-Q10000-P25

15000L/h

3台

进口1，国产1

配料罐

PHLR01-2000

4000L/h

8个

PHLR01-5000

5000L/h

6

高剪切混料罐

1000L

胶体磨

DJM110A

0.2-2m3/h

均质杀菌阶段

10000L/h

乳平衡罐

6个