1、日产80吨浓缩苹果汁的工厂设计食品与环境工程专业 食品工厂设计课程设计说明书 题目：日产80吨浓缩苹果汁的工厂设计学生姓名 王超学 号 09222122专 业食品科学与工程班 级 09级乳品一班指导教师 那治国学 部食品与环境工程 黑龙江东方学院食品与环境工程学部千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”目录千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”第1章 生产方案及班产量的确定1.1 产品及产量的确定本设计日产80t，考虑到生产设备能力大小，原料供应，设备检修等其他原因.设计的生产时间16h每天。每日
2、两班每班8小时，A班生产苹果汁40t，B班生产苹果汁40t。第2章 工艺流程的确定及要点说明2.1 浓缩苹果汁工艺流程设计及要点说明2.1.1 浓缩苹果汁的工艺流程2.1.2 浓缩苹果汁工艺要点说明2.2.1收果与运输 （1）苹果主要从当地收集，收集的苹果要是新鲜的，不能放置太久，这样可以保证苹果的利用率。 （2）苹果的运输环节也很重要，不能因震动而使苹果受损，防止因受损而使细菌侵入污染苹果，尽量缩短路程，节省不必要的经济开支。2.2.2原料验收每年苹果成熟前两个月，采购部与质检部到原料产区调查当年苹果原料的收成情况及农药使用情况，确定采购区域，保证采购区域周围没有化学污染及该区域未使用国家禁
3、止 的农药。确定合格供应方，签订采购合同。生产期间，苹果验收按以下要求进行：(1)必须是合格供应商提供的原料；(2)农药残留检验报告；(3)产品质量主要是腐烂率超标(6)的不收；(4)质检员当场验收，不符合标准的不收；(5)检验期间质检员必须履行自己的职责。2.2.3苹果的挑选去杂 主要过程是挑选出运输过程中破损的苹果，碎石，落叶等残留下的杂质。 对经去杂的合格苹果进行清洗以除去其残留的泥土，落叶，微生物等。去杂过程必须符合食品卫生许可。2.2.4苹果的破碎 破碎粒度控制到1.5cm3cm，通过破碎机将苹果破碎，以备后面进行压榨。在破碎过程中要控制力度，否则在泵送过程中会受到影响，影响泵送的效
4、率。依据苹果收购季节以及品种，破碎颗粒有所不同。在每年新收苹果时，由于苹果成熟度不够，一般控制在lcm2cm之间，可以提高出汁率。到后期由于苹果成熟度增加，压榨时如果颗粒过小，会在表面形成一层胶膜，阻止汁液的渗出，降低出汁率，这时一般控制在2cm3cm之间。2.2.5压榨压榨所采用的是带式压榨机。在压榨过程中果浆分布尽可能的均匀，果浆厚度控制在3cm6cm之间，榨带张力的调节，根据果浆的性质加以调节，以出汁率作为衡量标准。得到苹果汁，将苹果汁调整至可溶性固形物含量为8.0Brix9。Gerard等研究发现，微波处理苹果浆可以提高出汁率，并且能改善苹果汁的营养品质10。2.2.6抗氧化处理 酶促
5、褐变是由于在打浆、取汁等工序过程中，由于果肉组织破碎，酶与底物的细胞区域化被打破，在有氧气的条件下，果蔬中的多酚氧化酶（PPO）催化酚类物质氧化变色所致11。通过破碎压榨后，果汁一直暴露在空气中，由于多酚氧化酶产生的褐变将提高成品的色值，降低品质。此外还会受到一定的细菌污染，因此要进行第一步巴氏杀菌，杀菌的主要目的有三个：(1)灭酶(2)杀菌(3)淀粉糊化。若杀菌不彻底，可造成致病菌残留、微生物腐败。杀菌9512 s后，应立即降温至4955，以方便下一步进行酶解。2.2.7酶解 在这个过程中，加淀粉酶、果胶酶进行酶降解，经检测均为显阴性时，再根据终产品色值要求，在酶解罐中采取加或不加活性炭澄清
6、剂。经过酶降解和澄清后的果汁直接进入超滤循环罐，以备精过滤。要求：酶制剂存放温度在05；酶反应温度4955；从酶解罐进料开始到出料结束，物料停留时间6h(超滤开机时物料除外)。控制时间的目的主要是控制微生物的需要。2.2.8浓缩 本设计根据工厂实际，采用已有的5效板式蒸发器进行浓缩。一般浓缩到原体积的1/6左右，可以控制最终糖度在70Brix。2.2.9巴氏杀菌在灌装前必须进行巴氏杀菌，将在前阶段加工中可能繁殖的微生物杀死，以防止致病菌和微生物的腐败。一般把果汁迅速置于134-140的高温，保持4s左右，然后迅速冷却到15-20，进入灌装阶段。耐热学名酸土环脂芽孢杆菌:即耐热耐酸菌;是一种嗜热
7、嗜酸好氧的杆菌，其芽孢能经受酸性果汁加工中的巴氏杀菌而存活，在适宜的温度下可大量繁殖，引起果汁感官品质劣变，耐热菌超标是浓缩果汁产品最为严重的质量问题之一。因此，国际贸易中对果汁中耐热菌有严格要求，是苹果浓缩汁的必检项目，耐热菌的控制是困扰果汁企业的技术难题。膜分离技术具有高效节能环保分子级过滤及过滤过程简单易于控制等特点，能达到冷杀菌的效果，在食品除菌领域显示出了良好的发展前景。因此，两者应结合使用12。2.2.10无菌灌装 后巴氏杀菌无菌灌装的三个条件：(1)物料的无菌，(2)包装材料的无菌，（3）灌装环境的无菌。采用进口的罐装机进行灌装，灌装前先将灌装口喷射高温蒸汽，杀死可能存在的微生物
8、，再开始灌装，灌装后的成品直接入库。2.3质量控制2.3.1原料果验收 主要检验农药残留以及重金属，收购原料是否在安全区域，原料采购人员实地核查，确定安全收购区域。2.3.2原料果挑选 腐烂率2，主要拣出霉烂变质果，在拣选后随机抽查一定量的苹果(1kg)，然后按照拣选要求规定削去腐烂点，称重并计算。2.3.3成品质量控制(1)杀菌温度98，时间30s，(2)酶制剂存放温度0.5，酶反应温度49-55，(3)杀菌后的果汁微生物指标：细菌总数TPC10个/mL，大肠菌群3个100mL，酵母霉菌10个mL，致病菌不得检出。第3章 物料衡算3.1 物料衡算的重要性设计中，物料衡算是最先进行的项目，其结
9、果是后续各单项设计的依据，直接关系到整个工艺设计的可靠度。在物料衡算的基础上，可进行能量衡算、设备的选型或工艺设计，以确定设备的容积、台数和主要尺寸，确定消耗定额，进行车间布置设计和管道设计。3.1.1.1 浓缩苹果汁饮料的物料衡算本次设计为日产80吨，因果汁生产受季节影响较大，依据经验，每年实际按6个月，每月30天计算。榨季一旦开始，16小时生产时间，考虑期间设备维护，班间工人就餐以及其他影响因素，每日2班，每班8小时。 浓缩果汁班产量的确定日产浓缩汁量为：80t班产浓缩汁量为：80t2班40t/班通过酶解、超滤和脱色得到的澄清果汁经蒸发浓缩，一般浓缩到原来质量的1/5-1/7,糖度在65%
10、-75%左右，糖酸比一般在12：115:1之间。在设计按照浓缩到1/6,浓缩果汁的浓度为701Brix，糖酸比为13:1来计。因此澄清果汁班产40t6240t生产的损耗计算如下: 生 产 的 损 耗 项目损失量(%)拣选 0.5清洗 0.2破碎 0.2压榨(去渣) 13.2第一次巴氏杀菌、酶解 0.4超滤、浓缩 83.33(浓缩至1/6）第二次巴氏杀菌、冷却、灌装 0.2出汁率为:100-0.5-0.2-0.20-13.2-0.4-0.3-0.2=85所以每班需将4085%= 47.1t新鲜苹果进行生产。每天需将94.2t苹果进行生产 因为产品中浓缩到1/6,浓缩果汁的浓度为701Brix，糖
11、酸比为13:1（即酸度为5.38%）。故要求原料总可溶固形物（Brix）为 70 *14.25% = 9.975Brix， 酸度为 0.0538*14.25%=0.767%此时浓缩苹果汁无需额外调节糖酸比即可以满足产品需求。.设计条件本设计每日工作为2班制，每班实际工作时间为8h，因此平均1h生产浓缩果汁40 t85t每天应将94.2吨新鲜苹果用于两班生产。3.1.2 包装材料的衡算每班采用8小时生产制，每日两班，A班每小时苹果消耗量=47.18=5.89t；B班每小时品苹果消耗量=47.18=5.89t每班生产8小时，可得每小时产量=4010008=5000kg/h由于产品中含水量较高其密度
12、可以近似为1kg/L。所以每班每小时生产量近似为5000L/h使用250ml的容器进行包装，可知每小时灌装量=50001000250=20000袋/每小时则日产量=2000016=320000袋容器消耗数量=320000（1+1%）=323200（瓶）按每箱24袋计算，每天可生产箱数32320024=13466（箱）纸箱消耗个数=13466（1+0.1%）=13600（个）第4章 热量衡算4.1 整个车间热交换流程图物料(20) 塔水(20) 料液(50) 冷却 料液 塔水(10) (50-60) 冷却到20图4-1 热交换流程图4.1.1 第一次巴氏杀菌耗能估算在预巴氏杀菌工段，20的物料被
13、加热到97，再利用这些热量去预热进入预巴氏杀菌之前的20的物料，97的物料降温到60。因此相当于计算将20的物料加热到60所消耗的能量。(注：由于苹果汁的焓与水相似，因此后面均按照水的焓计算，均不考虑热损失。)20到60所消耗的热量(Hl、H2、R引用表4-2、4-1的数据)：Qqm,h(Hl- H2)74070 kg/h(251.67 kJ/kg84.48 kJ/kg)1.24107kJ/h4.1.2 蒸发浓缩耗能估算(1)各效蒸发水量已知原料液处理量为：G37035kg/h总蒸发水量为：W37035kg/h5/630862.50 kg/h (浓缩到1/6，故蒸发水量占5/6)各效蒸发水量之
14、比为：W1W2W3W4W511.11.21.31.4W130862.50 kg/h1/65143.75 kg/hW230862.50 kg/h1.1/65658.13 kg/hW330862.50 kg/h1.2/66172.50 kg/hW430862.50 kg/h1.3/66686.88 kg/hW530862.50 kg/h1.4/67201.25 kg/h (2)浓缩物料时所需热量及蒸汽消耗量计算a、蒸发水分所需热量：但R1、R2、R3、R4、R5引用表4-1的数据)QlW1R15143.75 kg/h2634.1kJ/kg1.35107kJ/hQ2W2R25658.13 kg/h2
15、622.4kJ/kg1.48107kJ/hQ3W3R36172.50 kg/h2606.4kJ/kg1.61107kJ/hQ4W4R46686.88 kg/h2594.0kJ/kg1.73107kJ/hQ5W5R57201.25 kg/h2578.5kJ/kg1.86107kJ/hb、各效消耗蒸汽量：D15105.32kg/hD25618.62kg/hD36139.41kg/hD46637.51kg/hD57170.39kg/h蒸汽总消耗量DDlD2D3D4D530671.25 kg/h表4-1 不同温度水蒸气的热焓R(生蒸汽)R0R1R2R3R4R5水蒸气温度164.781.275.066.
16、560.153.545.3热焓kJ/kg2767.82644.32634.12622.42606.42594.02578.5本设计选用的饱和蒸汽压强为700kPa，对应温度为164.7表4-2 不同温度液态水的热焓液态水温度（）液态水热焓（kJ/kg）1042.61152063.5584.4830126.2840168.0645188.9550209.8555230.7560251.6770293.53水的比热：C水=4.187kJ/kg4.1.3 第二次巴氏杀菌耗能估算在后巴氏杀菌工段，经过蒸发浓缩的55的物料被加热到97，再利用这些热量去预热进入后巴氏杀菌之前的55的物料，97的物料降温到
17、70。因此相当于计算将55的物料加热到70所消耗的能量。(注：由于苹果汁的焓与水相似，因此后面均按照水的焓计算，均不考虑热损失。)55到70所消耗的热量(Hl、H2引用表4-2的数据)：Qqm,h(Hl- H2)74070 kg/h(293.53 kJ/kg230.75 kJ/kg)4.65106kJ/kgqm,h：物料的质量流量，kg/h；Hl：70时水的焓，kJ/kg；H2：55时水的焓，kJ/kg。消耗的蒸汽量： D1758.50kg/h4.5塔水热交换第一次塔水热交换：20的塔水将60的物料冷却到50，塔水温度升到30。热平衡公式：q物料(H物科lH物料2)q塔水(H塔水1H塔水2)(
18、H1、H2引用表4-2的数据)74070 kg/h(251.67 kJ/kg209.85 kJ/kg)q塔水(126.28 kJ/kg84.48 kJ/kg)q塔水7.41104 kg/h第二次塔水热交换：10的塔水将70的物料冷却到20，塔水温度升到15。热平衡公式：q物料(H物科lH物料2)q塔水(H塔水1H塔水2)(H1、H2引用表5-2的数据)74070 kg/h(293.53 kJ/kg84.48 kJ/kg)q塔水(63.55 kJ/kg42.61 kJ/kg)q塔水7.40105kg/h第5章 主要生产设备的选择5.1 车间布置原则生产设备选择的一般原则有：选择设备要满足生产工艺
19、技术及工艺流程要求；选择设备要符合GMP规范的有关条例要求，应满足食品生产卫生要求，易清洗拆装，不对食品造成污染；选择在行业中处于国内领先水平的设备，设备的结构应合理，所选用的材料能适应各种工作条件；动力设备考虑到节能、低耗、高效、无污染。食品卫生通则(CAC/RCPI2008)以及食品企业通用卫生规范(GB148812003)中还对食品企业的设备选择有专门的规定，是设备选择必须遵循的行业性法规。它主要对设备的卫生方面有特别的要求，选择设备时必须严格遵守16。5.2 主要设备选型(1)小提升机小提升机的作用是将水流输送槽送来的苹果提升到拣果台，此段是整个车间的咽喉要道，如果设备停止工作，后段将
20、无果加工。对比进口与国产设备的价格，相差比例不大，因此选用两台意大利TMCI生产的提升机。投入生产的苹果的质量流量为87.14t/h，接近90t/h，故技术要求应为45t/h，电功率25kw。(2)捡果台从小提升机提升后苹果进入拣选台，进行人工拣果，采用意大利TMCI生产的捡果台，原因同上。也是两台，技术要求同上，电功率30kw。(3)大提升机大提升机的作用是将拣选过的苹果提升到洗果机进行清洗，仍然采用意大利TMCI生产的提升机，原因同上，技术要求45t/h，电功率30kw。(4)毛刷机、洗果机对苹果进行毛刷清洗，主要去掉黏附的杂物，之后进行水流喷射清洗。分别选用意大利TMCI生产毛刷机和上海
21、神农生产的洗果机。技术要求均为45t/h。 (5)破碎机将清洗过的苹果进行破碎，根据需要可以调节破碎程度，为保证颗粒均匀度，选用德国BELLMER生产的破碎机，避免影响出汁率。生产能力：45t/h； 电机功率：302kw；物料流量G87.14t/h(100%0.5%-0.2%)86.53 t/h；苹果汁质量密度接近于水，故其密度取103kg/m3，则质量流量为VG/86.53103kg/h103kg/m386.53 m3/h；为保证破碎充分，定破碎时间为15min，V有效：设备有效容积；V：流量；：滞留时间；V有效V86.5360 m3/ min15min21.63 m3；取破碎机两台，即n2
22、，填充系数取70%，则单台设备容积V单15.45 m3286023802270 mm3；故外型尺寸(长宽高)(mm)：286023802270。(6)带式压榨机对破碎的苹果进行压榨取汁，这一步关系到产品得率，因此选用德国BELLMER生产的带式压榨机，出汁率有保证。生产能力：45t/h；电功率：40kw；物料流量G87.14t/h(100%0.5%-0.2%0.2%)86.36 t/h；苹果汁质量密度接近于水，故其密度取103kg/m3，则质量流量为VG/86.36103kg/h103kg/m386.36 m3/h；为保证压榨充分，定压榨时间为15min，V有效：设备有效容积；V：流量；：滞留
23、时间；V有效V86.3660 m3/ min15min21.59 m3；取带式压榨机两台，即n2，填充系数取70%，则单台设备容积V单15.42 m3531519151515 mm3；故外型尺寸(长宽高)(mm)：531519151515。(7)国产压榨机在苹果成熟度不够的时候，将压榨过的果渣用等量水混合后再压榨一次，可以提高出汁率。此步作为前道的补充，仅在必要的时候使用，非关键设备，因此采用国产设备，为江苏靖江食品机械厂生产。规格同上。(8)罐群整厂的各种储罐较多，国产罐完全可以达到要求。小罐可以由厂家加工后运到厂里，大罐由供应厂家现场制作。根据不同情况必要选择不同大小、种类的罐。(9)超滤
24、设备选择两台国产设备，以达到生产要求，采用国产设备可以降低整厂投资。两台设备在使用中可以调剂生产，方便检修和膜的再生。超滤设备也就是超精过滤装置，是包括30组膜堆（各由20个膜管串联而成）、一台循环泵、一台清汁泵、CIP兼清汁罐以及连接管路、监控仪表和电控柜,安置于两个底盘上,构成一个相对独立的单元体。生产能力：40t/h；电功率：50kw；物料流量G87.14t/h(100%0.5%-0.2%0.2%13.2%0.4%)74.50 t/h；苹果汁质量密度接近于水，故其密度取103kg/m3，则质量流量为VG/74.50103kg/h103kg/m374.50 m3/h；定超滤时间为30min
25、，V有效：设备有效容积；V：流量；：滞留时间；V有效V74.5060 m3/ min30min37.25 m3；取超滤设备两台，即n2，则单台设备有效容积V单有效18.62 m3；每根膜管的有效容积V管有效0.03m33107mm3；设每根膜管横截面的直径为100 mm，横截面积SR2502 mm27854 mm2；则每根膜管长L3820 mm；故技术指标如下表所示。表3-2 单个膜管性能型号KJ-ESUF9050W直径长度1003820mm过滤面积7854 mm2滤膜材料聚丙烯中空纤维和复合聚砜中空膜不可溶固形物允许含量30%技术要求40t/h处理温度5055表3-3 膜堆性能(依膜管数增减
26、)使用膜管数量2030个过滤面积4.7124 m2果汁回收率96%98%(不可溶固形物初始含量3% ,且两次过滤)装机功率50kW结构材料全部为不锈钢SUS304(10)蒸发器运用两台意大利TMCI生产的5效管式蒸发器。采用管式蒸发器可以降低单位产品的蒸汽消耗量，比较经济。而中央循环管式蒸发器有“标准式蒸发器”之称，其加热室由垂直管束组成，中间有一根直径很大的管子，能促进溶液的自然循环，提高管内的对流传热系数，强化蒸发过程。选用这种蒸发器是由于其结构紧凑、制造方便、传热效果好及操作可靠等优点。生产能力：40t/h；电功率：55kw；物料流量G87.14t/h(100%0.5%-0.2%0.2%
27、13.2%0.4%0.1%)74.42 t/h；苹果汁质量密度接近于水，故其密度取103kg/m3，则质量流量为VG/74.42103kg/h103kg/m374.42 m3/h；定蒸发时间为30min，V有效：设备有效容积；V：流量；：滞留时间；V有效V74.4260 m3/ min30min37.21 m3；取蒸发器两台，即n2，填充系数取70%，则单台设备有效容积V单26.58 m3；1现按总容积26.58 m3计算V全V桶2 V封26.58m3，封头折边忽略不计，以方便计算：则V全0.785D22D/24D3226.58m3解方程得：D2.439m； 取D2.43m，则H2D4.86m
28、；根据生物工程工厂设计概论通用桶罐系数表，查得筒体壁厚13mm，封头壁厚15mm，封头高为H封hahb636 mm64 mm700 mm。2验算全容积V全：V全0.785D22D/24D320.785D20.07 0.7852.43222.43/242.43320.7852.4320.064 26.58 m3V全为了使溶液有良好的循环，中央循环管的截面积一般为其他加热管总截面积的40%-100%；加热管高度一般为1-2m；加热管直径在25-75mm之间。取加热管高度为1 m，加热管直径为70mm，中央循环管的截面积为其他加热管总截面积的40%，设蒸发器里面共有650根加热管，则加热管总截面积S
29、热0.7850.0726502.50m2；中央循环管的截面积S中40%S热0.42.50m21.00m2；S热S中3.50m24.64 m20.7852.4320.785D2(蒸发器横截面积)，符合要求。故中央循环管的直径D中1.13 m。(11)无菌灌装机采用意大利FBR生产的无菌灌装机，无同国内尚类产品可以替代。另外这个工段关系到产品的安全性和保质期，质量要求高。生产能力：13t/h；电功率：30kw。 主要生产设备一览表序号生产设备技术要求生产厂家台数1小提升机45 t/h意大利TMCI22检果台45 t/h意大利TMCI23大提升机45 t/h意大利TMCI24毛刷机45 t/h意大利TMCI15洗果机45 t/h上海神农16破碎机45 t/h德国BELLMER27带式压榨机45 t/h德国BELLMER28国产压榨机45
