年产3000吨浓缩梨汁工厂设计.docx

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年产3000吨浓缩梨汁工厂设计

年产3000吨浓缩梨汁工厂设计

摘要

随着人们生活水平的提高，在解决了温饱等其他问题之后人们更加关注的是如何健康饮食，如何更加幸福快乐地生活。

果汁里面含有很多于人体有益的营养物质，最值得一提的是其中的维生素、矿物质、膳食纤维和其他功能性成分，这对人类素质的普遍提高大有裨益。

我国朝鲜族自治州特产苹果梨产量丰富，特别是龙井地区是亚洲最大的苹果梨基地，多年以来如何更加充分的利用地区特产发展和繁荣地区经济成为困扰地区政府和人民的重大难题。

本设计拟建立一家年产35000吨浓缩雪梨汁的工厂，拓宽雪梨的商业价值，带动富裕劳动力就业问题的解决和繁荣地区经济。

主要包括了工艺设计，生产设计及选型，热电衡算，人员定额，生产车间布置，厂区平面设计及经济成本计算等。

关键词：

浓缩雪梨汁；生产流水线；工厂设计

第1章绪论

1.1概述

浓缩果汁是在水果榨成原汁后再采用低温真空浓缩的方法，蒸发掉一部分水份做成的，在配制100%果汁时须在浓缩果汁原料中还原进去果汁在浓缩过程中失去的天然水份等量的水，制成具有原水果果肉的色泽、风味和可溶性固形物含量的制品。

浓缩果汁营养含量丰富，含有膳食纤维、维生素、矿物质、有机酸和其他一些功能性物质。

特别是水果纤维素是植物细胞壁的主要构成成份，它不是一种营养素，但在人体摄入后，它即吸水膨胀，吸附食物中的有害成份，刺激肠胃蠕动，帮助消化，加快体内排泄，缩短有害物质在体内留置的时间，最终达到预防肠胃疾病的目的，对于预防消化道癌症有积极的意义。

纤维素又被营养学家称为继蛋白质、碳水化合物、脂肪、无机盐、维生素和微量元素六大营养素之后的第七营养素。

近几十年来，果汁及其饮料制品日益受到消费者的青睐，有着十分广阔的市场前景。

延边地区盛产苹果梨，特别是龙井地区有“亚洲最大苹果梨基地”之美誉，经过加工制成苹果梨汁是一个相对有前景的项目。

1.2设计依据

1.年产3000吨浓缩梨汁生产线为设计的主要依据。

2.设计参阅了《食品工厂设计》《园艺产品贮藏与加工学》《果汁和蔬菜汁加工工艺学》，充分利用了河南工业大学图书馆资料和网络资料进行设计。

1.3设计范围

设计以浓缩果汁厂的设计为主题，主要是浓缩雪梨果汁生产车间的设计，一是一般部分，一是专题部分。

1.3.1一般部分

包括全厂平面布置，公共系统的计算，经济技术核算及劳动力，组织，厂地选择更安全卫生和防水，初步设计有关建筑，水电气衡算，经济衡算，车间人员安排，以及有关车间平面的布置和建筑的主要要求。

1.3.2重点部分

包括生产方案的选择和主产品的确定，工艺流程的论证，产品的物料衡算，设备选型和自制设备。

1.3.3图纸

共4张图纸，分别为：

厂区平面布置图、车间平面布置图、设备生产线流程图、工艺流程方框图。

1.4设计指导思想及特点

1.4.1指导思想

1.重视经济效果，少花钱多办事，坚持做到技术上先进，经济上合理。

2.结合我国国情，采用国外的先进科学技术，实现生产连续化，自动化。

3.生产工艺合理，投资少，见效快。

1.4.2设计特点

1.车间布置符合流水线生产的原则。

所选的设备均有余量，为将来扩大再生产做准备。

2.工人具有良好的操作条件，保护环境，经济效益好，减轻了劳动强度。

3.生产周期短，见效快。

1.4.3生产思想

1.重视经济效果，少花钱多办事，坚持做到技术上先进，经济上合理。

2.结合我国国情，采用国外的先进科学技术，实现生产连续化，自动化。

3.生产工艺合理，投资少，见效快。

1.5厂址选择

1.5.1厂址选择原则

指照国家设计政策，生产条件和经济效果等方面考虑，现选择厂地。

食品工厂倾向于设在原料产地的大中城市，适于原料供应，产品销售，减少运输费用。

厂地附近有良好的环境，无有害气体，放射性粉尘和扩散性的污染源，不在受污染源，受污染河下游，和散发污染气体源的下风向，不在传染病医院附近。

厂址附近水源充足，水质良好，运输条件方便，接近电压，电网，燃料供应方便，排水便利。

厂址选在人口集中区，减少宿舍，商店，学校等职工的生活福利设施。

1.5.2厂址选择报告

延吉市位于吉林省东部，延边朝鲜族自治州中部，长白山山脚下，全市土地面积1748.3平方公里。

延吉市是延边朝鲜族自治州首府所在地，现下辖河南街道、建工街道、进学街道、北山街道、新兴街道、公园街道等6个街道61个社区和小营镇、依兰镇、三道湾镇、朝阳川镇等4镇54个行政村。

延吉地处苹果梨盛产地，原料供应方便，近些年来交通也日趋便利，而且延边州是中国在东北亚的门户，与俄、日、韩等过联系紧密，有利于产品将来的估计贸易，加之，苹果梨是延边地区喜闻乐见的水果，延吉消费水平高，对苹果梨产品容易接受。

经过综合分析之后，将厂区定在延吉市经济开发区。

厂区附近无化工及其它能产生有害气体、放射性粉尘的工矿企业，没有污染源，对保证产品质量有利。

有良好的地理条件，建立完善的三废处理系统，厂区的自然排水坡度定在0.006左右。

第2章生产工艺设计

2.1生产方案的制定

一年内2，6，7，8，9，10为旺季，每天生产班次为3次。

3，4，5为中季，每天生产班次为2次。

11，12月为淡季，每天一班。

1月停产进行休整和设备检修。

每月工作日为25天，则旺季工作日25×6=150天，中季工作日25×3=75天.淡季工作日25*2=50天即全年生产按275天计算。

每班实际工作7小时。

下图生产方案表；

浓缩雪梨清汁生产方案表

一月

二月

三月

四月

五月

六月

七月

八月

九月

十月

十一月

十二月

班产量

年产量

停产维修

2.2班产量方案的安排

通过酶解、超滤和脱色得到的澄清果汁经蒸发浓缩，一般浓缩到原来质量的1/5～1/7,糖度在70%～75%。

在设计中浓缩前果汁的糖度为11.8%，浓缩后果汁的糖度为71%，通过浓缩前后果汁中糖总量不变来进行物料衡算。

去设备的不均衡系数K为0.75

班产量=年产量/全年总班个数（2-1）

=3000÷（150×3+75×2+50）/0.75

=6.1539t

每小时产量=班产量/每班工作小时数（3-2）

=4.6154/7

=0.8791t（初步估算值）

每小时生产产品中糖含量=每小时果汁产量×浓缩后果汁的糖度（3-3）

=0.6593×0.71

=0.8791t

设原料雪梨的每小时处理量为M，则

M（1-0.5%）（1-2.0%）（1-0.2%）（1-25.20%）（1-0.4%）（1-4%）（1-0.3%）（1-0.2%）（1-0.2%）×11.8%=0.8791t

解得M=7.8710t

工艺

损耗率

工艺

损耗率

清洗，输送

0.5%

超滤

4%

检果

2.0%

脱色

0.3%

破碎

0.2%

真空浓缩

0.2%

压榨

25.20%

巴氏杀菌

无损耗

酶解，澄清

0.4%

灌装

0.2%

一次压榨出汁率64.32%采用两台榨汁机串联出汁率有所提高出汁率74.80%，在全部的工艺过程中，损耗率为32.80%,原料利用率67.20%

（1）雪梨原料处理量为7.8710t/h

（2）输送清洗去损耗率0.5%，则输送清洗之后的产量为7.8316t/h

（3）检果的损耗率为2.0%,则之后的产量为7.6749t/h

（4）破碎的损耗为0.2%，破碎后处理量为7.6596t/h

（5）一次压榨出汁率64.32%采用两台榨汁机串联出汁率有所提高出汁率74.80%，损耗率25.20%，则压榨之后的产量是5.7293/h

（6）酶解澄清损耗0.4%，酶解澄清后的产量是5.7064t/h

（7）超滤的损耗率4%，超滤后的产量是5.4783t/h

（8）脱色的损耗率0.3%，脱色后的产量是5.4617t/h

（9）真空浓缩的损耗率0.2%。

则浓缩后的产量是5.4508t/h，六倍浓缩之后的产量是0.9085t/h

（10）第一次巴氏杀菌和第二次巴氏杀菌在加热过程中，产品没有发生质量损失，视为无损耗

（11）灌装的损耗率为0.2%，灌装后的产量是0.9067t/h

2.2工艺流程[1]

成品

2.3工艺流程解说

2.3.1收果与运输

（1）苹果梨主要从当地收集，应为新鲜的苹果梨，以免水分蒸发太多、影响

可言，就取消这一步操作[1]。

一榨：

压榨时间：

50-60min；出汁率：

80-85%；

二榨：

加水量：

果渣∶水＝1∶1；设定出汁率：

＞50%；压榨时间：

30-40min。

2.3.7第1次巴氏杀菌

通过破碎压榨后，果汁一直暴露在空气中，由于多酚氧化酶产生的褐变将提高成品的色值，降低品质。

此外还会受到一定的细菌污染，因此要进行第一步巴氏杀菌。

杀菌的主要目的有三个：

（1）灭酶

（2）杀菌（3）淀粉糊化。

若杀菌不彻底，可造成致病菌残留、微生物腐败。

在97±2℃的巴氏灭菌装置中维持30秒杀灭细菌、使苹果梨中固有的酶失活，使苹果梨中含有的淀粉糊化，之后果汁经管道进入冷却板片迅速降温至49-52℃，,由管道送至酶解澄清罐，以方便下一步进行酶解。

2.3.8酶解

加入淀粉酶、果胶酶进行酶降解，在其作用下，果汁中的果胶和淀粉被分解成可溶性的小分子物质。

要求：

酶制剂存放温度在0-5℃；酶反应温度49-52℃；从酶解罐进料开始到出料结束，酶解时间90min。

经检测均为显阴性时，再根据终产品色值要求，在酶解罐中采取加或不加活性炭澄清剂。

经过酶降解和澄清后的果汁直接进入超滤循环罐，以备精过滤。

2.3.9超滤

超滤开机时要求浊度为O.1-0.6NTU时，方可向下一工序送料。

每半个小时要对渗透液做有无杂质感官检测。

在超滤渗透液流量不能满足生产需要时，应按规定程序清洗，清洗前须加水稀释循环罐果汁，过滤至糖度低于2.0oBX时，超滤方可排空。

超滤膜一般选用聚砜膜，截留分子量一般为30000dalton。

2.3.10树脂脱色

脱色的需要根据产品的色值来决定。

超滤后清汁由清汁罐泵入树脂柱，经过树脂的吸附作用进行脱色处理，除去果汁中的单宁、酚类物质。

一般选用大孔吸附树脂HPD200L用于浓缩苹果梨汁的生产。

大孔吸附树脂能使果汁保持原有新鲜的滋味和香气。

脱色树脂要求：

吸附终点清汁指标：

色值＞65%；

脱酸树脂吸附要求：

吸附终点清汁指标：

酸度：

＜0.04%；颜色：

水白色。

2.3.11浓缩

本设计5效管式蒸发器进行浓缩。

实践表明，采用5效管式蒸发器拥有较好的经济性。

清汁进入蒸发器进行蒸发浓缩，一般浓缩到原体积的l/6左右，可以控制最终糖度在70±1Brix。

2.3.12批次灌指标调整

经过浓缩的产品用泵输送至批次罐中暂存，当液位达到搅拌器（大概达到25t物料）时开始搅拌，果汁边进边搅拌，罐满后搅拌均匀，将搅拌均匀的果汁做为一个批次，开始搅拌直到进料结束后40-60min止；批次罐进料约30t时做糖度检测，以便及时调整进料糖度。

停止搅拌后测糖度、色值、浊度指标、酸度（有要求时测）。

批次罐满罐后化验员按照内控指标进行检测，微生物化验员每罐检测耐酸耐热菌指标。

中心化验室化验员每天抽测一次批次罐果汁的甲胺磷、棒曲霉毒素、富马酸、乳酸；符合内控指标要求后，下发灌装通知单。

接到灌装通知单后，将浓汁通过罗茨泵输入巴氏杀菌板片进行杀菌。

2.3.13第2次巴氏杀菌

在灌装前必需经过巴氏杀菌，这是HACCP计划第三个CCP点，过程中要注意控制温度和保持时间。

将进入第二次巴氏灭菌装置中的果汁，在97±2℃的温度下，维持30s左右，使在前段加工中可能繁殖的微生物杀死，以防止致病菌残留和微生物腐败。

灭菌后的果汁由管道送入冷却装置迅速冷却至15-20℃，进入灌装工段。

此CCP点控制要求是杀菌后的果汁微生物指标：

细菌总数T.P.C≤10个/mL，大肠菌群≤3个/100mL，酵母/霉菌≤10个/mL，致病菌不得检出。

2.3.14无菌灌装

后巴氏杀菌无菌灌装的三个条件：

（1）物料的无菌

（2）包装材料的无菌（3）灌装环境的无菌。

采用进口的罐装机进行灌装，灌装前先将灌装口喷射高温（≥95℃）蒸汽，杀死可能存在的微生物，再开始灌装，灌装重量通过质量流量计来控制。

灌装后的成品直接入库。

2.4工艺质量指标控制

表2-1浓缩苹果梨汁检验指标要求一览表

指标类型

指标项目

单位

指标

感

观

指

标

色泽

香气及滋味

外观形态

杂质

呈棕黄色或棕红色，久置后稍许变深。

将浓缩汁稀释至可溶性固形物为10%-20%，果汁应具有新鲜苹果梨固有的滋味与香气，无异味。

呈现透明状，无沉淀物、悬浮物。

不允许有肉眼可见的杂质。

卫

生

指

标

铅

铜

砷

细菌总数

大肠菌群

致病菌

耐酸耐热菌

霉菌和酵母菌

棒曲霉素

mg/kg

mg/kg

mg/kg

个/mL

个/100mL

个/mL

个/mL

μg/kg

≤0.2

≤5.0

≤0.1

≤10

＜3

不得检出

＜1

＜10

≤40

理

化

指

标

可溶性固形物

总酸

PH值

透光率T625nm

色值T440nm

浊度

乙醇

果胶试验

淀粉试验

富马酸

热稳定性

Brix

%

%

g/kg

mg/kg

71±1

≥0.8

3.6-4.2

≥95

≥55

≤3.0

≤3.00

阴性

阴性

≤5

稳定

第3章物料衡算

依据：

年产35000t浓缩果汁计，全年生产。

依据经验，全天16h安排生产，考虑期间设备维护、班间工人就餐以及其它影响因素，每天按照13h（分2班制，每班实际工作时间为6.5h）生产计算。

3.1浓缩果汁班产量的确定

日产浓缩汁量为：

35000t÷234天＝149.57t/d

班产浓缩汁量为：

149.57t÷2班＝74.79t/班

3.2原料的采购量确定

通过酶解、超滤和脱色得到的澄清果汁经蒸发浓缩，一般浓缩到原来质量的1/5-1/7，糖度在65%-75%左右。

在设计按照浓缩到1/6，浓缩果汁的浓度为70±1Brix来计算。

因此澄清果汁班产74.79t×6＝448.74t

生产的损耗计算如下：

表3-1生产的损耗一览表

项目

损失量（%）

拣选

清洗

破碎

压榨（去渣）

第一次巴氏杀毒、酶解

超滤、浓缩

第二次巴氏杀毒、冷却、灌装

0.5

0.2

0.2

13.2

0.4

0.3（0.1＋0.2）

0.2

出汁率为：

100%－0.5%－0.2%－0.2%－13.2%－0.4%－0.3%－0.2%＝85%

所以每天（2班）需将2×448.74t÷85%＝1055.86t新鲜苹果梨进行生产，全年需要1055.86×234=247071.00t苹果梨

每生产1t浓缩苹果梨汁需要1055.86÷149.57＝7.06t新鲜苹果梨。

3.3设计条件

本设计每日工作为2班制，每班实际工作时间为6.5h，因此平均1h生产浓缩果汁

149.57t÷13＝11.51t

即榨取澄清果汁448.74t÷6.5＝69.04t

即每小时需要投入生产的苹果梨1055.86t÷13＝81.22t

第4章设备选型

4.1小提升机

小提升机的作用是将水流输送槽送来的苹果梨提升到拣果台，此段是整个车间的咽喉要道，如果设备停止工作，后段将无果加工。

对比进口与国产设备的价格，相差比例不大，因此选用2台意大利TMCI生产的提升机。

投入生产的苹果梨的质量流量为81.22t/h，接近90t/h，故技术要求应为45t/h，电功率25kw。

[2]

4.2检果台

从小提升机提升后苹果梨进入拣选台，进行人工拣果，采用意大利TMCI生产的捡果台，原因同上。

也是2台，技术要求同上，电功率30kw。

4.3大提升机

大提升机的作用是将拣选过的苹果梨提升到洗果机进行清洗，仍然采用意大利TMCI生产的提升机，原因同上，技术要求45t/h，电功率30kw。

4.4毛刷机、洗果机

对苹果梨进行毛刷清洗，主要去掉黏附的杂物，之后进行水流喷射清洗。

分别选用意大利TMCI生产毛刷机和上海神农生产的洗果机。

技术要求均为45t/h。

4.5破碎机

将清洗过的苹果梨进行破碎，根据需要可以调节破碎程度，为保证颗粒均匀度，选用德国BELLMER生产的破碎机，避免影响出汁率。

生产能力：

45t/h；

电机功率：

30×2kw；

物料流量G＝81.22t/h×（100%－0.5%-0.2%）＝80.65t/h；

苹果梨汁质量密度接近于水，故其密度ρ取103kg/m3，则质量流量为

V＝G/ρ＝80.65×103kg/h÷103kg/m3＝80.65m3/h；

为保证破碎充分，定破碎时间为15min，V有效：

设备有效容积；V：

流量；τ：

滞留时间；

V有效＝Vτ＝80.65÷60m3/min×15min＝20.16m3；

取破碎机2台，即n＝2，填充系数Φ取70%，则单台设备容积

V单＝

＝

＝14.44m3≈2860×2380×2270mm3；故

外型尺寸（长×宽×高）（mm）：

2860×2380×2270。

4.6带式压榨机

对破碎的苹果梨进行压榨取汁，这一步关系到产品得率，因此选用德国BELLMER生产的带式压榨机，出汁率有保证。

生产能力：

45t/h；

电功率：

40kw；

物料流量G＝81.22t/h×（100%－0.5%-0.2%－0.2%）＝80.49t/h；

苹果梨汁质量密度接近于水，故其密度ρ取103kg/m3，则质量流量为

V＝G/ρ＝80.49×103kg/h÷103kg/m3＝80.49m3/h；

为保证压榨充分，定压榨时间为15min，V有效：

设备有效容积；V：

流量；τ：

滞留时间；

V有效＝Vτ＝80.49÷60m3/min×15min＝20.12m3；

取带式压榨机2台，即n＝2，填充系数Φ取70%，则单台设备容积

V单＝

＝

＝14.37m3≈5315×1915×1515mm3；故

外型尺寸（长×宽×高）（mm）：

5315×1915×1515。

4.7灌装

整厂的各种储罐较多，国产罐完全可以达到要求。

小罐可以由厂家加工后运到厂里，大罐由供应厂家现场制作。

根据不同情况必要选择不同大小、种类的罐。

4.8超滤设备

选择2台国产设备，以达到生产要求，采用国产设备可以降低整厂投资。

2台设备在使用中可以调剂生产，方便检修和膜的再生。

超滤设备也就是超精过滤装置，是包括30组膜堆（各由20个膜管串联而成）、一台循环泵、一台清汁泵、CIP兼清汁罐以及连接管路、监控仪表和电控柜,安置于2个底盘上,构成一个相对独立的单元体。

生产能力：

40t/h；

电功率：

50kw；

物料流量G＝81.22t/h×（100%－0.5%-0.2%－0.2%－13.2%－0.4%）＝69.44t/h；

苹果梨汁质量密度接近于水，故其密度ρ取103kg/m3，则质量流量为

V＝G/ρ＝69.44×103kg/h÷103kg/m3＝69.44m3/h；

定超滤时间为30min，V有效：

设备有效容积；V：

流量；τ：

滞留时间；

V有效＝Vτ＝69.44÷60m3/min×30min＝34.72m3；

取超滤设备2台，即n＝2，则单台设备有效容积

V单有效＝

＝

＝17.36m3；

每根膜管的有效容积V管有效＝

＝

＝0.03m3＝3×107mm3；

设每根膜管横截面的直径为100mm，横截面积S＝πR2＝π×502mm2＝7854mm2；

则每根膜管长L＝

＝

＝3820mm；

故技术指标如下表所示。

表4-1单个膜管性能

型号

KJ-ESUF9050W

直径×长度

100×3820mm

过滤面积

7854mm2

滤膜材料

聚丙烯中空纤维和复合聚砜中空膜

不可溶固形物允许含量

≤30%

技术要求

40t/h

处理温度

50～55℃

表4-2膜堆性能（依膜管数增减）

使用膜管数量

20×30个

过滤面积

4.7124m2

果汁回收率

96%～98%（不可溶固形物初始含量≤3%,且2次过滤）

装机功率

50kW

结构材料

全部为不锈钢SUS304

4.9蒸发器

运用2台意大利TMCI生产的5效管式蒸发器。

采用管式蒸发器可以降低单位产品的蒸汽消耗量，比较经济。

而中央循环管式蒸发器有“标准式蒸发器”之称，其加热室由垂直管束组成，中间有一根直径很大的管子，能促进溶液的自然循环，提高管内的对流传热系数，强化蒸发过程。

选用这种蒸发器是由于其结构紧凑、制造方便、传热效果好及操作可靠等优点。

生产能力：

40t/h；

电功率：

55kw；

物料流量G＝81.22t/h×（100%－0.5%-0.2%－0.2%－13.2%－0.4%－0.1%）＝69.36t/h；

苹果梨汁质量密度接近于水，故其密度ρ取103kg/m3，则质量流量为

V＝G/ρ＝69.36×103kg/h÷103kg/m3＝69.36m3/h；

定蒸发时间为30min，V有效：

设备有效容积；V：

流量；τ：

滞留时间；

V有效＝Vτ＝69.36÷60m3/min×30min＝34.68m3；

取蒸发器2台，即n＝2，填充系数Φ取70%，则单台设备有效容积

V单＝

＝

＝24.77m3；

1现按总容积24.77m3计算

V全＝V桶＋2V封＝24.77m3，封头折边忽略不计，以方便计算：

则V全＝0.785D2×2D＋π/24×D3×2＝26.58m3

解方程得：

D＝2.382m；取D＝2.38m，则H＝2D＝4.76m；

根据《生物工程工厂设计概论》通用桶罐系数表，查得筒体壁厚13mm，封头壁厚15mm，封头高为H封＝ha＋hb＝636mm＋64mm＝700mm。

2验算全容积V全：

V’全＝0.785D2×2D＋π/24×D3×2＋0.785D2×0.07

＝0.785×2.382×2×2.38＋π/24×2.383×2＋0.785×2.382×0.064

＝25.01m3>V全

为了使溶液有良好的循环，中央循环管的截面积一般为其他加热管总截面积的40%-100%；加热管高度一般为1-2m；加热管直径在25-75mm之间。

取加热管高度为1m，加热管直径为70mm，中央循环管的截面积为其他加热管总截面积的40%，设蒸发器里面共有650根加热管，

则加热管总截面积S热＝0.785×0.072×650＝2.50m2；

中央循环管的截面积S中＝40%S热＝0.4×2.50m2＝1.00m2；

S热＋S中＝3.50m2＜4.64m2＝0.785×2.382＝0.785D2（蒸发器横截面积），符合要求。

故中央循环管的直径D中＝

＝

＝1.13m。

4.10无菌灌装机

采用意大利FBR生产的无菌灌装机，国内尚无同类产品可以替代。

另外这个工段关系到产品的安全性和保质期，质量要求高。

生产能力：

13t/h；电功率：

30kw。

表4-3主