年产25万吨凝固型酸奶工厂设计汇总.docx

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年产25万吨凝固型酸奶工厂设计汇总

xxx大学化工学院

专业课程设计说明书

题目：

年产2.5万吨凝固型酸奶工厂设计

专业：

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

2016年12月

xxxx大学化工学院

专业课程设计任务书

设计题目：

年产2.5万吨凝固型酸奶工厂设计

学号：

姓名：

专业：

指导教师：

系主任：

一、主要内容及基本要求

主要内容：

1．拟在河北石家庄市新建一座年产2.5万吨凝固型酸奶工厂。

2．设计范围：

任选一个车间为主体设计，只做初步设计，不做施工图设计。

3．以生产工艺（流程）设计为主导，为其他配套专业（如全厂总平面、土建、采暖通风、水电、环保、行政管理、技术经济与概算等单项工程设计）提供设计依据和提出要求。

设计任务：

1.完成编写设计说明书一份（包括车间布置、生产方案、工艺流程、物料衡算、设备选型、环保与综合利用、技术经济与概算等内容），按规定格式和顺序装订成册；2.设计图纸（工艺流程图和主体设备装备图各一份，其中一张手绘，一张AutoCAD制图）

基本要求：

生产方案和平面布局合理，工艺流程设计和设备选择及生产技术经济指标具有先进性与合理性，工艺计算正确，绘图规范。

综合指标达到同类工厂先进水平或世界先进水平，“三废”环保符合国家有关规定。

二、进度安排

序号

各阶段完成的内容

完成时间

1

查找资料、制定设计方案、完成综述

第一周

2

车间总平面设计、工艺设计

第二周

3

物料衡算与设备选型

第三周

4

设计说明书撰写、打印、装订

第四周

三、应收集的资料及主要参考文献

1、有关原料乳供应、酸乳生产及销售状况的资料。

2、有关酸乳的加工流程的资料。

3、酸乳生产的工艺设计资料。

4、酸乳生产过程及设备资料。

[1]张国农.食品工厂设计与环境保护[M].北京：

.中国轻工业出版社,2016,37-99,.

[2]郭本恒.现代乳品加工技术丛书—酸奶[M].北京：

化学工业出版社，2003，8:

61-114

[3]王向东.发酵食品工艺学[M].北京：

中国计量出版社，2010

[4]杨贞耐.乳品加工新技术[M].北京：

中国农业出版社，2013

[5]夏清，贾绍义.化工原理（上册）[M].天津：

天津大学出版社，2014

[6]夏文水.食品工艺学[M].北京：

中国轻工业出版社，2014:

355-360

[7]刘玉德.食品加工设备选用手册[M].北京：

化学工业出版社，2006，7:

15-50

[8]殷涌光.食品机械与设备[M].北京：

化学工业出版社，2006，9:

90-98,112-113,178-184

[9]韦同.酸乳-未来国内乳制品的消费趋势之一[J].广西轻工业，2003,（3）：

8-9.DOI：

10.3969/j.issn.1003-2673.2003.03.002

[10]刘慧,冯一兵.酸奶生产的菌种保藏、活化及其扩培技术[J].食品工业,1996,01:

21-22.

[11]黄晓东.食品工业中化验室的基本功能及其开发[J].中国调味品，1996（7）：

2-3

第一章绪论

1.1酸奶概述

1.1.1酸奶的简介

牛乳被成为完全食品，是因为牛乳的组成最为接近人体的母乳，含有人体所需要的全部营养成分，营养最为均衡，在人们的膳食结构中具有其他食品无法替代的地位和作用。

由鲜牛乳发酵成的酸乳由于其丰富的营养、特殊的风味、爽滑的质构和良好的生理功能，备受人们青睐。

酸奶定义为乳与乳制品（杀菌乳或浓缩乳）在保加利亚杆菌（L.bulgaricus）和嗜热链球菌（S.thermophilus）的作用下乳酸发酵而得到的凝固型乳制品其中可任意添加全脂乳粉、脱脂乳粉、乳清粉等。

通常根据酸奶制作工艺的不同可分为凝固型酸奶和搅拌型酸奶。

脱脂牛乳或新鲜的牛乳在经过标准化后进行接种然后进行灌装，灌装结束后进行乳酸菌发酵，乳酸菌在乳中生长繁殖，发酵分解产生乳酸等有机酸，导致乳的pH值下降，使乳酪蛋白在其等电点附近发生凝集，把这种乳凝状的酸奶称为凝固型酸奶。

搅拌型酸奶，是指先在发酵罐中通过乳酸菌的作用，将经过标准化处理的牛乳发酵至乳凝，然后再用搅拌器破乳，是凝乳粒子保持在0.01～0.04mm大小在进行灌装的一种酸奶。

产品呈半流动状态的粥糊状，易使用吸管吸食。

饮用酸乳制品对身体有很多益处，乳中许多成分具有很高的营养价值，而且微生物菌群产生的许多代谢产物对人体也极为有益。

1.1.2发酵乳的营养价值及保健作用

饮用酸乳制品对身体有很多益处，乳中许多成分具有很高的营养价值，而且微生物菌群产生的许多代谢产物对人体也极为有益。

（1）营养作用

牛奶中乳糖经乳酸菌发酵，其中20%～30%被分解为葡萄糖和半乳糖。

前者进一步转化为乳酸或其他有机酸，这些有机酸有益于身体健康；后者被人吸收利用，可参与幼儿脑苷脂和神经物质的合成，并有利于提高乳脂肪的利用率。

牛奶中的蛋白质经发酵作用后，乳蛋白变成微细的凝乳粒，易于被人消化吸收。

酸奶中的磷、钙和铁易被吸收，有利于防止婴儿佝偻病和老人骨质疏松病。

牛奶中的脂肪经乳酸菌作用后，发生解离或酯键被破坏，易于被机体吸收。

发酵过程中，乳酸菌还会产生人体所必需的维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸和叶酸等营养物质。

（2）缓解乳糖不耐症

乳酸菌产生的乳糖酶能降解牛奶中的乳糖，因此乳糖不耐症患者饮用酸奶就不会出现饮用牛奶时发生的乳糖不耐症，如腹胀、腹痛、肠道痉挛、下泻等。

（3）整肠作用

人体肠道内存在有益菌群和有害菌群。

在人体正常情况下，前者占优势；当人患病时，有害菌群占优势。

饮用酸奶可以维持有益菌群的优势。

（4）抑菌作用

嗜热乳杆菌和双歧杆菌不受胃液和胆汁的影响，可以进入肠道，在肠道内存留较长时间。

这两种乳酸菌以及在这些乳酸菌影响下生长起来的肠道中的其他乳酸菌，可以产生嗜热乳菌素等抗菌物质，这些物质大都对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等有明显的抑菌作用。

（5）改善便秘作用

进入肠道中的活的乳酸菌能产生乳酸、醋酸等有机酸。

这些有机酸有刺激肠道，加强蠕动的作用，故可以改善便秘。

（6）降低胆固醇

牛乳中的乳清酸、乳糖和钙，以及酸奶中存在的羟基戊二酸都有降低胆固醇的作用。

（7）抗癌作用

酸奶有抑制3种酶的活性作用，这些酶能引起癌变。

另外，酸奶还能激活巨噬细胞，抑制肿瘤细胞，从而起到抗癌作用。

1.1.3国内外酸奶消费现状

（1）国内消费现状

随着现代社会经济高速发展，健康消费观念不断增强，酸奶越来越受到大家的喜爱。

据调查显示，酸奶的消费人群主要有三类：

青少年、中年妇女、老人。

国内酸奶和酸味奶在2000年的销售总量达到了3.07066亿升，较1999年同期增长了74%，这种超常发展速度在全球酸奶发展史上是非常罕见的，其中搅拌型酸奶和饮用型乳占市场支配地位。

所以，我们完全有理由说：

酸乳将是我国乳制品的发展趋势之一。

（2）国外消费现状

表1西方国家酸乳1995年的统计数据

国家名

年人均消费量（kg/人·年）

美国

5.3

荷兰

20.7

法国

17.3

德国

11.3

意大利

5.0

结合表1和美国国家研究院统计，美国大约有5000万人无法消化乳糖，因此酸奶是美国功能性食品的代表产品。

明治乳业统计，酸奶市场近几年一直在飞速增长，TNS的统计情况表明酸奶及其制品目前是亚太乳制品市场上的一股流行力量。

1.2凝固型酸奶生产工艺设计概述

1.2.1设计目的

通过此课程设计，我们初步掌握了酸奶工艺设计的程序和方法，并受到一次工程设计的严格训练，让我们具有一定的工程设计能力。

这对于即将从事科研、生产技术或管理工作的毕业生具有十分重要的意义。

1.2.2设计依据

本设计是根据指导老师下达的课程设计任务书，查阅有关的文献资料，并综合考虑生产，环境保护，资源利用，经济效益及社会效益等各方面因素，遵循技术上可靠，经济上合理，系统上优化的原则完成，设备选型符合先进性与合理性，生产方案和布局合理，图纸描述正确规范，产品产量，质量达到要求，综合指标达到同类工厂先进水平或世界先进水平，“三废”环保符合国家有关规定。

其设计的主要依据如下：

（1）可行性研究报告及设计计划任务书。

（2）如采用新原料品种，新技术和新设备时，必须在技术上有切实把握并且依据

了正式的实验研究报告和技术鉴定书，经设计院领导核准后方可作为设计依据。

（3）我国酸奶国家标准（GB2746-1999）的要求等国家乳制品生产的相关规定。

1.2.3设计理念

本设计是在确定工艺方法及流程和设备选型时，结合了实习工厂的实际情况，工艺上力求其合理性和先进性，设备上根据实际尽可能采用先进的生产设备。

通过先进的技术，自动化、机械化的生产控制，来减轻繁重的体力劳动和提高劳动力生产率，并采用已经成熟的生产工艺技术和设备，使工厂建成后能够顺利投产，迅速达到设计能力。

在经济上，因地制宜，采用适合的管理方法，降低能耗，减少污染，保护环境，选用合适的产品的，减少浪费。

设计工厂整体要做到投资少、成本低、见效快的效果。

考虑到了采用微生物发酵的工厂的独特要求，既要注意到周围环境的清洁卫生，又要注意到工厂内车间之间对卫生，无菌，防火等条件的相互影响。

1.2.4设计内容

本设计为年产2.5万吨凝固型酸奶的工艺设计，包括设计工艺方法及流程，物料衡算、能量衡算和设备选型，绘制主体设备图，工艺流程图，撰写设计说明书等内容。

1.3厂址选择

1.3.1厂址

本设计厂址选择在石家庄市。

1.3.2厂址选择原因

石家庄地处河北省中南部，环渤海湾经济区，距首都北京283公里。

位于北纬37°27′～38°47′,东经113°30′～115°20′之间，东与衡水接壤，南与邢台毗连，西与山西为邻，北与保定为界。

南北最长处约148.018公里，东西最宽处约175.383公里，周边界长760公里。

2008年，石家庄市总面积15,848平方公里，常住人口966万人，其中市区面积455.8平方千米，市区人口240万人。

石家庄市地处中纬度欧亚大陆东缘，属于暖温带大陆性季风气候。

太阳辐射的季节性变化显著，地面的高低气压活动频繁，四季分明，寒暑悬殊，雨量集中于夏秋季节。

干湿期明显，夏冬季长，春秋季短。

夏季经常达到34度。

　石家庄市总的气候特点为：

年平均气温偏高，春温夏热秋凉冬冷，雨量分布不均，大部分地区接近常年，西部部分山区雨量偏多，日照偏少，春季天气多风。

石家庄是一个极具发展潜力的城市。

自然资源丰富，交通通讯便利，基础设施配套，工商业发达，市场前景广阔，投资环境较为优越，是国内外客商投资兴业的理想之处。

在全球经济一体化迅猛发展的今天，石家庄依托自身优势，正在全力打造“中国药都”、“全国纺织基地”、“华北重要商埠”、“北方特色农业区”和区域性高新技术产业中心为主导的支柱产业，为早日实现“加快发展、富民强市”的宏伟目标而奋斗。

第二章工艺流程与控制

2.1原辅料的特性及标准

2.1.1原料乳特性及标准

牛乳为乳白色或微黄色，含有丰富的蛋白质、碳水化合物、矿物质等人体所需要的全部营养成分。

其营养价值之高是其它食物所不能比的。

原料乳应符合国家标准GB/T6914-1986中的规定。

如表2表所示：

表2原料乳的国家标准

项目指标

脂肪含量/%≥3.10

相对密度（20℃/4℃）≥1.028

酸度（以乳酸计）/%≤0.162

杂质度/（mg/kg）≤4

汞含量/（mg/kg）≤0.01

三聚氰胺含量/（mg/kg）≤2.5

2.1.2发酵剂特性

发酵剂所用菌种是嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的混合菌种。

直投式发酵剂采用超浓缩处理，含活菌109～1011个/g以上，活力极强，可直接使用，且染菌几率小，节省能耗。

发酵剂可使牛乳中的乳糖转化为乳酸，并赋予乳制品以良好的风味。

2.1.3香精特性及标准

香精可增加乳制品的风味、香味。

香精应符合国家标准GB10355-89中的规定。

如表3所示：

表3香精的国家标准

项目指标状态

粒度/μm≤2分布均匀，原液稳定性不分层

砷（As）含量/%≤0.0003

重金属（以pb计）≤0.001

细菌总数（个/mL）≤100.0

细菌总数（个/mL）≤100.0

大肠菌群（个/mL）≤30

2.1.4稳定剂特性及标准

这里使用羧甲基纤维素钠（CMC）作为稳定剂，它呈白色或微黄色纤维状粉末，可增加乳制品的黏稠度和稳定性。

羧甲基纤维素钠（CMC）应符合国家标准GB1940-2005中的规定。

如表4所示：

表4羧甲基纤维素钠（CMC）国家标准

项目FH6指标

2%水溶液粘度，mpa·s≥800～1200

钠含量（Na），%≥6.5～8.5

pH值6.0～8.5

干燥减量，%≤10.0

氯化物（以Cl-计），%≤1.8

重金属（以pb计），%≤0.002

铁（Fe）,%≤0.03

砷（As）,%≤0.0002

注：

FH6为高粘度。

2.1.5白砂糖特性及标准

白砂糖是食糖中质量最好的一种。

其颗粒为结晶状，均匀，颜色洁白，甜味纯正。

白砂糖应符合国家标准GB317-2006中的规定。

如表5所示：

表5白砂糖国家标准

项目指标

蔗糖分，不少于（%）99.65

还原糖分，不多于（%）0.15

灰分，不多于（%）0.10

水分，不多于（%）0.07

色值，不超过（St°）2.00

其他不溶于水的杂质，每公斤产品不超过（mg）60

2.2产品标准

2.2.1酸乳

酸乳应符合国家标准GB2746中的规定.如下所示：

1）感官指标：

呈乳白色或稍带淡黄色，具有清香纯净的乳酸味，凝块稠密结实均匀，无气泡，允许少量乳清析出。

2）理化指标：

见表6

表6理化指标

项目指标

脂肪（%）≥3.10

酸度（以乳酸计）（%）0.63～0.99

汞（mg/kg，以Hg计）≤0.01

3）细菌指标：

见表7

表7细菌指标

项目指标

大肠菌群（个/mL）≤90

致病菌（系指肠道致病菌及致病性球菌）不得检出

2.3凝固型酸奶的工艺流程

鲜乳或还原乳

验收

预处理

奶仓

牛乳

白砂糖溶解调配

预热60～65℃

15～20MPa均质

加热灭菌90～95℃、3～5min

冷却快速冷却至42～45℃

直投式发酵剂接种

灌装

直投式菌种：

43℃发酵

4～6.5h

速冷速冷至15～20℃

冷藏后熟：

4℃冷藏过夜

保持冷链贮存或销售

2.4操作条件说明

2.4.1预处理

净化可以除去原料乳中的杂质，使牛乳达到最高的纯净度。

为使原料乳中脂肪和无脂干物质之间的比例关系符合制品的要求，可通过闪蒸操作调整其比例关系。

2.4.2预热

预热一方面可以杀菌，而且由于适当加热，可以使一部分乳清蛋白凝固，提高酪蛋白的热稳定性，以防止灭菌时凝固，并赋予成品以适当的黏度。

同时可以钝化酶并降低均质后乳脂肪球的直径，防止均质后的产品中脂肪上浮，增加产品的稳定性。

预热温度控制在60℃～65℃。

2.4.3均质

均质主要是使原料充分混合均匀，阻止奶油上浮，提高酸乳的稳定性和稠度，并保证乳脂肪均匀分布，从而获得质地细腻、口感良好的产品。

均质压力控制在

15MPa。

2.4.4杀菌

杀菌目的在于杀灭原料乳中的杂菌确保乳酸菌的正常生长和繁殖，钝化原料乳中的天然抑制物；使乳清蛋白变性，以达到改善组织，提高黏稠度和防止成品乳清西出的目的。

杀菌温度控制在95℃，保温5min进行杀菌。

2.4.5冷却

冷却主要是为接种的需要。

经过热处理的牛乳需要冷却到一个适宜的接种温度，此温度控制在42℃～45℃内。

2.4.6接种

接种是造成酸乳受微生物污染的主要环节之一，因此严格注意操作卫生，防止细菌、酵母、霉菌、噬菌体及其他有害微生物的污染。

接种时充分搅拌，使发酵剂与原料乳混合均匀。

2.4.7灌装

采用相应灌装机进行灌装

2.4.8发酵

发酵温度控制在42℃～45℃，从而为微生物代谢提供最适的温度环境，发酵时间4～6.5h。

2.4.9速冷

冷却目的是抑制乳酸菌的生长、降低酶的活性、防止产酸过度、使酸奶逐渐凝固、降低和稳定脂肪上浮和乳清析出的速度。

将发酵乳迅速降温至15℃～20℃。

2.4.10冷藏

成品置于0℃～5℃冷藏12h～24h，进行后熟，以产生良好的风味。

发酵终点判定：

观察发酵乳表面的状态，只要表面呈均匀的凝固样，并且又少量乳清析出，即可初步判断接近发酵终点，再测定pH4.5～4.6时即可停止发酵。

第三章工艺计算和设备选型

3.1物料衡算

3.1.1生产量计算

按每年工作300天计算,每个工作日分为白、夜两班，工作时间分为8:

00-20:

00和20:

00-8:

00，每班工作时间为9小时。

日生产量为：

25000t÷300=83.34t。

班生产量为：

83.34t÷2=41.67t。

每小时生产量为：

41.67t÷9=4.63t。

凝固型酸奶的配方：

全脂鲜牛乳91.9%白砂糖8%稳定剂（CMC）0.13%直投式发酵剂适量。

则按此配方进行物料衡算。

3.1.2物料衡算

物料衡算是根据质量守恒定律而建立起来的，物料衡算是指进入系统的全部物料重量等于离开该系统的物料重量和损失的物料量，即：

∑F=∑D+∑W.

式中:

F——进入系统的物料量

D——离开系统的物料量

W——损失的物料量

下面，以班产量41.67t为计算单位进行衡算：

（1）罐装工序衡算

设定灌装过程的工艺损失为1.5‰，则灌装损失前的物料量为41.67/（1-0.015）=42.305（t）；

（2）接种、冷却工序衡算

设定接种、冷却过程的工艺损失为0.6‰，则接种、发酵、破乳、冷却损失前的物料量为42.305/（1-0.006）=42.560（t）；

（3）杀菌工序衡算

设定杀菌过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为42.560/（1-0.002）=42.646（t）；

（4）均质工序衡算

设定均质过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为42.646/（1-0.002）=42.731（t）；

（5）预热工序衡算

设定预热过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为42.731/（1-0.002）=42.817（t）；

其中，白砂糖占8%，即42.817×0.08=3.426（t），牛乳占91.9%，即42.817×0.919=39.349（t），稳定剂占0.13%，及0.056t

则生产41.67t成品需总物料量为：

39.349+3.426+0.056=42.831（t）。

其中牛乳39.349（t），白砂糖3.426（t），稳定剂0.056（t）。

3.1.3物料衡算统计表

表8物料需求总表

物料名称

年需求量/t

日需求量/t

每小时需求量/t

全脂鲜牛乳

23609.4

78.698

4.373

白砂糖

2055.6

6.852

0.381

稳定剂

33.6

0.112

0.007

总量

25698.6

85.662

4.759

3.1.4包装材料的核算

本车间的罐装规格为125g/瓶，采用食品用塑料瓶，每天产85.662t凝固型酸奶，则需要包装瓶685296个，包装瓶的利用率约为99%，则每天需消耗包装瓶692219个，一年需要消耗2.077×108个。

3.2主要设备选型

3.2.1原则

在选择设备时，按照下列原则进行：

（1）满足工艺要求，保证产品质量和产量；

（2）尽量选用较先进的、机械化程度高的设备，在高温，压力，真空，浓度，时间，速度，流量，液位，记数和程序等方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式；

（3）所选用的设备能充分利用原料，耗能少，功率高，体积小，维修方便，劳动强度低，并能一机多用；

（4）所选设备应符合食品卫生要求，易清新装拆，与食品接触的材料要不易腐蚀，不致对食品造成污染。

（5）设备结构合理，操练性能可适应各种工作条件。

3.2.2设备选型

设备名称

型号

主要技术参数

台数

板式换热器

BR46-30

F/m2:

0.47

3

奶泵

BAW120

流量：

3t/hH/m：

24

9

贮奶缸

DH-L25000

搅拌器功率：

1.1KW

1

净乳机

脱气机

配料罐

平衡罐

保温罐

均质机

接种罐

发酵罐

中间罐

包装机

OCM-5

KLZT-3

WD-300

WD3000

N-5

GJJ-5/25

DS-1KL

DS-10KL

DS-5KL

DXDY60

转鼓转速：

6500r/min

处理能力：

3000L/H

搅拌转速：

35-51r/min

搅拌转速：

15-120r/min

容积：

1-300m3

电机功率：

290次/min

搅拌功率：

7.5kw

搅拌转速：

145v/min

处理量：

5000L

尺寸：

625*750*1500mm3

1

1

1

1

1

1

3

3

3

2

3.3热量、冷量衡算

以1000㎏原料鲜奶为衡算标准，进行热量、冷量消耗的衡算

3.3.1料鲜奶的储藏阶段

从产地运来的牛奶为室温（以20℃计算），进厂后要冷却到5℃左右，目的是暂时防止微生物的生长。

这一阶段需要加入的冷量为：

1000×Cp×（20－5）=60750kJ

3.3.2均质前的预热阶段

低温保存的原料鲜奶在均质操作前，要先预热至60℃，则这一阶段需要加入的热量为：

1075×Cp×（60－5）=239456kJ

3.3.3巴氏灭菌阶段

原料鲜奶经过均质以后，要加热至90℃进行高温巴氏灭菌，这一阶段要加入的热量为：

1064×Cp×（90－60）=129276kJ

3.3.4产品冷却阶段

发酵后的产品要迅速冷却至10℃，防止产品过分发酵而影响口感。

需加入的冷量为：

1052.8×Cp×（42－10）=136443kJ

3.3.5产品冷藏保存阶段

冷却后的产品要继续冷却至0℃低温保存。

加入的冷量为：

1052.8×Cp×（10－0）=42638kJ

3.3.6总热量衡算

（1）以1000kg鲜奶原料为衡算对象

在整个发酵过程中，加入的总热量为：

239456＋129276=368732kJ

在过程中，根据经验，热量损失以15%计算，则总热量为：

368732×115%=424041kJ

（2）以年产量为25000t为衡算对象的总热量

424041×25000=10601025000kJ=1.06×1010kJ

3.3.7总冷量衡算

（1）以1000kg鲜奶原料为衡算对象

60750＋136443＋42638=239831kJ

热量损失以15%计算：

239831×115%=282469k