课程设计年产10万吨浓缩苹果汁果汁工厂设计.docx
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课程设计年产10万吨浓缩苹果汁果汁工厂设计
##大学化工学院
专业课程设计说明书
设计题目：
年产10万吨果汁饮料工厂设计
年级：
2008级
专业：
生物工程
指导老师:
##
姓名：
##
学号：
#########
目录
第一章前言…………………………………………………………………4
1.1国内外浓缩苹果汁现状…………………………………………………4
1.2市场前景分析……………………………………………………………4
1.3设计拟定的工作内容……………………………………………………4
1.4产品方案及产量的确定…………………………………………………5
1.4.1依据……………………………………………………………………5
1.4.2要求……………………………………………………………………5
1.4.3产品方案………………………………………………………………5
1.5厂址的选择………………………………………………………………5
第二章工艺设计……………………………………………………………5
2.1工艺流程…………………………………………………………………5
2.2操作要点…………………………………………………………………6
2.2.1收果与运输……………………………………………………………6
2.2.2原料的验收……………………………………………………………6
2.2.3预处理…………………………………………………………………6
2.2.4检果……………………………………………………………………6
2.2.5清洗……………………………………………………………………6
2.2.6破碎……………………………………………………………………6
2.2.7榨汁……………………………………………………………………7
2.2.8第一次巴氏杀菌.………………………………………………………7
2.2.9酶解……………………………………………………………………7
2.2.10超滤……………………………………………………………………7
2.2.11脱色……………………………………………………………………7
2.2.12浓缩……………………………………………………………………7
2.2.14第二次巴氏杀菌………………………………………………………7
第三章物料衡算……………………………………………………………8
3.1产量计算…………………………………………………………………8
第四章设备选型……………………………………………………………10
4.1水果输送机……………………………………………………………10
4.2水果清洗机……………………………………………………………10
4.3水果破碎机……………………………………………………………11
4.4螺旋压榨机……………………………………………………………11
4.5巴氏杀菌机（第一次巴氏杀菌）……………………………………11
4.6超滤机…………………………………………………………………11
4.7多效降膜蒸发器………………………………………………………12
4.8巴氏杀菌机（第二次巴氏杀菌）……………………………………12
4.9无菌罐装机……………………………………………………………13
第五章生产设施与辅助……………………………………………………13
5.1果池………………………………………………………………………13
5.2品质监控室………………………………………………………………13
5.3仓库………………………………………………………………………13
5.4机修间……………………………………………………………………13
第六章公用系统……………………………………………………………14
6.1给水系统…………………………………………………………………14
6.1.1采用自来水给水系统…………………………………………………14
6.1.2进水管径计算…………………………………………………………14
6.2供电系统…………………………………………………………………14
6.3供气系统…………………………………………………………………14
第七章水、电、汽估算……………………………………………………15
7.1用水量的估算……………………………………………………………15
7.1.1生产车间用水…………………………………………………………15
7.1.2生活用水………………………………………………………………15
7.2用汽量的计算……………………………………………………………15
第八章安全卫生管理………………………………………………………15
8.1安全操作措施…………………………………………………………15
8.2工作人员卫生要求……………………………………………………16
8.3车间内卫生要求………………………………………………………16
第九章环保与废物利用……………………………………………………16
9.1“三废”处理……………………………………………………………17
9.1.1废气处理………………………………………………………………17
9.1.2废水处理………………………………………………………………17
9.1.3废渣处理………………………………………………………………17
第十章建筑部分……………………………………………………………17
10.1厂址选择………………………………………………………………17
10.2总平面布置……………………………………………………………17
10.3车间工艺布置…………………………………………………………18
参考文献……………………………………………………………………19
第一章前言
我国是世界最大的水果、蔬菜生产国之一。
2010年，全国水果产量过10000万吨，蔬菜4亿吨，其中，苹果、梨、柑橘、香蕉、葡萄5大品种占79．65％。
从“碳酸饮料—茶饮料—果汁饮料”的发展过程中可以看出，一代比一代更符合健康的要求。
相比口感较好，但几乎不考虑健康功能的碳酸饮料以及具有绿色食品的特征，但口感较差的茶类饮品，果汁饮料，尤其是含有丰富的天然营养成分的纯果汁更受广大人民的喜爱。
随着人们保健意识的提高，果汁饮料将成为更普遍的日常饮品，进而决定了未来对苹果浓汁的需求将继续呈稳中有升的趋势。
1、1国内外浓缩苹果汁现状
浓缩苹果汁是世界最主要的苹果加工品之一，许多国家，尤其是盛产苹果的欧美等发达国家部有饮用苹果汁的消费习惯。
浓缩苹果汁由于价格便宜，口味较淡，也常常作为一些价格昂贵果汁饮料的基础配料和添加物。
欧美日市场上的l00％纯果汁、果菜混合汁、蔬菜汁、水果啤酒等，都离不开苹果浓缩汁这一风味特性温和的基料。
国外90％的饮料生产厂商将浓缩苹果汁用作饮料生产的勾兑和调味。
根据《21世纪中国农业发展战略》测算,2000年我国鲜苹果需求量1790万吨,2012年可达2552万吨。
目前我国苹果汁人均年消费不足0.1升，计13万吨,如果2012年达到2公斤的话,年可消费苹果260万吨,增加20倍。
若在其他饮料中加入苹果汁,用量还会增加。
发达国家苹果汁等加工消费是产量的30%以上,并且正在开发含有苹果汁的各种饮料,90%的饮料生产厂家将浓缩苹果汁作为饮料生产的基础配料,从而决定了未来苹果浓缩汁的需求将继续上升。
据统计,2000年我国苹果汁出口14.2万吨，专家预测2012年我国将出口苹果汁25万吨，近翻一番，加上苹果酒等产品，年可消耗苹果250万吨。
综上所述,到2012年国内苹果汁需求和出口果汁总量最低285万吨,加上鲜果内需和外销及苹果酒等消费,可达3448万吨,其中国内苹果汁消费增加20倍,出口翻一番。
而目前在国内苹果产量2500万吨,尽管占世界产量的44%,但市场缺口仍相当大。
1、2市场前景分析
我国浓缩苹果汁生产具有规模大、设备新、技术含量高等优势，但工艺进步也带来了更加激烈的市场竞争。
对浓缩苹果汁的质量要求越来越严格，性能指标越来越细化，追求高质量及特殊品质的浓缩苹果汁成为市场发展的主要趋势。
随着食品工业技术的进步，新的加工技术如逆流连续萃取技术、超高压灭菌技术、膜分离浓缩技术及热罐装技术等正逐渐应用于食品行业中，除了能加速提高我国出口产品的品质，还能增强我国在国际市场上的竞争力。
1、3设计拟定的工作内容
本设计拟定的工作内容包括初步生产工艺流程的设计，具体流程操作要求、物料衡算、设备选型、相关设计计算以及建筑部分平面布置图等。
（1）浓缩苹果汁的工艺流程及操作要求:
查找一般浓缩苹果汁生产流程，根据现在技术发展现状，设计一条先进生产流程。
（2）浓缩苹果汁物料衡算：
以苹果及成品的指标为依据进行物料衡算，衡算的数据作为设备选型及能源配备的基础数据依据。
（3）主要设备选型：
根据每个流程具体要求，选择其工艺要求选择合适处理量的设备，其主要包括洗果机、榨汁机、破碎机、超滤机、浓缩设备、杀菌设备等的选型。
（4）生产及辅助车间布置、公用系统、安全卫生与环保等。
（5）平面布置图：
根据工艺流程及选择的相应的设备等，计算生产线长度，选择合适比例，符合工厂建设要求，画出其平面布置图。
1、4产品方案及产量的确定
1、4、1依据
本设计是要求年产10万吨的苹果饮料,而一般设计方案时的年产量要比要求高出一些,因为在生产过程中可能会出现灌装、密封、包装不好等现象，这样就会导致产品不必要的损失。
而按照这样的预算所生产的最终产量才能达到或接近设计的要求。
1、4、2要求
苹果属于季节性水果，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。
1、4、3产品方案
产品名称
年产量∕
班产量∕t
一月
二月
五月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
浓缩苹果汁
100000
1、5厂址的选择
工厂的选择一般倾向于设在原材料产地附近，厂址在城市外围，原材料产地附近的郊区，有利于销售，便于辅助材料和包装材料的获得，同时还可以减少运输费用。
由于陕西省是苹果的主产省，苹果资源丰富，再者，苹果汁饮料越来越受到人们的青睐，因此，在陕西省西安市南郊建立苹果汁加工厂是很好的选择。
选择在陕西省南郊无污染，水源丰富，交通方便的土地上建立苹果汁加工厂。
第二章工艺设计
2、1工艺流程
收果与运输→原料的验收→预处理→检果→清洗→破碎→榨汁→第一次杀菌（巴氏杀菌）→酶解→超滤→脱色→浓缩→第二次杀菌（巴氏杀菌）→灌装与贮存。
2.2操作要点
2.2.1收果与运输
（1）苹果主要从当地收集，收集的苹果不能是已放很久的，以免水分蒸发太多，影响原料利用率。
（2）苹果的运输也是一个很重要的环节，运输不当往往会造成很大的损失。
在运输时必须注意防止震荡，保持原料的完整性，以免细菌侵入，造成原料不能生产。
缩短途中时间，按路程计算时间，尽量缩短中途停留时间，以免苹果变质。
2.2.2原料的验收
每年苹果成熟前两个月，采购部与质检部到原料产区调查当年苹果原料的收成情况及农药使用情况，确定采购区域，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。
确定合格供应方，签订采购合同。
生产期间，苹果验收按以下要求进行：
（1）必须是合格供应商提供的原料；
（2）农药残留检验报告；
（3）产品质量主要是腐烂率超标（6％）的不收；
（4）质检员当场验收，不符合标准的不收；
（5）检验期间质检员必须履行自己的职责。
2.2.3苹果的预处理
步骤:
（初验合格的苹果）、称重计量，暂存。
初洗苹果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，清洗环节必须符合食品卫生要求。
2.2.4检果
在检果台上对苹果进行拣选，把一些腐败的苹果或腐烂部分去除掉，一些杂质通过检果台被拣出。
以免下一步进行破碎时这些杂物进入苹果汁。
2.2.5清洗
在洗果机上通过毛刷及水流喷进行苹果的清洗,去除残留的农药和部分微生物、灰尘、碎叶等，清洗环节必须符合食品卫生要求。
2.2.6破碎
破碎粒度控制到1.5cm-3cm，通过破碎机将苹果破碎，以备后面进行压榨。
在破碎的过程中要控制力度，否则在泵送过程中会受到影响，影响泵送的效率。
依据苹果收购季节以及品种，破碎颗粒有所不同。
在每年新收苹果时，由于苹果成熟度不够，一般控制在1cm—2cm之间，可以提高出汁率。
到后期由于苹果成熟度增加，压榨时如果颗粒过小，会在表面形成一层胶膜，阻止汁液的渗出，降低出汁率，这时一般控制在2cm—3cm之间。
2.2.7榨汁
采用螺旋压榨机。
在压榨过程中果浆分布尽可能的均匀，果浆厚度控制在3cm-6cm之间，榨带张力的调节，根据果浆的性质加以调节，以出汁率作为衡量标准。
如果霭要可以在一次压榨后的果渣加等量水浸溃后再进行二次压榨，可提高果汁出汁率，但在后期由于成熟度较高，增加的出汁率已无经济性可言，就取消这一步操作。
2.2.8第一次巴氏杀菌
通过破碎压榨后，果汁一直暴露在空气中，由于多酚氧化酶产生的褐变将提高成品的色值，降低品质。
此外还会受到一定的细菌污染，因此要进行第一步巴氏杀菌。
杀菌的主要目的有三个，
（1）灭酶
（2）杀菌（3）淀粉糊化。
若杀菌不彻底，可造成致病菌残留、微生物腐败。
杀菌95℃，12s后，应立即降温至49-55℃，以方便下一步进行酶解。
2.2.9酶解
在这个过程中，加淀粉酶、果胶酶进行酶降解，经检测均为显阴性时，再根据终产品色值要求，在酶解罐中采取加或不加活性炭澄清剂。
经过酶降解和澄清后的果汁直接进入超滤循环罐，以备精过滤。
要求:
酶制剂存放温度在0-5℃;酶反应温度49-55℃;从酶解罐进料开始到出料结束，物料停留时间（6h，超滤开机时物料除外）。
控制时间的目的主要是控制微生物的需要。
2.2.10超滤
超滤开机时要求浊度为0.1-0.6NTU时，方可向下一工序送料。
每半个小时要对渗透液做有无杂质感官检测。
在超滤渗透液流量不能满足生产需要时，应按规定程序清洗，清洗前须加水稀释循环罐果汁，过滤至糖度低于2.00BX时，超滤方可排空。
超滤膜一般选用聚枫膜，截留分子量一般为30000dalton。
2.2.11脱色
脱色的需要根据产品的色值来决定。
超滤后清汁由清汁罐泵入树脂柱，经过树脂的吸附作用进行脱色处理，根据脱色后清汁的检测指标，确定是否需要更换树脂柱再进行生产。
一般选用大孔吸附树脂HPD200L用于浓缩苹果汁的生产。
大孔吸附树脂能使果汁保持原有新鲜的滋味和香气。
2、2、12浓缩
苹果汁浓缩设备的蒸发时间通常为几秒钟或几分钟，蒸发温度通常为55～60℃，有些浓缩设备的蒸发温度低到30℃。
在这样短的时间和这样低的蒸发温度下，不会产生使产品成分和感官质量出现不利的变化。
如果浓缩设备的蒸发时间过长或蒸发温度过高，苹果浓缩汁会因蔗糖焦化和其他反应产物的出现而变色和变味。
羟甲基糠醛含量可以用来判断苹果浓缩汁的热处理效果。
浓缩的主要方法有真空浓缩、冷冻浓缩、反渗透浓缩。
澄清果汁经真空浓缩设备浓缩到1／5～1／7，糖度70％～75％。
因为果胶、糖和酸共存会形成一部分凝胶，所以混浊果汁浓缩限度为1／4。
2.2.13第二次巴氏杀菌
在灌装前必需经过巴氏杀菌，这是HACCP计划第三个CCP点，使在前段加工中可能繁殖的微生物杀死，以防止致病菌残留和微生物腐败。
此CCP点控制要求是杀菌后的果汁微生物指标:
细菌总数T.P.C<10个/mL，大肠菌群<3个/100mL，酵母/霉菌<10个/mL,致病菌不得检出。
在巴氏杀菌过程中要注意控制温度和保持时间，一般把果汁迅速置于97—98℃的高温，保持30s左右，然后迅速冷却到15℃-20℃，进入灌装工段。
2、2、14灌装与贮存
从浓缩设备中流出的苹果浓缩汁应该迅速冷却到1O℃以下后灌装。
如果采用低温蒸发浓缩设备进行浓缩，需要用板式热交换器把浓缩汁加热到80℃，保温几十秒钟后热灌装，封口后迅速冷却。
尽管浓缩汁已能抵制微生物的污染，但是为了防止出现质量变化，灌装后的浓缩汁应该在0～4℃下冷藏。
第三章物料衡算
3.1产量计算
由于苹果原料生产具有很强的季节性，果汁消费也有较强的季节性。
本次设计为年产100000吨，一年内1，2，6，7，8为旺季，每天生产班次为3次。
11，12月为淡季，每天生产班次为1次。
5，9，10为中季，每天生产班次为2次。
3，4两个月停产进行休整和设备检修。
每月工作日为25天，则旺季工作日
=25*5=125天，淡季工作日
=25*2=50天，中季工作日
=25*3=75天
q班——班产量t/dk——设备不均匀系数k=0.75
班产量q=计算公式如下：
q班=
设计为年产量100000t，Q=10000t
因在本设计中，旺季时的班次n为三班，中季时班次n旺为二班,淡季时班次n旺为一班，由于设备不均匀系数取0.75。
可得到：
q班=
班产量确定：
q=Q/k（3*
+1*
+2*
）=100000/0.75（3*125+1*50+2*75）=231.88t
每班工作6小时，则每班产量为231.88/6=38.65t
通过酶解、超滤和脱色得到的澄清果汁经蒸发浓缩，一般浓缩到原来质量的1/5-1/7,糖度在70%-75%左右，糖酸比一般在12：
1——15:
1之间。
在设计按照浓缩到1/6,浓缩果汁的浓度为70±1Brix，浓缩前果汁的糖度为12%，浓缩后果汁的糖度为72%,糖酸比为13:
1来计。
因此总糖为38.65*0.72=27.828t。
通过浓缩前后果汁中糖总量不变来进行物料衡算.生产的损耗计算如下:
项目
损失量（%）
检果
0.5
清洗
0.2
破碎
0.2
榨汁
13.2
第一次巴氏杀菌，酶解
0.4
超滤，浓缩
83.33（浓缩到1/6）
第二次巴氏杀菌，灌装
0.2
设原料苹果的每小时处理量为M。
出汁率为:
M（1—0.5%）*（1—0.2%）*（1—0.2%）*（1—13.2%）*（1—0.4%）*（1—0.2%）*0.12=27.828t
M*85.5%*0.12=27.828t
得M=271.23t。
可知每班需将271.23*6=1627.38t新鲜苹果进行生产。
（1）苹果原料处理量为271.23t∕h
（2）检果：
取损耗率为0.5%，则检果后产量为
271.23*（1-0.5%）=269.87t∕h
（3）清洗：
取损耗率为0.2%，则清洗后产量为
269.87*（1-0.2%）=269.33t∕h
（4）破碎：
取损耗率为0.2%，则破碎后产量为
269.33*（1-0.2%）=268.79t∕h
（5）压榨：
取损耗率为13.2%，则压榨后产量为
268.79*（1-13.2%）=233.31t∕h
（6）第一次巴氏杀菌、冷却：
视为无损耗，产量为233.31t∕h
（7）酶解：
取损耗率为0.4%，则酶解后产量为
233.31*（1-0.4%）=232.38t∕h
（8）超滤、浓缩：
果汁浓缩至6倍，产量为
232.38*（1\6）=38.73t∕h
（9）第二次杀菌：
视为无损耗，产量为38.73t∕h
（10）无菌罐装：
取损耗率为0.2%，产量为
38.73*（1-0.2%）=38.65t∕h
苹果原料1627.38t∕班271.23t∕h
↓
-0.5%清洗1619.22t∕班269.87t∕h
↓
-0.2%检果1615.99t∕班269.33t∕h
↓
-0.2%破碎1612.76t∕班268.79t∕h
↓
-13.2%压榨1399.88t∕班233.31t∕h
↓
-0%第一次巴氏杀菌1399.88t∕班233.31t∕h
↓
-0.4%酶解1394.28t∕班232.38t∕h
↓
-83.33%超滤、浓缩232.38t∕班38.73t∕h
↓
-0%第二次巴氏杀菌232.38t∕班38.73t∕h
↓
-0.2%无菌罐装231.9t∕班38.65t∕h
因为产品中浓缩到1/6,浓缩果汁的浓度为70±1Brix，糖酸比为13:
1（即酸度为5.38%）。
故要求原料总可溶固形物（Brix）为70*14.25%=9.975Brix，
酸度为0.0538*14.25%=0.767%
此时浓缩苹果汁无需额外调节糖酸比即可以满足产品需求。
第四章设备选型
4.1水果输送机
因为产量较大，故分为两条生产线，可选用TD-75型带式输送机，每条生产线一台，参数如下：
设备名称
规格型号
传动方式
断面形式
胶带宽度（mm）
胶带速度（m/s）
带式水果输送机
TD-75
油冷式电动滚筒
平型
500
0.8——2
物料堆比重（t/m3）
输送能力（t/h）
电动功率（按10计算,kw）
台数
1.0——2.5
42——104
3
1
4.2水果清洗机
采用CXJ型水果清洗机（冲浪式清洗机），参数如下：
设备名称
规格型号
清洗方式
输送能力（t/h）
电动功率（kw）
外形尺寸
台数
水果清洗机
CXJ-20
冲浪式
20
6.6
4000*2500*1500
2
4.3水果破碎机
采用PS-5型水果破碎机，参数如下：
设备名称
规格型号
飞刀转速（r/min）
生产能力（t/h）
电动功率（kw）
外形尺寸（mm）
台数
水果清洗机
PS-30
310
30
1.5
1175*910*610
2
4.4螺旋压榨机
可采用JLY系列中型螺旋连续式压榨机，其与物料接触的材料均为优质耐酸碱不锈钢，适用于苹果，葡萄、菠菜、沙棘果、等含纤维较多的水果的汁液榨取，参数如下：
设备名称
规格型号
压榨方式
螺旋直径（mm）
输送能力（t/h）
电动功率
外形尺寸
台数
螺旋连续式压榨机
JLY-40
双螺旋
600
40
15
4740*2104*2285
2
4.5巴氏杀菌机（第一次巴氏杀菌）
采用LG-10型板式巴氏杀菌机，其适用于鲜奶、果汁饮料、酒类等热敏性液体的加热、杀菌、保温、和冷却等工艺要求。
本设备具有热回收高，节能降耗，结构紧凑，操作简单，维护方便等特点。
参数如下：
设备名称
规格型号
控制方式
蒸汽压力（bar）
冰水流量（t/h）
保温时间（S）
生产能力（t/h）
板式巴氏杀菌机
LG-20
PLC控制
2.2
30
15-30
20
电动功率（kw）
外形尺寸（mm）
台数
4.3
1800*1600*2000
2
升级会员 