年产一万吨益生菌奶茶粉工厂设计开题报告.docx
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年产一万吨益生菌奶茶粉工厂设计开题报告
年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计
1.课题的研究目的及意义
本设计以牛乳为主要原料，以益生菌和茯砖茶汤为主要辅料和营养强化剂，通过喷雾干燥加工而成的益生菌奶茶粉为产品对象，进行工厂设计。
改革开放以来，奶类生产量以每年两位数的增长幅度迅速增加，远远高于1%的同期世界平均水平。
中国乳制品产量和总产值在最近的10年内增长了10倍以上，已逐渐吸引了世界的眼光，但同时，中国人均奶消费量与发达国家相比，甚至与世界平均水平相比，差距都还十分悬殊[1]。
令人鼓舞的是，近两年政府出台了一系列有利于乳业持续快速发展的政策，中国乳制品行业正面临增长方式的转变，以市场化、法制化、规范化的不破坏资源生态的生产方式，从源头抓起，从整个乳业产业链抓起，以现代的营销观念，迎接新一轮高品质发展周期的到来。
纵观以往喧嚣的中国乳制品行业，其焦点一直围绕在价格战、奶源战、资本战、圈地战、广告战、口水战等方面，但2007年竞争的话题显然已转移到以产品创新、工艺创新为代表的研发大战。
各个乳制品企业推出的新品无一不注重科技含量，也更加侧重功能性。
中国乳业已进入了新的竞争阶段。
针对国内消费观念逐渐成熟、从“有奶喝”转为“喝好奶”的需求日益强烈，竞争也上了一个新台阶，从低端的价格大战走向高端的技术、产品比拼；从原始的广告战、价格战变为对行业健康、长远发展具有促进作用的差异化竞争。
随着中国乳业的迅速发展，产品结构发生很大的变化，已成为技术装备先进、产品品种较为齐全、初具规模的现代化食品制造业，随着中国人民生活水平的逐渐提高，乳制品消费市场会不断扩大并趋于成熟，中国将成为世界上乳制品消费最大的潜在市场。
2.国内外研究现状及发展趋势
据统计，2000年奶油、脱脂粉、干酪素的耗奶量是9200万吨（脱脂粉450万吨），全脂乳粉耗奶2000万吨（产量300万吨），分别占总奶量的15%和2.4%[1]。
全脂乳粉主要用途是为鲜奶供应不足的地区和国家提供奶源，以中国、巴西、俄罗斯对全脂乳粉的需求量最大。
对全脂乳粉的需求量在过去五年中平均以3.2%的速度增长，并且预计在今后几年中以2%—3%增长。
除了用于食品工业，脱脂乳粉还用作动物饲料。
在欧洲，脱脂乳粉在动物饲料中的应用正越来越多的被更为便宜的乳清制品所取代。
有关资料数据显示，在国外，发酵型乳酸菌奶饮品已空前发达，日本、欧洲发酵乳酸菌奶饮料在乳制品市场比例已达到80％，北美约30％，乳酸菌产业在全球大大超过了其他乳制品的增长率。
我国消费每年递增25％，专家预测，未来3－5年将是中国乳酸菌行业快速发展的“黄金时期”。
目前，国内已有大小乳粉生产厂500余家，乳粉的种类以全脂乳粉、脱脂乳粉为主。
相对而言，其他配方粉的生产量和销售量相对较小。
随着人们生活水平不断提高，对营养和保健方面的要求也越来越高。
全球含乳酸菌、益生菌的乳制品产值已达近400亿美元，欧洲占有约50％的市场。
在中国市场上，除了专业生产此类产品的太子奶、益乐多等外，为了顺应消费趋势，并能从传统市场的大战中突围，乳品、饮料生产商纷纷将科技含量和附加值高的乳酸菌、益生菌产品纳入到自己的产品视线中。
达能BE80菌、蒙牛LABS菌、伊利LGG菌、味全B－longum、光明活力e＋菌等产品相继上市。
中国的乳业大战，瞄准乳酸菌这一新的产业，开辟了具较高科技含量的第二战场。
奶茶在现代人的生活中是不可缺少的营养饮品，其中，益生菌可以调整肠道菌群平衡，促进生长参与代谢，形成生物膜屏障，产生抑菌活性物质，促进免疫；茶的营养物质可以补充膳食营养，助消化、解油腻、顺肠胃，降脂、减肥、软化人体血管、预防心血管疾病，抗氧化、延缓衰老、延年益寿，抗癌、抗突变，降血压，改善糖类代谢，降血糖，防治糖尿病，杀菌、消炎，利尿解毒、降低烟酒毒害；而牛奶中富含钾，钾可使动脉血管在高压时保持稳定，减少中风风险，牛奶可助阻止人体吸收食物中有毒的金属铅和镉，牛奶中的酪氨酸能促进血清素大量增长[2]。
3.设计内容
（一）益生菌奶茶粉厂设计的现状及存在问题；
（二）乳粉厂设计的现状及存在问题；
（三）奶、益生菌和茯砖茶的特性及功能性；
（四）撰写益生菌奶茶粉厂设计说明书；
（五）益生菌奶茶粉厂的平面布局设计；
（六）益生菌奶茶粉厂的工艺流程设计及设备选型；
（七）益生菌奶茶粉厂的剖视图绘制。
4.设计方案
（一）设计依据
本次设计根据陕西科技大学生命学院教研室下达的题目技术要求结合我们实习单位以及本地的实际情况进行设计。
本次设计过程中的主要参考资料：
《乳粉》、《食品工艺学》、《食品工厂设计与环境保护》、《乳制品加工技术》以及多种有关资料作为理论基础，并充分利用了学校图书馆的现有资料进行设计。
（二）设计工艺流程
原料验收过滤净化冷却储乳标准化
预热杀菌浓缩喷雾干燥益生菌茶粉制作
干混筛粉包装
（三）主要技术
（1）原料乳验收和预处理：
原料乳的预处理主要包括净化、冷却、贮存三个步骤。
原料乳的净化：
为了除去乳中的机械杂质，减少微生物的数量，验收后的原料乳必须立即进行净化。
净化的方法有过滤净化和离心净化两种：
过滤净化中压力差要控制在0.07MPa以内，压力过大会出现杂质漏过滤网的跑滤现象，滤布和滤网需要经常清洗，以防滋生微生物；离心净化是指在离心机的作用下，乳中相对密度较大的微细机械杂质、脱落的体细胞等可被除去，乳中凝固的蛋白质、白血球、红血球以及一些细菌也可被除去的过程。
一般离心净乳机的离心力为6000~10000g，除菌率约为90%，故亦称为离心除菌机。
相较于过滤净化，离心净化设备清洗方便，处理效果好。
所以，本项目采用离心净化的方法对原料乳进行净化。
原料乳的冷却：
净化后的原料乳应立即冷却到5~10℃，以抑制细菌的增长，保持乳的新鲜度。
冷却宜采用板式换热器进行，冷却介质为冰水。
挤出后的鲜乳中含有一种能抑制微生物生长的抗菌物质，这种物质名为乳烃素，可抑制某些链球菌增殖。
但乳烃素抗菌作用时间长短与乳的贮存温度有关。
原料乳的贮存：
冷却后的原料乳贮存在贮乳罐中。
多使用容量为50000~100000L的大型乳仓贮乳，此种大型乳仓设在户外。
原料乳贮存量至少应与工厂1d的处理量相平衡，以保证连续生产。
在冷却条件下贮乳，只能抑制微生物的生命活动，而不能杀灭微生物。
而且，乳温的升高会导致细菌大量繁殖。
因此，贮存时间不宜超过72h。
（2）标准化：
我国牛乳标准要求乳中的脂肪含量不应低于3.2％，但由于奶牛的品种、泌乳期、季节、饲料以及喂养条件的不同，使原乳中的脂肪含量可能不符合国家标准，所以需要在加工前将它标准化。
标准化的方法：
①检测原料乳中的各项指标（特别是脂肪含量和水分含量）。
②由全脂乳粉国标规定，确定产品各项指标的具体数值。
③根据标准化原则：
若脂肪含量过高，将原料乳离心分离取出一定的脂肪，再将脱脂乳剩下的原料乳中；若脂肪含量过低：
将原料乳中加入一定量的稀奶油，使它达到标准化要求。
④由温度等条件确定脱脂乳与稀奶油的脂肪含量以及非脂干物质含量。
（一般要求在分离时把稀奶油含脂率控制在40％左右，这样有利于各种乳制品的标准化工作，稀奶油浓度过高会影响到乳的分离效果以及机器的寿命。
）
⑤最后根据公式求得原料乳所需要提出或是加入稀奶油的质量[1]。
（3）预热杀菌：
目的是杀死乳中微生物和破坏酶的活性。
一般采用高温短时间杀菌法，或超高温瞬时间杀菌法。
若使用片式或管式杀菌器，通常采用的杀菌条件为80～85℃、保持30秒钟，或95℃，保持24秒钟。
若用超高温瞬时杀菌装置，则为120～150℃，保持1～2秒钟。
（4）浓缩：
原料乳经杀菌后，应立即进行真空浓缩。
浓缩至原料乳体积的1/4左右，乳固体含量为40～50%。
浓缩后的乳温一般均为47～50℃，这时浓缩乳的浓度应为14～16°Βé，浓缩设备采用双效真空蒸发器。
（5）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。
随之沉降于干燥室底部，通过出粉机构不断地卸出，及时冷却。
最后进行筛粉和包装[5]。
（6）出粉、冷却：
喷雾干燥室内的乳粉要求迅速连续地卸出及时冷却，以免受热过久，降低制品质量。
乳品工业常用的出粉机械有螺旋输送器、鼓型阀、涡旋气封阀和电磁振荡出粉装置等。
先进的生产工艺，是将出粉、冷却、筛粉、输粉、贮粉和称量包装等工序联接成连续化的生产线。
出粉后应立即筛粉和晾粉。
使制品及时冷却。
喷雾干燥乳粉要求及时冷却至30℃以下。
目前一般采用流化床出粉冷却装置。
（7）称量与包装：
乳粉冷却后应立即用塑料袋进行包装。
根据市面上卖的奶茶粉情况，有袋装，杯装，盒装和桶装。
根据每个规格进行包装。
（四）厂址的选择
厂址选择是设计工作的基本内容之一。
厂址选择的好坏直接影响设计质量、建设进度、投资大小和投产后经营管理条件。
因此，厂址选择是一项包括政治、经济、技术的综合性的复杂工作，具有较高的原则性和广泛的技术性。
厂址要符合国家下达建厂计划任务书中所作的规定和要求；
厂址应符合当地城镇总体发展规划的要求，并尽量与附近工业企业相配合，以节约基建投资；
厂址的面积和外形要满足豆奶粉生产工艺的要求，并留有适当的扩建余地；
厂址地形宜平坦，地面倾斜坡度最好不超过3%,便于厂区运输线路布置，并尽可能减少土方工程量；
厂址应符合国家有关卫生、防火、人防等要求。
如:
厂区应在居民点下风侧;河流的上游;厂区附近不得有细菌，传染病病源或其他污染的来源;不应选择在低洼窝风的地形做厂区，应避开军事措施地区等等；
厂址应在当地最高洪水水位之上，如果低于洪水位则须有坚固堤防保护同时，要防止内涝水的浸淹[7]。
（五）生产工艺流程设计
生产工艺流程示意图,又称方框流程图，在物料衡算前进行。
主要是定性表述由原料转变为半成品的过程及应用的相关设备。
内容包括工序名称、完成该工序工艺操作手段（手工或机械设备名称）、物料流向、工艺条件等。
在方框图中，应以箭头表示物料流动方向，其中以粗实线表示物料由原料到成品的主要流动方向，细实线表示中间产物，辅助料,废料的流动方向。
（六）生产工艺流程图的绘制步骤
生产工艺流程示意图→物料平衡计算→设备设计及计算→设备选型→绘制工艺流程草图→车间设备设计→草图的修改和完善→正式绘制生产工艺流程图.
（1）图形主要用于表示各设备按工艺流程次序展开在同一平面上，并辅助表示管线、管件、阀门、仪表控制点等。
（2）标注设备型号、名称、管线编号、控制点代号、必要的尺寸数据等。
（3）图例代号及其他标注的说明。
（4）标题栏注明图名、图号。
用细线画出设备的轮廓，用虚线绘制有工艺特征的内部结构。
在图样上应标注设备位号及名称。
（七）物料衡算
物料计算方法（技术经济定额指标法）
1、每班耗用原料量（Kg/班）=单位产品耗用原料量（Kg/t）X班产量（t/班）
2、每班耗用各种辅助材料量（Kg/班）=单位产品耗用各种辅助材料量（Kg/t）X班产量（t/班）
3、每班耗用包装容器量（只/班）=单位产品耗用包装容器（只/t）X班产量（t/班）X（1+损耗率）
满足主要产品产量的要求；满足原料综合利用的要求；满足淡旺季平衡生产的要求；满足经济效益的要求。
产品产量与原料供应量应平衡；生产季节性与劳动力应平衡；生产班次要平衡；产品生产量与设备生产能力要平衡；水、电、汽负荷要平衡。
班产量（年产量）的确定：
对于淡旺季明显的产品，如饮料、月饼、巧克力可按下式计算：
Q=Q旺+Q中+Q淡
Q旺：
旺季产量
Q中：
中季产量
Q淡：
淡季产量
用计算法来估计用水用汽量：
1、耗水估计
（1）产品添加用水量
W1=G.Z（吨）
式中：
G——班产量，吨成品。
Z——每吨成品在加工过程中所需添加的水量，吨/吨成品。
（2）物料清洗或容器洗涤用水量
W2=〒/4d2.V.t.c（吨）
式中：
d——进水管直径，mm
V——进水管流速，m/s
t——清洗时间，h
c——水的容重，吨/m3
（3）冷却产品用水量
W3=G.C（t1-t2）/（t4-t3）.1000
式中：
G——需要冷却产品的重量，Kg
C——需要冷却产品的比热，Kcal/Kg.C
t1——冷却前产品的初温，℃
t2——冷却后产品的终温，℃
t3——冷却水的初温，℃
t4——冷却水的终温，℃
2、耗汽量估计
食品工厂中主要耗用饱和水蒸汽，消耗的热量等于加热产品和设备所消耗的热量、生产过程的热效应、损失到周围介质中的热量之和。
∑Q入＝∑Q出＋∑Q损
式中：
∑Q入——输入的热量总和，（kJ）；
∑Q出——输出的热量总和，（kJ）；
∑Q损——损失的热量总和，（kJ）。
（八）设备选型
物料衡算是设备选型的根据，而设备选型则要符合工艺的要求。
设备选型是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，又是工艺布置的基础，并且为动力配电，水、汽用量计算提供依据[8]。
设备选型应根据每一个品种单位时间（小时或分）产量的物料平衡情况和设备生产能力采确定所需设备的台数。
对生产中的关键设备，除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑有备用设备。
后道工序设备的生产能力要略大于前道工序，以防物料积压。
食品工厂设备选择的原则：
1、与生产能力相匹配的原则
产品产量是选定加工设备的基本依据，设备的加工能力、规格、型号和动力消耗必须与相应的产量相匹配，并且考虑到停电、机器保养、维修等因素，设备选型应具有一定的储备系数（一般为10％～20％）。
2、利于加工设备在生产线上相匹配
要充分考虑各工段、各流程设备的合理配套，保证各设备流量的相互平衡，即同一工艺流程中所选设备的加工能力大小应基本一致。
3、设备的先进性、经济性原则
4、工作可靠性原则
选择设备尽量选择系列化、标准化地成熟设备，并充分考虑到其性能的稳定性和维修的简便性。
5、利于产品改型及扩大生产规模的原则
注意选用通用性好，一机多用的设备[6]。
（九）生产车间工艺布置图
生成车间一般分为以下几个方面：
（1）生产部门包括洁净区和一般生产区。
（2）生产辅助部门：
A．物料净化室、原辅料外包装清洁室、包装材料清洁室、灭菌室。
B.称量室、配料室、设备容器具清洁室、清洁工具洗涤存放室、清洁工作服洗涤干燥室。
C.空调机、冷冻机、泵、真空泵、压缩机房、配电室、分析化验室、维修保养室。
（3）生活部门
A.人员净化用室包括雨具存放间、管理间、换鞋室、存外衣室等
B.生活用室包括办公室、厕所、沐浴室、休息室等。
厂房建筑平面图注有厂房边墙轮廓线、门窗位置、楼梯位置、柱网间距和编号以及各层相对标高；
设备外形尺俯视图和设备编号；
设备定位尺寸和尺寸线：
设备离墙纵横间距，定出设备中心位置一般定位标准是以建筑物中心作为定位基准线的，设备管口方位及大小；
操作平台示意图，主要尺寸和台面相对标高；
吊车及吊梁的平面位置；
地坑、地沟位置、尺寸及地坑、地沟相对标高；
吊装孔、预留孔的位置和尺寸；
辅助室、生活室的位置、尺寸及室内设备器具等示意图和尺寸[7]。
生产车间设备布置的原则：
１、要有总体设计的全局观点。
首先满足生产的要求，同时，还必须从本车间在总平面图上的位置，与其他车间或部门间的关系，以及发展前景等方面，满足总体设计的要求。
２、设备布置要尽量按工艺流水线安排
设备布置要尽量按工艺流水线安排，但有些特殊设备可按相同类型作适当集中，务必使生产过程占地最少，生产周期最短、操作最方便。
３、应考虑到进行多品种生产的可能
在进行生产车间设备布置时，应考虑到进行多品种生产的可能，以便灵活调动设备，并留有适当的余地，以便更换设备。
４、生产车间与其他车间的各工序要相互配合
为保证各物料运输通畅，避免重复往返，生产车间与其他车间的各工序要相互配合。
必须注意：
要尽可能利用生产车间的空间进行运输；合理安排生产车间各种废料排出；人员进出口要和物料进出口分开。
５、必须考虑生产卫生和劳动保护
如卫生消毒、防蝇防虫、车间排水、电器防潮及安全防火等措施。
６、应注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施。
７、可以设在室外的设备，尽可能设在室外，上面可加盖简易棚[9]。
（十）工厂总平面图设计
全厂分为生产区、办公区、生活区，建有生产车间、停车场、办公楼、研发楼、传达室、配电房、宿舍等，物流和人流分开。
各建筑区之间有绿化带分开，安排比较合理。
根据规定：
乳品厂的建筑系数不低于25%-35%，厂区利用系数不低于45%-65％，绿地率不低于20％。
厂区道路应采用便于清洗的混凝土、沥青及其他硬质材料铺设，防止积水及尘土飞扬。
具体绘制步骤：
1、准备工作
2、绘制平面图
3、绘制剖视图
4、绘制方向标
5、编制设备一览表
6、绘制、填写标题栏，绘制有关表格及注写说明。
5.设计目标及进度安排
周次
设计（论文）任务及要求
1-2
收集资料
3-4
资料分析并制定设计方案
5-6
撰写益生菌奶茶粉厂设计说明书
7-8
益生菌奶茶粉厂的平面布局设计及绘图
9-10
益生菌奶茶粉厂的工艺流程设计、设备选型及绘图
11-12
益生菌奶茶粉厂剖视图绘制
13-14
完成毕业设计
15
准备答辩
参考文献
[1]郭本恒.乳粉[M].北京:
化工轻工业出版社,2003.
[2]那娜,徐晓曦.酸奶中益生菌的特性及其作用研究[D].东北农业大学
[3]李建强.乳品加工技术[M].北京:
中国轻工业出版社,1994.
[4]张裕中.食品加工技术装备[M].北京:
中国轻工业出版社,1991.
[5]武建新.乳制品生产技术[M].北京:
中国轻工业出版社,2002.
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