年产5000吨豆奶及豆奶饮料工厂设计第一次修改资料.docx
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年产5000吨豆奶及豆奶饮料工厂设计第一次修改资料
韶关学院
毕业设计
题目：
年产5000吨豆奶及豆奶饮料工厂设计
学生姓名：
叶键彬
学号：
0711********
系（院）：
英东食品科学与工程学院
专业：
食品质量与安全
班级：
07食品3班
指导教师姓名及职称：
朱定和副教授
起止时间：
2010年9月20日——2011年月日
年产5000吨豆奶及豆奶饮料工厂设计
作者姓名：
叶键彬班级：
07食品（3）班
指导老师：
朱定和副教授
摘要：
本设计主要是进行年产5000吨豆乳及豆乳饮料工厂的设计。
本设计从广东省当地市场、地理环境、经济政策等各项有利条件出发，针对年产5000吨豆乳及豆乳饮料项目的需要，进行了全厂总平面设计、车间平面设计、产品方案、工艺论证、设备选型、物料衡算及全厂卫生安全系统等方面的研究与设计，最后，对该设计的技术与经济效益进行分析并总结。
分析表明：
该项目的固定资产投资约为1588万元，年利润约为663万元，生产能力利用率为45%，静态回收期为4.33年。
关键词：
豆奶；工厂设计；经济效益分析
Designofafactorywithanannualoutputof5000tonsofsoymilkandsoymilkdrinker
Abstract：
Theaimofthisprojectistodesignaplantwithanannualoutputof5000tonsofsoymilkandsoymilkdrinker.ThedesignisbasedonthelocaladvantagesinGuangdongProvince,whichincludemarketenvironment,geographicalenvironment,economicpolicyandotherconditionsbeingfavourablefortheproductionofsoymilkandsoymilkdrinker.Accordingtothedesignrequires,thewholeprojectinvolvesseveralindividualresearchanddesigns,includinggenerallayout,workshoplayout,graphicdesign,productplan,technologicalprocess,typeselectionofequipmentandmaterialbalanceandhygienicsafetysystem.Finally,thetechnicalandeconomicefficiencyoftheprojectisanalyzedandsummarized.Analysisshowsthatthepurposeofinvestmentinfixedassetsisabout1588millionyuan,theprofitfortheyearaboutfor663millionyuan,capacityutilizationfor45%,staticpaybackperiodis4.33years.
Keyword：
soymilk,plantdesign,economicefficiencyanalysis
年产5000吨豆奶及豆奶饮料工厂设计
专业班级：
07食品3班学生姓名：
叶键彬
指导老师：
朱定和副教授
1.概述
科学的膳食结构及营养丰富的食品,尤其是高蛋白食品,对于人体的发育和健康是异常重要的。
但是,我国人民蛋白质的摄入量严重不足。
所以,发展高蛋白食品对于我国食品工业及人民健康,意义重大。
在饮料工业中,发展高蛋白饮料,有助于人民摄入足够的蛋白质。
豆奶是以大豆为主要原料制成的高蛋白饮料,其中含有丰富的蛋白质以及较多的微量元素镁，除此之外，还含有维生素B1、B2等。
科学研究发现，大豆含有丰富的蛋白质、胡萝卜素、脂肪、磷脂、氨基酸、维生素等众多成分，经常食用有助于健康及体内营养结构平衡。
目前，豆奶在国内各大城市已成为大多数居民较常引用的饮料。
豆奶含有丰富的优质蛋白质、多种人体所需的微量元素及其他营养物质，素有“绿色牛乳”之称。
其营养价值与牛奶相近，并且豆奶中的蛋白为优质植物蛋白，更为有利人们的健康；豆奶富含的镁、钙、铁、磷等矿物质，其中铁的含量更是牛奶的25倍；牛奶中含有乳糖，乳糖要在乳糖酶的作用下才能分解被人体吸收，但我国多数人缺乏乳糖酶，所以很多人喝牛奶会腹泻，而豆奶中并不含胆固醇与乳糖。
另外，豆奶中所含的丰富的不饱和脂肪酸、大豆皂甙、异黄酮等几十种对人体有益的物质，具有防止高血压、癌症、骨质疏松、糖尿病、冠心病、血管硬化、降低人体胆固醇等多种疾病的功能，还具有可调节血脂、保护肝脏和促进思维能力、延缓肌体、增强免疫衰老的功效。
由于上述的种种原因，豆奶已日益成为当代最受欢迎的软饮料之一。
香港的豆奶销量已超过世界名饮可口可乐,内地豆奶的发展却极不平衡,因此，进行本设计我国内地的饮料行业发展具有一定的重要意义。
2.设计依据及设计范围
2.1.设计依据
本工厂设计主要依据，一是韶关学院食品科学与工程学院提出的毕业设计任务与要求为依据；二是本工厂设计指导老师的相关指导与意见；三是与本设计相关的书籍与文献等。
相关参考书籍有：
《食品工厂设计与环境保护》、《食品工艺学》、《食品包装学》、《食品工业企业管理》等。
相关参考文献有：
干法生产UHT豆奶工艺技术研究及应用、HACCP系统在豆奶生产中的应用、豆奶稳定性的影响因素分析及技术措施、豆奶生产废水处理实例、豆奶生产工艺研究等。
本设计围绕着现代化建设这个中心进行设计工作。
做到精心设计、投资省、技术新、质量好、收效快、回收期短，使设计工作符合社会主义经济建设的总原则。
2.2.设计范围
本设计的范围涉及到建筑、经济、机械、环保、地理、气象、市场营销等学科领域。
本设计包括工艺设计和非工艺设计两大组成部分。
其中工艺设计的内容大致包括：
全厂总体工艺布局；产品方案及班产量的确定；主要产品和综合利用产品生产工艺流程的确定；物料计算；设备生产能力的计算、选型及设备清单；车间平面布置；劳动力计算及平衡；水、电、汽等用量的估算；管道布置、安装及材料清单；施工说明等等。
而非工艺设计则包括：
总平面、土建、通风、给排水、供电及自控、制冷、动力、环保等的设计。
3.原辅材料供应、市场分析、建设规模
3.1.原辅材料供应情况及市场分析
3.1.1.原辅材料供应情况
豆奶及豆奶饮料的主要原辅材料是大豆、水、白砂糖。
3.1.1.1.大豆供应情况
我国素有大豆之乡之称。
2009年广东省大豆种植面积为62000公顷，大豆总产量为13.86万吨。
虽然，广东省的大豆产量远远小于我国主要大豆生产省份，但接壤广东省的湖南省，在2009年其大豆生产总值为186.77万吨。
于2010年，广东省，创建1800亩南方大豆种植示范基地，该基地在未来对广东省大豆的供应将起一定程度的作用。
3.1.1.2.水资源情况
中国广东省年均降雨量为1771毫米，年均水资源总量为1830亿立方米，年均入境水资源总量为2361亿立方米。
流经广东省的西江、东江、北江和韩江年均水资源可利用总量分别为708.4亿立方米、134.4亿立方米、144.3亿立方米和86.1亿立方米。
全省各江河水质良好，其中，19个地级以上市集中饮用水源地水质达标率为100%。
清远市具有丰富的水资源，并且为优良水质。
3.1.1.3.白砂糖供应情况
广东省一直我国最大的产糖大省，为豆奶的生产提供优质及充分的白砂糖。
一方面，目前广东甘蔗种植以及食糖生产主要集中在雷州半岛的湛江地区，该地区食糖产量占到全省的80％以上，遂溪县是我国最大的甘蔗主产县之一，素有中国最甜的县美称；另一方面，珠江三角洲地区是我国最大的炼糖基地，拥有诸如东莞糖厂、顺德糖厂、广东甘化等一大批著名的大型炼糖企业，这些糖厂技术先进，不论在产品质量上还是企业管理上都在国内处于领先地位，食糖加工能力超过80万吨，在国际上的影响力也逐渐增强。
3.1.2.市场需求、竞争情况
在“三聚氰胺”与“性激素”之后，中国的乳业遭到了沉重的打击，中国的豆奶及豆奶饮料的销售量迅速增长。
最近几年，随着人们生活水平的改善，“文明病”（肥胖、高血压、癌症、糖尿病等）越来越严重的危害人类的身体健康，而素有“绿色牛奶”之称的豆奶，因其富含植物蛋白、均衡的营养结构且不含胆固醇而逐渐被人们接受和喜爱。
中国豆奶行业的企业比较少，大企业更是少之又少，对于豆奶行业亦是一个良好的发展契机。
目前，豆奶行业尚处于导入期向成长期过渡的阶段，植物蛋白饮品市场即将被撬动。
“目前中国牛奶加工能力超过奶源供给能力的30％～40％”中国奶牛协会的一位负责任人透露，牛奶奶源缺乏几十年来就一直是我国难以摆脱的老问题，但恰恰相反，豆奶生产所需的大豆原料充足、成本低廉、营养全面，使豆奶业出现了良好的发展契机。
3.2.建设规模
本工厂设计年生产总量为5000吨豆奶及豆奶饮料，工厂包括了生产车间、生产性辅助设施、生活性辅助设施、动力性辅助设施，全厂总面积大小为13650m2。
建设的具体情况在下面的内容有详细的说明。
4.设计工作
4.1.厂址选择及总平面设计
4.1.1.厂址选择
根据食品工厂厂址选择的原则本设计的厂址选择主要考察的因素包括：
国家方针政策、生产条件以及经济效果等。
（1）符合国家的方针政策，本设计工厂应尽量设在当地规划区或开发区内，以适应城市规划，尽量不占或少占良田，做到节约用地；
（2）厂区的标高应高于历史最高洪水位，厂区的自然排水坡度最好在0.004~0.008之间；
（3）厂区，要有可靠的地质条件，避免将厂区设在流沙、淤泥、土崩断裂层之上，要有一定的地耐力；
（4）厂区附近有良好的卫生环境，例如没有有害气体、放射性源、粉尘、和其他扩散性污染源，应尽量将厂区设在上风向地区与河流上游；
（5）厂区附近有充分的水资源与优良的水质；
（6）厂区的气候条件良好，气温、湿度、日照时间、风向、降水量等方面事宜；
（7）厂区的面积大小在满足生产要求的基础上，留有适当的预留发展场地；
（8）所选厂址有较方便的运输条件；
（9）有一定的供电条件，以满足生产需要；
（10）所选厂址距离市场短，甚至就在市场地。
经过相关分析后，本项目的工厂厂址选定于广东省清远市清新县。
广东省清远市清新县集交通便利、经济政策优惠、气候条件优越、各种资源丰富等条件于一身。
清新县位于广东省的中部，北江中下游，是珠江三角洲与粤北山区结合部。
全县总面积2729平方公里，县城太和镇紧靠清远市区，距离广州60公里，距离广州新国际机场40公里，与香港、澳门的距离不足200公里，交通便利，107国道、广清高速公路、清连一级公路贯通全县，水路有北江航道与珠江水系相连，货轮可直达广州及港澳地区，是内陆各省连接珠三角的重要物流通道。
清新县积极实施“工业立县”战略，努力改善环境，降低门槛，完善服务，大力发展外向型经济和民营经济，尽力为投资者提供广阔的发展空间。
已初步建成了太和工业园、升平开发区、太平工业园、禾云工业园、珠坑工业区、浸石潭建材化工工业园、石坎电瓷工业园、山塘研磨抛光材料工业园等八大工业园区、形成了以竹笋、鳗鱼、肉类加工为主的食品加工业。
清新县属亚热带季风气候，年均日照时数为1600～1900小时，年均气温为20℃～22℃，年无霜期330天以上，年均降雨量2258毫米。
是一个以粮、油、菜、果、笋、鸡为主的农业大县。
清新县资源丰富，具体情况如下：
（1）水力资源：
全县已建成水电站装机容量共5.1万千瓦，年发电量1.5亿千瓦时以上，尚有4.7万千瓦的水力资源等待开发；
（2）土地资源：
有耕地2.9万公顷，其中水田2.2万公顷，可开发25度以下坡地3.3万公顷；
（3）森林资源：
有林业用地17.32万公顷,有林业面积12.95万公顷,林木蓄积量333.9万立方米；
（4）劳力资源：
有劳力资源30万。
4.1.2.总平面设计
总平面设计是工厂设计的重要组成部分，它将全厂中不同使用功能呢的建筑物、构筑物按照工厂的生产模式并结合地理、气候等条件进行合理的布置，使全厂形成一个有机的整体，如此既有利于生产，也有利于企业管理。
在进行总平面设计时，本设计结合具体的实际情况并按照以下原则进行设计。
（1）布置紧凑合理，节约用地，并且为远期发展留有余地。
（2）总平面设计符合生产工艺要求。
主车间、仓库间距离短；各种运输力求避免交叉，合理布置；动力设施接近主车间等负荷地。
（3）总平面设计满足食品工厂卫生要求。
生产区、生活区、动力区与“三废”处理区合理布置，避免对原辅材料、产品的污染；厂区具有一定的绿化面积，保持良好的厂区的环境。
（4）厂区各个建筑物构造物合理布置，尽量做到资源利用最大化，干扰、污染最小化。
本工厂的总平面设计内容主要为全厂总平面布置图，图内包括厂址的风玫瑰图、建筑物、构筑物、道路与绿化地。
本设计的主要技术经济指标如下，
厂区总占地面积：
13650m2
建筑物、构筑物面积：
3900m2
生产区占地面积：
7100m2
生活区占地面积：
1440m2
露天堆场面积：
400m2
绿化面积：
4500m2
道路面积：
2200m2
建筑系数（%）：
土地利用率（%）：
全厂总平面的具体布置情况见附图“全厂总平面布置图”。
4.2.工艺设计
4.2.1.产品方案与班产量的确定
4.2.1.1.班产量的
根据年产量与生产规模，拟建1条生产线，每天生产班次为1班，则全年生产班次共250班。
那么本工厂的班产量为：
4.2.1.2.产品方案
豆奶全年性产品，一年的生产天数为250天，结合本工厂设计，全年的具体产品方案如表4-1所示。
表4-1
年产量（t）
班产量（t）
包装规格（mL）
包装方式
纯豆奶
1750
7
250
250mL屋顶包装
黑豆奶
1000
4
250
250mL屋顶包装
绿豆奶
750
3
250
250mL屋顶包装
可可豆奶
750
3
250
250mL屋顶包装
桔汁豆奶
750
3
250
250mL屋顶包装
4.2.2.工艺流程确定及说明
4.2.2.1.生产工艺
目前，豆奶的生产方法主要有两个，一个是传统（湿法）工艺，一个是半湿法工艺。
湿法工艺流程如下：
原料大豆→清选→去皮→浸泡→酶失活→粗磨→细磨→浆渣分离→调制→高温杀菌→真空脱臭→均质→灌装、检验、装箱→入库
半湿法工艺流程如下：
原料大豆→清选→烘干→脱皮→酶失活→粗磨→细磨→浆渣分离→调制→高温杀菌→真空脱臭→均质→灌装、检验、装箱→入库
4.2.2.2.工艺流程的比较、选择
湿法工艺，需要将去皮后的大豆进行浸泡，如果在低温浸泡时，耗时较长，并且微生物极易繁殖，并且大豆浸泡容易发生浸泡不足或者浸泡过度。
再者，湿法工艺生产豆奶容易产生豆腥味及其他异味。
而半湿法工艺，采用干法（或略加水分）灭酶和湿法粉碎，兼有湿法和干法的优点，原料利用率高、无废水处理，也无需过多的生产设备。
大豆加工成乳过程中首先进行干燥和脱皮，减少土壤菌的残留率防止对豆奶的污染，同时减少苦味、涩味，从而改善豆奶风味。
用高压蒸气瞬间进行酶失活，立即加水粉碎，可生产无腥味的豆奶。
采用粗粉碎和超微磨相结合，提高蛋白质的提取率和固形物的回收率。
将豆奶基料通过高温瞬时杀菌法杀死细菌和耐热菌，再连续进行真空闪蒸出去挥发性臭气味，并把杀菌液中蒸气凝结除去使豆奶温度降至65-80℃减少蛋白质的变性。
综上所述，本工厂设计采用半湿法工艺生产豆奶及豆奶饮料。
工艺流程详细情况见附图“生产工艺流程图”
4.2.2.3.工艺流程说明
（1）大豆清选：
通过大豆清选机对大豆进行除杂，去除大豆中的沙石、枝叶、泥土等杂质。
清选后的大豆须颗粒饱满，大小均匀，无冻干瘪米，无霉烂、变质和虫蛀现象，色泽、气味正常，杂质控制在1.0%以内。
（2）干法脱皮：
由（100～115）℃蒸汽直接进入脱皮机进行短时间处理，加热膨化，使豆皮胀起，经摩擦把豆皮和豆粒分离，脱皮率不低于95%。
（3）高温灭酶：
向灭酶器中通入蒸汽加热，大豆在螺旋输送器推动下，经40s灭酶操作，使产生豆腥味的脂肪氧化酶（靠近大豆表皮的子叶处）彻底失活，改善豆奶风味。
（4）粗磨：
用计量泵打入适宜比例的95℃、0.1%NaHCO3水，增进磨碎效果，把大豆磨成粗豆浆状，呈豆糊状态。
进一步钝化脂肪氧化酶、胰蛋白酶抑制剂、血细胞凝集素及胀气因子。
（5）超细研磨及浆渣分离：
使破碎的大豆进一步进行超细研磨，把豆糊磨成浆状，把豆糊中的粗纤维和杂质分离出来，用离心机进行浆渣分离，使豆糊中95%固形物可通过150目网筛，豆渣中水分在80%左右。
豆奶研磨的颗粒大小，与沉淀、口感、品质等有密切关系。
磨得要细，滤的要精，浓度要固定。
（6）调配：
根据GB/T2132产品分类要求（纯豆乳、调制豆乳、豆乳饮料）中理化指标和口感需要，加入其他原辅料，进行调配、定容。
（7）UHT灭菌：
用高温瞬时灭菌机对料液进行142℃/3s的UHT处理，微生物杀灭率达99.99%达到商业无菌效果。
（8）真空脱气：
在真空脱臭罐中，以19.6Kpa真空度，瞬间蒸发除去豆腥味、不良因子和其他挥发性不良气体。
保持豆奶原有风格和营养。
（9）均质：
采用均质机进行均质，均质压力（15～20）Mpa，料液温度（70～80）℃。
脂肪球变小，悬浮粒子微细化，防止成品脂肪分离和蛋白微粒沉淀，提高豆奶液体的乳化性和稳定性。
（10）灌装、包装：
采用全自动灌装机进行灌装，同时进行喷码；灌装完毕后，采用装箱机进行装箱。
4.2.3.原辅材料横算
4.2.3.1.配方表
结合豆乳及豆乳饮料标准规定，本设计中各个品种产品的配方如表4-2、表4-3、表4-4、表4-5、表4-6、表4-7。
表4-2纯豆奶配方表
原辅料
含量（%）
原辅料
含量（%）
大豆
10
羧甲基纤维素钠
0.05
白砂糖
6
维生素A
0.002
奶粉
4
维生素B1
0.0004
油脂
1.5
维生素B2
0.0005
单甘脂
0.04
维生素C
0.044
表4-3黑豆奶配方表
原辅料
含量（%）
原辅料
含量（%）
大豆
6
羧甲基纤维素钠
0.05
黑豆
4
维生素A
0.002
白砂糖
6
维生素B1
0.0004
奶粉
4
维生素B2
0.0005
油脂
1.5
维生素C
0.044
单甘脂
0.04
表4-4绿豆奶配方表
原辅料
含量（%）
原辅料
含量（%）
大豆
5
羧甲基纤维素钠
0.05
绿豆
5
维生素A
0.002
白砂糖
6
维生素B1
0.0004
奶粉
4
维生素B2
0.0005
油脂
1.5
维生素C
0.044
单甘脂
0.04
4.2.3.2.过程损耗
在豆奶及豆奶饮料生产过程中，大豆或豆奶在各个工序过程中都会有所损耗，具体损耗如表4-7所示。
表4-5桔汁豆奶配方表
原辅料
含量（%）
原辅料
含量（%）
大豆
11
羧甲基纤维素钠
0.05
白砂糖
6
维生素A
0.002
奶粉
4
维生素B1
0.0004
桔酱
1.1
维生素B2
0.0005
油脂
1.5
柠檬酸
0.2
单甘脂
0.04
桔味香精
适量
表4-6可可豆奶配方表
原辅料
含量（%）
原辅料
含量（%）
大豆
11
羧甲基纤维素钠
0.05
白砂糖
6
维生素A
0.002
奶粉
4
维生素B1
0.0004
可可粉
0.8
维生素B2
0.0005
油脂
1.5
维生素C
0.044
单甘脂
0.04
可可香精
适量
表4-7过程损耗表
工序
损耗率
工序
损耗率
清选
3%
灭菌%
0.3%
脱皮
10%
脱臭%
0.3%
粗磨
1%
均质%
0.3%
微磨
1%
灌装%
0.3%
离心分离
5%
检验%
0.3%
调配
1%
其他%
0.5%
如表4-7所示，其中的清选、脱皮、粗磨、微磨、离心分离这5个工序，是损耗的是大豆或黑豆、绿豆。
在这里需要提及的是，产品配方中的大豆、黑豆以及绿豆的用量，已经将这5个工序的损耗计算在内而得到的用量。
而表4-7中的调配、灭菌、脱臭、均质、灌装、检验、其他这7个方面的损耗是豆奶调配过程与调配后的其他加工发生的损耗，这部分损耗将影响最后豆奶的产量。
所以本设计工厂的实际生产量是最终产量与中间损耗量之和。
所以全年实际豆奶产量为：
4.2.3.3.原辅材料消耗
由4.2.3.2过程损耗计算出了全年实际豆奶产量为5155吨，结合4.2.31产品配方，即可计算出本工厂一年原辅材料消耗量。
各种原辅材料材料的消耗如表4-8所示。
4.2.4.包装材料及衡算
结合产品的市场需求与包装材料的优劣，本设计采用的包装为：
容量250ml的屋顶包装纸盒，每盒灌装250g豆奶或豆奶饮料。
装箱用的箱子容量为：
每个箱子可容纳20盒。
生产过程中的损耗率为0.1%。
那么，
一年一共需要消耗的屋顶包装纸盒个数为：
一年一共需要消耗的包装箱个数为：
表4-8每年原辅材料消耗表
原辅材料
消耗量（kg）
原辅材料
消耗量（kg）
大豆
445912.36
羧甲基纤维素钠
2577.50
黑豆
30927.84
维生素A
103.10
绿豆
38659.80
维生素B1
20.62
白砂糖
309300.00
维生素B2
25.78
奶粉
206200.00
维生素C
1927.84
可可粉
6185.57
柠檬酸
1546.40
桔酱
8505.15
桔味香精
800.00
油脂
7732.50
可可香精
800.00
单甘脂
2026.00
4.2.5.设备选型
4.2.5.1.设备选择原则
（1）所选设备能满足工艺要求，保证产品质量和产量；
（2）所选设备多为自动化设备；
（3）所选设备能充分利用原料，耗能低，效率高，体积小，维修方便，易于控制，劳动强度低；
（4）所选设备应符合食品卫生条件，易清洗、装拆，多采用不锈钢材料；
（5）前后工序的生产能力要平衡。
4.2.5.2.设备的确定
根据本设计工厂的年产量、生产班次与设备选择原则，进行生产设备型号与数量的确定，最终确定的各个设备的资料如表4-9所示。
4.2.6.劳动力的确定
本设计根据工厂和车间的生产计划、工作制度与工厂的规模、生产组织结构进行全厂劳动力的确定，具体全厂定员情况如表4-10所示。
表4-9设备清单
设备名称
结构型式
操作条件
升级会员 