年产600吨的婴幼儿乳粉车间设计.docx

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年产600吨的婴幼儿乳粉车间设计

本科生（设计）

题目:

年产600吨的婴幼儿乳粉车间设计

姓名:

王晓琳

学院:

食品科技学院

专业:

食品质量与安全

班级:

食安141

学号:

指导教师:

吴菊清职称:

副教授

2018年5月1日

南京农业大学教务处

摘要4

关键词4

Abstract4

Keywords4

1设计背景材料与方法4

1．1婴幼儿乳粉简介4

1.2开发背景4

1.3应用前景4

2设计范围及依据结果与分析5

2．1设计目标及内容5

2．1．1设计内容5

2．1．2设计原则5

2．2设计依据5

2．2．1生产能力5

2．2．2法规依据5

3工艺流程设计商议5

3．1工艺流程5

3．1．1一段婴儿乳粉（0~6月）工艺流程5

3．1．2二段婴儿乳粉（6~12月）工艺流程6

3．1．3三段幼儿乳粉（1~3岁）工艺流程6

3．2工艺论证6

3．2．1原料乳验收6

3．2．2净乳6

3．2．3杀菌6

3．2．4真空浓缩6

3．2．5高压喷雾6

3．2．6出粉与冷却6

3．2．7筛粉与晾粉6

3．2．8包装6

3．3产品标准6

3．3．1感官指标7

3．3．2理化指标7

3．3．3微生物指标7

3．3．4乳粉的微生物指标7

3．3．5关键控制点及限值7

4物料衡算8

4．1班产量计算8

4．2物料衡算8

4．3设备选型9

4．3．1直冷式贮奶罐9

4．3．2乳泵9

4．3．3均质机9

4．3．4杀菌设备10

4．3．5浓缩设备10

4．3．6喷雾干燥设备11

4．3．7流化床11

4．3．8筛分机11

4．3．9包装机11

4．3．10CIP清洗设备12

5工段设计12

5.1各主要工段设计12

5．1．1原料奶的收取和处理12

5．1．2均质12

5．1．3杀菌12

5.2水电汽估算12

5．2．1水估算12

5．2．2电估算12

年产600吨的婴幼儿乳粉车间设计

食品质量与安全专业学生王晓琳

指导教师吴菊清

摘要：

阐述婴幼儿乳粉的基本原料及功能性，设计乳粉生产车间及三段乳粉的工艺流程，并完成设备选型和配备。

该设计为年产量600吨乳粉的生产车间设计，主要包括对工艺流程的设计与论证、物料衡算、车间布局及设备选型等。

关键词：

婴幼儿乳粉、不同年龄阶段、加工工艺、生产设计

Annualoutputof600tonsofinfantmilkpowderworkshopdesign

StudentmajoringinFoodQualityandSafetyWangXiaolin

TutorWuJuqing

Abstract：

Explainthebasicrawmaterialsandfunctionalityofinfantformula,designthemilkpowderproductionworkshopandthethree-stagemilkpowderproductionprocess,andcompletetheequipmentselectionandequipment.Thisdesignisdesignedforaproductionworkshopwithanannualoutputof600tonsofmilkpowder,whichmainlyincludesthedesignanddemonstrationofprocessflow,materialbalance,workshoplayoutdesignandequipmentselection.

Keywords:

Infantformula;Differentagestages;Processingtechniques;Productiondesign

乳粉中的乳清蛋白对婴幼儿生长发育有很大的益处，所以挑选乳粉时要关注乳清蛋白的含量[1]；该设计将消费人群定位0~3岁的婴幼儿，通过与平常乳粉进行比较，找出在配方、工艺等方面的不同点，再通过一系列改进，生产优质乳粉，为宝妈们带去更优选择。

设计目标是建立一个年产600吨的婴幼儿乳粉加工车间，设计初衷是想通过改进生产工艺，选择更符合本次设计的设备，完善厂区布局来建立一条适合于中小规模的婴幼儿乳粉加工生产线。

1设计背景材料与方法

1．1婴幼儿乳粉简介

经过科学家的长期研究发觉，婴幼儿在不同年龄段所需的营养物质不尽相同，因此，三段乳粉应运而生。

三段乳粉基本的原料是相同的，普遍都是牛奶、乳清粉、大豆、饴糖，在此基础上加入各个年龄段所需的营养物资，经加工后制成粉状食品。

年龄在12个月以内的孩子称为婴儿，幼儿是指1~3岁的孩子，因此，三段奶粉被划分为为：

一段（0~6个月）、二段（6~12个月）、三段（1~3岁）。

1．2开发背景

按照国家规定，0~6个月婴幼儿食用的乳粉其所含蛋白质含量一定为12~18g/100g，6个月到3岁的一定达到15~25g/100g，因此，富含乳清蛋白的乳粉更适合婴幼儿对蛋白质的消化汲取。

1.3应用前景

在中国，虽然乳品行业崛起较晚，迄今为止其进展速度却让人吃惊。

近几年来，奶类生产量增加迅速，乳制品行业逐渐在市场站稳脚跟，赢得消费者信赖，生鲜乳质量安全得到保障，居民对奶类消费信念值逐渐增加，我国乳业进展很有前景。

目前我国乳品企业数量逐渐增加，奶粉行业的市场空间巨大，但在目前的奶粉市场中，高档奶粉企业不多，因此婴幼儿奶粉的前景依旧辽阔[2]。

2设计范围及依据结果与分析

2．1设计目标及内容

2．1．1设计内容

通过对不同年龄段婴幼儿的生理状况、营养需求作比较，找出适合于不同阶段的营养配方然后进行加工生产，生产出既符合婴幼儿口味又能补给养分的乳粉，最大限度保留其营养元素，尽可能做到与母乳相接近。

本次设计为年产600吨乳粉的车间设计，主要是0~6月、6~12月、1~3岁不同年龄程度乳粉生产工艺流程。

2．1．2设计原则

该设计从实际出发，结合市场需求，掌握国内外乳粉研发大方向，再依据国内市场情形生产符合本国婴幼儿的乳粉。

其次，在选择设备时，应该向各大企业参考，经过对比选择既有用又节能的设备，不能盲目追求先进科技。

2．2设计依据

2．2．1生产能力

依据市场需要，本工厂设计为中小型婴幼儿乳粉加工厂，年产量为600吨。

2．2．2法规依据

GB19301-2010《食品安全国家标准生乳》

GB19644-2010《食品安全国家标准乳粉》

3工艺流程设计商议

3．1工艺流程

工艺流程图见附录三

三段乳粉和平常配方乳粉的生产工艺基本类似，唯一不同点只是在添加辅料工序。

3．1．1一段婴儿乳粉（0~6月）工艺流程

一段奶粉的主要作用是对新生儿的成长提供所需养分。

在这个阶段，重点是讲求营养成分和配比，并不盲目求多[3]。

3．1．2二段婴儿乳粉（6~12月）工艺流程

6个月以上的婴儿生长发育加快，应加大蛋白质和能量的供给量，但为了不导致肥胖现象出现，还应在此基础上控制脂肪含量。

3．1．3三段幼儿乳粉（1~3岁）工艺流程

三段奶粉应进一步调整营养素的比重，并添加矿物质及多种维生素,以确保新生儿猎取足够均衡的营养元素[4]。

3．2工艺论证

3．2．1原料乳验收[5]

（1）一定是由无疾病奶牛挤得的乳汁；

（2）产小奶牛后七天内的乳和泌乳期的老乳不可收购入厂；

（3）肉眼可见的机械杂质不同意被检出；

（4）牛乳应该呈现均匀液体状态，不能存在沉淀；

（5）牛乳的颜色应为白色或微带乳黄色，不得呈血色或明显的黄色；

（6）酸度不得超过20oT；

（7）脂肪含量大于3.2%，非脂干物质大于8.5%；

（8）不得掺水，掺杂；

（9）在15℃时，比重为1.028~1.034，平均为1.030。

3．2．2净乳

去除牛乳中的所有杂物，以及杂物上的所有微生物，除去上皮细胞等物质。

3．2．3杀菌

为了将牛乳中的全部病原微生物杀灭，达到国家标准值，就一定得进行杀菌。

3．2．4真空浓缩

牛奶含有87.5%~89%的水，生产乳粉一定将牛奶中的水分除去，所以要用到真空浓缩。

经过真空浓缩以后牛奶中的干物质含量被提高，相应的乳的粒径也会变大，通过这一工序还会改善颜色和冲调性。

当乳粉密度被提高，包装过程中粉尘飞扬现象会相应减少，这一步骤会便于包装工序的有效进行[6]。

3．2．5高压喷雾

选用高压喷雾干燥设备对乳液进行干燥加工，降低水分含量使其达到乳粉的含水量标准。

3．2．6出粉与冷却

为了后续工作的进行，一定对高压喷雾后的乳粉进行降温处理。

如若受热时间过长，流化床冷却不准时，将会严峻影响乳粉的质量，在收藏中也会简单发生脂肪氧化所导致的变质，乳粉的色泽、味道、溶解度等性状都会受影响。

3．2．7筛粉与晾粉

晾粉过程当中，既能使乳粉的热度下降，又能使乳粉密度可进步5%，有便于灌装。

生产当中一般会选用流化床来完成，它需要快速不间断地用10~20℃左右的的冷空气将粉温降下来。

3．2．8包装

为幸免贮藏、运输过程中的破袋现象，所以选用灌装，封罐印制生产日期及批号，装箱，封箱印制生产日期均在自动包装机内进行，产品规格为900克／罐。

成品检验由专门化验员进行，对马上包装的成品做一系列检验，比如感官检验，对各项微生物进行检验等。

3．3产品标准

根据GB19644-2010《食品安全国家标准乳粉》，本设计所生产的婴幼儿乳粉符合如下标准：

3．3．1感官指标

色泽：

乳黄色，而且一定得均匀呈现

味道、气味：

乳香味，一定是普遍新奇乳具有的纯正乳香味

组织状态：

干燥均匀的粉末

3．3．2理化指标

蛋白质/（%）≧非脂乳固体a的34%

脂肪b/（%）≧26.0

复原乳酸度/（oT）：

牛乳≦18；羊乳7~14

杂质度/（mg/kg）≦16

水分/（%）≦15.0

a非脂乳固体（%）＝100%－脂肪（%）－水分（%）

b仅适用于全脂乳粉

3．3．3微生物指标

图1.微生物指标

3．3．4乳粉的微生物指标[7]

图2.乳粉的卫生指标

3．3．5关键控制点及限值[8]

图3.关键控制点及限值

4物料衡算

4．1班产量计算

已知：

打算乳粉年产量为600吨，设每年以300天计算，每天生产2班

则班产量G2=年产量÷K÷每天班数÷天数=600÷0.7÷2÷300=1.43吨

K：

设备不均匀系数，取0.7

4．2物料衡算

根据上一步可得：

年产量600吨，每班产品1.43吨

按班产量做出以下计算：

（1）干燥过程中，设W1为含水量干燥前浓缩奶，W1=55%，W2为含水量干燥后乳粉，W2=2%，则：

进入干燥塔前的物料G1为：

在浓缩工序中，奶量浓缩后为3.11吨，除去75%的水分，那么，奶量浓缩前为：

所以，浓缩中蒸发的水分为：

12.44-3.11=9.33吨

标准化。

脂肪含量原料乳为3.3%，脂肪含量婴幼儿奶粉为25%，那么，脂肪含量标准化后的乳液为：

，因为2.9%＜3.3%，所以要在这一步当中添加适量的脱脂乳，已知，脂肪含量脱脂乳为1%，那么原料乳用量计算过程如下：

1.93.3%

2.9%

0.41%

综上可知，原料乳用量=12.44×1.9/2.3=10.28吨

脱脂乳用量=12.44×0.4/2.3=2.16吨

综上所述，求得每班生产需要原料乳10.28吨

由以上计算和描述可得出物料平衡图（每班）

4．3设备选型

按照以下说明选择设备[9]：

（1）满足技术要求，确保产品能够按时生产；

（2）功能强大，体积小，占地面积小；

（3）符合食品卫生要求，使用便捷，劳动强度低，对工人和食品不会造成损害或影响；

（4）结构紧凑，设备工艺优良，尽可能选用科技现代化的自动化设备，以适应时代和市场的需要；

（5）考虑生产波动，设备故障和大修备件以便于清洁和维护。

4．3．1直冷式贮奶罐

早晨、下午两次收奶，早晨收奶4小时，是全天收奶总量的十分之六，即12.34吨（10.28×2×60%=12.34）；下午收奶3小时，是全天收奶量的十分之四，即8.22吨（10.28×2×40%=8.22）。

因为第一次收奶量大于第二次，所以以第一次收奶数据选设备大小。

已知：

ρ原料乳=1.030kg/m3，计算直冷式贮奶管每小时收奶处理能力：

12.34/4/1.030×1000/3=998L/h，所以根据计算，生产线上装两个上述设备。

名称：

直冷式贮奶罐

型号：

XYZL-5A

容量：

5000L（1吨≈972L，10.28吨×972≈10000L，且由液体贮罐的装料系数（实际容积占贮罐容积的百分率）一般在0.8左右可知，一个罐中只能装4000L（5000×0.8=4000）原料奶，因此在生产线中应备2台XYZL-5A立式贮奶罐以供生产。

外形尺寸（mm）：

4200×2050×2200

保温性能（温度）：

≦1℃/6h

功率：

2.8kW

数量：

2台

4．3．2乳泵

乳液输送过程中需要乳泵，选择上海良益泵业制造有限公司的产品

名称：

离心乳泵

型号：

SPG40-160B

流量：

3.7m3/h

功率：

1.1kW

4．3．3均质机

经上一步操作后的乳液需要均质，均质能力为12.44×1000/8/1.030=1510L/h

选择廊坊盛通机械制造有限公司的产品：

名称：

均质机

型号：

JJ-2/30

流量：

2000L/h

外形尺寸（mm）：

1360×1010×1220

额定压力:

25Mpa

功率:

22kW

数量：

3台

4．3．4杀菌设备

板式杀菌设备符合本次生产，牛乳进入杀菌设备时的温度为55℃，过热水进料的温度是130℃，牛乳杀菌完成后出设备时的温度为90℃，仪器杀菌温度为85℃，经计算每班产奶量为12.44吨，即1.56吨/小时（12.44÷8≈1.56），取板式换热器K为4000W/（m²·h·K），C乳=3.874kJ/（kg·K），采纳逆流。

其中:

A：

换热器所需要的换热面积

V：

物料流量V/h

：

物料密度

：

物料的比热

：

物料的温度改变值

：

平均温度改变值

K:

热传导系数（W/m²·k）

天津太平洋机电及设备有限公司的产品符合此次生产：

名称：

板式杀菌设备

型号：

BR3

板型：

H

换热面积：

4㎡

外形尺寸（mm）：

700×164×439

接管直径（mm）:

DN25

蒸汽耗量：

130kg/h

功率：

4.5kW

数量：

3台

4．3．5浓缩设备

浓缩前乳量为1.56吨/小时（12.44÷8≈1.56），浓缩蒸发量为1.17吨/小时（9.33÷8≈1.17），即1170kg/小时。

根据物料处理量和水分蒸发量，采纳双效降膜式蒸发器，选用格翎（上海）环境科技有限公司的产品：

名称：

降膜式蒸发器

型号：

GLJM-01

水分蒸发量：

0.1~2吨/小时

蒸汽耗量：

0.65（kg/h）

蒸发温度：

45~90℃

功率：

29kW

4．3．6喷雾干燥设备

喷雾干燥塔的计算:

干燥量为388kg/h，含水量浓奶55%，含水量乳粉2%，喷雾压力为147×510N/㎡，T干燥为150℃，计算容积干燥强度：

=0.03150-1=3.5（kg/㎡h）

干燥塔高度：

H

塔径:

D

关系为：

H=（1.1~1.2）D

故，塔高=1.2×4.1=4.92m

常州范强干燥设备有限公司的产品符合此次生产：

名称：

高速离心喷雾干燥机

型号：

LPG-50

水分蒸发量（kg/h）：

50

加热方式：

蒸汽+电+燃油+煤气+热风炉

塔高：

可按实际情况而定

功率：

60kW

耗汽量：

50kg/h

数量：

3台

4．3．7流化床

当粉塔下粉后，在流化床口注重查看粉的活动环境，发觉异常实时调剂。

名称：

ZLG系列振动流化床干燥机

型号：

ZDS31-6

出粉温度：

40～70℃

外型尺寸（mm）:

3500×1350×1700

蒸汽耗量：

20～35kg/h

功率：

1.6kW

数量：

3台

4．3．8筛分机

冷却好的乳粉需进一步进行筛粉，增大粒径和密度。

名称：

筛分机

型号：

JC-1020

物料粒度：

0.074～10

振幅：

3～4.5

功率：

2.2kW

数量：

3台

4．3．9包装机

每班的工作产量为1.43吨/班乳粉，每罐按900克计算，198罐/小时，即3罐/分钟，采纳马口铁包装材料，选择汕头新湖罐头机械有限公司的产品：

名称：

自动喂罐充填包装机

型号：

BGL-2B3

包装效率：

25~55罐/分钟

整机重量：

700kg

整机尺寸（mm）：

功率：

2kW

数量：

3台

4．3．10CIP清洗设备

生产操作后的每个设备都需要清洗，为了节省人力和讲求效率，选择CIP设备进行清洗。

名称：

CIP清洗机

型号：

CIP-1

酸罐（L）:

1000

碱罐（L）：

1000

CIP泵：

10吨/小时

泵功率：

2.2kW

5工段设计

5.1各主要工段设计

5．1．1原料奶的收取和处理[10]

该设计中使用的原料是新奇牛奶。

每天上下午分2次从牛场收购新奇牛奶。

奶粉加工要用当天的新奇奶，因而不设原料库。

直接在车间东北方向装直冷式贮奶罐，并在罐旁设置地磅以便利罐车称重。

5．1．2均质

根据年产量、班产量等数据计算可知均质能力为12.44×1000/8/1.030=1510L/h，在根据上网搜集设备各性能参数，选择适合中小型企业的设备型号，将它的各个数据记录下来，以备后续计算。

最终，决定选用廊坊盛通机械制造有限公司的产品。

5．1．3杀菌

牛奶杀菌的目的是破坏病原微生物，所以原料加热温度得达到95℃，杀菌时长最少5min，根据均质选型一样的步骤，对市面上的板式换热器进行筛选，最终选择天津太平洋机电及设备有限公司的产品。

5.1.4喷雾干燥

根据在物料衡算和设备选型章节得出的数据，计算干燥量，回忆课堂中所学知识结合专业书籍资料，查得牛奶水分含量和乳粉水分含量，进一步计算喷雾干燥塔的塔高、塔径。

选得符合本次生产量的设备查得设备型号及有关性能参数，如外形尺寸、电功率、水分蒸发量等并记录，为生产车间的面积大小做准备。

5.2水电汽估算

5．2．1水估算

（1）生产车间用水：

12t/d

（2）锅炉理论用水：

10t/h

（3）CIP清洗系统理论用水:

5t/h

（4）其他理论用水：

2t/h

故，车间每小时用水的最大消耗=29t/h

5．2．2电估算

（1）收奶贮奶系统耗电量：

W1=Pt=2.8kW×8=22.4kW×2=44.8kW

（2）杀菌系统耗电量：

W2=4.5kW×8=36kW

（3）CIP耗电量：

W3=2.2kW×8=17.6kW

（4）均质机耗电量：

W4=22kW×8=176kW×3=528kW

（5）离心乳泵：

W5=1.1kW×8=8.8kW

（6）降膜蒸发器：

W6=29kW×8=232kW×3=696kW

（7）喷雾干燥：

W7=60kW×8=480kW×3=1440kW

（8）筛分机：

W8=2.2kW×8=17.6kW×3=52.8kW

（9）包装机：

W9=2kW×8=16kW×3=48kW×3=144kW

（10）流化床：

W10=1.6kW×8=12.8kW×3=38.4kW

车间最高耗电量为=3006.4kW

5．2．3用汽量估算

（1）浓缩、杀菌、喷雾干燥总耗汽量：

G1=0.65×3+130+50×3=281.95kg/h

（2）CIP耗汽量：

G2=80kg/h

（3）流化床耗汽量：

G3=30kg/h×3=90kg/h

车间最高耗气量=451.95kg/h

6总厂区设计

6.1厂址选择

6．1．1厂址选择的重要性[11]

要为乳粉厂选择一个合适的地点作为厂区，一定专注做好前期工作，最好选在离市区较远且比较宽敞平坦的区域，厂址的布局应该符合区域经济进展规划及其他规定。

另外，厂区的自然条件也应该符合要求，比如食品厂内不应种植除樟树以外的树木，以免夏季招虫害。

比如说该厂的原料是牛乳，那么找厂址时就应该将牛奶厂纳入考虑范围，就近考虑；其次，还要考虑能源便利性问题，不能只顾为了不污染环境远离市区而带来能源运输不便利的麻烦；最终，也要为所有劳动力着想，不能过于偏远，带去交通不便。

在选择厂址时，也要将生活福利设施、卫生医疗设施等纳入考虑范围，一方在有特别情况发生时能便利快速到达医院进行治疗。

厂址选择时，也要考虑水资源的便利性和水质情况，要考察水源上游有无可能污染水质的工厂。

6．1．2选择厂址

因乳粉的质料是牛奶，且奶牛的产奶拥有季节性。

为了幸免因牛奶产量波动而导致生产失败，需要合适的建园地。

选址确定在南京高淳郊区，节省了土地成本，便于运输，节省运输成本。

厂区地面较为平坦，地质条件利于生产各步的进行。

6.2总厂区分布

厂区长111.5m，宽为86m，总面积为9589㎡。

生产车间长72m，宽36m。

以上数据都是在设备外形尺寸和适当操作空间的基础上合理设计所得。

按要求及自己的设计，将厂区分为生产车间、生活区、辅助设施三大主要部分，再将生产车间按生产需求合理划分为原料处理间、杀菌间、包装间等等；把生活区分为宿舍楼、食堂、浴室、员工活动区，宿舍楼建成六层，男女各3层；辅助设施主要有水处理间、机修间、门卫等，在厂区还单独划分一部分作为产品展示区。

曾参观某食品企业，他们在大门右侧就建有产品展示区，对让参观者更深一步的了解企业性质有潜移默化的作用[12]。

因为本厂为食品企业，对食品安全、环境安全有极高的重视及防范意识，所以厂区内绿化较少，只在大门前设有绿化带以起美化作用，生产车间周围包括生活区将不再多布置绿化范围，以免夏季蚊虫对生产带来污染。

厂区道路全部用水泥路、柏油路及其他硬质材料铺设，幸免积水及尘土，宽为3米。

6．2．1厂区用地面积分析

厂区总面积：

9589㎡

总建筑面积：

6263.5㎡，建筑系数值：

65%

其中：

生产区2592㎡；厂区配套设施984㎡；生活区752㎡

绿化面积：

473㎡，绿化率：

4.9%

6．2．2厂区内各建筑布局说明

（1）奶粉生产车间布置在厂区中心，其他辅助设施包围其四围。

东北侧是地板秤和直冷式储奶罐，大门两侧分别是生活区和工厂设施，包括食堂，宿舍和浴室以及办公室。

（2）根据奶粉车间的生产需要，配电室，水塔，水泵，水处理室位于厂区北部。

6.3厂区平面图（见附录一）

6.4车间建筑布局及材料介绍

厂房为幸免生锈、漏水等因素，选用全钢材料，另外，全钢材料不易显旧，易清洗。

车间门的尺寸应适中，门的设计分为单门和双扇门。

车间入口处应设立挡鼠板、挡风帘、灭蚊灯。

地面和地板选材都应防潮、防腐蚀、防滑，最重要的是要保证在加热或潮湿条件下不会散发毒物。

车间设备与设备之间一定留有适当距离，间距的大小取决于各设备的外形尺寸。

全厂应建有完善且排水效果佳的排水系统，比如全厂周围设立排水沟，在下雨天可有效幸免积水。

为了易于清洁，各处顶角、拐角都应该设为弧形。

更衣室应