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车间工艺设计样本
日处理16.5吨原乳乳品车间工艺设计说明书
(福州大学生物科学和工程学院谢艳)
摘要:
本设计是以日处理量为16.5吨原乳生产镁D钙营养强化奶车间工艺为设计任务。
在设计过程中,生产方法采取全自动超高温灭菌和利乐包装机包装,并对生产工艺进行了设计,在生产工艺设计基础上,进行了物料衡算、热量计算,并以此为依据进行设备选型、配置,对车间劳感人员计算后进行了车间平面部署。
在完成此设计说明书基础上,绘制了车间工艺步骤图草图、车间工艺步骤图,车间平面部署草图、车间平面部署图。
关键词:
镁D钙营养强化奶,工厂设计,工艺步骤,选型
一、总论
此次专业课程设计以日处理量20吨原乳生产镁D钙营养强化奶乳品车间工艺设计为设计任务。
1.1设计依据:
1.1.1镁D钙营养强化奶营养价值及其市场前景
在人类众多动植物食品中,乳占有特殊地位。
因为它不仅是人类出生后在生命最初阶段赖以生存、发育惟一食物,含有适合幼儿生长发育所必需全部营养素,而且也是其它人群平衡膳食中关键组成部分,含有营养、能量、免疫、调整等很多功效。
而牛奶产品营养价值全方面,其中含有人体所必需八种氨基酸组成齐全,百分比合适,且其它氨基酸含量也很丰富。
同时牛奶当中富含乳蛋白和矿物质,其中钙含量很高,且钙、磷比合适,是人类最理想补钙起源。
除此之外,乳中脂肪不仅能提供能量,还能够溶解脂溶性维生素,使其在人体当中能够愈加好发挥代谢功效。
美国教授发觉:
钙是镁伴侣,身体缺镁,钙吸收也会受到影响,缺钙人同时也缺镁。
轻微缺钙镁是不轻易被觉察。
镁在人体骨骼和牙齿形成,能量供给和代谢过程中发挥着关键作用在多至300多个酶系中全部有镁存在。
人体各器官中全部含有镁,镁能预防骨质疏松症和心血管疾病。
研究发觉,很多心脏病、高血压和缺镁相关。
镁钙含有协同作用。
镁能够促进钙吸收,假如集体却没,不管钙摄取多少,全部只能形成硬度极低牙釉质,这种牙组织很轻易受到酸腐蚀。
镁还能预防钙沉淀在组织和血管壁中,预防产生肾结石,胆结石。
镁缺乏原因很多,摄取不足,吸收不足、吸收不良、排泄过多、透析失镁等全部能够造成镁缺乏。
环境污染和土壤贫瘠化可降低镁在膳食供给量中比重。
据资料介绍,镁和VA/VD钙和磷一起服用,效果最好。
VD可促进钙、镁吸收。
遗憾是,大家对钙有了一定了解,但对镁并不重视。
镁作为为特殊功效因子,荷兰FRIESLAND企业开发了钙镁健高钙脱脂奶粉,德国BOEHRINGER企业也推出了补镁用柠檬酸镁,中国市场上仅有安利(中国)日用具钙镁复合营养素片。
现在中国尚无这类不美液态奶或乳饮料产品生产销售。
所以,本产品能够补充市场这一空白,毋庸置疑,将拥有宽广市场前景。
1.1.2设计依据
此次设计是依据设计计划任务书上要求生产规模(即日处理量为20吨)、产品要求和原料情况,结合建厂条件进行设计。
采取工艺设计为二阶段设计方法,即初步设计→施工图设计,其关键依据是:
1)设计计划任务书;
2)已同意文件;
3)可靠设计数据和资料。
1.1.3设计标准:
1.1.3.1产品方案确定标准:
在安排产品方案时,应尽可能做到“四个满足”、“五个平衡”。
“四个满足”即满足关键产品产量要求,满足原料综合利用要求,满足淡季和旺季平衡生产要求,满足经济效益要求。
“五个平衡”即产量和供给量应平衡,生产季节和劳动力应平衡,生产班次要平衡,设备生产能力要平衡,水、电、汽负荷要平衡。
1.1.3.2工艺步骤设计标准:
在确定生产工艺步骤时,必需注意下列各点:
1)依据产品规格要求和部颁标准、行业标准或企业标准或用户特殊规格标准拟订;
2)依据原料性质拟订;
3)结合具体条件,应优先采取机械化、连续化作业线;对还未实现机械化、连续化品种,其工艺步骤应尽可能按流水线排布,使成品或半成品在生产过程中停留时间最短,以避免半成品变色、变味、变质;假如是需要进行杀菌食品,为确保其产品质量,最好采取连续杀菌或高温短时杀菌工艺;
4)对特产或名产不得随意更改生产方法;若需改动时,要经过反复试验,然后报请相关部门同意,方可作为新技术应用到设计中;
5)非定型产品,要待技术成熟后,方可应用到设计中,对科研结果,必需经过中试验放大后,才能应用到设计中;对新工艺采取,需经过相关部门判定后,才能应用到设计中。
1.1.3.3料衡算标准:
即物料守恒标准,指进入加工系统物料量肯定等于离开加工系统物料量和总消耗量之和。
其理论依据为:
质量守恒定律。
数据依据为:
技术经济定额指标。
1.1.3.4设备选型基础标准
1)满足工艺要求,确保产品质量和产量;
2)做到经济上合理,技术上优异;
3)所选设备能充足利用原料、能耗少、效率高、体积小、维修方便、劳动强度低,并能一机多用,备品、备件供给方便;
4)就符合食品卫生要求,易清洗、装拆,和食品接触材料要不易腐蚀,不会对食品造成污染;
5)设备结构合理,材料性能可适应多种工作条件;
6)在温度、压力等方面有合理控制系统,并尽可能采取自动控制方法。
1.1.3.5设备配置标准:
各工序单位时间物料投料量和设备生产能力相平衡。
1.1.3.6动力定员标准:
1)以全厂正常生产期所需要基础工人数为基准;
2)以全厂生产高峰时期所需要骨干工人数为基准;
1.1.3.4间部署设计标准:
1)要有总体设计全局见解;
2)各工序应按步骤次序以流水线形式部署;
3)设备部署要符合生产操作要求,并尽可能考虑到进行多品种生产可能;
4)符合工业厂房及食品厂房建筑规范和设计要求;
5)考虑生产卫生和劳动保护;
6)就注意车间采光、通风、采暖、降温等设施;
7)室外设置问题;
8)进行明确地域划分和区间隔离;
9)严格实施HACCP、ISO14000、GMP规范;
10)车间辅助用房或空间设计。
1.1.4设计特点
因为此次工厂设计关键目标是使我掌握食品工厂设计基础课程和其它修课程所学基础理论、基础方法、把分散于各课程及各章节理论和方法融会贯通起来,深入巩固和加深所学理论知识和方法;完成作为工程师综合性基础训练,为以后独立从事相关设计工作打下良好基础。
所以此次设计中,首先在经济原因考虑深度还不是很够,加上查阅乳品工业手册是早期时出版,部分信息可有会有点儿落后。
同时对于总体平面设计还不是很熟悉,且包含学科也较为广泛,没有组成一个多个相关专业人员参与团体。
所以此次所设计出来工厂若要投入生产,可能还需要综合其它方面部分原因,和其它相关专业人才(如:
土建类等)进行深入校核,才有可能使设计出来工厂投入生产。
1.2产品方案及生产制度:
1.2.1产品方案和生产规模
乳品厂生产规模以天天处理原乳量来表示,通常按计划任务书上要求设计。
本设计生产规模是日处理20吨原乳,产品为巴氏杀菌乳,包装规格为袋装。
1.2.1生产制度
因为巴氏杀菌奶为整年性生产产品,故整年生产日为300天,每个月生产日25天。
因为生产规模不是很大,故只需一班就能够满足生产要求即,班处理量为20吨,每班按8小时计,早上和下午分别各为4小时。
其中收奶工段安排以下:
天天2次,每次2小时。
早上6:
00-8:
00,下午4:
00-6:
00,设备运转时间4h/d。
每七天全部有一天时间进行清洗、修整和维护。
若订单数目较多时,可合适进行加班。
1.3成品关键技术规格及质量标准:
1.3.1镁D钙营养强化奶感观指标应符合表1要求,。
(阮征.乳制品安全生产和品质控制[M].北京:
化学工业出版社,.)
表1镁D钙营养强化奶感官指标
项目
指标
滋味和气味
含有牛乳固有纯香味和对应添加物应有滋味和气味,带有轻度酸味,另外无任何不良滋味和气味,无任何外来异味
组织状态
均匀液体,无沉淀,无凝块,无黏稠现象
色泽
呈均匀一致乳白色,或微黄色
1.3.2理化指标
1)净含量单件定量包装商品净含量负偏差不得超出表2要求;同批产品平均净含量不得低于标签上所标明净含量。
表2镁D钙营养强化奶净含量要求
净含量/mL
负偏差许可值
相对偏差/%
绝对偏差/%
100—200
4.5
200—300
--
9
300—500
3
--
500—1000
--
15
1000--10000
1.5
3)蛋白质、脂肪、非脂乳固体、酸度、杂质度要求满足表3
项目
指标
脂肪%≥
3.00
蛋白质%≤
2.9
全乳固体%≥
11.20
钙(以Ca计))/(mg/ml)
45
镁(以Mg计)/(mg/ml)
25
杂质度(mg/kg)≤
2
酸度/°T≤
18.00
汞(以Hg计)/(mg/kg)≤
0.01
蔗糖/(g/100g)≥
8
食品添加剂
按GB2762(1988年增补品种)实施
维生素
按GB14880—94实施
其它矿物质
按GB13880—94实施
表3镁D钙营养强化奶理化指标
项目
指标
硅酸盐(以NaNO3计)/mg*kg-1≤
11.0
亚硅酸盐(以NaNO3计)/mg*kg-1≤
0.2
4)卫生指标就符合表4要求
表4镁d钙营养强化奶卫生指标
黄曲霉毒素M1/ug*kg-1≤
0.5
菌落总数/cfu*mL-1≤
3000
大肠杆菌/MPN*(100mL)-1≤
90
到病菌(指肠道致病菌和致病性球菌)
不得检出
2工艺设计
2.1生产方法及工艺步骤选择:
现在中国外相关镁d钙营养强化奶生产关键采取无菌包装(250mL、500mL、1000mL)可在室温下保留6个月。
因为镁d钙营养强化奶成品特征使得该品种液态奶采取利乐包装
液态纯牛奶品种多样,多种产品生产方法和工艺步骤,以提升质量、降低成本为目标,应优先采取机械化、连续化生产作业线,使制品和半成品在生产过程中停留时间最短,确保卫生及避免半成品变色、变味、变质。
如:
杀菌方法应采取高温瞬时法或超高温法。
.1.1收乳方法
从收奶站到乳品厂原乳,应采取乳槽车输送,通常小型厂受条件限制通常采取奶桶输送。
原乳到厂后经检验合格(牛乳酸度不超出20°T),用泵或真空吸奶方法经计量、净乳、预热,脱气,冷却至5℃,贮存于贮奶缸中。
2.1.2镁d钙营养强化奶生产
采取搅拌器将营养素均匀加入后均质。
为了提升加入酸液活性,采取在加热后再加入,所以要经过两次搅拌后均质,再超高温短时杀菌,140~142℃下杀菌4秒,在无菌室内利乐包包装。
2.1.3产品工艺步骤确实定
灭菌奶通常生产工艺步骤以下:
原料乳→称量→搜集→净乳→预热→脱气→冷却
→贮存→混合→加热→混合→均质→灭菌→包装
原料乳验收和预处理:
收乳方法已述及,这里不再赘述。
混合:
就是将多种营养素按百分比均匀加入牛奶中,并经过充足搅拌来使营养素在牛乳中分布均匀,达成品质要求
均质:
均质系经过均质机强力机械作用将乳中脂肪球破碎,使其粒径变小过程。
均质能够有效地预防脂肪上浮并改善灭菌奶风味,促进乳脂肪和乳蛋白质地消化吸收。
均质化最好条件通常为温度60~65℃,压力14~21MPa。
灭菌:
采取超高温短时杀菌,140~142℃下杀菌4秒。
包装:
采取无菌包装机利乐包装机进行包装。
表2-1福州地域原料奶成份规格
项目
含量
水分/%
87.5~88
全乳固体/%
12.1~12.5
脂肪/%
3.2~3.5
非脂乳固体/%
8.5
比重
1.028~1.032
酸度/°T
<18
细菌总数/万个/mL
≤50
因为福州地域原料奶成份规格符合表1-2所列液态奶理化指标,
所以福州地域灭菌奶生产工艺步骤无须经过标准化工序。
所以福州地域灭菌奶生产工艺步骤见图2-2。
P1P2P3P4P5P6
原料乳(n)→称量→搜集→净乳→预热→脱气→冷却(20°~25°,合格品)(60°~65°)(5°左右)
P7P8P9P10P11P12P13
→贮存→混合→加热→混合→均质→灭菌→包装
(55°~60°)(140°超高温灭菌4S)
图2-2福州地域镁d钙营养强化奶生产工艺步骤
2.2物料衡算说明:
2.2.1包装材料关键技术规格及质量标准:
见表2-2。
表2-2纸盒尺寸及材料
纸盒数据
包装纸(卷纸)
mL
容量说明
外形尺寸
高×宽×长(mm)
包装纸宽度
(mm)
每卷纸产纸盒数
每卷纸质量(kg)
250
2.5L
106.3×41×63
214
4500
44
500
0.5L
87.7×63×95
322
3500
60
1000
1L
167×63×95
322
3500
65
2.2.2物料衡算
物料计算包含灭菌奶各道工序物料投料量和包装材料计算。
经过物料计算,能够确定原乳及包装材料采购运输和仓储容量,并对生产过程中所需设备和劳动力定员提供计算依据。
物料衡算依据是:
物料平衡机理,即进入加工系统物料重量肯定等于离开加工系统物料重量加上损耗掉物料重量。
2.2.3包装材料消耗量
因为本设计采取是利乐包装机,产品规格为1L利乐包,依据表2-2,1L利乐包装纸盒尺寸是:
167mm×63mm×95mm,包装纸宽度为322mm,每卷纸可产3500个纸盒,每小时需纸盒为:
2.815*1000/(1.03*1)=2733个/h,即天天需要使用2733×8/3500=6.25卷纸才能够满足生产需要。
包装材料消耗量详见表2-3。
表2-3包装材料消耗情况
产品规格
包装材料时消耗量
包装材料日消耗量
包装材料年消耗量
产量
消耗量
产量
消耗量
产量
消耗量
1L
2733个/h
0.78卷/h
21864个/h
6.25卷/h
5.47×106个/h
1562卷/年
2.3设备选型及配置论证:
物料计算是设备选型依据,而设备选型则要符合工艺要求。
设备选型是确保产品质量关键和表现生产水平标准,又是工艺部署基础,而且为动力配电、水、汽用量计算提供依据。
设备选型应依据产品单位时间产量物料平衡情况和设备生产能力来确定所需设备台数。
各工序设备选型计算及配置过程以下:
[1]收奶设备:
采取倒乳装置。
每台倒乳装置生产能力为:
2*60*50=9000L/h
我们所需要生产能力为:
4854L/h。
所需要倒乳装置台数为:
4854/9000=0.539,需要一台就能够满足要求了
[2]称量设备:
常见有磅乳槽、磅奶槽等。
1)受奶槽ZRP-G:
容量600L,参考价6600元/台。
2)磅奶槽ZRP-G:
容量1000L,参考价9100元/台。
收奶工段天天2次,每次2h,则设备运转时间为4h。
称量周期6min,即1次操作6min。
每日称量次数:
60/6×4=40次
所需受奶槽容量=
=20*1000/(1.03*40)=485.4L
若选择容量600L受奶槽,需台数=809.1/600≈0.809,取1台,价格6600元;
若选择容量1000L磅奶槽,1台即可满足要求,价格9100元。
依据设备选型标准,从设备实用性和经济性均衡考虑,应选择较廉价。
故应选ZRP-G型磅奶槽1台,容量1000L,外形尺寸2180*1085*900,参考价8900元/台。
[3]净化设备:
常见有净乳机和奶油分离机。
因为德国师德盟工地设备脂肪分离效率高,操作简单,噪音小,价格低廉,所以我们这次设计采取是德国师德盟企业系列化奶油分离机。
所需要生产能力为:
P2/p=4.99*1000/1.03=4840L/h
经过比较可知,采取MLH458—PG型奶油分离机一台,其处理能力为5000L/h
外形尺寸为:
925*770*1550
[4]冷却设备:
板式加热器,板式冷却器选型。
所需要板式换热器有BP2-J-15型3台和BP2-J-8型一台
[5]真空脱气机
我们所需要生产能=P4/ρ=4970/1.03=4825L/h
经过材料我们能够知道有南京振先轻工机械脱气机,生产能力为1000~0L/h,所以需要一台。
选择是不待冷却装置
[6]贮存设备:
立式贮乳罐。
考虑10%~20%余量,在这考虑10%余量。
1)ZNG-80型:
容量8000L,外形尺寸φ2300×2064。
所需贮乳罐容量=
=20*1000*(1+10%)/1.03=21359.2L
选ZNG-80:
所需台数=21359/8000≈2.67,取3台。
外形尺寸为φ2400*2170,单价39660元,一共花费118800元
[7]立式调料缸选择
本产品工艺步骤中一共需要两次调料,所以共有两个地方需要用到调料缸。
1)在第一次调料时,所需生产能力=P7/ρ=2685/1.03=2607.2L/h
2)第二次调料时,所需生产能=P4/ρ=2830/1.03=2747.6L/h
假如选择生产能力为1000L/h调料缸,则两个工艺全部需要3台调料缸
若选择生产能力为1500L/h调料缸,则需要一共4台调料缸
若选择生产能力为3000L/h调料缸,则每个工序全部只需要一台,一共两台。
综合从设备生产能力,占地面积,投资等方面来考虑,采取第三种方案,即选择一共两台生产能力为3000L/h调料缸,尺寸为φ1620*1500
[8]均质机选择
所需生产能力=P10/ρ=2825/1.03=2742.7L/h
综合实用性,经济型,采取SLS3000-30型均质机,其生产能力为3000L/h。
所需数量为一台。
外形尺寸为1300*900*1500
[9]全自动超高温灭菌机。
集预热、杀菌为一体,自动循环。
所需生产能力=P11/ρ=2.820*1000/1.03=2737.8L/h
所需台数=2737.8/4000≈0.68,取1台。
故应选LH4A2型全自动超高温灭菌机,生产能力4000L/h,蒸汽使用压力<0.78MPa,蒸汽消耗量0.15kg/L物料,电机功率3kW,外形尺寸2370×1815×1800。
。
[10]暂存设备:
无菌贮罐。
只起着缓冲作用,用于贮存不能立即包装牛奶。
故选RPG-20型无菌贮罐1台,容量L,外形尺寸1500×1312×3350,单价39000元。
[11]包装设备:
利乐包装机。
本产品为1L利乐包,故应选择AB型利乐包装机之0.5~1L砖型,生产能力3650~3700个/h。
所需生产能力=P12/(ρ*V)=2.815*1000/(1.03*1)=2733个/h
所需台数=2733/3700≈0.74,取1台。
故应选AB型利乐包装机之0.5~1L砖型,生产能力3650~3700个/h,蒸汽压力0.12~0.20MPa,压缩空气压力0.6~0.9MPa,冷却水压力0.4~0.45MPa,外形尺寸3542×2235×5417。
[12]清洗设备:
CIP就地清洗设备1台,规格1500L/h~2500L/h,外形尺寸3000×1400×。
[13]泵选型
1)从收奶到贮奶工段,流量改变范围为4.96吨/时到4.99吨/时,所需流量范围为:
所以选择离心泵为5吨/时BAW-150型离心泵能够满足流量要求。
气焰成为24m,已经远远高出最高设备高度。
若采取流量为3吨/时离心泵,则需要设备太多,投资太大。
在这些工段之间一共需要4台BAW-150型
2)从贮奶缸到利乐包装之前工序,流量改变范围为2.680吨/时~2.830吨/时,所以采取离心泵为流量为3吨/时BAW-120型卫生泵。
在这些工序中一共需要6台此种型号卫生泵。
设备一览表
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
外形尺寸(mm)
长×宽×高
1
倒乳装置
台
1
2
受奶槽
ZRP-G-600L
台
1
1440×900×760
3
磅奶槽
ZPR-G-1000L
台
1
2180×1085×900
4
奶油分离机
MLH-458-PG
台
1
925×770×1550
5
板式换热器
BP2-J-15
台
3
1448×474×1545
6
板式加热器
BP2-J-8
台
1
1007×384×1545
7
真空脱气机
TQ
台
1
1135×780×2140
8
立式贮乳罐
ZNG-80
个
3
φ2400×2170
9
调料缸
PLG-3000
台
3
φ1620×1500
9
全自动超高温灭菌机
LH4A2-4000L/h
台
1
2370×1815×1800
10
均质机
SLS3000-30
台
1
1300×900×1500
11
无菌贮罐
RPG-20-L
个
1
1500×1312×3350
12
利乐包装机
AB型-3650~3700个/h
台
1
3542×2235×5417
13
离心式奶泵
BAW-130
台
6
380×260×350
14
离心式奶泵
BAW-150
台
4
532×326×406
15
CIP就地清洗设备
1500~2500L/h
台
1
3000×1400×
2.4劳动力计算及劳动定员
劳动力计算关键用于工厂定员编制、生活设施(如工厂更衣室、食堂、厕所、办公室、托儿所等)面积计算和生活用水、用汽量计算。
本设计劳动力计算方法是:
依据设备操作或岗位需要来定员(即以岗定员)。
即:
一个车间需要工人数=各岗位工人数
劳动力定员标准是:
①以全厂正常生产期所需要基础工人数为基准;②以全厂生产高峰时期所需要骨干工人数为基准。
车间定员明细表
职职员种名称
技术员
职员
固定工
协议工
备注
主任
1
1
1
技术员
1
1
倒奶工
4
4
备员1
贮奶
1
1
调料
1
1
加热
1
1
调料
1
1
均质
1
1
超高温灭菌
1
1
利乐包包装
1
1
CIP自动
2
2
外包
4
4
检验
1
1
运输
2
1
累计
23
1
23
车间总人数为24人,依据食品工厂通常男:
女=3:
7,故男工7人,女工17人。
2.5车间平面部署
2.5.1车间部署依据
乳品厂关键车间建筑外形有长方形、U型、L型、T型等,以长方形和L型为常见,车间长度取决于作业线形式和生产规模。
车间横向按建筑构件模数可采取6m、9m、12m、15m、18m、24m等,纵向则为6m、9m、12m等。
车间内柱子越少越好。
乳品车间层高,依据设备条件,通常以5~6m为宜。
在选择车间建筑外形时,优先选择长方形,其次再考虑其它建筑外形。
因为长方形建筑外形能充足利用土地,节省土地,轻易实现施工现代化。
2.5.2本车间设计特点
本设计车间分为生产区和非生产区。
生产区有贮奶间,生产间,包装间,包装材料库和成品暂存库;很生产区有厕所,更衣室,洗手台,鞋履消毒池,消毒通道,办公室,休息室,配电室,化验室和备用房间。
2.5.3辅助用房控制
乳品车间辅助用房包含:
化验室、配电间、工具间、办公室、更衣室等。
[1]化验室
依据经验数据食品工厂化验室面积通常为12~18m2,考虑到生产规模,在此选择15m2。
用3*5规格
[2]
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