年产40000吨浓缩苹果汁的工厂设计.docx
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年产40000吨浓缩苹果汁的工厂设计
工艺流程及论证
2.1工艺流程
原料果
小提升机
拣选台
果池
—暂存
小提升机
拣选台
果渣
:
压榨3
压榨2
预巴杀,冷却2
预巴杀,冷却1
浊汁罐
暂存1
浊汁罐暂存2
浊汁
超滤
浊汁
超滤
酶解
澄清
果胶酶
淀粉酶
果胶酶
淀粉酶
酶解
澄清
（4个）
（4个）
成品罐
成品罐
后巴杀,冷却
浊汁
滤汁罐
暂存2
浊汁
滤汁罐
暂存1
成品罐
毛刷机
大提升机
洗果机
大提升机
压榨1
破碎
破碎
五效管式
浓缩
五效管式
浓缩
脱色
无菌灌装
无菌灌装
图2-1浓缩苹果汁工艺流程图
对工艺流程进行分析，分解各个步骤，流程如下：
原料果验收一清洗拣选一破碎一压榨一粗滤一第一次巴氏杀菌一冷却一酶解一澄清一超滤一脱色一浓缩一混合一第二次巴氏杀菌一包装材料验收一无菌灌装一冷藏一成品。
2.2工艺流程解说
2.2.1收果与运输
（1）苹果主要从当地收集，应为新鲜的苹果，以免水分蒸发太多、影响原料利用率。
（2）运输不当往往会造成很大的损失，因此苹果的运输也是一个很重要的环节。
运输时必须注意保持原料完整性，防止震荡、细菌侵入等造成原料浪费。
尽量缩短中途停留时间，提高运输效率，以免苹果变质。
2.2.2原料的验收
每年4月、6月、7月份由采供部负责分三次对原料产地进行普查，确定安全收购区域。
4月份采土样，6月份、7月份采苹果样由化验室进行检验农药残留及重金属，根据供货数量以及化验室检验结果评定合格供应商。
原料供应商应具备“农药残留普查合格证明”，在原料果进厂时，检查每车原料果的“农药残留普查合格证明”，对无此证明的苹果拒收，并做记录。
苹果质检部按照HS/ISOC-GL-106-2002《苹果收购程序》和HS/ISOC-GL-102-2002《苹果质检办法》对苹果进行检验、将检验合格的苹果收入果槽，不合格的苹果拒收。
无菌袋、液袋或罐箱及酶制剂等辅料进厂后，采供部及时委托技术质检部进行检验，检验合格后允许入库。
包装材料常温贮存，使用时依照先进先出的原则；酶制剂存放在0-5C的冷藏库中，使用时依照先进先出的原则。
清洗材料、消毒剂等辅料进厂后，采供部及时委托质检部进行检验，检验合格后入库，分类存放并做明确的标识。
2.2.3苹果的预处理
步骤：
（初验合格的苹果）一称重计量一暂存一初洗
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。
果槽及周边环境卫生由装卸工负责，每天必须冲冼，并保持全天干净卫生。
2.2.4拣选
在拣选台上对苹果进行拣选，主要拣出霉烂变质果，按照拣选要求规定削去腐烂点，
把一些腐败的苹果或腐烂部分去除掉（腐烂率w2%）,一些杂质通过拣选台被拣出，以免下一步进行破碎时这些杂物进入苹果汁，在拣选后随机抽查一定量的苹果（＞1kg），然后
称重并计算。
2.2.5清洗
在洗果机上通过毛刷及水流喷淋进行苹果的清洗，通过破碎前的提升机进行清洗。
2.2.6破碎
通过破碎机将清洗干净的苹果用破碎机破碎为4-6mm的果浆，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。
要求分前、中、后三期更换破碎机筛网，分别用小、中、大筛网。
在每年新收苹果时，由于苹果成熟度不够，一般控制在lcm-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压榨
压榨所采用的是带式压榨机。
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。
如果需要，可以在一次压榨后的果渣加等量水浸渍后再进行二次压榨，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。
一榨：
压榨时间：
50-60min；出汁率：
80-85%;
二榨：
加水量：
果渣：
水二1：
1;设定出汁率：
〉50%;压榨时间：
30-40min。
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。
在97土2°C的巴氏灭菌装置中维持30秒杀灭细菌、使苹果中固有的酶失活，使苹果中含有的淀粉糊化，之后果汁经管道进入冷却板片迅速降温至49-52C，,由管道送至酶解澄清罐，以方便下一步进行酶解。
2.2.9酶解
加入淀粉酶、果胶酶进行酶降解，在其作用下，果汁中的果胶和淀粉被分解成可溶性的小分子物质。
要求：
酶制剂存放温度在0-5C；酶反应温度49-52C；从酶解罐进料开始到出料结束，酶解时间90min。
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。
2.2.10超滤
超滤开机时要求浊度为O.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2.0oBX时，超滤方可排空。
超滤膜一般选用聚砜膜，截留分子量一般为30000dalton。
2.2.11树脂脱色
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，除去果汁中的单宁、酚类物质。
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。
脱色树脂要求：
吸附终点清汁指标：
色值〉65%;
脱酸树脂吸附要求：
吸附终点清汁指标：
酸度：
V0.04%;颜色：
水白色。
2.2.12浓缩
本设计5效管式蒸发器进行浓缩。
实践表明，采用5效管式蒸发器拥有较好的经济性。
清汁进入蒸发器进行蒸发浓缩，一般浓缩到原体积的l/6左右，可以控制最终糖度在70±1Brix。
2.2.13批次罐指标调整经过浓缩的产品用泵输送至批次罐中暂存，当液位达到搅拌器（大概达到25t物料）
时开始搅拌，果汁边进边搅拌，罐满后搅拌均匀，将搅拌均匀的果汁做为一个批次，开始搅拌直到进料结束后40-60min止；批次罐进料约30t时做糖度检测，以便及时调整进料糖度。
停止搅拌后测糖度、色值、浊度指标、酸度（有要求时测）。
批次罐满罐后化验员按照内控指标进行检测，微生物化验员每罐检测耐酸耐热菌指标。
中心化验室化验员每天抽测一次批次罐果汁的甲胺磷、棒曲霉毒素、富马酸、乳酸;符合内控指标要求后，下发灌装通知单。
接到灌装通知单后，将浓汁通过罗茨泵输入巴氏杀菌板片进行杀菌。
2.2.14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，过程中要注意控制温度和保持时间。
将进入第二次巴氏灭菌装置中的果汁，在97±2C的温度下，维持30s左右，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。
灭菌后的果汁由管道送入冷却装置迅速冷却至15-20C,进入灌装工段。
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.CW10个/mL,大肠菌群w3个/100mL,酵母/霉菌w10个/mL，致病菌不得检出。
2.2.15无菌灌装
后巴氏杀菌无菌灌装的三个条件：
（1）物料的无菌
（2）包装材料的无菌（3）灌装环境的无菌。
采用进口的罐装机进行灌装，灌装前先将灌装口喷射高温（》95C）蒸汽，杀死可能存在的微生物，再开始灌装，灌装重量通过质量流量计来控制。
灌装后的成品直接入库。
2.3工艺质量指标控制
表2-1浓缩苹果汁检验指标要求一览表
指标类型
指标项目
单位
指标
色泽
呈棕黄色或棕红色，久置后稍许变深。
感
将浓缩汁稀释至可溶性固形物为
观
香气及滋味
10%-20%，果汁应具有新鲜苹果固有
指
的滋味与香气，无异味。
标
外观形态
呈现透明状，无沉淀物、悬浮物。
杂质
不允许有肉眼可见的杂质。
铅
mg/kg
<0.2
铜
mg/kg
<5.0
卫
砷
mg/kg
<0.1
生
细菌总数
个/mL
<10
指
大肠菌群
个/100mL
v3
标
致病菌
不得检出
耐酸耐热菌
个/mL
v1
霉菌和酵母菌
个/mL
v10
棒曲霉素
卩g/kg
W40
可溶性固形物
Brix
71±1
总酸
>0.8
PH值
3.6-4.2
理
透光率T625nm
%
>95
化
色值T440nm
%
>55
指
浊度
W3.0
标
乙醇
g/kg
W3.00
果胶试验
阴性
淀粉试验
阴性
富马酸
mg/kg
W5
热稳定性
稳定
3物料衡算与主要设备选型
依据：
年产40000浓缩果汁计，每年实际生产按照6个月计算，每月按照30天计算。
依据经验，本榨季一旦开始，便全天24h全部安排生产，考虑期间设备维护、班间工人就餐以及其它影响因素，每天按照18h（分3班制，每班实际工作时间为6h）生产计算。
3.1浓缩果汁班产量的确定
日产浓缩汁量为：
400001-180天=222.22t/d
班产浓缩汁量为：
222.22t-3班=74.07t/班
3.2原料果的日收购量的确定
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65%-75%左右。
在设计按照浓缩到1/6,浓缩果汁的浓度为70±1Brix来计算。
因此澄清果汁班产74.07tX6=444.42t
生产的损耗计算如下：
表3-1生产的损耗一览表
项目
损失量（%）
拣选
0.5
清洗
0.2
破碎
0.2
压榨（去渣）
13.2
第一次巴氏杀毒、
酶解
0.4
超滤、浓缩
0.3（0.1+0.2）
第二次巴氏杀毒、
冷却、灌装
0.2
出汁率为：
100%—0.5%—0.2%—0.2%—13.2%-0.4%—0.3%—0.2%=85%所以每天（3班）需将3X444.42t-85%=1568.54t新鲜苹果进行生产，
即，每生产1t浓缩苹果汁需要1568.54-222.22=7.061新鲜苹果。
3.3设计条件
本设计每日工作为3班制，每班实际工作时间为6h,因此平均1h生产浓缩果汁
222.22t-18=12.35t
即榨取澄清果汁444.42t-6=74.07t
即每小时需要投入生产的苹果1568.54t-18=87.14t
3.4设备选型及论证
（1）小提升机
小提升机的作用是将水流输送槽送来的苹果提升到拣果台，此段是整个车间的咽喉要道，如果设备停止工作，后段将无果加工。
对比进口与国产设备的价格，相差比例不大，因此选用两台意大利TMCI生产的提升机。
投入生产的苹果的质量流量为87.14t/h，接近
90t/h,故技术要求应为45t/h，电功率25kw。
（2）捡果台
从小提升机提升后苹果进入拣选台，进行人工拣果，采用意大利TMCI生产的捡果台，
原因同上。
也是两台，技术要求同上，电功率30kw。
（3）大提升机
大提升机的作用是将拣选过的苹果提升到洗果机进行清洗，仍然采用意大利TMCI生
产的提升机，原因同上，技术要求45t/h,电功率30kw。
（4）毛刷机、洗果机
对苹果进行毛刷清洗，主要去掉黏附的杂物，之后进行水流喷射清洗。
分别选用意大利TMCI生产毛刷机和上海神农生产的洗果机。
技术要求均为45t/h。
（5）破碎机
将清洗过的苹果进行破碎，根据需要可以调节破碎程度，为保证颗粒均匀度，选用德国BELLMER生产的破碎机，避免影响出汁率。
生产能力：
45t/h;
电机功率：
30x2kw;
物料流量G=87.14t/hx（100%—0.5%-0.2%）=86.53t/h;
苹果汁质量密度接近于水，故其密度p取103kg/m3,则质量流量为
3333
V=G/尸86.53x10kg/h-10kg/m=86.53m/h;
为保证破碎充分，定破碎时间为15min，V有效：
设备有效容积；V:
流量；t滞留时间；
33
V有效=Vt=86.53—60m/minx15min=21.63m;
取破碎机两台，即n=2,填充系数①取70%,则单台设备容积
V单===15.45m3~2860X2380X2270mm3;故
外型尺寸（长X宽X高）（mm）:
2860X2380X2270。
（6）带式压榨机
对破碎的苹果进行压榨取汁，这一步关系到产品得率，因此选用德国BELLMER生产的带式压榨机，出汁率有保证。
生产能力：
45t/h;
电功率：
40kw;
物料流量G=87.14t/hX（100%—0.5%-0.2%—0.2%）=86.36t/h;
苹果汁质量密度接近于水，故其密度p取103kg/m3,则质量流量为
3333
V=G/尸86.36x10kg/h十10kg/m=86.36m/h;
为保证压榨充分，定压榨时间为15min,V有效：
设备有效容积；V:
流量；t滞留时间;
33
V有效=Vt=86.36宁60m/minx15min=21.59m;
取带式压榨机两台，即n=2,填充系数①取70%,则单台设备容积
耳T33
▼单===15.42m3~5315X1915X1515mm3;故
外型尺寸（长X宽X高）（mm）:
5315X1915X1515。
（7）国产压榨机
在苹果成熟度不够的时候，将压榨过的果渣用等量水混合后再压榨一次，可以提高出汁率。
此步作为前道的补充，仅在必要的时候使用，非关键设备，因此采用国产设备，为江苏靖江食品机械厂生产。
规格同上。
（8）罐群
整厂的各种储罐较多，国产罐完全可以达到要求。
小罐可以由厂家加工后运到厂里，大罐由供应厂家现场制作。
根据不同情况必要选择不同大小、种类的罐。
（9）超滤设备
选择两台国产设备，以达到生产要求，采用国产设备可以降低整厂投资。
两台设备在使用中可以调剂生产，方便检修和膜的再生。
超滤设备也就是超精过滤装置，是包括30组膜堆（各由20个膜管串联而成）、一台循环泵、一台清汁泵、CIP兼清汁罐以及连接管路、监控仪表和电控柜，安置于两个底盘上构成一个相对独立的单元体。
生产能力：
40t/h;
电功率：
50kw;
物料流量G=87.14t/hX（100%—0.5%-0.2%-0.2%—13.2%—0.4%）=74.50t/h;
苹果汁质量密度接近于水，故其密度p取103kg/m3,则质量流量为
3333
V=G/尸74.50X10kg/h-10kg/m=74.50m/h;
定超滤时间为30min,V有效：
设备有效容积；V:
流量；t滞留时间；
33
V有效=Vt=74.50—60m/minX30min=37.25m;
取超滤设备两台，即n=2，则单台设备有效容积
V有效37_25:
ms§
V单有效===18.62m3;
n2
%總18.62ms
每根膜管的有效容积V管有效=-==0.03m=3X10mm;
设每根膜管横截面的直径为100mm，横截面积S=n2=nX502mm2=7854mm2;
则每根膜管长L===3820mm；
SnixSO2mm2
故技术指标如下表所示。
表3-2单个膜管性能
型号
KJ-ESUF9050W
直径X长度
100X3820mm
过滤面积
2
7854mm
滤膜材料
聚丙烯中空纤维和复合聚砜中空膜
不可溶固形物允许含量
<30%
技术要求
40t/h
处理温度
50〜55C
表3-3
膜堆性能（依膜管数增减）
使用膜管数量
20X30个
过滤面积
2
4.7124m
果汁回收率
96%〜98%（不可溶固形物初始含量W3%,且两次过滤）
装机功率
50kW
结构材料
全部为不锈钢SUS304
（10）蒸发器
运用两台意大利TMCI生产的5效管式蒸发器。
采用管式蒸发器可以降低单位产品的蒸汽消耗量，比较经济。
而中央循环管式蒸发器有“标准式蒸发器”之称，其加热室由垂直管束组成，中间有一根直径很大的管子，能促进溶液的自然循环，提高管内的对流传热系数，强化蒸发过程。
选用这种蒸发器是由于其结构紧凑、制造方便、传热效果好及操作可靠等优点。
生产能力：
40t/h;电功率：
55kw;
物料流量G=87.14t/hX（100%-0.5%-0.2%-0.2%-13.2%-0.4%-0.1%）=74.42t/h;
苹果汁质量密度接近于水，故其密度p取103kg/m3,则质量流量为
3333
V=G/尸74.42X10kg/h-10kg/m=74.42m/h;
定蒸发时间为30min，V有效：
设备有效容积；V:
流量；t滞留时间；
33
V有效=Vt=74.42—60m/minX30min=37.21m；
取蒸发器两台，即n=2,填充系数①取70%,则单台设备有效容积
3
V单二二二26.58m；
1现按总容积26.58m3计算
V全=V桶+2V封=26.58m3,封头折边忽略不计，以方便计算：
贝UV全=0.785DX2D+冗2/XDX2=26.58m
解方程得：
D=2.439m；取D=2.43m，贝UH=2D=4.86m；
根据《生物工程工厂设计概论》通用桶罐系数表，查得筒体壁厚13mm,封头壁厚15mm,圭寸头高为日封=ha+hb=636mm+64mm=700mm。
2验算全容积V全：
才全=0.785D2X2D+n24XD3X2+0.785D2X0.07
232
=0.785X2.43X2X2.43+冗2/X2.43X2+0.785X2.43X0.064
3
=26.58m=V全
为了使溶液有良好的循环，中央循环管的截面积一般为其他加热管总截面积的40%-100%;加热管高度一般为1-2m;加热管直径在25-75mm之间。
取加热管高度为1m，加热管直径为70mm，中央循环管的截面积为其他加热管总截面积的40%,设蒸发器里面共有650根加热管，
则加热管总截面积Sa=0.785X0.072x650=2.50m2;
中央循环管的截面积S中=40%Sa=0.4X2.50m=1.00m;
S热+5中=3.50m2v4.64m2=0.785X2.432=0.785D2（蒸发器横截面积），符合要求。
（11）无菌灌装机
采用意大利FBR生产的无菌灌装机，国内尚无同类产品可以替代。
另外这个工段关系到产品的安全性和保质期，质量要求高。
生产能力：
13t/h;电功率：
30kw。
表3-4主要生产设备一览表
序号
生产设备
技术要求
生产厂家
台数
1
小提升机
45t/h
意大利TMCI
2
2
检果台
45t/h
意大利TMCI
2
3
大提升机
45t/h
意大利TMCI
2
4
毛刷机
45t/h
意大利TMCI
1
5
洗果机
45t/h
上海神农
1
6
破碎机
45t/h
德国BELLMER
2
7
带式压榨机
45t/h
德国BELLMER
2
8
国产压榨机
45t/h
江苏靖江
1
9
罐群
温州强力机械阀门厂
30
10
国产超滤设备
40t/h
2
11
5效管式烝发机
40t/h
意大利TMCI
2
12
无菌灌装机
13t/h
意大利FBR
1
13
锅炉
40t
2
热量衡算
4.1整个车间热交换流程图:
料液
图4-1热交换流程图
4.2第一次巴氏杀菌耗能估算
在预巴氏杀菌工段，20C的物料被加热到97C，再利用这些热量去预热进入预巴氏杀菌之前的20C的物料，97C的物料降温到60C。
因此相当于计算将20C的物料加热到60C所消耗的能量。
（注：
由于苹果汁的焓与水相似，因此后面均按照水的焓计算，均不考虑热损失。
）
20C到60C所消耗的热量（Hi、H2、R引用表4-2、4-1的数据）：
Q=qm,h（Hi-H2）=74070kg/hx（251.67kJ/kg—84.48kJ/kg）=1.24x107kJ/h
qm,h:
物料的质量流量，kg/m；Hl：
60C时果汁的焓，kJ/kg；H2：
20C时水的焓，kJ/kg。
消耗的蒸汽量：
Q1.24X107kJ/h
-卜=4480.09kg/h
4.3蒸发浓缩耗能估算（五效蒸发器）
（1）各效蒸发水量
74070kg/h
已知原料液处理量为：
G==37035kg/h
总蒸发水量为：
W=37035kg/hX=30862.50kg/h（浓缩到1/6,故蒸发水量占5/6）6
各效蒸发水量之比为：
W1:
W2:
W3:
W4:
W5=1:
1.1:
1.2:
1.3:
1.4
1
W—30862.50kg/hx=5143.75kg/h
L+1L+12+L3+M
LI
W2=30862.50kg/hx=5658.13kg/h
l+LL+12+13+14
12
W3=30862.50kg/hx=6172.50kg/h
1+L1.+1.2+L3+L4
13
W4=30862.50kg/hx=6686.88kg/h
1+L1.+1.2+L3+1.4
14
W5=30862.50kg/hx=7201.25kg/h
1+L1.+1.2+13+1.4
（2）浓缩物料时所需热量及蒸汽消耗量计算
a、
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