年产量50万吨的矿泉水生产车间的设计.docx

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年产量50万吨的矿泉水生产车间的设计

年产量50万吨的矿泉水生产车间的设计

摘要

本课程设计为年产量50万吨的矿泉水生产车间的设计。

该课程选址河南省鹤壁市，本市位于太行山东部边缘的太行隆起区与华北凹陷区的交接带，大兴安岭-太行山-武夷山深断裂西侧，矿泉水主要分布在该市上峪上庄、柴家坡以及山城区的张庄、凉水井东部115m的地下深处。

水源上层有更新统、喜山、中奥陶统等十几层不同的岩层和渗透性很小的土层，日涌水总量达3万t。

其中张庄矿泉水源已通过国家级评审，单井涌水量270t/日，位居全国前列。

综合考虑了生产工艺和经济技术等因素后，制定产品方案，对矿泉水灌装包装过程中的物料进行物料衡算，设备选型，布置生产车间工艺，最后完成设计说明书。

关键词：

矿泉水；车间工艺设计；HACCP

第一章工艺设计

1.1设计依据及原则

1.1.1设计依据

《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006

《瓶装饮用天然净水》DB44/116-2000

《瓶（桶）装饮用水卫生标准》GB19298-2003

《室外给水工程设计规范》GBJ50013-2006

《给排水管道工程施工及验收规范》GBJ50268-97

《地表水环境质量标准》GB3838-2002

《供配电系统设计规范》GB50025-95

《低压配电设计规范》GB50054-95

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

《控制室设计规范》HG20508-92

《自动化仪表选型规范》HG20507-92

卫法监发【2001】161号文件附件2生活饮用水输配设备及防护材料卫生安全评价规范

卫法监发【2001】161号文件附件7生活饮用水检验规范

1.1.2设计原则

①本设计方案根据当前国内外[给水]节水工程技术和发展方向，优化流程和设施设备选型，采用国内外成熟的新技术、新工艺和新设备，确保设施设备的先进性、可靠性、有利实现供水的安全性和可靠的管理原则。

②在工艺设计中充分考虑到目前水源污染状况，采用相应的先进工艺，有利供水水质的安全性原则。

③有利于实现经济合理的投入产出比的原则，合理确定供水的服务水头，从而达到降低能耗、水耗，达到较好的经济效益和社会效益。

④减少对环境的二次污染，不排或尽可能少排“三废”。

⑤出水符合国家相关的饮用矿泉水标准或用户提供的水相关资料。

1.2设计内容和范围

本设计包括以下内容：

①矿泉水生产线工艺设计。

②设备与材料的选型。

本设计范围：

自水处理车间进水到成品水箱的所用设备、管道、阀门及仪表。

1.3工艺设计

1.3.1本工艺流程

原水→引水→第一次精滤→第二次精滤→暂存→

臭氧消毒瓶消毒盖

↓↓↓

超滤→灭菌→钛板精滤→灌装→封盖→后包装→瓶装饮用天然矿泉水

1.3.2主要工序工艺设计方案

1.3.2.1引水和输送

鹤壁地区矿泉水一般位于地面150m以下，根据该地区矿泉水井岩层、土层情况判断，水源上层有更新统、喜山、中奥陶统等十几层不同的岩层和渗透性很小的土层，水源的自洁性较好，可以采用不锈钢管直接插入水源井抽水的办法，再用特殊材料将不锈钢管与岩层和土层之间的缝隙完全填合，以彻底防止地表水向地下水源的渗漏。

原水可通过管道直接送入车间，以减少原水的储存环节，避免因原水的储存环节造成的过程污染。

水泵、输水管、贮罐要采用与矿泉水不起化学反应不受腐蚀的材料。

1.3.2.2精滤

从鹤壁地区公布的多例原水取样水质检测结果上看，若打井深度超过150m，则采出的水源水自洁性很好，无肉眼可见杂质、色度和浊度均低于瓶装饮用矿泉水国家标准，无异臭、异味，铁、锰含量较低，故可省略粗滤（除肉眼可见杂质）、多介质过滤（除大部分微粒、胶体、微生物以及除去异味）、曝气（除铁、锰等金属离子）阶段，直接进行精滤。

这样做，可以大大降低前期投资额和后期运行成本。

1.3.2.3第一次精滤

由于原水洁净度很高，可采用1μm的精滤器进行初次过滤，滤去原水中极少量微小悬浮物、胶体和其他意外混入的杂质。

1.3.2.4第二次精滤

用孔径在1μm以下的精滤器对矿泉水进行第二次精密过滤。

本次过滤除可对更为细小的微量杂质进行截留外，还可起到对后续超滤工序的超滤膜进行保护的作用。

1.3.2.5暂存

矿泉水精滤后送入无菌水罐暂存，无菌水罐一般采用不锈钢材质，内部应具有无毒涂层，避免矿泉水中的金属离子、盐类对内壁造成腐蚀。

1.3.2.6超滤

超滤膜对水中细菌、微生物、胶体、悬浮性固体及可溶性高分子化合物具有极高的截留效果，却可以让水中的矿物质、无机盐等小分子通过。

饮用矿泉水必须保留有益的微量元素和矿物质，因此在过滤后期采用超滤技术是确保矿泉水卫生安全又保留其保健功能的最佳选择。

1.3.2.7灭菌

尽管原水洁净度很高，但在后期引水、输送和后处理环节中不可避免会带来一些污染。

为保证成品达到预期保质期，可采用臭氧灭菌法对矿泉水进行灭菌。

处理后的矿泉水能否完全达到国。

家天然矿泉水标准，其关键因素是成品中臭氧浓度要适当，如浓度偏低会导致微生物超标，产品不合格；浓度偏高，会对矿泉水口感造成影响及残留时间较长。

根据该地区水质情况，建议臭氧添加量为0.2~0.5g/L，24h后残余臭氧量应小于0.01g/L。

1.3.2.8钛板精滤

钛板精滤器具有不受臭氧腐蚀的特点，如按时反冲，可以长期工作而无需更换滤芯。

钛板精滤可在臭氧灭菌之后作为终端过滤设备，滤掉微生物尸体和氧化物沉淀，然后再进行灌装。

1.3.2.9瓶、盖消毒

（1）瓶消毒

目前我国内陆地区所采用的瓶装矿泉水包装最常见的为PET瓶和PVC瓶，以PET瓶居多。

对这两类包装的消毒处理一般可采用消毒剂喷洗或浸泡的方法，然后用无菌水喷淋冲洗干净。

如果瓶体在本厂吹塑成型后直接上机使用，则可用无菌水冲洗、沥净后直接灌装，一般的“三合一”灌装机均可自动完成此工序。

（2）盖消毒

PET瓶和PVC瓶通常配套使用PP或HDPE材质的“塑料”盖，可采用臭氧消毒柜或消毒液浸泡等方法进行消毒，使用消毒液浸泡法要特别注意后续冲洗环节，避免消毒液残留于盖中。

如瓶盖在本厂生产，注塑成型后直接上机使用，则可用无菌水冲洗、烘干后直接使用。

1.3.2.10灌装封盖

为有效防止饮用矿泉水在灌装过程中受到二次污染，应当做到“无菌生产”。

即根GB16330-1996饮用天然矿泉水厂卫生规范及饮用天然矿泉水质量安全市场准入审查细则要求，应使洗瓶、灌装、封盖整个生产过程都处于封闭式运行中。

其中设备最好采用集洗瓶、灌装、封盖于一体的“三合一”灌装设备。

清洗及灌装车间应密闭并设空气净化装置、空气温度调节装置和空气消毒设施。

灌装车间应1000级洁净厂房，或全室10000级，生产线局部100级。

设备和管道的清洗消毒建议使用CIP洗消系统。

在日常管理中一定要制订有效的卫生管理措施和检测、监控程序，对“人、机、料、环”进行严格控制，确保产品的微生物指标达到国标要求。

第二章物料衡算

2.1物料衡算

（1）查阅文献知：

（1）本设计为年产量50kt矿泉水，

（2）采用五班三倒制，实际每天按19.5小时生产，每班次6.5小时，

（3）每年按300天生产，

（4）采用500ml瓶装，

（5）产品经过第一次精滤损失率为0.3%，

（6）产品经过第二次精滤损失率为0.2%

（7）产品经过暂存损失率为0.2%，

（8）产品经过超滤损失率为0.2%，

（9）产品经过灭菌损失率为0.2%，

（10）产品经过钛板精滤损失率为0.2%，

（11）产品经过灌装滤损失率为2%，

（12）产品经过封盖损失率为0.2%。

（2）计算：

（1）每天生产矿泉水量为：

166.67t

（2）每班生产矿泉水为：

（3）每小时产量为：

8.55t

（4）产品经过封盖损失率为0.2%，则：

t

（5）产品经过灌装滤损失率为2%，则：

（6）产品经过钛板精滤损失率为0.2%，则：

（7）产品经过灭菌损失率为0.2%，则：

（8）产品经过超滤损失率为0.2%，则：

（9）产品经过暂存损失率为0.2%，则：

（10）产品经过第二次精滤损失率为0.2%，则：

（11）产品经过第一次精滤损失率为0.3%，则：

所以，设备生产能力为8.55t/h，每班生产55.56t

根据以上就算，灌装规模：

，每班产量111120桶。

5.2物料平衡图

第三章设备选型

设备的不均匀系数为0.7

3.1原水池

作用：

将原水至取水点收集后，储存在原水池内，备用。

t，则选择V=30m3

数量：

3座

3.2原水增压泵

作用：

向系统提供稳定的工作压力。

生产量：

=12.64t/h

设备：

CHL16-30型水泵，Q=16/h，H=32m。

数量：

2台（备用一台）

3.31μm精密过滤器

原水进入1μm精密过滤器，为防止水中的细菌、颗粒进入下一个工序特设置的精密过滤器。

截留水中粒径大于1μm得微小颗粒。

对后续设备起保护作用。

配置φ400mm×H1500mm的不锈钢过滤器，内置20支熔喷式聚丙烯PP滤芯。

系统滤器结构符合快速装卸要求。

设备配置：

（1）桶体

形式：

垂直圆筒

规格：

φ400mm×H1500mm

流量：

16/h

材质：

不锈钢

工作压力：

0.5-1.0Mpa

数量：

1台

（2）滤芯

规格：

1000mm

数量：

120支（备用100支）

材质：

聚丙烯

孔径：

1μm

3.40.1μm精密过滤器

原水进入0.1μm精密过滤器，截留水中粒径大于0.1μm得微小颗粒。

后配置φ400mm×H1500mm的不锈钢过滤器，内置20支熔喷式聚丙烯PP滤芯。

系统滤器结构符合快速装卸要求。

设备配置：

（1）桶体

形式：

垂直圆筒

规格：

φ400mm×H1500mm

流量：

16/h

材质：

不锈钢

工作压力：

1.5-2.5Mpa

数量：

1台

（2）滤芯

规格：

1000mm

数量：

120支（备用100支）

材质：

聚丙烯

孔径：

0.1μm

3.5无菌罐体

矿泉水精滤后送入无菌水罐暂存，无菌水罐一般采用不锈钢材质，内部应具有无毒涂层，避免矿泉水中的金属离子、盐类对内壁造成腐蚀。

设备配置

形式：

垂直圆筒

规格：

V=15

材质：

不锈钢

数量：

1台

3.6超滤

设备配置

型号规格：

HY-6

超滤设备的核心是膜组件，膜组件建议使用中空纤维式。

中空纤维式膜组件装有细如人发的空心管中空纤维膜。

该膜具有能承受高压不形变、过滤面积大、不需支撑材料等优点。

流量：

6/h

浑浊度：

≤5m/L

酚类化合物：

＜0.002m/L

氰类化合物：

＜0.01m/L

配套动力：

2.52kw

数量：

3台

3.7臭氧消毒系统

臭氧处理饮用水，其主要目的是消毒并除亚硝酸盐、悬浮固体及脱色，现已达到全面生产应用的水平。

当臭氧水的臭氧浓度达到0.4ml/L，1分钟内对病毒的灭活率达100%。

纯氧气经电解生成臭氧，经水汽混合装置混合，最终臭氧生成无害的氧气、水和二氧化碳。

因而臭氧发生器成为所有矿泉水、纯净水生产企业必选的先进杀菌消毒设备。

臭氧消毒设备系统包括：

氧气瓶（自备）、臭氧发生器和气水混合装置。

系统配置：

1）臭氧发生器：

型号：

HY-40

产气方式：

高压放电产生臭氧

产量：

40g/h

功率：

0.6kw

电源：

220V/50Hz

数量：

5台

备注：

氧气瓶用户自备

2）气水混合装置

规格：

φ600mm×H3600mm

材质：

不锈钢

管径：

DN40mm

布气方式：

气水逆流，钛合金布气，混合充分

处理水量：

16/h

3.8钛板精滤

钛板精滤器具有不受臭氧腐蚀的特点，如按时反冲，可以长期工作而无需更换滤芯。

钛板