年产20万吨果冻的工厂生产工艺设计.docx
《年产20万吨果冻的工厂生产工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产20万吨果冻的工厂生产工艺设计.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
年产20万吨果冻的工厂生产工艺设计
年产20万吨果冻的工厂生产工艺设计
摘要
介绍了果冻工业现状和发展趋势、生产工艺流程的特点。
设计了果冻生产工艺流程,进行了物料衡算、经济核算、主要设备的设计及选型；绘制了果冻生产工艺流程图、主要设备装配图以及车间平面布置图等。
关键词:
果冻；设计；工艺流程；物料衡算；热量衡算
2.2.3工艺流程的详细叙述..．.......................................8
3.3果冻生产水衡算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．...…..21
3.4果冻生产热量衡算22
4.1设备设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
6.1主要副产品及“三废”…………………………………………………………28
6.1.1污水29
6.1.2噪声………………………………………………………..…………………30
6.1.3大气………………………………………………………..…………………31
6.2副产品综合利用方案及“三废”处理措施……………………………………32
6.2.2噪声污染治措施………..……………………………………………………...…….34
6.2.3固体废弃物防治措施…………………….…………………………………...…….35
第一章概述
果冻是一种西方甜食，呈半固体状，是用增稠剂（海藻酸钠、琼脂、卡拉胶等）加入各种人工合成香精、着色剂、甜味剂、酸味剂配制而成。
大多数果冻中使用的都是海藻胶。
这是一种天然食物添加剂，在营养学上，把它叫做可溶性膳食纤维。
我们知道，水果、蔬菜、粗粮中含有一定的膳食纤维，对人体的主要营养作用是调节肠道功能，特别是润肠通便。
果冻和它们起到的作用是一样的，多吃可以增加肠道内的湿润度，改善便秘。
同时，一些果冻中还加入了低聚糖，有调节肠道菌群、增加双岐杆菌等好的细菌、加强消化吸收功能、减少患病几率的作用。
据调查，大部分中国人日常饮食中摄入高脂肪、高热量食物超标是普遍现象，在无法及时补充蔬菜、水果的情况下，多吃点果冻增进消化，也不失为好的选择。
此外，果冻的另外一大优点就在于它的低热量。
它几乎不含蛋白质、脂肪等任何热能营养素，想减肥或保持苗条身材的人可以放心食用
1.1果冻的发展现状与趋势
果冻产品，自从1980年代中期进入中国市场以来，其丰富的口味和特殊的口感很快受到广大消费者，特别是青少年朋友的青睐。
1990年代中后期，随着需求的迅速扩大，果冻行业逐步形成产业。
发展至今天，果冻行业在我们国家已经成长为一个总销售额达70亿规模的产业,并超过日本成为世界上最大的果冻生产国和销售国。
由于与糖果食品有淡旺季调节和品类互动作用，使得大批企业纷纷进入果冻行业。
目前，果冻行业已经形成了以喜之郎、蜡笔小新、亲亲、旺旺和金娃为首的领先品牌群。
其中，喜之郎、蜡笔小新等品牌获得“中国名牌”荣誉称号，亲亲等品牌获得“中国驰名商标”荣誉称号。
据统计，目前我国已有2000多家果冻生产企业（其中规模企业300多家），年直接用工20多万人（不包括销售人员及原铺材料用工人员）。
果冻产品大量使用农产品原辅料，如白糖占果冻比例16%--25%，每亩甘蔗地产白砂糖600公斤；西部特产摩芋粉，占果冻比例5%，每亩农田产200公斤摩芋粉；卡拉胶占果冻比例8%，每15吨鲜海藻可提取1000公斤卡拉胶；以及大量使用水果等农产品。
因应国家的三农政策，在农业产业化的背景下，果冻工业正在迎来快速发展的局面。
尽管国内果冻行业每年都在均速增长，但是它的产品销售比例却始终保持相对稳定的数字值，即大杯装果冻和果冻爽总量的35%左右，小杯装果冻和袋装果冻占总量的60%以上。
近年来随着我国休闲食品消费的快速增长，果冻行业也得到了突飞猛进的发展
果冻产品的未来主流趋向天然化、功能性.质地嫩滑的果冻，辅以天然果肉,形成了独特口感,并含有水果的营养成分。
市场上有菠萝、柑橘、桃、梨等品种的果肉果冻产品，可供广大消费者选择.另外,应消费者对果冻保健功能的需求，市场上还出现了高钙果冻、芦荟果冻等品类。
所有类型的果冻，其可溶性固形物含量要求在15.0%以上，即白糖添加量为15%，与糖果相比可称低热量食品。
含乳型果冻蛋白质要求为1.0%以上，在食用果冻的同时也摄入了由乳制品带来的优质蛋白。
营养健康型果冻，日益受到消费者的青睐。
中国的果冻在满足了国内需求后，每年有五分之一出口到国外，同时还进口国外的一些差异化果冻，普通果冻市场已经饱和，但实用型营养果冻市场尚未完全开发。
有机会替代传统型普通果冻。
随着人民生活水平的提高，人们对果冻的要求越来越高，以及我国加人WTO，大量优质低价的进口产品也将会对国内果冻市场造成一定的冲击。
同时经过十五年的发展,国内果冻市场已经供过于求，迫切要求提高产品档次，打进国际市场，开辟果冻行业新的生存发展空间。
1.2果冻生产工艺设计的意义
由于我们的生活水平的不断提高，人们对食品的要求越来越高，营养成了人们选择食品的第一标准。
据调查显示，国不少城市居民饮食中肉类、蛋白质和脂肪摄入量远超过全国平均水平，接近发达国家水平，这种“高蛋白、高脂肪”饮食结构易引致心脑血管病、肠胃不适症、肥胖症等，而果冻中丰富的膳食纤维对预防以上“现代文明病”有积极意义。
果冻在制造过程中需要添加钙、钾、钠等矿物质，这些矿物质也是人体所需元素。
如人体的骨骼需要大量的钙质，细胞液、组织液中含有—定比例的钠、钾离子，这些离子对维持细胞的渗透压、机体酸碱平衡、神经信息的传导起重要作用。
由此可知，果冻是一种营养价值很高的休闲食品。
而果冻的原料主要来自海藻，可是在从海藻的提取过程中经过酸、碱、漂白等工艺处理后，其原有的维生素、无机盐等营养成分均丧失贻尽，为了减少这些营养成分的损失，需要进行新的果冻生产工艺的设计。
第二章工艺流程设计
2.1原料、辅料的选择
果冻粉、水果肉、柠檬酸、糖、水、香精、色素
2.2工艺流程叙述
2.2.1工艺流程方框图
2.2.2生产工艺流程图
煮胶（温度150℃～165℃、时间15min～20min）过滤（目数为100目～
200目）调配充填封口（温度180℃～200℃、时间1s～1.5s）
杀菌（温度80℃～90℃、时间10min～30min）
冷却（冷却5min～10min）
烘干（速度为0.05m/s～0.2m/s）
包装成品
2.2.3工艺流程的详细叙述
1、煮胶
煮胶的作用是将适当的水、蔗糖和果冻粉等通入蒸汽温度150℃～165℃、15min～20min进行一定处理，使果冻粉进行充分水化，在糖液之中形成不同浓度的胶冻液，这种工艺保证糖液的卫生，从而使产品质量得到保证。
2、过滤
过滤的目的是去除胶冻液中可见杂质，保证果冻产品感官符合要求。
采用机械过滤形式，过滤网的目数要求在100目～200目。
3、调配
调配的目的是改变风味、提高产品质量、增加花色品种，经过调配工艺后，果冻形成五颜六色、风味不同的品种。
添加的添加剂应符合国家有关标准规定要求，严格控制添加剂超标，杜绝果冻凝胶变性、不凝胶等质量问题。
4、充填封口
将调配的果冻胶液在一定条件下充填，杯形果冻是用不同杯型配备不同规格的充填封口机进行充填封口形成。
条状果冻或异形果冻是将胶液充填入预先加工好的包装袋或造型包装物中进行旋盖或封口形成。
盖膜热封或其他形式封口，该工序要及时调整偏膜造成商标不完整、封口温度控制在180℃～200℃范围，封口时间控制在1s～1.5s范围，避免由于封口温度过高造成烧膜或封口温度过低造成封口不严。
生产果肉果冻产品是在这道工序添加水果肉、果块，水果肉、果块要选用果实新鲜良好，成熟适度，风味正常，无畸形，无病虫害及机械伤所引起的腐烂现象。
要保证生产卫生，防止造成胀杯、微生物指标超标等。
5、杀菌
果冻的杀菌采用巴氏杀菌工艺，一般水温控制80℃～90℃，杀菌时间为10min～30min。
杀菌工序是果冻生产关键控制点之一，是确保产品质量符合卫生标准的关键。
6、冷却
对果冻的冷却采用水冷却，将封口好的果冻放在不锈钢冷水池中冷却5min～10min，保证快速冷却。
7、烘干
对果冻的烘干采用风冷式的自动烘干机，控制在0.05m/s～0.2m/s的速度通过，确保果冻凝胶形成并烘干包装物表面水分。
第三章果冻工艺原料消耗的计算
本章对果冻生产的物料衡算，通过查阅相关的资料，进行了详细的计算，并以此为依据，再根据相关的公式，进行了设备方面的选型，从而完成了该果冻的工厂设计中的
核心内容
3.1果冻生产物料衡算
（一）果冻的生产配方及原料利用率
表3-1果冻的生产配方及原料利用率
原料名称
添加比率
利用率
果冻粉
65﹪
99﹪
蔗糖
10﹪
97﹪
水果肉
1﹪
99﹪
柠檬酸
3﹪
98﹪
（二）根据该食品配方和原料利用率比求出班产量为274t时各物料的投料量
果冻粉274×65﹪/99﹪=179.9t
蔗糖274×10﹪/97﹪=28.25t
水果肉274×1﹪/99﹪=2.77t
柠檬酸274×3﹪/98﹪=8.39t
配料所需水274×（1-65﹪-10﹪-1﹪-3﹪）/98﹪=58.71t
（三）年产20万吨果冻生产的物料衡算表
表3-2年产20万吨果冻生产的物料衡算表
名称
每班消耗额（t/d）
年消耗量（t/a）
备注
果冻粉
179.9
131313.13
蔗糖
28.25
20618.57
水果肉
2.77
2020.20
柠檬酸
8.39
6122.45
水
58.71
42857.14
3.2果冻生产水衡算
1.每班产品的工艺用水量（前已算过）58.71t/b
2.清洗物料或容器所需水量（S2）
清洗物料或容器所需水量（S2）可按单位时间内水的流量及用水时间来计算，公式如下：
S2=∏vtρ*（d2/4）
=3.14×6×300×1000×（0.038）^2/4
=2040.37kg
d—清洗设备上进水管的内径，m
v—水在管道内的流速，m/s
t—清洗设备使用时间,s
ρ—水的密度，kg/m3
3.冷却水的用量
冷却水主要用来使杀菌后的果冻冷却。
（1）冷却物产品用水计算（S3）
计算公式如下：
Q=G×CP×（T1′-T2′）
=200000×1.32×（90-35）
=14520000（kJ∕h）
S3=Q/〔C（T2-T1）〕
=14520000/〔4.184×（35-15）〕
=173518.16kg
=173.18t
Q—物料或产品冷却到所需温度后所放出的热量，kJ/h
C—冷却水的比热容，kJ/（kg·℃）
CP—待冷却物料或产品的比热容，kJ/（kg·℃）
G—待冷却物料或产品的质量，kg/h
T1——冷却水初温，℃
T2——冷却水终温，℃
T1′——待冷却物料或产品的初温，℃
T2′——待冷却物料或产品的终温，℃
4.冲洗地坪耗水量（S5）
根据实际测定，1吨水大约可冲地坪200m2,食品厂生产车间每4小时冲洗一次，即每班至少冲洗两次，本工厂的生产面积为5500m2，则：
S5=M/200×2
=5500/200×2
=13.75t
式中,M为生产车间地坪面积,m2
5.年产20万吨果冻生产的用水衡算表
表3-3年产20万吨果冻生产的用水衡算表
名称
每班产品消耗额（t/d）
年消耗量（t/a）
备注
工艺用水
58.71
42857.14
清洗用水
2.04
1489.2
冷却用水
173.18
126421.4
冲洗地坪用水量
13.75
10037.5
总用水量
247.68
180805.24
3.3果冻生产热量衡算
1.耗气量公式
G＝Q／（i1-i2）
G—蒸汽消耗量,kg/h
i1——蒸汽热焓,kJ/kg
i2——冷凝液的热焓,kJ/kg
Q—加热过程中消耗的总热量（kJ）,由此求出：
Q=Q1+Q2+Q3+···+Qn
其中Q1、Q2、Q3···Qn可由下列公式推出：
（1）煮胶时所消耗蒸汽量
Q1=G×c×（t2-t1）
=238.6×1.32×（165-25）
=44095kJ
Q1——物料升温需消耗热量,kJ
G—物料量,kg/h
c—物料的比热容,kJ/（kg·℃）
t2——物料的最终温度,℃
t1——物料的最初温度,℃
（2）杀菌时所消耗的蒸汽量
Q2=G×c×（t2-t1）
=278×1.32×（90-35）
=20182kJ
G—产品总质量,kg/h
C—产品的比热容,kJ/（kg·℃）
t1t2——产品加热前后的平均温度（℃）
表3-4热量平衡表
名称
每班产品消耗额（kJ/d）
年消耗量
（kJ/a）
备注
煮胶耗热
44095
16094675
杀菌耗热
20182
7366430
总热量
64277
23461105
第四章果冻设备的设计与选型
4.1设备计算
4.1.1.设备容积的计算
已知物料的流量V和逗留的时间t，可以计算出设备的有效容积V有效：
V有效=Vt
4.1.2.设备数量的计算
连续操作的为保证反映充分均匀，防止滞留和滑漏现象，选用设备的数量为4个，也可设定单个设备容量由总容量求算设备数量n：
n=V有效/ФV＇
式中V有效—设备的有效面积（m2）
V＇——单台设备容积（m2）
Ф—填充系数（﹪）
4.1.3.冷却面积的计算
计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即：
F=Q总/K△tm
其中，采取板式热交换器，取经验值K=4.15×500kJ/（m3·h·℃）
平均温差△tm：
（△t2室温25℃）
△tm=（△t1-△t2）/ln（△t1/△t2）
=（90-35）/ln（90/35）
=58
F=Q总/K△tm
=23461105/4.15×500×58
=195m2
4.1.4.输送设备的选择
液体输送设备主要是各种类型的泵，主要考虑最大流量
根据公式：
（以班产量最大的产品为依据）
Q=278000/2.9
=278000/2.9
=146.3t/h
式中γ—介质的相对密度
4.2主要设备（工段所用设备）
表4-1主要设备一览表
序号
设备名称
型号
外形尺寸mm
数量
备注
1
果冻生产机
DRL420
2800×830×1900
4
生产能力为12000版/时
2
配料罐
RPC-P200
800×550×810
4
最大体积200L
3
板式热交换器
RL10
1600×1385×1660
2
体积1000L
4
灌装机
TB
947×785×1527
2
灌装速度1800-3600杯/h
5
充填封口机
CFD-12
2
包装速度为11520-14400pcs/h
第五章厂址的选择及其厂房车间布置
5.1总平面布置的原则
总平面设计必须符合国家有关规范和规定
（1）总平面设计必须符合生产流程的需要，原料、半成品、成品的生产作业线应顺直短捷，避免作业线交叉和返回。
（2）总平面设计应当将占地面积较大的生产厂房布置在厂区的中心地带，以便其他部门为其配合服务。
（3）总平面设计应充分考虑地区主风向的影响，以次合理布置各建、构建厂房及厂区位置。
（4）总平面设计应尽人流、或物流通道分开。
避免交叉。
5.2厂址选择
厂址选择应遵循的基本原则[19]
1、厂址位置必须符合国家工业布局，城市或地区的规划要求，尽可能靠近城市或城镇原由企业，以便于生产上的协作，生活上的方便。
2、厂址应靠近主要原材料供应地区，厂址应具备良好的水、陆交通运输条件。
3、厂址应具备充足的水源供应，若有低温的地层水源更为理想，因可节约部分制冷量；厂址应有足够的蒸汽和电力，尽可能靠近热电站。
4、厂址应布置在居民区下风向和江河的下游，当全年主导风向不明显时，应以夏季风向为主来考虑。
5、厂址应考虑废水的排放和稀释问题，即排放废水经过处理达到排放标准后，排入江河的流量、组分、方位、及其遇江河枯水期最小流量时的稀释情况。
6、厂址应具备完整的地质和水文气象资料，以作为化工设计计算的依据；厂址建筑物是否需要抗震设防，应根据厂址地震资料参照TJ11-78工业与民用建筑抗震设计规范进行设计。
根据以上设计原则，可以将工厂建立在广东省珠海市斗门白蕉工业开发区，因为目前广东省珠海市斗门白蕉工业开发区环境优雅、地理位置得天独厚，交通运输方便，有利于原料和产品供销方便，同时这里食品产业发达，能打动此啤酒销量的增长[20]。
5.3厂房布置
厂房布置的原则有以下几个方面：
1、厂房布置应该满足生产工艺的要求：
依照工艺流程的物料顺序，使物料流向在水平方向和垂直方向保持连续性，尽量避免同一物料迂回反复，使原料到成品的路线最短，节省管道，减少投资，经济效果好。
2、如有重型设备和容量很大的槽罐以及震动性强的传动设备，如压缩机、转筒形加热炉或干燥炉等，应尽量布置在底层。
而有些必须布置在楼上时，应布置在承重梁上。
3、如有多个单元设备需要建造操作平台时，应尽量集中考虑、统一设计，避免单独平台过多，使平台支柱零乱太多，建筑构件增多，占地面积也增多，使投资加大，且操作环境零乱。
4、不论哪一种厂房的形式，都要对厂房的进行口、通道、楼梯位置安排好。
厂房大门与生活行政等设施的门应该分开。
厂房大门宽度与高度要比最宽设备、最高设备宽出或高出0.2m以上。
当有运转设备进入厂房时，厂房大门宽度总得比运输设备宽0.4m或0.4m以上。
5、根据厂址主导风向，应将产生易燃易爆、有毒有害气体或粉尘的装置，布置在下风
方向，而将行政管理部门、检修动火区等布置在上风方向。
6、变电所及配电间应布置在上风方向，并尽可能靠近用电量大的装置，以减少电压降和电能损耗。
冷冻站应尽可能靠近耗冷装置，以减少冷冻盐水输送过程中散失至周围的冷损失。
7、总图应预留出个装置的发展和扩建余地。
同时应考虑设备检修吊装的通道和位置[21,22]。
5.4车间布置（主车间）
车间布置原则
一个优良的车间平面设计应该设备排列简洁、紧凑、整齐、力求美观，节省空间，操作流畅，方便维修。
生产车间工艺设备布置除了严格按照食品的卫生要求设计外，还应遵守下列原则进行。
（1）首先满足生产、卫生方面的要求，同时还必须从本车间在总平面图上的位置与其他、车间或部门间的关系以及发展前景等方面，满足总体设计的要求。
（2）设备布置应尽量按流水线安排，但有些特殊设备可按照是同类型做适当集中，务必使生产过程占地最少，生产周期最短，操作最方便。
生产车间的小冷库应尽量靠墙布置，以便于附属设备的安装和维护。
如果厂房属于多层建筑，一般重型设备最好设在底层。
对于旧厂房改造，车间布置要兼顾厂房建筑结构。
（3）在进行生产车间设备布置时，应考虑到进行多品种生产的可能，并留有适当的余地，以便灵活调动和更换设备。
同时，还应注意操作台之间设备之间的间距和设备与建筑物的安全维修距离，既要保证操作方便，又要保证维修装拆和清洁卫生的方便。
（4）生产车间和其他车间的各工序要相互配合，保证各物流运输通畅，避免重复往返，力求缩短物流的运输距离。
尽量采用机械运输带运输，要尽可能利用生产车间的空间运输，合理安排生产车间各种废料的收集和排出。
对于楼层结构的车间，必要时可设置垂直运输装置，利用重力运输物料，可节约能源和占地，简便快速。
（5）必须考虑生产卫生和劳动保护。
生产卫生控制主要包括水和冰的卫生;食品接触表面的卫生和清洁；交叉污染的预防；手的清洁和卫生间设施；防止污染物造成的不安全和不卫生；有毒化合物的标识、储存和运用；操作人员的健康状况；虫害的灭除和控制。
另外还应注意车间排水、电器防潮、防止噪声和安全防火等措施，具有转动部件的设备，要加防护装置。
（6）应注意车间的采光、通风、采暖、降温等措施。
对散发热量气味既有腐蚀性的介质，要单独集中布置。
对空压机房空调机房真空泵房等既要分隔，又要尽可能接近使用地点，以减少输送管路及管路损失。
（7）可以设在室外的设备尽可能设在室外，上面加盖防、雨防晒棚。
第六章安全、环保和三废处理
环境可分为自然环境、生物环境和社会环境。
环境是人类和生物赖以生存和发展的所有要素及条件的综合。
人类与其他生物一样，通过新陈代谢与周围环境不断地进行物质和能量交换。
现代工业的发展虽然创造了巨大的物质财富，同时人类的环境又为它付出了相当巨大的代价。
人类从严酷的事实中提高了对人类活动与环境之间关系的认识。
人类的自然环境是由生物圈所构成并保持着动态平衡的物质世界。
人类是环境的产物，又是环境的改造者。
要把生产观点和生态观点结合起来，控制环境污染，保护和改善环境质量，把高效的“人类一环境”系统调控到最优化的运行状态。
要求人类明智地管理地球。
6.1主要副产品及“三废”
6.1.1污水
本项目年用水量为180805.24m3，排水量为137948.1m3，项目排放的污水主要为生产污水、生活污水，生产污水包括清洗用水、车间洗刷设备和冲洗地面。
6.1.2噪声
本项目噪声源主要是来自施工期和运营期。
施工期主要来源于厂房建设、材料运输、设备安装等；运营期生产车间的粉碎机和运转设备。
设计时考虑减震、消声等设施，设备噪声级一般在75-85dB（A）之间。
噪声治理拟采用以下措施：
工艺设计中优先选用国际标准的德国第一噪声设备。
对于噪声较大的设备，采取建封闭间和消声等措施处理。
对振动较大的设备，基本采用相应的减震措施。
总图布置中尽可能利用建筑物及绿化植物对噪声的屏蔽、衰减及吸收作用。
采用防治措施后，厂界噪声均能达到《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-90），Ⅲ类区标准的要求。
6.1.3大气
本项目生产利用电厂提供的蒸汽，取暖也采用该厂供热，生产中无其他大气污染物产生，不会对大气产生影响。
6.2各项副产品综合利用方案及“三废”处理措施
6.2.1水污染防治措施[2]
本项目用水量为180805.24m3/a，排水量137948.13/a，项目排放的污水主要为生产污水、生活污水，生产污水主要有清洗水果、车间洗刷设备和冲洗地面，通过类比调查，该污水达到《污水综合排放标准》（GB8978-96）三级标准，如不往污水处理厂排放，必须达到《污水综合排放标准》（GB8978-96）一级标准要求，采取相应的处理措施，以厂内防治为主，辅之以必要的厂外治理。
1．厂内治理
主要措施有：
节约用水，提高循环利用率；对工艺过程产生的危害人体健康的物质从严处理；控制和减少事故排放；强化——级处理，降低排水的悬浮物及其他污染负荷。
酸奶生产中的冷却水可以用来作为洗涤水或浸渍水。
2．废水厂外处理方法
废水的厂外处理包括一级处理、二级处理、三级处理，所用的方法有物理方法、化学方法和生物方法、物理化学方法等。
生产中的污染物是多种多样的，一种废水往往需要通过几种方法组成的处理系统，才能达到要求的处理效果。
三级处理如下：
一级处理：
以物理方法为主，目的是除去废水中悬浮状态的固形物质，并调节pH值。
常见的方法有筛滤、沉淀、过滤等。
经过一级处理后的废水去除BoD20％一30％。
二级处理
升级会员 