液态奶课程设计.docx
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液态奶课程设计
题目：
设计计划任务书
——哈尔滨日生产150吨的液态奶的工厂设计说明
2013年12月25日
第一章项目建议书..............................................................1一项目名称...................................................................1二建设项目提出的必要性和依据...............................1三产品方案...................................................................1四市场预测...................................................................1五资源情况及厂址条件分析.........................................1
第二章可行性研究报告.......................................................2一项目背景与发展.......................................................2二市场需求情况...........................................................2
第三章建厂条件和厂址选择.............................................3一厂址选择...................................................................3二总平面布置...............................................................3三环境保护及综合利用...............................................4
第四章生产工艺流程设计...................................................5一工艺流程图...............................................................5二工艺要点...................................................................5
第五章工艺计算...................................................................6一物料衡算...................................................................6二热力衡算...................................................................8三主要设备选择计算...................................................10
第六章资本概算..................................................................22一基建概算..................................................................22二产品成本概算..........................................................22
项目设计参考文献..............................................................23
第一章项目建议书
一项目名称：
日产150吨液态奶的工厂设计
建厂地址：
安达市
投资估算：
预计投资约1500万余元
拟建规模：
液态奶厂日产量为150吨。
厂建设采取统一的规划布局，规范化建设，科学化管理，规模化生产，一体化经营，完全采用现代化企业管理模式将逐渐形成规模。
二建设项目提出的必要性和依据：
中国乳品工业的发展所处的这一时间段是跨世纪的。
在20世纪末与21世纪初的世纪之交，在全球发生了急剧地变化。
无论在科技、经济、社会和政治等各个领域，都产生了巨大嬗变。
当今世界，科学技术飞速发展并向现实生产力迅速转化。
科学技术只要与生产资料相结合，就会大幅度地提高效能，中国乳品工业也不例外，它吸收运用了现代高新科学技术武装自己。
生物技术、电子技术、生命科学、环境保护与可持续发展，都在为乳品工业的进步而服务[1]。
三产品方案：
根据目前市场的需求情况和对近期市场的预测，产品主要为原味酸奶。
日处理150吨鲜奶配置成酸奶。
对于乳品生产工厂，一般采用2班工作制，每天工作时间10小时，除去清洗时间1.5小时，实际工作时间按14.5小时计，每小时处理鲜奶10.34吨。
四市场预测：
在近两年，全球酸奶的增长率为23％左右，而鲜奶的增长还不到10％，在中国更加明显，经过几年的飞速发展，在近两年的增长有了明显的下滑，由以前的30％以上下滑到26％左右，但是酸奶每年还在以30％以上的增长在高速发展，部分品项的酸奶达到40％以上。
五资源情况及厂址条件分析：
本工厂选址于安达市东部，环境优美，交通便捷；厂区总体设计合理，整厂设计紧凑，同时最大限度降低管道、物料输送距离，节约能源。
综合考虑了生产工艺和经济技术等因素，对不同工段的生产设备进行选型；设计冷库、原辅材料库、化验室和研发室等辅助设施，对果肉型酸乳制品生产进行全程监控，确保该产品的安全性和质量稳定性。
采用“公司+基地+农户”的经营管理模式对工厂生产进行组织和管理；合理劳动定员，实行两班制生产。
从企业可持续发展战略出发，注重保护环境，采用特殊法进行污水处理。
第二章可行性研究报告
一项目背景与发展情况：
近年来，随着人们物质生活水平的提高，饮食结构也在悄悄地发生变化。
乳品从过去的昂贵的营养品逐渐变成当今老百姓饭桌上的日常消费品。
而其中的酸奶，更是以惊人的速度在增长。
面对如此好的乳业发展形式和日益激烈的竞争趋势，我公司要想在市场上保持龙头位置，有效抵御外来品牌的入侵，就必须不断的细分市场，不断的开发中高档乳品新品[3]。
为此，经过严密的市场调查，2010年，公司将开发系列搅拌型酸奶。
该产品定位于中高档产品，目标消费人群为白领阶层（尤其是白领丽人）和少年儿童。
该产品工艺特殊，其良好的口感和健康营养于一体，更配上时尚方便灵巧的包装，完全满足白领一族和少年儿童对美味和美感的追求。
市场前景非常乐观。
该产品上市，不仅能巩固我公司的市场地位，也可以为本企业树立良好的市场形象。
二市场需求情况：
调查数据显示，酸奶的主要消费人群是儿童，青少年，老人。
这三类人群购买动机为：
1．酸奶可增强人体免疫功能；
2．降低血清胆固醇的水平。
有实验证明，甚至在不用任何药物的情况下。
每餐饮用约24O克酸奶，一周后可见胆固醇降低。
3.常饮用酸奶能促进肠道运动，缩短食物口一肛转运时间，软化酵解结肠内容物，增加粪便排泄量，预防便秘发生，有益干预防结肠癌。
因此，酸奶在国外被誉为长寿食品。
第三章建厂条件和厂址选择方案
3.1厂址的选择
安达市位于黑龙江省西南部、松嫩平原腹地。
地处全省经济发展最活跃的哈大齐经济带的中心，市距省城120公里，北距齐齐哈尔市160公里，毗邻油城大庆。
滨洲铁路、哈大高速公路穿越市区，明沈、哈满、安绥等10余条国家和省级公路网集城乡,交通便利。
安达市地处东经124度53分至125度55分，北纬46度01分至47度01分之间，属于北温带大陆性半干旱季风气候。
安达草原属世界三大优质草原之一，年产优质牧草4亿斤，植被构成以驰名中外的羊草为主，是亚洲东部特有的建群植物种，素有“世界明珠”之称，其粗蛋白含量比国内、国外同类型牧草高出2和3个百分点，用该草饲喂的奶牛生长快，产奶量高，乳脂率高，大量出口日本、南韩等国。
全市野生芦苇面积16.5万亩，年产芦苇2800万斤。
境内石油、天然气、地热资源比较丰富，石油储量5000多万吨，天然气储量262亿立方米，升平镇内有地热资源，地下水温度90℃。
3.2总平面设计方案
乳品厂必须建在交通方便，水源充足，无有害气体、烟雾、灰尘和其他危及食品卫生安全的地区。
厂房要求宽敞明亮，留有合理的操作空间，内部设施一定要完善。
设有生产过程的中间检测间、最终产品检测间、更衣间及外跨的参观走廊等。
厂房的高度主要由大罐高度和车间抽风机决定，考虑到工人的操作及排气要求，所以厂房的适宜高度应在4m以上[6]。
乳品厂生产车间的布置是工艺设计中最重要的部分，不仅与建成投产后的生产实践有很大的关系，而且影响到工厂整体。
车间布置一经施工就不易改变，所以在设计过程中必须全面考虑。
而全厂的占地面积还要包括锅炉房、配电间、原料房、成品房、办公区、生活区及绿化带等工艺设计必须与土建、给排水、供电、供气、通风采暖、制冷以及安全卫生等方面取得统一和协调。
该地区全年主导西北风，因此将公用设施锅炉房、变电所等布置在厂区南面，厂区设西、北两个出口，北端出口为主出入口，为原料及辅助材料，成品及人流出入口；西端出入口做为辅助出入口，为煤炭、煤渣等出入口。
两个出入口通过干道相连，同时又对内部交通运输不产生干扰。
厂区道路布置成环路，主干道宽8m，次干道宽4m，转弯半径为9m,满足消防要求。
考虑到乳品加工厂的生产特点，拟将本厂建成环境优美的花园式单位，利用一些不规则地形和沿厂区道路种植适合本地生长的常绿乔木，栽种草皮，布置两个大花园，与本期工程配套的办公及生活设施已由一期工程考虑或另行征地解决[7]。
3.3车间布置的基本原则
本项目中，只有主车间和灌装车间高度为5米，其余建筑高度均为4米，从车间正门进入是正门大厅，紧接着进入走廊，走廊南部有机修间、备件库、化验室、保温间、办公室和员工进入车间前的换衣、洗浴等生活设施；而紧靠走廊北部为生产车间主体，包括主车间、灌装间、CIP间等；收奶间、原辅料储存间等建在西北方向，而三个成品库建在东北方向，与制冷间毗邻，便于制冷；配电间、水处理间安置在东侧。
在本项目的平面布置中，力求使人流、物流分开，避免交叉，同时又是生产从原料到成品的加工距离最短，以提高效率。
从车间正门进去便是大厅，右边是通往车间的主道，厂区左边有另一通道进去主要是化验室和办公区，穿过大厅是换鞋室，换鞋室前是走廊、走廊右边是更衣室、衣物消毒间、沐浴间、洗手间这些都属于车间生活区，在收发室设有侧门，方便人员的进出，挨着收发室是员工的临时用餐区，因为本厂规模不大不设食堂，再往前主要是生活区与车间的一个缓冲间。
主车间主要是预处理间，配料间和灌装间，都得到了合理的布局。
TBA包装区的前面是灌装间，后面是冷库、仓库，垃圾房单独分离出来防止交叉污染，配料间设有原材料的缓冲间和CIP室。
厂区左边有另一通道进去主要是化验室和办公区，辅助设施有配电室、空压机房、水处理机、水箱间等设备间与生产车间有一隔离带，使它们不相互影响又相互联系方便。
第四章生产工艺流程设计
一工艺流程图白糖、稳定剂
↓
牛乳验收→牛乳预处理→原料乳标准化→配料
↓
冷却←灭菌←均质←过滤
↓←菌种、香精
发酵→后发酵→搅拌→冷却
↓
包装入库←罐装←无菌罐←杀菌←进料
↓
保温实验→出厂
二工艺要点
1原料乳的标准化
标准化的目的是保证牛奶中含有规定的最底限度的脂肪。
当原料乳中含脂率高时，可调整净乳机或分离机分离出一部分稀乳油，如果原料乳中含脂率低，则要加入稀奶油，工厂将脂肪控制在3.1%左右。
2.配料
在化糖锅内加入一定量检验合格的鲜奶,开启搅拌,加热为30℃左右,缓慢加入预先调制的稳定剂、然后加入砂糖,升温至70℃,维持5min,稳定剂完全溶解后打入配料缸与原料奶混合,再加入脱脂奶粉,搅拌均匀。
3过滤
采用双联过滤器，200目筛网过滤。
4预热
原料乳在均质之前进行预热的目的有：
（1）初步杀死大部分的细菌和致病菌，使杀菌更彻底，以保证食品的安全性，提高成品的贮藏性；
（2）抑制酶的活性，以免成品产生脂肪水解，酶促褐变等不良现象；
（3）控制乳的温度在55℃-65℃，使均质效果更好；
根据以上几点，确定牛乳的预热温度为60℃。
5均质
均质是指对脂肪球进行机械处理，使脂肪球呈均匀一致分散在乳中。
经均质后乳有以下优点：
（1）风味良好、口感佳；
（2）使产品不产生脂肪上浮现象；
（3）有利于人体对脂肪的消化吸收。
均质采用二级均质，即物料连续通过两个均质头，将粘在一起的小脂肪球打开。
较高的温度均质效果较好，但温度过高会引起乳脂肪、乳蛋白的变性，通过大量的试验表明，均质温度采取55-80℃，均质压力18-25MPa效果最好，若温度降低后再均质，不仅降低了均质效果，而且有时会使脂肪球形成乳油粒。
本设计中均质采用60℃，一级均质压力20MPa，二级均质压力7Mpa[5]。
6杀菌
乳中的细菌是引起乳败坏的主要原因，也是影响酸乳质量与保质的重要因素。
通过杀菌可消除或抑制细菌的繁殖及解脂酶和过氧化酶的活性。
对于生产酸乳的加工厂，为了便于加入，经均质后的原料乳用板式热交换器进行杀菌，温度控制在95℃杀菌300S。
7冷却
用冰水冷却至43℃接菌温度。
8接种发酵
用定量泵将工作发酵剂打入经杀菌并冷至43℃的乳液中，在发酵罐中恒温发酵至需要的酸度PH3.8-4.2。
9灌装
流程如下：
送纸→贴内封条→双氧水浸泡杀菌→吹干→无菌状态下灌装→横封→折角→成型→生产日期喷码
工艺参数：
（1）物料进料温度：
≤25℃；
（2）双氧水浓度：
30-50%。
每2个小时检测一次，最长运行120小时更换一次，浸泡下填料管的双氧水浓度30-50%，每班检测一次，每七天彻底更换一次；
（3）双氧水温度TBA22型：
≥78℃。
严格执行生产日期、批号、保质期等标识的打印要求。
灌装机升温后，超过45分钟不能开机灌装，必须重新升温。
灌装用的塑料杯提前进行灭菌,灌装必须计量准确，封口可靠，成形完好，打码清晰，灌装的同时要随时观察酸奶的组织状态和控制酸度，成品进入1~6℃冷库贮存【5】。
10后熟
灌装结束后,放入1℃～6℃冷库后熟24h。
11包装
贴管：
热熔胶操作温度150-180℃。
装箱：
（1）装箱规格：
3×8。
（2）装箱形式：
手工装箱，成箱；不允许有二次封箱痕迹。
12保温实验及检验出厂
根据企业内控规则执行，37℃保温7天，保温实验检测合格后，产品方可出厂。
12成品
检验合格后即为成品，可出厂销售。
第五章工艺计
一物料衡算
5.1原料乳及产品成分的要求
5.1.1原料乳成分
脂肪F0≥4.0%；
蛋白质P≥2.95%；
乳糖L≥4.2%；
非脂干物质S0≥8.0%；
总干物质Ts≥11.6%；
脂肪与非脂干物质比R＇=4.0/8.0=0.5
5.1.2成品乳的成分
脂肪F0≥2.5%；
蛋白质P0≥2.3%；
非脂干物质S0≥8.1%；
总干物质Ts≥11.2%；
脂肪与非脂干物质比R=3.1/8.1=0.38
5.2标准化计算
5.2.1从原料乳中直接标准化（在线标准化）配成标准化乳
（1）原乳成分：
牛乳的成分随着地区与季节等都有不同，现假定成分为：
脂肪含量
=4%，非脂乳固体
=8%，脂肪/非脂乳固体R＇=4/8=0.5
（2）成品标准：
原乳R’=0.5计算数值R=0.38，R’＞R，可见原乳中脂肪含量偏高，必须自原乳中提取稀乳油或向原乳中添加脂肪乳才能达到标准的成分。
（3）稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算
设定：
当预热温度为40℃时，脱脂乳含脂肪
=0.2%；稀奶油含脂肪
=40%
假定原乳脱脂后，稀乳油及脱脂乳中之非脂乳固体与无脂乳之比不变[8]。
稀乳油中非脂乳固体：
脱脂乳中非脂乳固体：
（4）每吨原料乳应提取含脂肪40%的稀奶油量（Qc）：
（5）每吨原料乳中应进行脱脂的原乳量（M）：
（6）标准化乳的成分（脂肪含量
，非脂乳固体
）：
5.2.2在原料乳中添加乳脂肪配成标准化乳
（1）原乳成分：
牛乳的成分随着地区与季节等都有不同，现假定成分为：
脂肪含量
=3.1%，非脂乳固体
=8.7%，脂肪/非脂乳固体R＇=43.1/8.7=0.365
（2）成品标准：
原乳R’=0.365计算数值R=0.38，R’＜R，可见原乳中脂肪含量偏低，必须向原乳中添加脂肪乳才能达到标准的成分。
（3）稀奶油中的非脂干物质的计算
设定：
当预热温度为40℃时，稀奶油含脂肪
=40%，则稀乳油中非脂乳固体：
（4）每吨原料乳应添加含脂肪40%的稀奶油量（Qc）
（5）标准化乳的成分（脂肪含量
，非脂乳固体
）
5.3车间物料平衡计算
以生产一吨酸乳成品为基准进行计算
（1）1000kg酸乳成品灌装前的质量。
检样、灌装（损失率按0.8%计算）
（2）生产1008.06kg酸乳中需要标准化乳的量为：
1008.06×90%≈907.25kg
（3）生产1008.06kg酸乳中需要糖的量为：
1008.06×8%≈80.65kg
（4）标准化乳经均质、杀菌（损耗按0.4%计算）
（5）标准化乳经输送、冷却、贮存（损失率按0.2%计算）
（6）所需原料乳的量为（标准化损失率按0.75%计算）
酸奶生产线有用的原辅料耗算如表5-1
表5-1酸奶生产线所用原辅材料耗算
名称
规格
单位
日耗量所占的含量
原料乳
无抗鲜乳
kg/T
150吨90%
白砂糖
优级
kg/T
120吨8%
发酵剂
食用型
kg/T
1500kg1%
塑杯
100g
杯/T
815000杯
吸管
HXST型直管
支/杯
847500支
纸盒
250g
盒/T
32600盒
稳定剂
食用型
kg/T
750kg1%
二热量衡算
乳品工厂热交换设备主要用于原料乳的冷却、加热和杀菌等操作。
在原料乳的加工生产过程中，主要有以下四种杀菌形式：
（1）低温长时杀菌法，即63℃,30min；
（2）中温瞬时加热法，即72~75℃，保温15s；（3）高温短时杀菌法，即85~95℃，保温5~10min；（4）超高温瞬时杀菌法，130~150℃，1~5s。
目前，酸奶系列产品生产上多采用高温短时杀菌法，效果较好，且应用十分广泛。
因此本设计也采用高温短时杀菌法（95℃，300S）。
5.1原料乳冷却阶段热量计算
将乳冷却是获得优质原料乳的必要前提。
刚挤下来的乳，温度约36℃，一般要冷却到4℃左右。
现将原料乳冷却阶段的热量变化计算如下：
Q=M×C×△t
=150000×3.95×32/24
=790000kJ/h
式中，M——处理鲜奶的质量（kg）
C——比热容KJ/（kg·℃）；
△t——温度差（℃）
5.2预热、均质、超高温灭菌阶段热量计算
相同处理能力的板式换热器（6250L/h）用于乳的热处理，但是设备装有单效蒸发器，可将乳浓缩到所需要的固体含量。
其温度变化如下：
（1）通过热交换使进入的冷乳从10℃预热到75℃，即利用蒸发器冷凝水的能量；
（2）接着用热水将75℃的乳继续加热到95℃，进入蒸发器（为了得到所需要的乳固体含量，使乳在蒸发器内部循环，乳在换热器的加热段流速为19000L/h）；
（3）浓缩乳于35℃离开蒸发器，进入均质机，然后通过热交换使其加热到81℃，即利用加热过的乳的能量；
（4）用热水将81℃的浓缩乳加热到95℃；
（5）通过热交换器使加热过的乳从95℃冷却到81℃，即将能量传到75℃的浓缩乳中；
（6）然后用冷水使乳从81℃冷却到20-30℃，灌装[9]。
该方式热回收百分率的计算复杂。
最简单的方法是用热交换所得到的热量除以总的热负荷，再乘以100，即得热回收百分率。
计算如下：
（1）10-75℃（热交换）：
得到的热量为65×6250×3.95×1.02＝1636781kJ/h
（2）75-95℃（热水）：
热负荷为20×6250×3.95×1.02＝503625kJ/h
（3）35-81℃（热交换）：
得到的热量为46×6250×3.95×1.02＝1158338kJ/h
（4）81-95℃（热水）：
热负荷为14×6250×3.95×1.02＝352537kJ/h
因此总的热负荷为：
1636781+503625+1158338+352537=3651281kJ/h
通过热交换得到的热量为：
1636781+1158338=2795119kJ/h
热回收百分率为：
2795119/3651281=76.55%。
三主要设备选型
5.1生产设备流程简介
见附图一
5.2设备选型说明
合理的选择生产设备可以充分发挥设备的生产效率，节省投资，提高产品质量，生产设备选择不当可能既浪费投资，又达不到预期的产品质量;设备的选择还会影响基建的投入和设施的布置。
5.2.1设备选择原则
生产设备选择的一般原则有：
（1）选择设备要满足生产工艺技术及工艺流程要求；
（2）选择设备要符合GMP规范的有关条例要求；
（3）选择在行业中处于国内领先水平的设备；
（4）动力设备考虑到节能、低耗、无污染[10]。
5.2.2生产设备选型
表5-2主要设备选型一览表
序号
设备编号
名称
规格及技术数据
功率kw
数量
1
2
E101
E102
奶泵
双联过滤器
10t/h,24m
10t/h80
3
5
1
3
E103
脱气罐
10t/h
1
4
E104
奶泵
10t/h，36m
4
1
5
E105
流量计
10t/h
1
6
E106
净乳机
10t/h
18.5
2
7
8
9
E107
E108
E201
板式换热器
奶仓
奶罐
10t/h
50000L
5000L
1
3
1
10
E202
奶罐
5000L
1
11
E203
高速搅拌缸
1500L
1
12
13
E204
E205
温度保持柜
板式换热器
2000L
10t/h
1
2
14
E206
均质机
10t/h
75
1
15
E207
离心泵
10t/h
3
8
16
E301
发
升级会员 