年产吨玉米乳饮料生产车间的设计毕业设计论文.docx
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年产吨玉米乳饮料生产车间的设计毕业设计论文
第1章总论
1.1项目背景
我国是玉米生产大国，其种植面积和总产量居世界第二。
玉米是一种营养全面的主要粮食，也是一种丰富的食品资源。
玉米富含蛋白质、脂肪、氨基酸、多种维生素、矿物质及大量纤维素、碳水化合物等，并有良好的药用价值。
但目前玉米用于饲料工业较多，在食品工业中除作为淀粉及其深加工的原料外，一般应用很少。
为了开发玉米资源，改变人们长期以来对玉米作为粗粮的简单食用方式，增加人们的健康意识，本设计设计了一种老少皆宜的天然绿色营养保健食品——玉米乳饮料。
1.2立项依据
据国内外营养学家分析，五谷杂粮比起精制面粉和大米，其营养价值更高一筹，含有保健益寿的营养成份并具防癌抗癌功效。
“五谷饭”的营养价值要比吃单一谷物煮的饭高五倍。
玉米在五谷杂粮中脂肪、磷、维生素B2的含量居于之首，脂肪含量是面粉、大米的一倍多，胡萝卜素的含量更使大米、面粉望尘莫及。
玉米中含有亚油酸和维生素E，能使人体内胆固醇水平大大降低，从而减少动脉硬化的发生。
其含有的丰富谷胱甘肽是一种抗癌因子，它能在人体内与多种致癌物质相结合，并促使其排出体外。
并且玉米中还含有丰富的纤维素，能有效地促进肠蠕动，缩短食物通过消化道的时间，减少有毒物质的吸收和致癌物质对结肠的刺激，因而可减少结肠癌的发生。
同时由于食用玉米以后，大量的纤维素在肠道内形成巨大的网络，能束缚及阻碍过量的葡萄糖的吸收，起到抑制饭后血糖升高的的作用，抑制脂肪的吸收，降低血脂水平，预防和改善冠心病、肥胖、胆结石症的发生。
因此，在北美和欧洲，玉米不仅作为一种“休闲食品”，更被推崇为“减肥食品”，“抗癌食品”,“抗糖尿病食品”。
美国国家癌症协会（NCI），营养协会，牙医协会等一致评价玉米为“天然黄金”，使玉米类食品例如玉米饮料，玉米花，玉米早餐食品在市场上大行其道，深受消费者欢迎。
现代研究证实，玉米中含有丰富的不饱和脂肪酸，尤其是亚油酸的含量高达60％以上，它和玉米胚芽中的维生素E协同作用，可降低血液胆固醇浓度并防止其沉积于血管壁。
因此，玉米对冠心病、动脉粥样硬化、高脂血症及高血压等都有一定的预防和治疗作用。
维生素E还可促进人体细胞分裂，延缓衰老。
玉米中还含有一种长寿因子——谷胱甘肽，它在硒的参与下，生成谷光甘肽氧化酶，具有恢复青春，延缓衰老的功能。
玉米中含的硒和镁有防癌抗癌作用，硒能加速体内过氧化物的分解，使恶性肿瘤得不到分子氧的供应而受到抑制。
镁一方面能抑制癌细胞的发展，另一方面能促使体内废物排出体外，这对防癌也有重要意义[1~2]。
目前，国内玉米产量虽高，但主要是作为饲料原料，缺乏深加工产品，据调查，国内沿海发达地区及大中城市，已开始出现了玉米食品热，许多宾馆餐厅甚至老百姓菜篮子中，煮玉米、玉米馒头、窝窝头、爆玉米花、玉米面条成为新宠，一盘小小的“金银馒头”在餐厅。
这说明，随着生活水平的提高，消费者已趋向于“粗细搭配”、“合理膳食”之路。
但同时，我们也发现，玉米深加工的食品品种单一，选择性小，若能开发出食用方便，口感舒适，甜酸适度的纯玉米饮料、玉米奶饮料将会受到市场及消费者的欢迎。
玉米是江苏省仅次于水稻和小麦的第三大粮食作物，近年来种植面积稳定在600万亩左右。
而在2009年只盐城东台的种植面积就达到了122万亩，而盐城的大丰、东台、响水等县市以实施农业部保护性耕作和省农机三项工程、科技入户工程等项目为契机，开展了玉米机械化播种、联合收获和秸秆粉碎还田试验示范工作，通过召开现场会、举办培训班、开展科技入户等方式，带动和引导农民发展玉米生产机械化。
盐城市政府还出台了明确的扶持政策，为加快推进玉米生产机械化创造了良好的发展环境和条件。
本项目一期投资1千万，建筑面积1350平方米，主要建设工程为主厂房、动力车间、锅炉房及其他附属设。
生产过程全部实行自动化控制。
玉米乳饮料生产车间的合理设计对公司的效益和当地政府及人民的利益起着关键性的作用[3]。
1.3市场预测
我国玉米食品生产起步较晚，但增长较快，特别是一些大型乳制品企业，不断地进行产业升级，开发更高端的产品，调整产品结构，主打功能、健康牌，推出了多款中高端新产品，其中主要产品就是玉米乳。
随着市场扩大和前景的看好、许多省市都积极引进玉米加工项目。
随着人们生活水平和对生活的品质要求的提高以及市场开发力度的加大，玉米乳饮料的需求量会越来越大，价格也会进一步上升。
因此开发玉米乳饮料市场具有很大的前景[4]。
1.4拟建规模
考虑公司后期发展规划，结合当地资源及企业的资金能力，该项目以“适度规模，提高档次”为建设原则，分步实施，循序渐进，不断扩大企业规模。
本次项目建设规模拟订为年产玉米乳饮料2000吨。
1.5生产方案论证
1.5.1生产方案
表1-12000吨玉米乳饮料项目生产方案[5]
名称
生产周期（月）
备注
玉米乳饮料
12
玉米净含量不低于10%
1.5.2方案论证
（1）随着人们健康意识的增强，杂粮饮料慢慢的进入了人们的视线，而玉米具有丰富的营养成分。
（2）我国是玉米生产大国，具有丰富的玉米，将玉米加工成玉米乳饮料，提高了玉米的使用价值。
（3）本项目采用纸盒无菌包装，纸盒包装无污染，易回收，对环境保护有利；纸盒包装有利于防止光和氧对果汁营养成分的破坏，最大限度的保证果汁的品质；纸盒包装果汁档次高，有利于创造名牌产品。
欧美等许多国家已颁布法令取缔塑料包装，一些国家更明令要求食品包装应采用全纸包装，据悉，我国也在制定有关政府法令。
可以适应国际国内这种潮流和趋势，有利于产品进入市场。
第二章工艺论证与设计
2.1生产工艺及论证
2.1.1工艺流程图
玉米乳饮料生产工艺流程[6~8]
2.1.2工艺论证和说明
（1）冷冻玉米粒解冻
在进行玉米粒的加工前，首先进行冷冻鲜玉米粒的解冻。
解冻后暂存于不锈钢容器中。
（2）预煮
预煮就是在夹层锅中加入玉米粒及适量的水进行漂烫，以保证玉米的风味。
一般温度为95-100℃，时间为10-15分钟左右。
（3）打浆
将预煮好的玉米粒加入打浆机进行打浆，得到玉米浆。
（4）过滤
通过离心过滤机对玉米浆进行过滤处理，以去除玉米浆中的部分沉淀物质和漂浮物。
（5）水处理
饮料用水水质是保证果汁口感、风味、稳定性及保质期的重要条件。
根据国标GB5749-85确保饮料用水水质要求，见表2-1
表2-1水质要求标准[8]
指标
要求
水污染指数（SDI）
≤4
饮料用水电导率
≤20µs
铁
≤0.05ppm
锰
≤0.02ppm
总硬度
≤20DH
暂时硬度
≤3DH
细菌总数
≤1000个/ml
致病菌
不得检出
（6）溶糖溶酸
采用热溶法，溶解速度快，还可杀死糖浆中的微生物。
溶解温度60℃-70℃,糖度控在40-50°BX。
溶糖结束后再加入定量水对柠檬酸进行溶解，溶解完后用泵泵入调配缸。
（7）调配
将所需玉米汁泵入调配罐，将全脂奶粉、稳定剂、乳化剂及溶糖溶酸罐中的原料按比例加到调配罐中，最后加入适量的水，以玉米乳浓度达到要求为准进行定容。
（9）均质
均质是保证果汁稳定性和口感的关键工艺，压力和温度是均质工艺的重要参数，本设计采用二次均质：
一次均质压力为16Mpa、温度为75℃；二次均质压力为33Mpa、温度为75℃。
（10）脱气
脱气是为了去除料液中的空气（氧气），抑制褐变、色素、维生素和其他物质的氧化，防止品质降低；去除附着于料液中悬散微粒气体，抑制微粒上浮，保持良好外观；防止罐装和高温杀菌时起泡影响杀菌；减少对容器内壁的腐蚀
本设计采用真空脱气，脱气时玉米浆温度控制在40-60℃，罐内的真空度为0.07-0.09兆帕。
（11）杀菌、冷却
将经过脱气的玉米乳进行板式超高温瞬时杀菌，杀菌温度为125℃-137℃，时间为2-3S,冷却水为1~4℃，防止过度杀菌导致玉米乳的粘度产生变化。
（12）无菌灌装
本设计包装为屋顶包，该包装有利于防止光和氧对玉米乳营养成分的破坏，最大限度的保证玉米乳的品质。
（13）贴标
要求生产日期和批次号定位准确，字体清晰。
（14）检验装箱
发现封口异常、不严渗漏，生产日期、字体不清，等不合格品及时挑出，合格品装箱，要求封箱胶带料粘贴整齐、牢固，装箱数量准确无误。
（15）成品贮藏
将装箱的玉米乳饮料运输到成品库贮藏等待发货。
2.2玉米乳饮料成品质量标准
根据相关国家标准和产品的具体要求[9~10]，成品质量标准见表2-2、表2-3、表2-4
表2-2感官要求
项目
感官特性
色泽
呈乳黄色
滋味和气味
具有玉米特有的气味及滋味,无异味;
组织状态
产品呈均匀混浊态,久置
后允许少量分离沉淀,但摇动后呈均匀状态
杂质
无肉眼可见外来杂质
表2-3理化指标
项目
要求
可溶性固形物（20℃折光计）%≥
5.0
蛋白质g/100ml≥
0.5
重金属含量
符合国家规定的有关标准
表2-4微生物指标
项目
要求
细菌总数
≤100个/mL
大肠杆菌
≤3个/100mL
霉菌、酵母
≤20个/mL
致病菌
不得检出
2.3玉米乳饮料质量的关键点控制
（1）原辅料验收：
依据原辅料验收标准，每批进厂验收。
验收完的玉米粒放入冷库进行冷藏。
（2）水质：
根据水质要求，每周检验1次。
（3）辅料溶解：
保证辅料用量和完全溶解。
（4）调配：
按标准要求进行理化指标检测和定容。
（5）脱气、均质、杀菌：
保证工艺参数稳定。
（6）CIP：
每天对设备和管路进行标准CIP一次，对清洗不到的设备部件及表面也要及时采取其他方法清洗消毒，保证设备及管路的卫生。
（7）检测：
对每批产品要进行灌装量、理化指标、感官和卫生指标检测。
2.4 产品原辅材料消耗—物料衡算
根据工厂规模、产品方案，通过物料平衡计算，可确定单位时间内生产过程中主要原辅材料的需要量以及水、蒸汽、能源等流量与耗量，据此即可计算出全年主要物料、包装材料的采购运输和仓储容量。
物料衡算的另一目的是依据计算数值，经济合理地选择生产设备，并进行车间的工艺布置和各工序劳动力的安排等。
2.5产品与产量确定
2.5.1产品方案
根据充分的市场调研，全年产品方案和规划见表2-1。
表2-1玉米乳饮料项目产品方案
名称
规格
生产周期（月）
包装方式
备注
玉米乳
250ml/包、24包/箱
12
纸盒屋顶包装
玉米净含量不低于10%
2.5.2产量确定
根据年产2000吨生产规模，玉米乳饮料产量设计情况见表2-2[11]
表2-2玉米乳饮料产量设计
名称
年产量
月产量
日产量
备注
玉米乳饮料
2000吨
166.7吨
6.67吨
玉米净含量不低于10%
注：
全年生产，每年生产300天，每天一班7小时.
2.5.3.产品配方：
表2-11每吨玉米乳饮料中原材料及辅料所占的比例（%）
原料
含量（%）
玉米（净含量）
10
全脂奶粉
0.5
白砂糖
5
复合稳定剂
0.25
柠檬酸
0.25
乳化剂
0.15
水
84.85
注：
实际生产中考虑到玉米汁过滤时的损耗为10%，则实际玉米消耗量所占比例为11%
2.5.4、原辅材料消耗量及用量
（1）原辅料需求：
按食品行业中的饮料厂,其成品率为97%，因此每天实际投料总量为：
6.67/97%=6.88吨。
为保证成品量，实际生产以每天7吨为准,则每小时生产量为1吨。
表2-12每小时、每班实际原辅料使用量
原辅料
每小时的用量
每班的用量
玉米粒
0.11吨
0.77吨
全脂奶粉
0.05吨
0.035吨
柠檬酸
0.025吨
0.0175吨
乳化剂
0.015吨
0.0105吨
水
0.8485吨
5.9395吨
白砂糖
0.5吨
0.35吨
复合稳定剂
0.025吨
0.0175吨
屋顶包
4000个
28000个
纸箱
167个
1167个
2.6设备选型
2.6.1设备选型原则
设备选型是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，也是工艺布置的基础，并且是动力配电、水、汽用量计算提供依据。
在选择设备时，要按照下列原则进行。
（1）选设备必须满足工艺要求，保证产品质量与产量。
（2）设备的先进性与机械化程度就根据生产规模大小加以决定。
（3）所选设备应能充分利用原料，耗能少，效率高，体积小，操作方便，劳动强度低，且应考虑一机多用。
（4）符合产品卫生要求，易清洗拆装，与食品接触的材料要耐腐蚀。
设备结构合理，材料性能适应性强。
2.6.2设备选型
由每小时原辅料消耗计算得出预处理时夹层锅与打浆机、过滤机的处理量为大于0.11吨/小时，调配阶段后的工艺处理量为1吨/小时，分别对生产所需设备进行选型[12~13]
设备一览表
序号
设备名称
型号
规格效能
尺寸大小
功率（kW）
数量
单价（万元）
1
多介质过滤器
DJG
1T/h
Φ1000×495
1.2
1
2.2
2
活性炭过滤器
XD
1T/h
Φ400x1800
1.5
1
2.5
3
全自动软水器
RY-R-T-1
3T/h
420×340×870
0.5
1
3
4
软水储存罐
RZ-WG01
2.4T
φ1400×2100
1
3.0
5
微波解冻设备
WSM2D-N
500-700kg/h
3600×1500×1500
20
1
6.5
6
夹层锅
ZG-1
300L
1500×1000×1500
24
1
5.5
7
打浆机
DJ-1
0.15T/h
1000×830×948
1.5
1
2.8
8
离心过滤机
SG800
限量200kg
2500×1900×2335
7.5
1
1.5
9
物料泵
FEP30
400L/h
0.5
4
2.0
10
调配罐
XDTP-1
1500L
Φ3000×3000
11.1
1
3.0
11
均质机
SHP2000-60
2T/h
1380×1200×1200
45
1
9.8
12
屋顶包灌装机
BW-2200
5000盒/h
3700×1600×2800
23
1
5.6
13
板式换热器
HT-UHT1－10T
2T/h
2000×1000×1500
6.0
1
3.5
14
物料泵
NPY
2T/h
0.75
4
3.0
15
CIP清洗系统
DBQXJ-2
3300×1500×1700
14.2
1
15
16
脱气罐
TQ-2
2T/h
1035×750×2840
2.2
1
2.8
17
溶糖溶酸罐
DSR-10
1T/h
2800×1500×1940
7.5
1
2.8
18
锅炉
ZQ-24-0.7-D
1T/h
4650×2100×2650
24.3
1
1.5
19
贴标机
XWN-B2000
300件/min
1600×1100×1300
0.5
1
4
总计
190.80
80
2.7玉米乳饮料的水、电、汽衡算
根据玉米乳饮料生产的具体工艺和主要生产设备的需要，分别对水、电、汽进行衡算[10~13]。
2.7.1水衡算
（1）生产耗水：
每班生产用水量为5.9395吨。
（2）CIP清洗设备用水:
每天清洗设备1次,都是用CIP自动清洗（耗水量包含在其他用水中）。
（3）冷却隧道用水：
W5=2T/h
（4）冲洗地平用水：
1T/h
（5）其他用水：
5T/h
玉米乳饮料车间每班用水的最大消耗
W=W1+W2+W3+W4+其他=13.9395T/h
则每班总耗水量为13.9395×7=97.5765T
2.7.2电衡算
由设备一览表得各生产设备总功率为190.80kW/h
厂房照明耗电量约为15kW/h
则每班耗电量为（190.80+15）×7=1440.6kW
2.7.3蒸汽衡算
（1）UHT杀菌耗汽量：
G1=10kg/h
（2）灌装机耗汽量：
G2=50kg/h
（3）冷却隧道耗汽量：
G3=100kg/h
（4）CIP耗汽量：
G4=100kg/h
（5）水处理耗汽量：
G5=50kg/h
设备总耗汽量：
G=G1+G2+G3～+G5=310kg/h
选1台1吨锅炉，完全可以满足饮料车间的用汽.
每班需要的蒸汽量为310×7=2170kg
2.9车间劳动力计算
表2-14车间劳动力分布
岗位
人数
岗位
人数
原料搬运
2
脱气
1
解冻
1
杀菌
1
预煮
1
灌装
1
打浆
1
贴标
1
过滤
1
包装
3
溶糖溶酸
1
运输入库
1
调配
2
水处理
1
均质
1
其他
2
员工人数计算：
20人
2.10车间布置与结构
2.10.1车间布置
（1）建筑物、构筑物的布置，必须符合生产工艺的要求，保证生产过程的连续性；尽可能缩短运输路线；避免往返运输；合理组织人流货运，使其相互不干扰。
（2）根据生产性质、动力供应、卫生防火等方面的不同要求将建筑物或构筑物分区布置。
（3）有大量烟尘排出的车间应布置在厂区边缘及常年主导风向的下侧，北方地区应布置在下季主导风向的下侧。
（4）动力供应设施应接近负荷中心，以缩短线路，减少损耗。
（5）给水设施宜相对集中，并接近水源；管道的走向及厂区的排水，应结合厂区的地形坡向，有组织地排入城市下水系统或河流。
（6）建筑物、构筑物之间的距离，应根据生产、防火、卫生等方面的要求，结合地貌进行确定。
（7）合理确定建筑物、构筑物的标高，尽可能减少土石方工程量。
（8）成品库接近入口；运煤出渣不宜穿越生产区，而另设出入口；厂区要考虑绿化的布局。
（9）在符合工艺要求的前提下，宜将生产性质、防火卫生，运输条件等方面相类似的车间、仓库予以合并，集中布置，建筑物外形力求方正。
（10）在进行生产车间布置时，要考虑到进行多种生产的可能，以便灵活调动设备，并留有余地，以便更换设备。
同时，还应注意设备相互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。
（11）必须考虑生产卫生和劳动保护。
如卫生消毒，防蝇防虫，车间排水，电器防潮及安全防火等措施。
（12）要注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施。
对散发热量、气味及有腐蚀性的介质，要单独集中布置。
对于空机房、空调机房、真空泵房既要分离，又要尽可能地接近使用地点，以减少输送管道及管路损失[14]。
2.10.2车间建筑特点
（1）车间面积[15]
见表2-15。
表2-15车间各部分面积分配表（单位：
M2）
名称
化验室
主生产间
灌装间
原辅料库
办公室
卫生间、更衣间
成品库
其他
面积
54
360
100
115
45
50
270
356
（2）建筑结构
1）门：
车间采用双扇折叠钢门，尺寸3×2.4m
2）窗：
铝合金推拉窗户，窗下缘离地平1m，窗户尺寸1×2.4m；
3）屋面：
屋面为轻钢屋架结构，主体为砖混结构二四墙，办公楼为框架结构，墙为二四墙，车间内墙白瓷砖贴满，墙外白瓷砖贴满，防雨水渗入。
4）地板车间地板采用水磨石地板，可耐腐蚀，不起灰，耐热防滑，地面设有1.5～2.0%的坡度，并有明沟或地漏排水，将生产车间的废水和腐蚀性介质集中并及时排出，做到局部设防，以缩小腐蚀范围，达到保护地面的目的[16]。
5）天花板
天花板一般起隔音、隔热和美观作用。
车间内的天花板必须平衡、防尘；采用单跨结构，卫生条件好。
第三章生产车间的布置
3.1生产过程设计
根据玉米乳生产的工艺要求，结合实际情况，需要以下建筑物或构筑物[17~19]。
（1）辅料、材料仓库：
存放玉米乳生产所用辅料及包装材料。
（2）冷库：
存放生产所需主原料冷冻玉米粒。
（3）主生产车间：
调配、脱气、均质、杀菌等。
（4）灌装间：
玉米乳的灌装、冷却等。
（5）水处理间：
为玉米乳饮料生产提供符合要求的软水。
（6）成品仓库：
存放玉米乳饮料成品。
（7）空压机房：
提供某些设备自动化控制所需的压缩空气及生产过程中的需求。
（8）化验室：
原辅料的检验以及成品饮料理化指标和微生物指标的检测。
（9）更衣室、卫生间：
供车间及灌装间生产的工作人员使用。
（10）锅炉房：
为生产车间提供蒸汽。
（11）配电室：
为生产提供合适的电压。
（12）机修车间：
制造非标准专业设备和维修保养工厂生产和辅助设备。
依据以上建筑物功能的区分和工艺要求，生产过程如图3-1
图3-1生产过程示意图
3.2车间平面布置基本原则
（1）以方便生产为前提，符合车间生产程序，避免原料、半成品及成品的交叉运输、污染。
（2）全建筑物采取南北朝向，利于采光和通风。
（3）利用原厂条件，配电、锅炉靠近生产车间，减少能源损耗，降低建筑成本。
（4）通盘考虑全厂布置，填平补齐，力求合理、经济，并充分考虑了全厂二期工程和消防通道。
3.3车间平面设计说明（包括辅助部门）
（1）厂区主要建筑物:
办公楼、辅料库、材料库、冷库、饮料车间，按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料的往返运输。
（2）所设计低温库是为冷冻玉米粒储藏而用，以确保原料品质不受任何影响。
（3）办公楼（办公楼、实验室、化验室、会议室、职工俱乐部等）紧靠车间，方便管理。
第四章辅助部门设计
4.1原、辅材料库
4.1.1原料库（冷库）
贮藏冷冻鲜玉米粒。
4.1.2辅材料库和成品库
贮藏纸箱、纸盒和白糖、柠檬酸、全脂奶粉及成品而用，考虑方便生产、厂区美观、整齐以及厂区整体布局要求，该库紧邻车间而建，同时考虑到交叉污染，该库一分为三，把包装材料、辅料和成品分开。
4.2化验室
化验室的任务是进行原料检验、成品检验、包装材料检验、水质检验和环境监测，监测项目有感官评定、理化检测、微生物检测等。
化验室应配备化验台、药品厨，以及各种玻璃仪器。
4.3机修车间
由机械加工、冷作及磨具锻打三部分组成，附属有木工间和五金仓库[13]。
4.4配电室
应包括配电变压器、高压开关柜、低压配电屏、静电电容柜等[13]。
第五章卫生、安全及全厂生活设施
5.1废水、废渣处理
（1）废水：
由于玉米乳饮料工厂属非化工类工厂，污水大部分来源于车间地坪冲洗及工艺设备清洗，未含有毒物质，含有少量的酸碱，故可以由车间明沟直接排出，经厌氧-好氧处理系统稍作处理即可。
（2）废渣：
玉米乳饮料所用原料为玉米，废渣一般为玉米皮，可作为家禽的饲料。
5.2个人卫生
（1）车间生产人员每年至少进行1次健康检查，新进厂的人员必须进行健康检查，取得健康证后方可参加工作。
（2）生产人员必须经过车间入口处的消毒池，经洗手、消毒后方可进入车间，上岗前必须穿戴整洁、统一的工作服、帽，工作服
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