年产4500吨奶粉均质机的设计Word文档下载推荐.docx
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均质时一般压力控制在14-21Mpa，温度控制在60℃为宜。
二级均质时，第一级压力为14-21Mpa，第二级压力为3.5Mpa左右。
2.2.5真空浓缩
蒸发是生产高质奶粉不可或缺的过程，经过预浓缩，奶粉颗粒增大，同时颗粒所包裹的空气明显减少，利于储藏期间保持稳定性。
由于牛乳属于热敏性物料，浓缩宜采用减压法,以获得45~55%干物质含量。
2.2.6压力喷雾干燥
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。
2.2.7出粉、冷却
喷雾干燥中形成的奶粉，应尽快连续不断地排除干燥室外，以免受热时间过长，游离脂肪含量增加，不但影响奶粉质量，而且在保藏中也容易引起氧化变质。
2.2.8筛粉，贮粉
筛粉一般采用机械振动筛，网眼为40~60目。
过筛后可将粗粉细粉混合均匀，并除去团块和粉渣。
新生产的奶粉经过12~24h的贮藏，其表观密度可提高15%左右，有利于包装。
2.2.9称量与包装
由于全脂奶粉含有26%以上的乳脂肪，易受日光、氧气等作用而变化，此外由于奶粉颗粒的多孔性，表面积很大，吸潮性强，所以包装室应对空气采取调湿降温措施，室温一般控制在18~20℃，空气相对湿度为75%为宜。
需要长期保藏的奶粉应采取真空包装或充氮密封包装，全脂奶粉最好采用500g铁罐充氮密封包装，保藏期可达3~5年。
三、物料衡算与动力衡算
3.1每小时产量计算
本设计主要是进行年产量为4500吨奶粉均质机的设计。
本设计暂定每周工作六天（周一~周六），国家法定节假日照常休息，平均年工作日为300天。
在正常情况下，采用两班工作制，每天工作时间为10小时（不包含清洗时间2小时），机械设备查修和保养时间分插入每月月底。
设q—平均日产量,t/d
K—设备不均匀系数,k=0.7—0.8
Q—年产量为4500吨
则q=Q/（k×
300×
8）=4500/（0.75×
10）=2t
每小时处理量为2吨/时
3.2标准化计算和工艺流程计算
原料乳成分表
乳脂肪
蛋白质
乳糖
水分
灰分
非乳脂固体
3.6%
3.2%
4.7%
0.7%
87.8%
8.6%
注：
非乳脂固体（%）=蛋白质（%）+乳糖（%）+灰分（%）
产品成分表:
27%
2%
71%
乳脂肪（F）与非脂乳固体（S）之比（R）
原料乳：
成品：
标准化的方法：
由于R。
>
R，说明原料乳中的脂肪含量偏高，需要标准化使之平衡。
原料乳中的脂肪含量过高，需向其中加入一部分脱脂乳使它达到标准乳要求。
设定：
原料乳质量A=1000㎏，标准化后质量为B,原料乳含脂率3.6%，脱脂乳含脂率0.01％，加入x㎏脱脂乳混合后标准乳含脂率r=2.7%～3.1%,取3.1%.则
A+x=B
X×
0.01%+1000×
3.6%=B×
3.1%
X=161.81㎏,B=1161.81㎏
标准乳成分
3.3%
88.1%
查阅资料得
各流程的损失率为：
预处理0.1%（过滤—0.05%净乳—0.05%）均质—0.1%杀菌—0.05%过筛—0.5%浓缩—48%喷雾干燥—75%
设原料量为W吨/时，则
W（（1-0.05%）（1-0.05%）（1+0.16181）（1-0.1%）（1-0.05%）（1-48%）（1-75%）（1-0.5%）=2
解得W=13.342吨/时
（1）原料乳的质量为13.342吨
（2）取过滤的损失率为0.05%，则经过滤后的质量为
13.342×
（1-0.05%）=13.335吨
（3）取净乳的损失率为0.05%，则经净乳后的质量为
13.335×
（1-0.05%）=13.328吨
（4）标准化后的质量为13.328×
（1+0.16181）=15.485吨
（5）取杀菌的损失率为0.05%，则经杀菌后的质量为
15.485×
（1-0.05%）=15.477吨
（6）取均质的损失率为0.1%，则经均质后的质量为
15.477×
（1-0.1%）=15.462吨
（7）取浓缩的水分蒸发率为48%，则经浓缩后的质量为
15.462×
（1-48%）=8.040吨
（8）经喷雾干燥、流化床后，水分蒸发大约97%。
取操作过程中损失率75%，则经干燥后的质量为8.040×
（1-75%）=2.01吨
（9）取过筛的损失率为0.5%，则经过筛后的质量为
2.01×
（1-0.5%）=2吨
3.3具体物料衡算流程图如下：
原料乳验收13.342吨/时
↓
过滤13.342吨/时
↓-0.05%
净乳13.335吨/时
冷却13.328吨/时
贮乳13.328吨/时
标准化13.328吨/时
↓
预热杀菌15.485吨/时
均质15.477吨/时
↓-0.1%
真空浓缩15.462吨/时
↓-48%
喷雾干燥8.040吨/时
↓-75%
出粉冷却2.01吨/时
过筛2.01吨/时
↓-0.5%
包装2吨/时
成品
3.4水、电、汽、气消耗计算
3.4.1水平衡计算：
原料乳冷却能抑制细菌的增长，保持乳的新鲜度。
冷却在板式换热器中进行：
设：
原料乳进口温度：
T1=20℃，出口温度：
T2=10℃；
冷水进口温度：
t1=0℃，出口温度：
t2=4℃；
已知：
W乳=13.342t/h，C乳=3.894kJ/（kg·
℃），C水=4.20kJ/（kg·
℃）,
则：
原料乳在净化后冷却水用量为：
W1=C乳×
G（T1-T2）／C水（t1-t2）
=3.894×
13.342×
（20-10）／（4.20×
（4-0））
=30.925t/h
原料乳在标准化后冷却水用量为：
W=C乳×
13.328×
（40-10）／（4.20×
=92.677t/h
所以：
总用水量为123.602t/h
3.4.2用气量估算：
奶粉车间主要耗气是杀菌、均质、设备和管道的清洗消毒。
杀菌和均质段耗气量700㎏/h，设备和管道的清洗耗量为350㎏/h，浓缩过程耗气量为1100㎏/h，干燥过程耗气量为800㎏/h，
总耗气量为：
（700+350+1100+800）×
10=29500㎏=29.5t/h。
3.4.3耗电量估算：
生产车间电器总功率估算：
W=P×
t=200×
20=4000度。
考虑到照明用电和意外用电情况，增加15%用电量：
4000×
（1+15%）=4600度。
3.4.4热量衡算
预热
从6℃加热到75℃，15min
Q1=MCp（t2-t1）=13.342×
103×
4.187×
（75-6）=3.85×
106kJ/h
杀菌
条件：
杀菌条件：
85℃，15s
Q2=MCp（t3-t2）=15.485×
（85-75）=6.48×
105kJ/h
3.4.5耗冷量计算：
预处理冷藏耗冷量：
根据物料衡算可知，原料乳的量为：
G=133.42t/d
又知：
原料乳从15.3℃下降到6℃，工艺要求在1h内完成，则所需耗冷量为：
Q1=Gc（t1-t2）/τ=133.42×
3.894×
（15.3-6）/1
=4.83×
103kJ/h
根据设计结果，一共有6个贮乳罐，则每个罐原料乳耗冷量为：
Qf=Q1/10=4.83×
103/5=966kJ/h
相应的冷冻介质（2℃的冷水,出口温度为85℃）耗量为：
M1=Q1/c（t2-t1）=4.83×
103/（4.18×
（85-2））=13.92kJ/h
四、均质机设计方案的确定
技术要求如下：
（1）所设计的均质机能够完成对两种流体物料的均质与乳化
（2）额定压力为一级20Mpa、二级3.5Mpa
（3）尺寸规格为1500mm×
1000mm×
1500mm
（4）额定流量为4000L/h
物料进入一级均质阀处，由于一级均质阀的阀杆与阀座之间的间隙非常小，从而使排出单向阀处的物料产生很高的压力，高压物料由于通过一级均质阀进行均质，会产生很大的摩擦力和热量，所以一级均质阀的材料要硬，且要有耐磨性。
均质机的有效功率可以根据全压力和实际流量进行计算。
由于高压均质机的全压力和均质压力基本接近，所以，一般均依照均质压力和实际流量按下式计算：
式中
——均质机的有效功率，kW；
——均质机的均质压力，Pa；
——均质机的实流量，m3/s。
将
=20
106Pa、
=4000L/h带入上式中得
=
22.2kW
当均质机与原动机直接连接时，均质机输入功率就等于原动机的输出功率。
由于存在机械摩擦等损失，均质机的输入功率大于有效功率。
输入功率可按下式计算：
——均质机的输入功率，kW；
——均质机的效率；
在进行均质机设计时，通常要根据均质机的结构型式和参数以及加工质量等预先选取，一般
=0.80~0.90。
流量较大，压力较低，制造质量高，介质含气量较少时，可选较大值。
反之则选较小值。
根据此次课题的要求选
=0.85
计算的
=22.2÷
0.85=26.12kW
泵体的结构设计要求
泵体在结构上应力求形状简单，壁厚均匀，内部流道要短而直，尽量避免拐弯和断面的急剧变化，此外还必须有足够的机械强度、耐腐蚀性和良好的机械加工工艺性。
实际上，对一般泵体壁厚确定和强度校核都把它们近似地当成薄壁或厚壁圆筒来计算。
假定泵体为一外圆半径为
、内圆半径为
的等厚圆筒，且
/
1.5时，则可由薄壁圆筒公式确定壁厚：
——壁厚，cm；
——焊接系数，无焊接时
；
——缸内最大的工作压力，Mpa；
——泵体内径，cm；
——考虑铸造偏心及腐蚀所留余量，一般取
cm；
——许用应力，Mpa；
钢制泵体许用应力
若按抗拉强度
取，安全系数应大于4；
按屈服强度
取，安全系数为2~3。
高压泵选型：
合肥通用机械研究院喷射技术与往复泵研究所
品牌：
GMRI
型号：
WJ40-250
工作压力：
40-250MPa
柱塞直径：
10-40（mm）mm
重量：
30-600（kg）kg
转速：
500-1500（r/m）r/m
柱塞数：
3
材质：
不锈钢
驱动方式：
电动
用途：
输送液体
类型：
高压柱塞泵
泵轴位置：
卧式
流量：
1.5-9.6（m3/h）
均质阀是均质机的关键部件，有高压泵送来的高压液体，在通过均质阀时完成均质。
均质阀所选的材料必须十分坚硬，具有极强的耐磨蚀性，而且须有良好的抗锈蚀性。
均质阀选型：
上海东华高压均质机厂
性能技术指标
乳化平均颗粒μm
≤1
传动部件温度
≤65
固体分散平均径μm
≤2
噪音dB≤37kw
45-55kw
75-200kw
≤88
≤90
≤93
物料最高温度℃
特定℃
≤90
≤150
适用物料特性PH
2-10
容积效率 球型
碟型
≥85%
≥90%
进料粒径μm（平均）
≤30
在额定压力下
连续工作
电压（V）
380
电流HZ
50
选用理由
1.采用钨钴类合金材料，耐磨、耐腐蚀、耐冲击。
两头均能使用，使用寿命长，磨损后可多次修磨，修磨后其性能不变，同时具有结构简单，容积效率高，密封性好等优点。
2.在一组阀内可进行多次均质过程，在同样压力下均质效果明显提高，具有省能耗、效率高等优点。
五、设备选型
5.1贮奶罐
根据物料衡算得，若想生产2t/h的乳粉,则原料量为13.342t/h，则按一天10小时工作计，则一天贮奶量为133.42t/d，经计算需要128288.5L/d（密度约为1.04g/ml）。
选用上海瑞派公司的BPC-30型的贮奶罐5个，其主要参数为：
项目
技术指标
设备名称
BPC系列室外储罐
厂家介绍
上海瑞派机械有限公司
设备型号
BPC-30
罐体总高（mm）
7850
罐体外径（mm）
2700
进出口径（mm）
51
电机功率（kW）
2.2
公称容积（L）
30000
设备重量（kg）
3720
5.2过滤器
根据物料衡算得，若需要生产2t/h的乳粉,则原料量为13.342t/h，可以选用郑州玉祥机械设备有限公司的双联过滤器，其主要参数如下：
过滤面积（㎡）
0.75
过滤温度（℃）
≤100
使用压力MPa
0.2
进口管径
G2＂
出口管径
外形尺寸mm（长×
宽×
高）
1300×
500×
1300
5.3净乳机
根据物料衡算得，若想生产2t/h的乳粉,则原料量为13.335t/h，则一小时净奶量为13.335t/h，经计算需要12822.12L/h。
选用江苏巨能机械有限公司的DHN550型的净乳机1台，其主要参数如下：
机型
DHN550
处理量（L/h）
15000
进口压力（Mpa）
0.05
出口压力（Mpa）
0.1-0.5
电机功率（kw）
22
质量（kg）
2300
外型尺寸（mm）长×
高
1950×
1500×
1960
5.4板式杀菌换热器
根据物料衡算得，若想生产2t/h的乳粉,则原料量为15.485t/h，即14889L/h。
选用上海宣辰机械设备有限公司BR0.05型板式换热器，其具体参数如下：
规格
BR0.05
单片换热面积㎡
板片尺寸㎜
168
板片厚度㎜
0.8
角孔直径㎜
38
接管直径㎜
28
波纹形状
人字形波纹
平均板间距㎜
3.8
可组合换热面积㎡
0.5～5
最大允许使用压力Mpa
0.4～2
最高允许使用温度℃
一般120～160℃特殊可达250℃
传热系数W/㎡℃
2000～6000
5.5均质机
根据物料衡算得，均质量为15.477t/h。
选用上海申鹿SRH4000型均质机，其具体参数如下：
规格型号
SRH4000-30
柱塞根
3
额定流量升/小时
4000
最大工作压力MPa
30
连续工作压力Mpa
24
电源（KW）
40
重量（Kg）
1800
外形尺寸L×
W×
H（m）
1.5×
1×
1.5
5.6离心泵
选自长沙中联泵业有限公司
IS80-50-250B
额定流量（t/h）
20
额定扬程（m）
15
转速（r/min）
1450
功率（kw）
吐出锥管口径（mm）
80
六、参考文献
[1]骆承痒主编，《乳与乳制品工艺学》，农业出版社，1992
[2]蒋迪清，唐伟强主编，《食品通用机械与设备》，华南理工大学出版社，1996
[3]伍建新主编，《乳品技术装备》，中国轻工业出版社，2000
[4]郭本恒主编，《乳粉》，化学工业出版社，2003
[5]薛效贤主编，《乳品加工技术及工艺配方》，科学技术文献出版社，2004
[6]伍建新主编，《乳品生产技术》，科学出版社，2004
[7]许学勤主编，《食品工厂机械与设备》，中国轻工业出版社，2008
七、设计小结
当设计任务布置下来后,我定下了年产4500吨奶粉均质机的设计题目。
由相关数据文献得知，因奶牛的品种、泌乳期、季节、饲料以及喂养条件的不同，原乳中的脂肪含量可能不符合国家标准，在加工之前必须标准化。
生产过程中，不同的设备也会有不同的加工效果，必须根据相关的参数进行设备选型和绘制主要设备。
其中，以原奶及成品的指标为计算依据，设备的选型紧紧围绕生产的实际需要，以降能节耗、提高产品品质为原则，使得整套工艺及设备配置科学合理。
经过这次课程设计，我发现，课程设计对于实践要求很高，而很多时候我们只局限于书本，在现实生产过程中不具有可行性，这让我充分认识到，知识只有付诸于实践才能内化吸收。
最后非常感谢程老师的悉心指导和耐心纠正。
附图纸
生产工艺流程图
关键设备结构图
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