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工厂设计论文正文

目　录

摘　要

本设计主要是对年产50000吨的苹果汁浓缩工厂的初步设计。

考虑植物资源、地理环境、政策法规等条件,来满足需求50000吨浓缩苹果汁项目,工厂布局、车间布局、产品方案及工艺流程,物料衡算、设备选型、卫生规范研究和设计、企业组织等,以提高产品质量和市场竞争力,同时浓缩苹果汁HACCP管理进行了详细的分析和计划。

最终这个方案的技术经济分析,研究表明:

该项目固定资产投资1268万元,年利润726万元人民币,投资回收期2年。

关键词

营养强化；苹果汁；工厂设计；效益分析

Abstract

Thisdesignmainlyisforyearlyproduces50000tonsofapplejuiceconcentratefactorypreliminarydesign.Consideringplantresources,geographicalenvironment,policiesandregulationssuchasthecondition,tomeettheneedsof50000tonsofconcentratedapplejuiceproject,thefactorylayout,workshoplayout,productplanandprocessflow,materialbalance,equipmentselection,hygienicpracticeforresearchanddesign,enterpriseorganization,etc.Inordertoimprovetheproductqualityandmarketcompetitiveness,andatthesametimeofconcentratedapplejuiceHACCPmanagementhascarriedonthedetailedanalysisandplans.Finallythisschemeforthetechnicalandeconomicanalysis,researchshowsthat:

theprojectofinvestmentinfixedassetsof12.68millionyuan,profitfortheyear7.26millionyuan,andtheinvestmentcapitalisrecoveredin2years.

Key　words

nutrition;coconut;plantdesign;benefitanalysis

1　前言

食品营养强化，是指在食品加工过程中人为地加入一些人体所必需的，但在日常膳食中易缺乏的营养素，以提高食品营养价值的过程。

人体必需的营养素包括：

糖、脂肪、蛋白质、水、纤维素、维生素和矿物质，其中维生素和矿物质又称为微量营养素，微量营养素的缺乏历来是影响人体健康的主要营养性问题（罗俊粦,2006）。

本文研究以苹果为载体，添加目前缺乏严重的维生素A、D及铁营养素并对其进行工业化生产的新型强化饮料。

1.1　国内外市场现状

海南是我国唯一生产商用苹果的地区，厂址所在地文昌市周边原料丰富，交通方便，劳动力低廉，非常适合作为苹果生产基地。

我国苹果市场由于长期被老牌厂商垄断，产品线单一，价格偏高，产品功用宣传力度不够，本课题所研究的浓缩苹果汁由于加入了多种营养素，营养更全面，在国人对健康要求越来越高的今天，浓缩苹果汁作为一种天然功能性饮品有着庞大的潜在消费群体，国内市场前景看好。

在海南，苹果加工已经达到了零废弃，具有资源综合利用程度高的优势，近几年来已经从东南亚进口大量苹果加工成产品并销往国外，因此对于本产品开拓国际市场也很有优势（罗俊粦,2006）。

1.2　研究目的及意义

随着社会的进步，人民生活水平的提高，热卡、蛋白质缺乏性营养病已不是影响人体健康的主要危害因素，而国际上仍把微量营养素缺乏称为潜在饥饿以提示其严重性。

尤其是维生素A、D及铁的缺乏在妇女、儿童中发病率高，危害大。

世界卫生组织估计，维生素A储存不足的儿童有2.5亿，我国有些农村地区儿童亚临床维生素A缺乏高达60%，就是在发达的东部地区学龄前儿童血清维生素A低于20μg/L的占15%，有25%的肺炎患儿和40～60%的腹泻患儿的真正原因是维生素A缺乏。

我国儿童钙摄入量仅为膳食推荐供给量标准的40%左右，由于维生素D缺乏又影响钙的吸收，导致生长发育滞缓和佝偻病，全国婴幼儿佝偻病患病率为16.9%.全球5岁以下儿童缺铁性贫血有1.9亿，占该年龄儿童34%，5～14岁有5.6亿，占53%。

我国学龄前儿童缺铁性贫血患病率为39.7%，边远地区高达70～80%。

铁缺乏、维生素A缺乏，使机体免疫能力降低，儿童易发生消化道、呼吸道感染，微量营养素缺乏与感染关系密切[2]。

苹果营养丰富，风味醇正，既无豆奶的豆腥及苦涩味，又无牛奶的“乳糖不耐症”，适合广大人群饮用，尤其是对食物比较挑剔的儿童。

将苹果作为维生素A、D及铁元素的载体，一方面能补充维生素A、D、铁，从而有效防治维生素A、D和铁缺乏、促进钙的吸收；另一方面以苹果营养丰富，含有大量植物蛋白以及17种人体所需氨基酸，是迄今为止世界上氨基酸含量最高的天然饮品，常饮苹果不仅不会增加体重，还可以降低人体血脂水平，改善人体免疫力。

（杨晓光,1999）

2　厂址选择和总平面设计

2.1　厂址选择:

2.1.1厂址选择的基本原则

厂区内有良好的卫生环境，达到了食品生产的卫生条件。

（1）厂址靠近电源，减少了输电距离，从而减少因线路过长而增加投资费用。

（2）水源充足，水源符合《生活饮用水卫生规范》的要求。

（3）交通方便，减少了运输费用。

（4）厂区有较好的自然环境和可靠的地质条件。

自然的排水坡度大致为0.04-0.08，附近无有害气体、烟雾、灰沙和其他危及食品安全卫生的因素。

（5）工厂附近劳动力丰富，原料易得，气候对饮料销售有利。

（6）另外厂区内还留有一定的发展余地。

（李洪军,2005）

2.1.2　厂址选择

该厂位于海南省文昌市，地处热带，气候炎热，阳光充沛，适合果树生长，这为该厂提供了充足的原料，避免了长途运输原材料。

2.2　总平面设计

2.2.1　总平面设计的原则

总平面设计是食品工厂设计的重要组成部分，它是将全厂不同使用功能的建筑物、构筑物按整个生产工艺流程，结合用地条件进行合理的布置，使建筑群组成一个有机整体。

这样既便于组织生产，又便于企业管理。

假如没有一个完善的总平面设计，就会使一个建设项目的总体布置变得很分散、紊乱、不合理，造成无计划的盲目建设。

这样既影响生产和生活的合理组织，又影响建设的经济效果和建设速度，也破坏了建筑群体的统一与完整。

所以，厂址选定之后，就必须在已确定的用地范围内，合理地、经济地进行食品工厂总平面设计。

在进行食品工厂总平面设计时，根据全厂各建筑物、构筑物的组成内容和使用功能的要求，结合用地条件和有关技术要求，综合研究它们之间的相互关系，正确处理建筑物布置，交通运输、管线综合和绿化方面的问题。

要充分利用地形、节约用地，使该建筑群的组成内容和各项设施，成为统一的有机体，并与周围的环境及其建筑群体相协调。

食品工厂总平面设计的内容包括：

平面布置和竖向布置两大部分。

平面布置就是合理地进行用地范围内的建筑物、构筑物及其他工程设施水平方向相互间的位置关系。

平面布置中的工程设施包括：

（1）运输设计——合理组织用地范围内的交通运输线路的布置，即：

使人流和货流分开，避免往返交叉，布置合理；

（2）管线综合设计——工程管线网（即厂内外的给排水管道、电线、电话线及蒸汽管道等）的设计必须布置得合理整齐；

（3）绿化布置和环保设计一一绿化布置对食品厂来说，可以美化厂区、净化空气、调节气温、阻挡风沙、降低噪音、保护环境等作用，从而改善工人的劳动卫生条件。

但绿化面积过大就会增加建厂投资，所以绿化面积应该适当。

另外，食品工厂的四周，特别是在靠马路的一侧，应有一定距离的树木组成防护林带，起阻挡风沙、净化空气、降低噪音的作用。

种植的绿化树木花草，要经过严格选择，厂内不栽产生花絮、散发种子和特殊异味的树木花草，以免影响产品质量。

一般来说选用常绿树较为适宜。

另外，环境保护是关系到国计民生的大事。

工业“三废”和噪音，会使环境受到污染，直接危害到人民的身体健康，所以，在食品工厂总平面设计时，在布局上要充分考虑环境保护的问题。

竖向布置就是与平面设计相垂直方向的设计，也就是厂区各部分地形标高的设计。

其任务是把地形组成一定形态，既平坦又便于排水。

竖向设计虽然是总平面设计的组成部分，但在地形比较平坦的情况下，一般都不作竖向设计。

假如要作竖向设计，那么就要结合具体地形合理地进行综合考虑，在不影响各车间之问联系的原则下，应尽量保持自然地形，使土方工程量达到最少限度，从而节省投资。

由上可知，所谓总平面设计，就是一切从生产工艺出发，研究建筑物、构筑物、道路、堆场、各种管线和绿化等方面的相互关系，在一张或几张图纸上表示出来。

这样的设计就是工厂总平面设计。

工厂总平面设计是一项综合性很强的工作，需要工艺设计、交通运输设计、公共工程（即水电汽等）设计等的密切配合，才能正确完成这一设计任务。

2.2.2　总平面设计

工厂东侧为海南省道，地势平坦，地理位置优越，交通运输便利，具有良好的建厂条件。

厂区东西长130m，南北宽95m，总占地面16800平方米。

为了充分合理的利用土地，本着物流顺畅，便于管理，形式美观的设计思路，将生产车间布置在厂区的中部，其它辅助设施、材料仓库、变电房及水泵房围绕生产车间设置，材料仓库设置在生产车间的西侧，靠近生产区主干道，方便原材料的运输。

配电房设置在厂区的东北侧，靠近生产用房，节约能量消耗，在生产区的东北侧紧邻变电房设置一座锅炉房，远离综合楼，符合企业卫生要求，生活区和厂前区及生产区独立分开。

整个生产区的生产车间及库房布置分区明确，生产工艺流程合理，厂区主要道路与每个车间之间道路相连形成环路，符合消防要求。

（1）厂区分为四部分：

原辅料区、生产区、辅助区、生活区。

原辅料区和生产区按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料的往返运输。

（2）办公楼（办公室、化验室、会议室）在人流出口附近，距离车间较近，方便管理，又与物流避免交叉。

（3）绿化情况:

在厂房四周，各种建筑空地与预留地种植草坪。

（4）厂区道路:

厂区主干道为6000mm宽，非主要道路为4000mm宽，交叉路口半径20000mm。

（5）厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水龙头和灭火器

道路及绿化系统

作为现代化工厂，应使厂内、外交通运输相适应。

厂区内道路系统的布置应有足够的宽度使运输车辆能够方便快捷地到达每个车间，并形成环形路网。

本项目道路分主干道、次干道二种，连接厂区主要出入口的道路主干道宽10m生产车间之间次干道宽4~6m。

道路、广场及硬化地面面积约3433平方米。

根据项目规模和总平面布置方案，为了创造良好的生产和生活环境，厂房之间、厂房与道路应保持一定距离绿化带，厂区内各车间的裸露地面应进行绿化，因地制宜地选用植物材料，尽快发挥绿化效益。

在不影响交通和地上、地下管线的运行和维修条件下，在正对主入口西侧以集中的绿地为主，其树种选择宜为观赏性强的小乔木白玉兰及叶片纤秀艳红的红枫等。

生产用房及辅助四周绿化组成部分是以行道树和沿路绿地为主，形成带状绿化包装材料车间与动力设施之间绿化带多以树木为主，绿地为辅。

绿化面积5880平方米，绿化系数为35%。

2.4　全厂用地面积、建筑系数、场地利用系数

2.4.1　全厂用地面积

全厂长250m，宽176m，占地约92.6亩。

全厂面积：

41647㎡

建筑总面积：

6318㎡

操作场地面积约为:

800㎡

道路、绿化面积估算为：

3000㎡

地上、地下工程管线面积：

300㎡

表2-1建筑面积表

建筑物

面积/㎡

建筑物

面积/㎡

建筑物

面积/㎡

全厂

41647

原料库

800

食堂

500

生产车间

3456

成品库

600

污水处理站

100

招待所

150

办公楼

320

员工宿舍

200

变电站

100

停车场

100

锅炉房

200

包装材料仓库

400

水塔

机修车间

150

2.4.2　建筑系数

建筑系数计算公式：

J=[（Z+I）/G]×100%

式中：

J-建筑系数（㎡）

Z-建筑物构筑物面积（㎡）

I-操作场地（㎡）

G-厂区总占地面积（㎡）[4]

则，建筑系数：

J=[（Z+I）/G]×100%=[（4420+800）/16800]×100%=31.1%

2.4.3　厂区场地利用系数

厂区场地利用系数计算公式：

Y=[（Z+I+T+D）/G]×100%

式中：

Y-厂区场地利用系数（㎡）

T-道路、绿化等占地面积（㎡）

D-地上、地下工程管线占地面积（㎡）[4]

则，厂区场地利用系数为：

Y=[（Z+I+T+D）/G×100%=[（4420+800+3000+300）/16800]×100%=50.7%

根据食品工厂的经验数据:

建筑系数为25%-40%，土地利用系数为45%-65%[4]。

因此，本设计符合食品工厂设计要求，还留有一定发展空间。

2.5　具体平面设计

根据苹果生产的工艺要求，结合实际生产情况，需要以下建筑或构建物。

2.5.1　原辅料仓库

总面积1200㎡，包括原料库和包装材料库。

其中原料库用于储藏苹果和其他辅料，为了避免交叉污染，均用墙隔开。

2.5.2　生产车间

生产车间是苹果的加工车间。

占地1100㎡，包括预处理车间、水处理车间、包装车间等辅助车间。

2.5.3成品仓库

紧邻生产车间，靠近工厂大门，便于运输。

占地面积600㎡，长30m，宽20m。

2.5.4　办公楼

占地面积3200㎡。

其中办公室占地2000㎡，建成三层楼。

化验室和研发室在办公楼内，面积均为600㎡。

2.5.5　变电站、机修车间

靠近主动力中心，配电室占地面积100㎡，机修车间占地面积150㎡。

与主要生产车间保持适当的距离，使其既不互相影响，又联系方便。

本厂机修车间由机械加工、维修等部分组成，作为附属部分，还包括木工车间和五金仓库。

2.5.6　锅炉房

本设计从工厂卫生的角度考虑，将锅炉房建在对生产车间影响较小的位置，因此需满足以下要求：

（1）在工厂全年主导风向的下风处。

（2）靠近用汽负荷中心。

（3）有足够的原料堆场。

（4）因此锅炉房建在车间的西北角，占地200m2。

采取钢筋混凝土结构，门向外开。

其与相邻的建筑物间距符合防火和卫生标准，满足通风、采光、防潮等方面的要求。

2.5.7　化验室

包括感官评定、理化检测、微生物检测等。

此化验室设计于办公楼内，方便生产过程的理化指标控制、感官评定以及微生物的检测，对产品质量从车间成品入库进行全程检测、控制。

3　工艺计算及设计

3.1　产品方案

3-1产品方案表

产品名称

年产量/t

班产量/t

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

浓缩苹果汁

50000

100

1389

3.2　工艺流程

3.2.1　工艺流程图

图3-2工艺流程图

3.2.2　工艺认证

3.2.2.1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污染浪费。

尽量缩短中途停留时间，提高运输效率，以免苹果变质。

3.2.2.2初步拣选

运到仓库的原料果直接由传送机转入车间生产进入车间后由人工在一段传送带上进行初步拣选，挑出枝叶等杂物，选用不锈钢水平滚筒传送,使苹果在输送过程中翻转此过程中淋水预洗,每条螺辊传送带长度20.0米,宽0.8米。

每小时可运送33.0吨苹果，滚筒传送机的前7米做拣选，选出无法使用腐烂变质的苹果和枝叶等杂质,中间5米水淋预洗，后8米安排人工进行选果,将腐有破损的苹果分类,能修整后再利用的经处理后转入果蔬清洗机。

3.2.2.3清洗

将原料果传送至果蔬清洗机,清洗机选用嘉信果蔬清洗机,采用高压气泡水浴清洗，经过旋翻至输送网带，在网带上进行高压水流清洗最后传送到挑选平台，进行最后的分拣。

3.2.2.4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。

破碎机选用PS-5型水果破碎机，每小时35吨的生产能力。

3.2.2.5压榨

选用LYZ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，生产能力为36t/h。

每小时需进行杀菌的物料603.8t/（2×10）h=31t。

3.2.2.6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±2℃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49-52℃，,由管道送至酶解澄清罐，以方便下一步进行酶解。

采用LG-10型高温瞬时巴氏杀菌机，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。

3.2.2.7酶解

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0-5℃；酶反应温度49-52℃；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。

3.2.2.8超滤

中空纤维超滤设备具有热回收高，节能降耗，结构紧凑，操作简单，维护方便等特点每小时需处理物料50000t/（250×2×10）t=10t/h,采用中空纤维超滤机，其过程无相转化、不需加热、常温操作；

3.2.2.9浓缩

每小时需蒸发水量278.49/（6×3）=15.472t，故可选用AJZ-20多效降膜蒸发器两台；每小时可蒸发水量20t/h,需要水蒸气6t/h

3.2.2.10第二次巴氏杀菌

每小时需进行杀菌的物料55.71/（6×3）t=3.10t,采用LG-10型板式巴氏杀菌机；每小时需进行罐装的物料5000/（250×2×10）t=1t,采用DWG-7A型双头无菌灌装机

3.3　物料衡算

3.3.1　产量计算

表3-3产量计算表

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

产量

4166

月份

7月

8月

9月

10月

11月

12月

产量

4166

本次设计为年产50000吨，果汁生产供货稳定，依据经验，每年实际按250天计算。

全天24小时全部生产，考虑期间设备维护，班间工人就餐以及其他影响因素，每日按照18小时生产计算，每日2班，每班10小时。

通过酶解、超滤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，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，糖酸比为13:

1来计。

因此苹果浓缩汁班产5000/（250×2×10）=10吨。

3.3.1.1物料衡算

702t鲜果拣选698.49t清洗697.1t破碎695.7t

-0.5％-0.2％-0.2％

压榨（去渣）603.8t第一次巴氏杀菌601.5t超滤浓缩100.25t

-13.2％-0.4％浓缩至1/6

地二次巴氏杀菌100.05t成品灌装100.0t

-0.2％

图3-4物料衡算示意图

3.3.1.2生产的损耗

计算如下:

表3-5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

第一次巴氏杀菌、酶解0.4

超滤、浓缩83.33（浓缩至1/6）

第二次巴氏杀菌、冷却、灌装0.2

出汁率为:

（1—0.5%）×（1—0.2%）×（1—0.2%）×（1—13.2%）×（1—0.4%）×（1—83.33%）×（1—0.2%）=14.25%

所以每班需将10/14.25%=70.2t新鲜苹果进行生产。

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。

3.4　设备选型

设备选型应符合工艺要求，它的依据是物料衡算。

设备选型的好坏是保证产品质量的关键，体现生产水平的标准，它为动力配电、水、汽用量计算提供依据。

选型中后道工序设备的生产能力略大于前道，以防物料积压。

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。

因此本设计在设备的工艺设计和选型是考虑了以下原则:

（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。

（

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