年产10000吨乳制品工厂设计.docx

1、年产10000吨乳制品工厂设计年产10000吨乳制品工厂设计1 前言民以食为天，食以乳为先。乳中各种营养素齐全且配合合理，并含多种生物活性物质，是人体成长不可缺的高营养食物。发展乳品事业，是关乎国计民生的大事，但是与世界先进国家比较，我国奶类产量仅为美国的11%、法国的28.5%，我国人均占有奶类产品7.2公斤，人均占有量仅为世界平均水平的1/10，发达国家的1/37，世界液态乳的人均消费量为105公斤/年，中国液态乳人均消费量仅为7公斤/ 年，仅为亚洲年人均乳品占有率的1/6，不及世界人均乳品占有率的1/16。从此可以看出中国乳品存在巨大的增长空间。目前随着人民生活水平的提高，随着大众对营养

2、食品需求日益增长，市场竞争也日趋激烈。尤其是随着新技术的应用，成功地解决了乳制品的营养和保鲜问题，加之新包装材料及技术的应用和灵活多样的促销方式，使消费者愿意接受具有丰富营养，口感良好并且价格合理的乳制品品牌。乳制品市场的竞争也开始日趋激烈。为了在未来的乳品市场中取得一席之地，我们从灭菌乳、搅拌型酸乳、乳酸菌饮料、乳粉等众多乳制品中最终选取UHT灭菌乳为主要产品因其具有工艺成熟、易于贮藏运输、营养损失少等优势。工艺方面采用超高温瞬间灭菌技术(UHT)解决了液态奶运输、储存、保鲜难的问题，目前发达国家已普遍采用这一技术进行鲜奶加工：将牛奶加热至超过135C，仅保持几秒便迅速降至常温，然后在无菌条

3、件下密封，采用六层纸铝塑复合材料进行无菌灌装。在营养方面，牛奶中的微生物在瞬间高温下全部被杀死的同时，而大多数营养物质在短暂的高温下损失甚微，最大限度地保持了牛奶的营养成分。在运输销售方面，经过UHT灭菌处理，并采用无菌包装的鲜奶进行无菌灌装，使其在储存及运输中均不需要冷藏。同时，一个不需冷藏的产品给生产商、零售商和消费者带来了许多便利。比如对生产商而言，由于不再需要冷藏，库存安排可以简化；运输分送用车的数量、成本就可相应降低；同时，由于长期维持其保鲜功能，减少了对零售未售出产品的回收；最重要的是，这种产品可以从地域上极大地扩大市场。综上所述，设计一个UHT灭菌乳厂具有很强的实际意义。2 概述

4、2.1 产品品种 UHT灭菌乳2.2 生产规模 预计年产10000吨2.3 设计内容制定产品方案，厂址选择方案，设计工艺，物料衡算，设备选型，水电汽平衡，人员配置，设定企业管理组织架构，技术经济分析，绘制全厂总平面布置图、工艺流程图、车间设备及管路布置图。2.4 项目建设背景本工厂拟建在市郊塘沽经济技术开发区，该区交通顺畅，通讯设施完备，周围无污染企业，原料供应充足，水、电供应稳定。2.5 市场需求预测本工厂产品主要面向国内北方地区市场并争取打入国际市场，主要目标为日本，韩国等地。根据国家统计局的统计显示：2006年1-12月全国累计乳制品产量为14595685.53吨，比上年同期增长27.9

5、7；2006年1-12月全国累计液体乳产量为12440379.69吨，比上年同期增长29.37。另据海关统计，2006年，我国乳品进出口全面增长，出口在贸易的比重逐步增加。全年乳制品进出口总额同比增长了20.7%，其中进口金额占进出口总金额的85.6%；乳品进出口总量比上年同期增长8.4%，其中进口量占进出口总量的82.3%。无论是金额还是数量，进口占贸易总量的比重都在逐步降低，出口比重在逐步上升。因此从数据上可以看出本工厂产品需求量在不断增长，市场前景广阔。3 厂址的选择及规划3.1 厂址选择原则符合国家的方针政策。符合当地政府规划，节约用地。生产条件方面标准。厂区的标高应高于当地历史最高水

6、位，自然排水坡度最好在0.0040.008之间；所选厂址要有可靠的地质条件；厂区附近应有良好的卫生环境避免各种污染源；厂址面积要满足生产的要求，并有发展余地和留有适当空余场地。投资和经济效果方面，要做到方便运输，保证供水供电等。3.2 厂址选择报告计的UHT灭菌乳加工厂坐落于天津市塘沽经济开发区，开发区距市中心45公里，距北京160公里，距天津国际机场30公里。东西宽25公里，南北长50公里。塘沽地势低洼平坦，海拔高度1.33.8米。属于暖温带季风型大陆气候，四季变化明显，年平均气温12C，无霜期234天，年平均降水量674.5毫米。工厂总占地面积为9000平方米。周围有良好的自然环境和地质条

7、件，无有害气体，有害水体等危及食品安全的不良因素。济发展状况良好，离市区较近，避免长途运输。所征地块费用合理，由于国家政策倾斜，使得生产的经济成本较为理想。3.3 厂区规划3.3.1工厂车间平面设计的原则及说明方便生产，符合生产车间程序，避免原料，半成品及成品的交叉污染。1) 符合工厂设计对风向和光照要求。2) 利用现有的条件，合理配电，配水，减少能源损耗，降低成本。3) 充分考虑全厂二期工程及消防便道。4) 厂房按生产工艺流程及所要求的洁净级别进行合理布局，并考虑厂房与邻近厂房进行的各项生产操作不相互防碍。5) 按生产工艺和卫生，质量要求。划分洁净级别，分为原料辅料区，生活区，生产区，尽量缩

8、短距离，避免物料的往返运输。6) 洁净厂房的设计和安排符合GBJ73的要求。7) 厂房满足生产加工保健食品对空气净化的需要。采用10万级洁净厂房，安装具有过滤装置的响应的净化空调装置。8) 厂房，设备布局与工艺流程三者衔接合理，建筑结构完善，满足生产工艺和质量，卫生的要求。中间产品，待包装品的贮存间与生产要求相适应。9) 厂房温度及相对湿度与生产工艺要求相适应。10) 厂房之间，厂房与通道之间有缓冲设施，设置与洁净级别相应的人流和物流通道。11) 厂房安装的下水道，洗手及其它卫生清洁设施不对产品的生产带来污染。12) 备料室与生产工艺要求的洁净级别一致。13) 厂房的空气净化设施，设备定期维修

9、，检修过程采用适应措施。不对产品的生产造成污染。14) 具有与喷雾相应的专用设备。15) 与原料，中间产品直接接触的生产用工具，设备符合产品质量和卫生要求的材质。16) 办公楼紧靠车间，方便管理。17) 厂区道路宽敞，两旁种有树和草坪。18) 充分考虑消防要求，各主要建筑物和易燃物附近设有消防设施。19) 设计排水沟位于经常排污，排水设备的下面，保证车间排水排污要求。20) 设备与设备，设备与墙之间留出适当空隙，保证操作方便，维修与清洗方便。21) 车间入口处设有更衣室，消毒间，缓冲间等，工人须更衣消毒后进入车间，保证车间卫生，且工人须穿特定工作服，鞋等。13.3.2 厂区总体布局生产车间：位

10、于全厂中心地带。辅助车间；（包括原料库，成品库，机修车间）：分布于生产车间周围。动力设施：（锅炉房，变电室等）：接近负荷中心，锅炉房设在远离生产车间的方向。生活辅助设施；（办公楼，食堂等）：位于生产车间与动力设施之间，办公楼与生产车间连通。厂区交通绿化：道路宽敞，可将人流物流充分分隔，避免交叉污染；厂区周围有绿化带，防风阻沙，美化厂区。3.4 总平面设计图（附图1）4主要工艺设计及论证4.1牛乳中的化学成分性质分析4.2 牛乳的物理性质牛乳的物理性质是鉴定牛乳品质的重要指标，也是合理安排乳制品加工工艺流程的重要依据。1) 乳的色泽 正常的新鲜牛乳呈不透明的乳白色或淡黄色。乳的白色是由于乳中的酪

11、蛋白酸钙-磷酸钙胶粒及脂肪球等微粒对光的不规则反射所产生。牛乳中得脂溶性胡萝卜素和叶黄素使乳略带淡黄色，而水溶性的核黄素使乳清呈荧光性黄绿色。2) 滋味与气味 乳中含有挥发性脂肪酸及其他挥发性物质，这些物质是牛乳气味的主要构成成分。这种香味随温度的升高而加强，乳经加热后香味强烈，冷却后减弱。牛乳除固有的香味以外，还很容易吸收外界的各种气味，所以每一个处理过程都必须保持周围环境清洁，以避免个因素的影响。3) 酸度 新鲜乳的酸度为0.15%-0.18% （16-18T）4) 比重和密度 乳的比重指在15摄氏度时的质量与同温度下同体积水的质量之比，正常牛乳比重为1.0301.032；乳的密度是指乳在

12、20摄氏度时的质量与同体积4摄氏度的水的质量之比，正常牛乳的密度为1.0281.030。乳的比重和密度可反映出脂肪含量，无脂干物质含量，乳挤出的时间及是否掺假。5) 热学性质 在乳中掺水可使乳的冰点升高，可根据冰点测定结果推算掺水量X=(T-T1)/T*100%。 式中X为掺水量，T为正常乳冰点，T1为43.98k被检乳冰点；乳和乳品的比热，在乳品生产过程中常用于加热量和制冷量计算，牛乳为3.943.98kJ/(kg*K)。6) 黏度与表面张力 牛乳的黏度随温度升高而降低。在乳的成分中，脂肪及蛋白质对黏度的影响最显著，随着含脂率和乳固体的含量增高，黏度也增高。在加工中，黏度受脱脂，杀菌，均质等

13、操作的影响。24.3 UHT灭菌乳的加工工艺介绍UHT超高温灭菌乳是在本世纪60年代出现的一种产品，首先是由英国的巴顿等研究者提出。其原理是根据牛奶在加热中细菌的灭菌效果（SE），也就是杀孢子效率随着温度的上升，大大快于牛乳中的化学变化（褐变、维生素破坏、蛋白质变性等）。例如在温度有效范围内，热处理温度每升高10，牛乳中所含细菌孢子的破坏速度性提高11-30倍（枯草杆菌孢子致死Q10=30，嗜热脂肪芽孢子致死Q10=11，而牛乳中化学变化褐变速度仅提高2.5-3倍，Q10=2.5-3。这意味着温度越高，其灭菌效果越大，而引起的化学变化很小。根据巴顿通过实验结果所绘制的灭菌效果（SE）与褐变效果

14、速率之比，对温度之曲线来看，当温度上升不到135时两者之比未发生急剧变化；135以上，灭菌效果比褐变的增长要快得多；当温度升高至140，3.6秒加热时，灭菌效果（SE）与褐变速率之比增大到2000比1，150， 0.36秒加热则两者之比增大到5000比1，从难从150再升高，由线与直线上升，说明再提高温度已无多大意义；又温度超过150以上，则相应加热时间必须随之更加缩短，这在工艺操作上准确控制这样知的加热时间是很困难的，因为流速稍微有一点波动就会产生相当的影响。所以目前在超高温瞬时灭菌工艺上是以150，0.36秒作为最高极限，一般都采用135-150，4-1秒。34.4 加工工艺流程原料乳验收

15、和预处理脱气冷却储奶加热净化分离（脱脂乳、稀奶油）平衡槽均质UHT灭菌无菌灌装冷藏4.5 操作要点1) 原料乳的验收和处理 杀菌乳的质量决定于原料乳，因此必须加强对原料乳的质量控制2) 牛乳的脱气 牛乳中含有5.5%-7.7%非结合分散性气体，经贮存运输后期含量还会增加。这些气体对乳的加工有破坏作用。主要是影响乳汁量的准确性；增加杀菌设备中的结垢，影响乳的分离效率，不利于标准化；促使脂肪球聚合，影响奶油的产量；促使发酵乳中的乳清析出等。本厂使用真空脱气罐除去细小分散的气泡和溶解氧。方法为：将牛乳预热至68摄氏度，泵入真空罐，部分牛乳和空气蒸发，空气及一些非冷凝异味气体由真空泵抽吸除去。3) 净

16、化分离 分离出脱脂乳和稀奶油4) 均质 牛乳中脂肪球的大小一般在110微米之间，放置一段时间后易出现凝结成块、脂肪上浮的现象。经均质后可使脂肪球直径变小，分布均匀，口感好，有良好的风味，不产生脂肪上浮现象。均质效果与温度有关。本设计进行高温短时间杀菌或超高温瞬间杀菌，均质在预热工序后杀菌前进行。本工厂使用的均质机为两段式，预热的牛乳经第一段压力调节阀时压力为176204千克/平方厘米，而第二段压力保持在35千克/平方厘米。均质前牛乳必须先行预热60摄氏度左右。5) 杀菌 杀菌有两个目的，一个目的是杀死引起人类疾病的所有生物，使之完全没有致病菌。第二个目的就是尽可能地破坏除致病微生物外能影响产品

17、味道和保存期的其他成分如酶类，以保证产品的质量。本厂用磷酸酶试验来检查牛乳的杀菌是否适当，试验结果必须是阴性的，即必须没有发现有活性的磷酸酶。脂肪含量的8%的乳制品，稀奶油发酵乳等产品用过氧化氢酶试验来代替。本设计采用的超高温瞬间杀菌法（UHT）是用加压蒸汽将牛乳加热到120140保持34秒，然后将牛乳迅速冷却的一种杀菌方法，该方法杀菌效率极高，可以达到灭菌的效果，一般在冷藏下可保持20天。同时与无菌包装结合起来可以生产灭菌乳，保持商业无菌状态，无需冷藏，常温下可长期保持（36个月）或更长。本厂采用间接加热式超高温瞬时杀菌设备，管式热交换器型。工艺流程：牛乳首先经预热，片式加热器经热回收段预热

18、达到66，经预热的奶在1525MPa的压力下均质，接着通板式热交换器的加热部分使其达到135，经保温管、UHT加热段而后同新进入的牛乳进行热交换（热回收部分），冷却。6) 冷却本厂的产品乳是连续性杀菌设备处理的乳直接通过热回收部分和冷却部分冷却到4，以抑制乳中残留细菌的繁殖，增加产品的保存期。同时也可以防止因温度高而使黏度降低导致脂肪球膨胀、聚合上浮。7) 灌装罐装的目的主要是便于分送销售、便于消费者饮用。此外还能防止污染，保持杀菌乳的良好滋味和气味，防止吸收外界异味，减少维生素等成分的损失。无菌灌装线在市场上流通的保质期较长的乳主要是用塑料瓶包装、利乐包和小房型包装。本设计所采用的利乐包和小

19、房型包装是再无菌条件下灌装，不必采用二次灭菌，这种方式正在成为市场的主流。利乐包是利用专用纸为包装材料，过氧化氢为杀菌剂。罐装时，纸先通过一个过氧化氢层，使纸壁上涂上一层过氧化氢膜，然后卷成纸筒，热合，在用红外线辐射，将过氧化氢分解，并蒸发掉，然后在该灭菌的纸筒内充填以杀好菌的乳，并热合、封口12。小房型包装不同于利乐包，它是将一个个已制好的但没有封底的纸筒放在灌装机上，通过气吹将纸筒打开，热合封底，然后进入无菌小室。在此向纸盒内喷入过氧化氢进行杀菌、加热，是过氧化氢蒸发掉。随后注入杀菌奶，热封口，同时送出无菌小室。8) 冷藏消毒乳包装后立即送入冷库中贮存（库内温度要求在210），采用风冷，堆

20、放时应有一定间隔。54.6 消毒乳（UHT灭菌乳）的质量标准生产UHT灭菌乳必须符合国家标准5（1） 感官标准 表1 UHT灭菌乳的感官指标项目特性滋味和气味具有消毒牛乳固有的纯香味，无其他任何外来滋味和气味组织状态呈均匀的流体，无沉淀、凝块、有机杂质、粘性和浓厚现象色泽呈乳白色或稍带为黄色（2） 理化指标 表2 UHT灭菌乳的理化指标项目指标比重（20c）1.0281.030脂肪（%）不低于3.0总乳固体（%）不低于11.2杂质度（ppm）不高于2酸度（度）185 物料计算（以班产量为基准）表3 产品生产方案产品方案班产量（T）年产量（T）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12

21、月工作日/月班次/年UHT灭菌乳21051000025475每班耗用原料量（kg/班）=单位产品耗用原料量（kg/t）班产量（t/班）UHT灭菌牛乳每班耗用原料量（kg/班）=1000/0.955（21.05）=22041（kg/班）按每袋0.25kg计，每千克产品耗用包装袋=1/0.25=4（袋/kg）每班耗用包装材料量（袋/班）=单位产品耗用包装容器量（袋/t）班产量（t/班）（1+0.1%损耗）=400021.051.1=92620（袋/班）表4 原料需求产品名称原乳量（kg）提取稀奶油量40%（kg）标准乳量（kg）成品（kg）UHT灭菌牛乳100025.2974.8955根据设计的班

22、产量21.05t，物料流量=21.05/8=2.631（t/h）确定管径D，根据公式Q=/4D2式中 D管道设计断面处的计算内径，mQ通过管道设计断面的水流量，m3/s管道设计断面处的奶流平均速度，1m/s圆周率，3.14奶的密度，1.032kg/L管径D=（4Q/）=(42.631/1.032/3600/1/3.14)=0.03m30mm根据设计流量，选用管径为30mm的物料管6 主要设备选型与能量估算6.1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、机械化程度高的大型设备，中型厂则看具体条件，一些主要产品选用机械化、连续化程度高的设备，小型厂则

23、选用较简单的设备3) 所选设备能充分利用原料、能耗少、功率高、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6.2设备选型表5 设备选型方案设备型号规格效能（台数）价格(万元) 离心式奶泵BAW150(N302)5000kg/h（2台）1*2高压泵3WR1.5平方米/小时（2台）2*2真空脱气罐JBX-G-33000L/

24、h（4台）3*4冷热缸AB-6600L（8台）1*8立式储奶罐LCH-8080T10*1普通均质机SDK-6500L（2台）10*2板式冷却器BP2-J-3-6(SY- P-5)3T/h（6台）10*6净乳机及脱脂分离机净乳能力0.2ppm脱脂效率0.03%（2台）10*2超高温板式灭菌器无菌均质机BR-UHT-30BLB-JL-NC-303T/h（2台）1T/h（2台）15*220*2利乐包包装机BLB-JL-30500Ml （1台）506.3 能量估算 表6 UHT灭菌乳平均每吨成品耗水、耗汽量表产品名称耗水量（T/T产品）耗电量（度/T）耗汽量（T/T产品）UHT灭菌乳8-1060-65

25、0.280.46.3.1设备用水量估算主要用水部分：杀菌后产品的冷却、包装容器的洗涤消毒、车间的清洁卫生和产品再生产过程中本身所需之水等。根据设计的班产量21.05吨，估计生产（冷却、预热、杀菌、清洗等）总用水量约为：1021.05=210.5吨/班。6.3.2设备用电量估算6521.05=1368.25度/班6.3.3 设备用汽量估算估算耗汽量为0.421.05=8.42T/班。7生产车间工艺布置7.1生产车间布置原则车间布置是工艺设计的重要部分，本设计本着既要考虑宽件工序安排，也要考虑配套工作安排，既要满足工艺要求，考虑工艺设计的问题，也涉及非工艺设计的可操作性、合理性和先进性，并要考虑到

26、车间的通风、采光等问题，对车间进行合理布局，同时遵循以下原则：1 设备布局要尽量按工艺流水线安排，但有些特殊设备可按相同类型作适当集中，务必使生产过程占地最少、生产周期最短、操作最方便。2 在进行生产车间设备布置时，应考虑到进行多种品种生产的可能，以便灵活调动设备，并留有适当余地，以便更换设备。同时还要注意设备相互之间和设备与建筑物的安全维修距离，既要保证操作方便，又要保证维修拆装和清洁卫生的方便。3 生产车间与其他车间的各工序要相互配合，保证各物料运输通畅，避免重复往返。必须要注意的是：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排出，人员进出要和物料进出分开。4 必须考虑生产卫

27、生和劳动保护。5 因注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施。对散发热量、气味既有腐蚀性的介质，要单独集中布置。可以设在室外的设备，尽可能设在室外，上面可加盖简易棚。6 要有总体设计的全局观点，满足总体设计要求。67.2 生产车间布置图（附图3）8 辅助部门规划本厂除生产车间以外的其他部门设施，为辅助设施。本设计的辅助设施可分为三类：生产性辅助设施：主要包括：原材料的接受和暂存；原料，半成品和成品的检验；产品、工艺条件的研究和新产品的试制；机械设备和电气仪器的维修；车间内外和厂内外的运输；原辅材料及包装材料的贮存；成品的包装和贮存等。动力性辅助设施：主要包括：给水排水、锅炉房或供热站、供电和仪表

28、自控、采暖、空调及通风、制冷机、废水处理厂等。生活性辅助设施：主要包括：办公楼、食堂、更衣室、厕所、浴室、绿化园地等。原料采集部门 农垦公司奶牛场作为本厂的收奶站，奶源比较集中。收奶半径宜在8Km左右，满足了工厂对运输距离的要求，新收的原料乳可在8h内送货到厂。收奶站配备制冷设备和牛奶冷却设备，使原乳冷却至5摄氏度左右。收奶站以每日收两次奶，日收奶量2530T。研发部 设置研发部是为了长盛不衰地保持工厂生产的创新能力，从而获取较佳的经济效果。研发部能更紧密本厂的生产实际，为本厂开拓新的市场作出奴隶。质检化验部 本厂设立的化验部门是对产品有关原材料进行卫生监督和质量检查，确保这些原材料和最终产品

29、符合国家卫生和有关部门的质量标准和质量要求。贮存部门 本厂的物料流量较高，仅原辅材料、包装材料和成品这三种物料，其总量就约等于成品净重的35倍，而这些物料在工厂的停留时间不会超过2星期。因此，工厂的仓库在全厂建筑面积中占有较大的比例。同时要求确保食品卫生，要求防蝇、防鼠、防尘、防潮，还要要求低温环境。 运输部门 由于运输设备的选型，与全厂总平面布局、建筑物的结构形式、工艺布置及劳工生产率均有密切的关系，因此本设计将工厂运输列入设计范围，并作为生产机械化、自动化的重要环节。厂外运输：通过公路，鲜奶原料药是用奶槽车，并要采用冷藏设备。厂内运输：指车间外厂区的各种运输。由于厂区内道路相对窄小、转弯多

30、，要求运输设备轻巧、灵活、装卸方便，使用电瓶叉车、电瓶平板车以及各种平板手推车、升降式手推车等。车间运输：车间运输与生产流程往往融为一体，工艺性很强。车间内的物料流动大部分呈水平流动，使用带式输送机。输送带要符合食品卫生的要求，采用不锈钢带。 机修维护 制造非标准专业设备和维修保养所有设备。本设计只设厂一级维修，负责全厂的维修业务。 全厂生活设施 主要包括：办公室、更衣室、食堂、浴室、厕所、医务室等 公共系统 包括：给排水、供电及仪表、供汽、制冷、暖风等5项工程。 对公共系统的要求包括：满足生产需要、符合卫生要求、运行可靠、费用经济。9厂区建筑细则91 厂区建筑面积厂房高度为6米表7 厂区建筑面积一览建筑物面积/m2建筑物面积/ m2建筑物面积/ m2全厂53300成品库430浴室36车间4200化验室20厕所25办公室143中心实验室40锅炉房15原料库310食堂44更衣室50生产车间面积计算：285