年产量3400吨乳粉厂设计.docx
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年产量3400吨乳粉厂设计
食品工艺学
课程设计
设计题目
：
年产量3400吨乳粉厂设计
姓名
：
靳琪勋
学号
：
3
年级
：
09级
系部
：
食品科学与工程
专业
：
食品质量与安全
指导教师
：
何丽萍
完成时间
：
2012.6.4-2012.6.10
年产量3400吨乳粉厂设计
1.前言3
1.1设计目的3
1.2设计要求3
1.3设计依据4
1.4国内乳粉工业现状4
2.工艺流程的确定与分析4
2.1工艺流程图4
2.2生产工艺说明5
2.3产品方案确定8
3.工艺计算及设备选型8
3.1工艺计算8
3.2设备选型12
3.3主要设备选型列表17
4.小结17
1.前言
1.1设计目的
培养学生综合运用所学基础理论和专业知识的能力、分析和解决食品工厂工艺设计中一般工程技术问题的能力；提高学生的绘图能力和计算机应用能力；增强和拓展学生的专业技能；通过课程工艺设计，深化学生对设计思想、设计方法、设计规范的理解，培养学生良好的学习方法，为毕业设计打下坚实的基础。
1.2设计要求
1.按时有序地完成各项设计内容；
2.独立完成设计任务，不弄虚作假，不抄袭别人的成果；
3.严格遵守纪律，在指定的地点进行课程设计；
4.严格遵守CAD设计室的有关规章制度；
5.按规范撰写设计说明书。
1.3设计依据
本次设计过程中的主要参考资料：
《食品工艺学》、《乳制品加工技术》、《乳品工艺装备》以及多种有关资料作为理论基础，充分利用了学校图书馆的现有资料进行设计,并在指导老师的指导下，进行了一些工艺改进。
1.4国内乳粉工业现状
就我国目前已有的技术和设备，已使加工的乳粉在很大程度上保持了牛乳的风味、色泽和营养价值，并具有良好的速溶性。
现在，乳粉的生产除最大限度的保存牛乳的营养成分和速溶性外，更注重对牛乳营养成分的调整，使其更符合不同生理状况人群的营养需要，生产出母乳化婴儿乳粉、强化乳粉等新品种。
另外，牛乳的浓缩干燥单元操作是乳品工业中消耗热源最多的工程。
在能源日益匮乏的今天，研究浓缩、喷雾干燥过程中的节能技术也有着长远意义。
2.工艺流程的确定与分析
2.1工艺流程图
→→→
↓
←←
↓
→→
2.2生产工艺说明
2.2.1原料乳的验收标准
①生产无公害鲜牛乳的奶牛饲养管理方式应符合（NY／T5049）的要求。
②生产无公害乳制品的原料奶要求符合（NY5045—2001）标准的规定。
2.2.2原料乳的过滤：
原料乳的主要成分
含量范围（%）
平均值（%）
水分
85.5—87.5
87.5
总乳固体
10.5—14.5
13.0
脂肪
2.5—6.0
4.0
蛋白质
2.9—5.0
3.4
乳糖
3.6—5.5
4.8
无机盐
0.6-0.9
0.8
考虑到杂质来源、杂质颗粒大小以及所处地点的具体条件，我们把过滤主要分成以下三个阶段，把杂质由大到小逐步除去（过滤前牛乳含有l0～30ppm的杂质）：
①纱布过滤。
主要是除去牛乳中混有的粗杂质。
将消毒过的纱布折成2～4层让牛奶流过，一般是扎在奶桶口或受奶槽上，凡是将牛奶从一个地方送至另一地方，从一个容器到另一容器，需用纱布进行基本的过滤。
但要注意纱布的严格消毒。
②管内过滤器。
安装在物料管内，利用不锈钢丝网去除牛乳中较细杂质。
通常选用的是双联式过滤器，它一般用在原料乳称重完后流往换热器冷却的管路中，其体积小，价格低，效率高。
（过滤后可达到只有≤0．3ppm的杂质）。
③离心式净化机净化。
除去牛乳中及细微的杂质，如空气中的尘埃、细胞鳞片、以及牛乳中卵磷脂、上皮细胞、白血球等。
本设计采用双联过滤器进行过滤。
2.23原料乳的冷却
冷却的目的：
①提高原料乳的抗菌力，抑制细菌的繁殖。
②防止鲜乳的酸度迅速提高，保箨军季礴味i从而保证产品质量。
③延长牛乳贮存时间，以便于生产调度。
本设计中的冷却或加热设备均选用板式换热器，具体型号由后面章节计算出的换热面积确定。
2.2.4原料乳的杀菌
杀菌的目的：
杀灭存在牛乳中的全部病原微生物。
杀死存在牛乳中出病原微生物外的绝大部分微生物，合使产品中的微生物残存量达到最低值，达到国家卫生标准的要求，成为安全食品。
破坏牛乳中各种酶的活性，尤其要破坏脂酶和二氧化酶，以延长乳粉的保质期。
提高乳粉的热稳定性。
提高了浓缩过程中牛乳的进料温度，使牛乳的进料温度超过浓缩锅内相应牛乳的沸点，杀菌乳进入浓缩锅后即自行蒸发，从而提高了浓缩设备的生产力，或牛乳的进料温度等于浓缩锅内牛乳的沸点，也同样可以提高设备的生产能力，并可减少浓缩设备加热器表面结垢现象。
高温杀菌可提高乳粉的香味，同时又因分解含硫氨基酸，而产生活性硫氨基，提高了乳粉的抗氧化性，延长了乳粉的保质期。
牛乳的杀菌方法：
低温长时间杀菌法63℃保温30min
高温短时间杀菌法85-90℃保温3-5min
超高温瞬时杀菌法120-135℃保温1-4s
本设计的一大特点就是杀菌和蒸发的连续进行，这样就可以最大程度地利用蒸发器中的热量将标准乳预热到杀菌温度，而事实上后面的蒸发过程选用的真空蒸发沸点进料，所以要利用这些蒸汽加热就只能选用高温短时间杀菌法（85℃／24s）。
2.2.5原料乳的真空浓缩
牛乳真空浓缩的目的：
牛乳中含有87.5%-89%的水分，在全脂乳粉生产中，牛乳经过浓缩可除去70-80%的水分，因而可提高喷雾干燥设备的效率，在设备设计时可减少干燥室的容积，节省钢材，减少投资，并可相应地减少动力及热能的消耗。
可使牛乳中的干物质提高至一定值，使牛乳的颗粒直径增大色泽改善，冲调性也有所改善。
乳粉颗粒较大，利于粉尘回收设备分离，提高了回收设备的分离效率，使产品的产率提高，损失较小不。
提高了乳粉的密度，减少了包装过程中粉尘飞扬现象，沾粘现象，便于包装。
本设计采用多效将降式蒸发器。
2.2.6牛乳高压喷雾
喷雾干燥的特点
①干燥速度快，物料受热时间短，整个干燥过程仅需10～30s，牛乳营养成分损失小，乳粉溶解度高，冲调性好。
②乳粉颗粒表面温度较低，从而减少热敏性物质的损失，产品具有良好的理化性质。
③通过调节工艺参数可以控制成品指标。
如：
乳粉颗粒大小、状态和水分含量等。
④整个过程都是在密闭状态下进行的，卫生质量好，产品不易受外界污染。
⑤操作控制方便，适用于连续化、自动化、大型化生产。
⑥占地面积大，一般需要多层建筑，一次性投资大。
⑦热效较低，只有35％～50％左右，蒸发lkg水分需要2～3kg饱和蒸汽。
本设计选用的是压力式顺流喷雾干燥塔对蒸发后的浓缩乳进行干燥。
2.2.7包装
包装的目的：
①防止乳粉吸湿、结块、变质。
②便于销售、携带，利于运输、贮藏。
③避免紫外线照射。
④防止乳粉中香味散失。
⑤防止外界的一切污染。
⑥利用包装引起消费者注意，并注明重量、成分、用途及食用方法等。
本设计中奶粉的包装将选用500克／袋的真空充氮的袋装，包装材料将选用偏聚二氯乙烯。
袋装好后为了运输的方便性，将把袋装乳粉人工装箱（24袋／箱）。
2.3产品方案确定
乳粉年产量为3400t。
由于产品本身特点，全年生产没有明显淡旺季之分，则每年以250天计，其余为节假日和设备检修日，每天以3班制计，每班工作八小时。
则每班生产量：
q班=3400/（0.8*250*3）=5.67t
其中，K为设备不均匀系数，取0.8
3.工艺计算及设备选型
3.1工艺计算
3.1.1物料衡算
成品：
3400t乳粉
每班产品：
5.67t
按班产量进行物料衡算：
（1）在喷雾干燥过程中，设干燥前浓缩奶的含水量为W1=55%，干燥后乳粉中含水量W2=3%，则进入干燥塔前物料为：
G1=G2（100-3）/（100-55）
=5.67×97/45=12.22t
干燥塔内水分蒸发量为：
W=G2-G1=12.22-5.67=6.55t
（2）浓缩过程中，浓缩后的奶量为12.22t，浓缩过程中除去75%的水分，则浓缩前的乳液量为：
12.22/（1-0.75）=48.88t
浓缩过程中蒸发掉的水量为：
48.88-12.22=26.66t
（3）杀菌过程中无物料损失。
物料平衡图（每班）
原料乳验收、预处理48.88吨
冷却、贮乳48.88吨
浓缩乳12.22吨脱去水分26.66吨
喷雾干燥12.22吨蒸发水量6.55吨
每班乳粉5.67吨
3.1.2热量衡算
（1）杀菌过程热量衡算
牛乳的杀菌采用巴氏杀菌技术，通常采用的杀菌条件为80～85℃、保持30秒钟。
本设计采用牛乳原料温度T1=20℃，杀菌后温度T2=85℃.
每班需要处理牛乳原料:
86240Kg。
则杀菌过程牛乳需要的热量为：
Q=m×c×﹙T2﹣T1﹚
＝48800Kg×2.5×10³J/（Kg·℃）×（85℃－20℃）
=7.93×10^6KJ
设杀菌过程中热量损失为20%，则实际需要热量为
Q=7.93×10^6÷﹙1－20%﹚=9.91×10^6KJ
全年的热量消耗为:
Q=9.91×10^6KJ×250×2=7.43×10^9KJ/年
（2）浓缩过程热量衡算
杀菌后的乳液流经管道过程中直到进入真空浓缩器之前存在温度差，设进入真空浓缩器的温度为T3=50℃、真空浓缩器内温度为T4=75℃，则浓缩过程中需要的热量为:
Q=m×c×﹙T4﹣T3﹚
=48800㎏×2.5×10³J/（Kg·℃）×﹙75℃－50℃﹚
=3.05×10^6KJ
设浓缩过程中的热量损失为20%，则实际需要热量为
Q=3.05×10^6KJ÷﹙1－20%﹚=3.81×10^6KJ
全年的热量消耗为:
Q=3.81×10^6KJ×250×3=2.86×10^9KJ/年
（3）喷雾干燥过程热量衡算
喷雾干燥过程中的水分蒸发量6.55t
根据水分蒸发量可选用YPLI—2000型立式压力喷雾干燥设备，水分蒸发量2000kg/h,则处理原料所需时间：
6500÷2000=3.25h
蒸汽消耗量2400Kg/h,水蒸汽的比热为c=2.1×10³J/（Kg·℃）,则蒸汽的热量为
Q=c×2400Kg/h×3.25=2.1×10³J/（Kg·℃）×2400Kg/h×2.25
=1.14×10^7J
全年的热量消耗为
Q=1.14×10^7×3×250=8.51×10^9KJ
全年总的蒸汽消耗量：
Q总=7.43×10^9+2.86×10^9+8.51×10^9
=18.8×10^9
则生蒸汽的消耗量：
W=18.8×10^9/2.1×10^3=8.95×10^6kg/年
3.1.3其他计算
（1）用水量计算
鲜奶冷却水用量：
T1=20℃T2=15℃；t1=0℃t2=4℃，G=6.11T/h则冷却水用量为：
W=C×G（T1-T2）／100（t1-t2）
=9.4×6.11×（20-15）／（4-0）
=116.26.T/h
即换热器的用水量为116.26.T/h
（2）用电量计算
根据物料所选用的设备选型对生产工艺过程进行用电量计算
1贮奶罐
本生产过程选用两台用电功率为1.14Kw/h的立式贮奶罐贮存每日的原料乳，贮存罐工作的时间就是过滤器过滤的时间，已知过滤器的得过滤面积为0.75㎡则
则每日的用电量为1.14Kw×3×1h=3.42Kw·h
则每年的用电量为3.42×250=855Kw·h
2过滤器
本生产过程选用的过滤器的电机功率为12Kw/班，则
每日的用电量为12Kw×3=36Kw·h
每年的用电量为36×250==9000Kw·h
3浓缩器
本生产过程选用的是功率为27.2Kw的三效将模式蒸发器，生产过程每班需蒸发26.66t的水，则每日需要处理时间为﹙26660×3﹚÷3200÷2＝1.64h
每日的用电量为1.64h×27.2kw=44.51Kw·h
每年的用电量为44.51×250=11126.52Kw·h
4喷雾干燥设备
本生产过程选用的是处理量为2000Kg/h的干燥器，功率为72kw，每小时水分蒸发量为374kg，则
每日喷雾干燥塔工作的时间为﹙374×8×3﹚÷2000=4.49h
每日的用电量为72×4.49=323.28Kw·h
每年的用电量为323.28×250=86112Kw·h
5包装机
本生产过程选用的是包装效率为30～80（bags/h），包装量为125Kg/h，每袋400g，功率为2kw,
每日的用电量为2×8=7.2Kw·h
每年的用电量为2×250×3=1500Kw·h
则每年的总用电量为：
P=11126.52+9000+1500+855+86112
=108648.52Kw·h
3.2设备选型
3.2.1贮奶罐
名称
型号
规格效能
净重
价格（约）
立式贮奶罐
LCH-2
2t
0.7t
8000
LCH-5
5t
1.1t
15000
LCH-10
10t
2t
25000
一般情况下选罐的总容量为日处理量的50～100％。
本设计选用罐的总容量为日处理量的50％（即70吨），所以这里选用7个10吨的立式贮奶罐贮存原料乳。
3.2.2.奶泵
乳液输送过程中需要乳泵，本设计处理量较大，所以选用处理量较大的WB10/30型奶泵。
技术参数：
型号：
WB10/30
流量：
10m3/h
扬程：
30m
最小汽蚀余量：
2.7m
允许席上真空度：
72kpa
功率：
2.2kw
净出口管径：
50mm/40mm
3.2.3过滤器
根据物料衡算得，每班处理的原料量为48.88t，可以选用双联过滤器，其主要参数如下：
项目
技术指标
过滤面积（㎡）
0.75
过滤温度（℃）
≤100
使用压力MPa
0.2
外形尺寸mm（长×宽×高）
1300×500×1300
电机功率Kw
12
3.2.4板式换热器（冷却）
虽然有一部分原料乳从牧场收取，已进行了冷却处理，但考虑到运至工厂后的温度不均，并且还会受季节影响，所以为了保证设备具有足够的冷却能力，本设计暂定所有原料乳的温度均为平均室温20℃。
设定每班收奶冷却时间为4小时／班，则冷却处理量为：
M=48.88/4=12.22t/h
采用逆流换热△T=20-4=16℃
对数平均温度差△tm=7.76℃
换热面积A=M×C×△t奶/K×△tm
=12220×0.94×（20-4）/1800×7.76
=13.26m2
注：
K=1500～2000kj/m2．h．℃，取k=1800kcal／m2．h．℃。
所以选用BP2一J—15型板式换热器。
技术参数：
型号：
BP2一J—15
换热面积：
15m2
片数：
75
最高工作温度：
100
外形尺寸：
1007×384×1545
净重：
434kg
3.2.5巴氏杀菌
采用板式杀菌设备，牛乳进料温度为55℃，过热水进水温度为130℃，出料温度为90℃，杀菌温度为85℃，每班杀菌奶量为48.88t/班，即6.11吨/小时，查手册取板式换热器K为4000W/（m²·h·K），C乳=3.874kJ/（kg·K）,
采用逆流换热△T=90-55=35℃
平均温度差△tm=40
换热面积A=M×C×△t奶/K×△tm
=12220×0.94×35/1800×40
=5.17m2
所以选用BP2一J—6型板式换热器。
技术参数：
型号：
BP2一J—6
换热面积：
6m2
片数：
25
最高工作温度：
100
外形尺寸：
852×500×1545
净重：
338kg
3.2.6三效蒸发浓缩器
根据物料衡算得，每班真空浓缩量为48.88他t，浓缩蒸发量为26.66t。
选用RNJM03-3200三效降膜式蒸发器，其具体参数如下：
项目
技术指标
型号名称
RNJM03-3200
蒸发量KgH2O/h
3200
耗气量Kg/h
≤1100
循环耗水量T/h
≤19
蒸发温度一效℃
70
蒸发温度二效℃
57
蒸发温度三效℃
45
真空度一效Mpa
69
真空度二效Mpa
83
真空度三效Mpa
90
杀菌温度℃
84-96
杀菌保温时间s
24
电机总功率Kw
27.2
3.2.7喷雾干燥
干燥量为1528㎏/h，浓奶含水量为55%，奶粉含水量量为2%，喷雾压力为147×
N/㎡，干燥温度为150℃，蒸发水量为820㎏/h。
干燥塔直径的计算首先计算容积干燥强度
AV=0.03T1—1=0.03×150—1=3.5（㎏/m2·h）
干燥塔高度与干燥塔径的关系为：
H=（1.1～1.2）D
故塔高：
选择常州市范强干燥设备有限公司的产品：
名称型号水分蒸发量加热方式塔身直径喷雾干燥塔YPLI—20002000㎏/h气＋电加热补偿或燃油8000㎜
3.3.8高压泵
设备选型：
（选用W6型高压泵）
流量：
60L／min，压力60bar，转速：
600r．P．m，功率：
7．35kw，重量：
40吨。
注：
水份蒸发量与物料特性，含固量及热风进出口温度有关。
用度可根据当地能源选定加热方式，根据物料特性选择收尘，除尘方式。
该喷雾干燥设备带有流化床装置。
3.2.9包装机
每班的工作产量为5.67吨/班乳粉，按每袋400克计，则包装速率为1772袋/小时，即30袋/分钟。
采用聚乙烯塑料袋包装材料。
选择上海精朝机械有限公司的产品：
名称型号包装效率（bags/h）重量（㎏）机械尺寸（㎜）包装机YCIV-242030～80300900×680×1650
3.2.10CIP清洗设备
乳制品厂的设备需要CIP清洗设备系统进行清洗。
选择武汉吴特流体设备有限公司的产品：
名称型号酸罐（L）碱罐（L）CIP泵泵功率CIP清洗机CIP-11000100010T/H2.2kw
3.3主要设备选型列表
序号
设备名称
型号
规格尺寸
数量
1
奶槽车
SPB
10吨
5
2
双联式过滤器
RP6H2
1500*500*1100
1
3
奶泵
WB10/30
3
4
板式换热器
（1）
BP2-J-15
1007*384*1545
1
5
板式换热器
（2）
BP2-J-6
852*500*1545
2
6
立式贮奶罐
LH-10
ɚ3200*8842
5
7
三校降模式蒸发器
RNJM03-3200
2
8
喷雾干燥塔
YPLI—2000
1
9
充氮包装机
YCLV-2420
1290*670*1560
1
10
清洗设备
CIP-1
1
4.小结
经过一周的努力，终于圆满的完成了食品工艺学课程设计。
在这里我感谢系部给我们安排这次实训机会，感谢指导老师及各位同学的帮助，特别是何丽萍老师，在设计期间给予我们悉心的指导和关心，帮助我们解决了很多在设计中遇到的问题，谨此表示衷心的感谢。
通过这次设计，我学到了很多知识，同时也发现了很多的问题。
首先，这次设计实训让我系统的回顾了所学的知识，特别是刚学完的《食品工艺学》，将所学的知识用于生产实际，理论联系实际，得到了知识的升华。
同时也深入了解了各门课程之间的联系，完善了自己的知识系统。
例如物料衡算，热量衡算，设备选型等知识涉及《化工原理》,原料乳的入场验收及出厂检测涉及《食品分析》等等。
其次，这次设计实训锻炼了我的独立思考能力和动手能力，也丰富了我的学习方法，从查阅资料到自己设计，初步掌握了科学的研究方法，积累了一些食品方面的专业网站及文献资料来源。
同时也熟练了自己计算机的运用能力。
最后，这次设计实训也暴露除了很多的问题，如一些专业基础课掌握不够，知识不够系统化，对一些东西一知半解，实际中应用出现困难。
总之，通过这对次设计实训的深入剖析，认识到了自己的优势与不足，好的方面当然的继续的发扬，不足之处应在日后的学习中引以为戒。
以丰富的知识让自己踏上更高的台阶。
由于本人经验不足，水平有限，加之时间仓促，设计中难免有疏漏不妥之处，诚望老师和同学批评指正
靳琪勋
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