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桔子汁饮料课程设计报告书

农业大学食品科技学院

课程设计

说

明

书

课程设计名称：

桔子汁饮料的生产车间工艺设计

班级：

2009级食品科学与工程3班

姓名：

xxx

学号：

2009xxxxxxxx

2011年12月18日

一、前言…………………………………………………………………5

（一）概述………………………………………………………5

（二）设计原则及依据………………………………………5

二、工艺设计………………………………………………………5

（一）产品方案…………………………………………………6

（二）生产工艺流程设计………………………………………6

（三）工艺操作要点…………………………………………7

（四）辅助生产工艺操作要求…………………………………9

三、物料衡算

（一）生产产量的确定……………………………………10

（二）原辅材料的计算………………………………………10

四、设备设计选型……………………………………………13

（一）设备选型原则……………………………………………13

（二）设备选型…………………………………………………13

（三）辅助工艺设备选型…………………………………………17

五、水电气衡算……………………………………………19

（一）水衡算…………………………………………19

（二）电衡算………………………………………………19

（三）蒸汽衡算……………………………………………19

（四）进水管径计算………………………………………………20

六、结束语……………………………………………20

七、参考文献…………………………………………………20

附:

课程任务设计书

课程设计任务书

1、设计条件

（1）操作方式：

连续生产

（2）生产能力：

年产12万吨桔子汁饮料，每瓶容量为500mL；每班为8小时制。

（3）生产量根据柑橘的生产季节分为旺季、中季和淡季。

（4）产品的各原辅料配比参照经验数据。

2、设计任务

（1）确定桔子汁的生产情况，画出加工流程图；

（2）进行物料衡算，算出各原辅料所需量；

（3）计算系统中主要泵的功率，并进行选择；

（4）选择加工中所需要的生产设备。

3、设计成果

（1）设计说明书一份；

（2）设计图纸一——生产工艺流程图

4、设计时间：

一周

一、前言

（一）概述

柑橘是世界上栽培最广、经济价值最高的水果，成熟后变成黄色果实。

果肉酸甜适度，汁多，富有香气，是生产饮料的重要原料。

柑橘营养丰富，含有丰富的维生素C、钙、磷、钾、β-胡萝卜素、柠檬酸、皮甙以及醛、醇、烯等物质，常常食用可以强化免疫系统，抑制肿瘤细胞生长。

另外，它还有增强毛细管韧性，减少人体体的胆固醇吸收，降低血脂的功能。

随着我国国民经济的持续发展、人们的经济水平提高和健康意识的增强，人们对果汁饮料的品质要求也在逐渐提高。

由于柑橘出汁率高，有良好的风味，营养丰富，经过加工可制成酸甜可口的柑橘饮料，既可以保留其大部分的营养成分和风味物质，又可以增加其附加价值，所以逐渐受到人们的青睐。

纵观国际果汁行业的发展，在世界发达国家果汁的消费量呈快速增长的趋势。

2003年，德国人均果汁消费量为47升。

国外发达国家果汁人均量约20升，发展中国家人均消费量约10.8升。

据估算，西欧和日本、南等国的果汁消费量在近几年将以每年10%的速度上升，与其他国家相比，我国人均果汁的占有量却只有1升，与我国果产品的产量极不相符合。

所以，随着果品产量的大幅度提高，大力发展果汁加工工业，对于稳定果品生产的发展，促进农业的产业化进程，也能够满足人们日益增长的消费需要等方面具有重要的作用。

（二）设计原则及依据

根据我国目前桔子汁饮料工业发展状况和市场经济形势出发，生产满足消费者需求的产品。

本设计是建立年产12万吨的桔子汁饮料工厂，设计认真贯彻食品工业的各项指标，以生产向机械化、自动化、连续化方向发展。

在工艺技术上力求合理、可靠、先进、规、灵活。

本设计参考行业的文献资料，结鉴国外先进的生产技术，积极吸取相关厂家的优秀经验，做到生产工艺、技术、配置合理，以达到优质、高效、节能、精巧、耐用、安全的目的。

二、工艺设计

（一）产品方案

1、设计要求：

一条年产12万吨桔子汁饮料生产线设计

2、桔子汁饮料原料有柑橘果汁，白砂糖、香精、着色剂、酸味剂和水。

原辅料各配比如下表1（按1000kg计）：

成分名称

添加量/kg

成分名称

添加量/kg

柑橘汁

200

白砂糖

50

柠檬酸

1.2

果葡糖浆

17.5

山梨酸钾

0.1

黄原胶

0.6

食用香料

0.2

维生素C

0.3

（二）生产工艺流程设计（见图一）

图一生产工艺流程设计

（三）工艺操作要点

1、原料选择

原料的选择是果汁生产过程中的重要环节，原料的好坏直接影响到最终产品的质量。

原料进厂后，要对材料进行挑选，弃除病虫害、机械损伤、未成熟果、过熟果等不符合加工要求的果实。

柑橘在原料上的要求如下：

（1）原料应具有良好的风味和芳香，色泽稳定、酸度适中、出汁率高、在储藏和加工过程中仍能保持原有的风味和口感。

（2）原料新鲜，无烂果、无农药残留。

2、原料清洗

原料表面会附着尘土、泥沙、残留农药、微生物等，因此在进行加工前应进行清洗，原料经过流水运输到清洗设备中时，在含有0.1%高锰酸钾溶液中浸泡几分钟，用冲浪式洗果机进行清洗。

利用水力输送方式输送原果，清洗彻底、洁净且不伤物料。

在输送流槽水的冲力作用下，物流随水流到达下道工序，带喷淋清洗装置，使沙石沉淀到底层排走。

喷淋的水用含氯10—30mg/kg的清洗水喷淋后经清洁水冲洗。

再弃除上个程序挑选过程中漏下的不合格果实，经输送带送到榨汁机处榨汁。

3、榨汁

柑橘榨汁过程常会变味，这是由于白衣层。

囊衣、种子的破碎，苦味成分、果香精油等混入引起的。

通常不采用破碎的压榨方法，而采取逐个榨汁的方法，这样就可以避免上述物质大量的混入果汁中。

可采用螺旋式榨汁机榨汁，加料后，物料就在螺旋的推动作用下，沿轴向出料口移动。

由于螺距渐小，螺旋径增大，对物料产生预压力，从而使汁液流出。

果汁出汁率受果实的质地、品种成熟度、榨汁方法等因素的印象，通常出汁率为40—50%。

不同品种的柑橘采用的压榨方法也不同。

几种柑橘出汁率（表2）

柑橘品种

榨汁方法

出汁率（对原料汁）

黄皮柑

螺旋榨汁法

42

红柑

螺旋榨汁法

50

广柑

螺旋榨汁法

47

广柑

螺旋榨汁法/切半榨汁法

46

蜜柑

螺旋榨汁法

58

雪柑

打浆机榨汁法

52

4、过滤

榨出的果汁中含有果皮的碎片和囊衣、较大块的果肉等，这些物质不仅影响果汁的外观和风味，也能使果汁很快发生变质。

一般的榨汁机均附有果汁送往果汁粗滤设备（滤孔为0.5mm左右），无需另设粗滤机。

可根据实际情况将粗滤后的果汁送往硅藻土过滤机（孔径为0.3mm），果汁的质地可由压力和筛孔大小控制，一般使果浆含量为3%—5%。

5、均质

均质是果汁制造上的特殊操作。

调和后果汁应选均质机进行细化处理。

可采用高压均质机进行均质处理，其原理是在高压力下，果汁粒浆受压力而破碎，重要是通过一个均质阀的作用，使高压的果汁从极端狭小的间隙过，然后由于速度降低压力小而膨胀和冲击作用使粒子微细化并均匀的分散在果汁中，高压均质机要求150—170kg/cm2。

均质机的均质压力一般压力为15MPa，均质处理中可使果汁中的细小颗粒进一步破碎，使粒子大小均匀，促进果胶的渗出，使果胶和果汁亲和，保持果汁的均匀浑浊度。

6、脱油和脱气

此时果汁中还含有过量的香精油，需要经过脱油机进行脱油。

现在生产上是采用类似小型真空浓缩蒸发器进行脱油。

将果汁喷入真空度为90—93KPa的蒸发器中，并加热到51℃，香精油被蒸发，随蒸汽而被冷凝，3%—6%的水分也会被蒸发掉。

冷凝液通过离心机分离出香精油，留在下层的水回到果汁中。

香精油含量一般保持在0.015%—0.025%，可使柑橘汁具有良好的香气和风味。

脱油过程中已经排除了空气，因此无需额外脱气。

7、调配

柑橘汁加工过程中原有的香气、色泽、糖酸都会发生变化，要实现产品的标准化，使不同批次的产品风味都保持一致性，需要通过添加香精、糖、酸来弥补。

8、杀菌

柑橘汁的杀菌影响产品的保藏性和质量，柑橘汁的PH值很低，一般以酵母、霉菌和无芽孢杆菌为杀菌对象。

另外由于果汁本身存在果胶酶，在生产的过程中也是要其钝化，以免影响果汁的质地。

9、灌装、密封

果汁饮料的瓶装灌装，一般都是采用热灌装。

柑橘汁经过热杀菌后，不进行冷却趁热灌装，一般采用装汁机热灌装（中心温度控制在70℃以上，若采用真空灌装，温度可低些）。

顶隙一般为0.8cm左右。

灌装前包装容器需经过清洗消毒，灌装后立即密封。

10、冷却

向密封后的瓶子喷射冷水，冷却至38℃，采用逐级降温的方式，先用50℃左右的水喷淋数分钟，再用冷水喷淋，以免热的瓶子炸裂。

水冷却后果汁容积缩小，包装容器可形成一定的真空度，有利于柑橘汁的贮藏。

11、检验

饮料热灌装封口后，经灯经验各瓶情况，发现有异型瓶、瓶子渗漏、旋盖不严、瓶有肉眼可见杂质，液位不足、容物色泽变异等情况应及时剔除。

保证出产果汁饮料的质量。

12、贴标、包装、成品

成品要进行贴标签，加盖生产日期、班次批号。

标签要求端正，瓶身干净、无粘物，瓶盖无锈。

装箱打包、放入合格证，入库储存。

（四）辅助生产工艺操作要求

（1）PET饮料瓶外观质量检测要求（表3）

序号

项目

要求

1

瓶口部分

瓶口端面平整、螺纹圆滑、无崩缺、溢料毛边＜0.1mm

2

瓶身部分

成型饱满，无杂质，无生料，无气泡，无雾状发白，无冷斑，无脱皮，无明显伤痕，无色瓶表面光滑透明

3

标签图案

参见PVC及OPP标签质量验收标准

4

缩标外观

标签热收缩良好，瓶身无变形；条码能正确读出。

5

贴标外观

标签平整，无明显皱折，无明显起皱，重叠位不超过15mm，上下错位不大于1.5mm；条码能正确读出。

6

瓶底部分

平整，无伤痕或附着物，注塑口不能超过底平面。

7

色瓶颜色外观

表面色泽均匀，强光下目视与标准无明显差异，头光看底色与标准瓶一致。

8

包装外观

外包装整齐清洁，无破损；有明显的标签标识。

（2）玻璃瓶洗瓶工艺

①选瓶清洗前必须进行人工选瓶，将玻璃瓶坏瓶选出。

②洗瓶洗瓶有四个阶段

第一阶段45℃温水预泡，目的是除残余物及预热，是附在瓶上的脂肪溶解乳化。

第二阶段80℃碱水浸泡，喷洗，目的是去除瓶污物，达到洗瓶效果，碱

水浓度0.8%，浸洗10min，使结垢饿蛋白质脂肪在高温长时间的碱液接触下得到充分溶解。

第三阶段55℃温水喷洗，目的是洗去碱液并使瓶子初步降温，喷淋水压力为115kg/cm

第四阶段55℃温水喷洗，同样洗去残余碱液，使瓶再降温。

常用洗瓶剂为NaOH,或NaOH,与碳酸钠的混合液。

三、物料衡算

（一）生产产量的确定

（1）生产工作日：

桔子汁饮料在市场上有淡季和旺季，炎热天气的夏天明显是

旺季，综合各种因素分析确定生产工作日为300天

（2）生产班次的确定：

结合柑橘原料的成熟的月份有6-8个月和淡旺季分析，

每天生产班次可分为1-3班，旺季3班，中季2班，淡季1班（每班8小时制），

旺季200天，中季50天，淡季50天。

（3）班产量计算：

班产量=q班=

（K为设备不均匀系数，一般K=0.7-0.8，本设计取0.75）

即q班=12000/

0.75（3×200+2×50+50）==

21.33t

（二）原辅材料的计算

1、柑桔汁（甜橙）出汁率以50%为准计算，一班产量为基准计算（班产量为21.33吨）。

2、各工序的损失见下表（表4）：

序号

指标名称

损失率/%

序号

指标名称

损失率/%

1

原料验收

3.0

2

清洗挑选

0.5

3

榨汁

50

4

粗滤

2.0

5

调配

0.2

6

均质

0.3

7

脱气

0.1

8

灌装

0.2

9

检验

0.1

备注：

以上数据均出自朱蓓薇《饮料生产工艺与设备选用手册》.化学工业..2003

3、各工序损失计算（按班产量计算）

（1）检验损失0.1%，检验前柑橘汁饮料：

21.33/（1-0.1%）=21.351吨

（2）灌装损失0.2%，灌装前柑桔汁饮料：

21.351/（1-0.02%）=21.355吨

（3）脱气损失0.1%，脱气去油前柑桔汁饮料：

21.355/（1-0.1%）=21.376吨

（4）均质损失0.3%，均质前柑桔汁饮料：

21.376/（1-0.3%）=21.44吨

4、根据配方计算调配时的各种原辅料

调配时，加入柑桔汁21.44×103×（200/1000）=4288Kg

加入白色砂糖21.44×103×（50/1000）=1072Kg

加入果葡糖浆21.44×103×（17.5/1000）=375.2Kg

加入柠檬酸21.44×103×（1.2/1000）=25.728Kg

加入山梨酸钾21.44×103×（0.1/100O）=2.144Kg

加入黄原胶21.44×103×（0.6/1000）=12.864Kg

加入维生素C21.44×103×（0.3/1000）=6.432Kg

加入食用香料21.44×103×（0.2/1000）=4.288Kg

加入软化水：

21440-（4288+1072+375.2+25.728+2.144+12.864+6.432+4.288）=15653.344Kg

原辅料用量汇总表（表5）

成分名称

添加量/Kg

成分名称

添加量/Kg

柑桔汁

4288

白砂糖

1072

柠檬酸

25.728

果葡糖浆

375.2

山梨酸钾

2.144

黄原胶

12.864

食用香料

4.288

维生素C

6.432

软化水

15653.344

5、柑橘原料生产用量计算：

（1）调配前，柑桔原汁量：

4288/（1-0.2%）=4296.59Kg

（2）粗滤损失2.0%，粗滤前柑橘汁量：

4296.59/（1-2.0%）=4384.28Kg

（3）榨汁出汁率50%，榨汁前柑橘量：

4384.28/（1-50%）=8768.56Kg

（4）清洗挑选损失0.5%，清洗挑选钱柑橘量：

8768.56/（1-0.5%）=8812.62Kg

（5）原料检验损失3.0%，，检验前柑橘量：

8812.62/（1-3%）=9085.18Kg

6、灌装瓶用量和装箱用箱量：

（每瓶500g，每箱12瓶）

（1）检验前柑桔汁饮料量：

21.351t（设柑橘汁饮料密度为1.05g/ml）

PET瓶消耗量：

19.07/500=42702个

（2）检验损失0.1%，则合格瓶数量：

42702（1-0.1%）=42745个

（3）瓦楞纸箱消耗量：

42745/12=3563个

7、物料计算汇总表（表6）：

每小时消耗量

每班消耗量

旺季1天消耗量

中季1天消耗量

淡季1天消耗量

每年消耗量

柑橘/Kg

1135.65

9085.18

27255.54

18170.36

9085.18

6813885

柑桔汁/Kg

537.07

4296.59

12889.77

8593.18

4296.59

3222443

白砂糖/Kg

134

1072

3216

2144

1072

804000

果葡糖浆/Kg

46.9

375.2

1125.6

750.4

375.2

281400

柠檬酸/Kg

3.216

25.728

77.184

51.456

25.728

19296

山梨酸钾/Kg

0.268

2.144

6.432

4.288

2.144

1608

黄原胶/Kg

1.608

12.864

38.592

25.728

12.864

9648

食用香料/Kg

0.536

4.288

12.864

8.576

4.288

3216

维生素C/Kg

0.804

6.432

19.296

12.864

6.432

4824

纯净水/Kg

1956.67

15653.34

46960.03

31306.69

15653.34

11740008

空PRT/个

5344

42745

128235

85490

42745

32058750

瓦楞纸箱/个

446

3563

10689

7126

3563

2672250

四、设备设计选型

（一）设备选型原则

1、满足工艺要求，保证产品的质量和产量；

2、一般大型食品工厂应选用较先进的、机械化程度高的设备，中型厂则看具体

情况，一些主要产品可选用机械化、连续化程度较高的设备，小厂则选用较简单

的设备。

3、所选设备能充分利用原料，损耗少、效率低、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，易清洗、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，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、压力、酸碱度等）。

6、在温度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、液位、计数和程序等方面

有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式。

（二）设备选型（按每班为8小时生产计，共2条生产线）

1．选果机

该设备用于分拣剔除不合格的原果。

根据生产能力2666.25kg/h,选用沃迪科技生产的检果机设备。

该设备技术参数如下表（表7）：

项目

技术指标

型号

TW3A5

生产能力

5t∕h

配用功率

0.55kw

外形尺寸

4200mm×1480mm×1200mm

2、冲浪式洗果机

冲浪式洗果机具有清洗净高、节能节水、设备稳定可靠等特点。

根据生产能力2666.25kg/h,选用靖江食品机械制造公司生产的冲浪式洗果机设备。

该设备技术参数如下表（表8）：

项目

技术指标

型号

CXJ

生产能力

5t∕h

配用功率

2.75kw

外形尺寸

2500mm×900mm×1600mm

3、榨汁机

该榨汁机应用于柑橘、橙子、柠檬和柚，原果大小在直径6cm—8cm。

根据生产能力2666.25kg/h.产品按250g/个来计算。

则每分钟处理量为2666250/250/60=178个水果/分钟，选用沃迪生产的柑橘榨汁机。

该机械谁国首台柑橘全果榨汁机，专利的设计有效的保障该设备的高出汁率，在完美分离果汁、果肉与精油的同时，该设备运行成本低、操作简单、维修简单。

该设备技术参数如下表（表9）：

项目

技术指标

型号

TWE40-4

处理能力

375个/min

配用功率

7.5kw

外形尺寸

1700mm×1080mm×2520mm

产量

3000Kg/h

原果大小

直径60mm至80mm最佳

耗水量

1000L/h

4、高压均质机

高压均质机的压力为150-170kg/cm2，处理要求=（班产量）÷（生产周期×班生产线）=21.33t÷（8×2）=1.333t/h=1300L/h，所以选用正瑞机械的高压均质机。

该设备技术参数如下表（表10）：

项目

技术指标

型号

JJ-1.5/25

流量

1500L/h

最大压力

25MPa

额定压力

20MPa

电机功率

11Kw

外形尺寸

1030mm×745mm×990mm

每条生产线配一台高压均质机，共2台。

5、缓冲罐

生产过程中，在杀菌工序后，在灌装前，需用一个缓冲罐，其作用是能对物料的贮存和冷却，使料液到达灌装机的温度适当，不需要采用换热器，能节省能量，这类产品一般无固定的产品，厂家需要时一般自行设计自行定造，本设计根据物料的需求量，保证满足生产能力的前提下，定造的缓冲罐为不锈钢制造，容量4000L/h。

每条生产线配一台缓冲罐，共2台。

6、普通式套管式杀菌机

桔子汁处理要求=

21.33t÷（8×2）=1.333t/h

故选用沃迪科技的普通式套管式杀菌机。

该设备技术参数如下表（表11）：

项目

技术指标

型号

TW10D3000

产能

3000L/h

系统设计压力

5MPa

蒸汽耗量

750（Kg/h）

外形尺寸

1100mm×2100mm×3000mm

每条生产线配一台普通式套管式杀菌机，共2台

7、灌装机

由班产量和物料计算结果可知，桔子汁的生产能力为5344瓶/h，所以选用生产能力为5000—28000瓶/小时的灌装机。

该设备技术参数如下表（表12）

品名

全自动多功能PET瓶热灌装机（CRS系列）

原产地

产品

型号

CRS系列

产品品牌名称

CRS系列

产

品

说

明

CRS系列多功能全自动热灌装机:

继承常温灌装特点，增加热灌装所需必须配置。

重力微负压灌装，充填速度快，避免瓶空气污染

回流控制设计，确保灌装产品的温度始终满足灌装要求。

储液罐及灌装阀采用无死角圆滑设计。

产量:

5000-28000瓶/小时（另灌装速度可调）

每条生产线配一台灌装机，则共2台。

8、喷淋杀菌冷却机（表13）

主要用途与适用围：

本设备采用循环热水喷淋杀菌，温水预冷，冷水冷却的三段式处理或多段式处理，杀菌及冷却时间根据用户需求变频调速，自动控制高度自动化。

应用于各种瓶装、罐装饮料，果蔬罐头等食品的常压巴式杀菌，也可用于PET瓶灌装茶饮料的冷却和含气饮料的温瓶。

主要技术参数

型号

MR1A150

生产能力

80-150C/min

最高杀菌温度

<100℃

输送带线速度

110-553mm/min

循环水量

45/h

蒸汽主管压力

0.4MPa

外型尺寸

8800×2214×1985mm

设备重量

4000kg

（三）辅助工艺设备选型

1、贮水缸（自制）

水流量的为=班产量/生产周期=21.33t÷8=2.67t/h，水要求在3小时处理完，所以输水泵的水流量为w=mq=3×2.67＝8.01t/h＝8.01m3/h

（m－—为混合比系数，一般为3～5，取m＝3）

容量为装10000吨水，则其体积可建成25×25×16m3

2、输水泵

水处理量为8.01m3/h，考虑压头损失为3mH2O,故扬程要求为H=16＋3＝19mH2O。

离心泵选型如下表（表14）：

项目

技术指标

型号

IS50－32－125

流量

12.5m3/h

扬程

20m

转速

2900r/min

电机功率

2.2Kw

3、水处理用泵

水处理要求为8.01m3/h，设备安置高度为1.5m，设压头损失为8mH