日产80t婴儿配方粉工厂设计.doc

黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 i 日产 80t 婴儿配方粉的乳粉工厂设计 摘 要 本设计主要是进行日产量为 80t 婴儿配方粉的乳粉工厂设计 整个设计充 分考虑了目前的经济状况和今后发展的需要 从节能的角度出发选择设备 生 产流程充分考虑到机械化 自动化水平 技术上先进 可靠 布局上合理 规 范 对生产车间进行了物料和能量衡算 对车间的工艺设计和设备选型也进行 了计算 特别采用了三效降膜蒸发器 大大节约了能源 并且单独设计了喷雾 干燥塔 同时 对水 电 汽的用量也进行了估算 本论文根据乳粉厂设计的要求 利用 Auto CAD 绘制婴儿配方粉乳粉厂工 艺流程图 乳粉喷雾装置平面布置图 严格地对设备进行初步选型 以求达到 现代化 合理化生产的目的 并为日后建厂提供可靠数据和有力的依据 也为 将来改建 扩建厂房打下坚实基础 关键词 婴儿奶粉 配方 工厂设计 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 ii Design of Infant Formula Milk Factory with Daily Output 80 Tons Abstract In this paper in accordance with the requirements of food plant design rendering the use of infant formula Auto CAD milk powder plant process diagram plant layout surface materials and strictly carry out a preliminary selection of equipment to achieve modernization the purpose of the rationalization of production and build for the future plant to provide reliable data and sound basis for future expansion into a plant to lay a solid foundation The design for the main output is 80 tons of infant formula milk powder plant design Conducted a workshop on the production of materials and energy balance of plant design and equipment selection process have also been calculated in particular the use of a triple effect falling film evaporator a significant saving of energy and separate the design of the spray drying tower At the same time water electricity and gas usage and costs were estimated The design takes full account of the current economic situation and future development needs from the point of view of energy efficient equipment options Into production processes to take full account of the mechanization automation level technically advanced reliable reasonable layout specification Keywords infant milk fill a prescription factory design 目 录 摘 要 I Abstract II 第 1 章 绪 论 1 1 1 婴儿配方粉的发展现状 1 1 2 婴儿配方粉概况 2 1 2 1 国外乳粉产品的情况分析 2 1 2 2 国内配方粉发展概况 2 1 3 婴儿配方粉的发展前景 3 1 4 设计指导思想 3 1 5 设计内容 4 第 2 章 设计方案说明 5 2 1 工艺流程 5 2 2 工艺要点论证 5 2 2 1 收奶系统 5 2 2 2 预处理及贮奶系统 5 2 2 3 配料系统 7 2 2 4 浓缩系统 7 2 2 5 喷雾干燥系统 9 2 2 6 包装系统 10 2 2 7 CIP 系统 11 2 3 婴儿配方乳粉的配方设计 11 2 3 1 婴儿配方乳粉的设计原则 11 2 3 2 本设计选用的婴儿配方粉的配方 13 第 3 章 物料衡算 14 3 1 标准化计算 14 3 1 1 原料乳成分 14 3 1 2 成品乳成分 14 3 1 3 乳脂肪 F 与非脂乳固体 S 之比 R 14 3 1 4 稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算 14 3 1 5 每吨原料乳应添加的脱脂乳 M1 14 3 1 6 标准乳成分 15 3 1 7 制 M1 脱脂乳需要分离原料乳 G 15 3 1 8 一吨原料乳可制得标准乳 G1 去除的稀奶油 G2 15 3 1 9 检验 15 3 2 车间物料平衡计算 一吨原料乳的物料衡算 16 3 2 1 原料预处理阶段 16 3 2 2 标准化乳输送 冷却 贮存 16 3 2 3 浓缩阶段 16 3 2 4 喷雾干燥阶段 16 3 2 5 包装阶段 16 3 2 6 理论出粉值 16 3 2 7 出粉率 16 3 3 物料衡算 17 第 4 章 热量衡算及水 电 汽估算 18 4 1 热量衡算 18 4 1 1 原料乳冷却阶段热量计算 18 4 1 2 预热 均质 超高温灭菌阶段热量计算 18 4 2 水的消耗量 18 4 3 蒸汽的消耗量 18 4 4 电的消耗量 19 第 5 章 主要设备选型 20 5 1 选择设备的原则 20 5 2 主要设备选型 20 5 2 1 奶车 20 5 2 2 磅奶槽 20 5 2 3 双联式过滤器 20 5 2 4 板式换热器 冷却 20 5 2 5 奶仓 21 5 2 6 板式换热器 预热 21 5 2 7 配料罐 21 5 2 8 乳化罐 21 5 2 9 三效降膜蒸发器 22 5 2 10 高压泵 22 5 2 11 喷雾干燥塔 流化床 22 5 2 12 包装机 22 5 3 设备的安装和调试 22 5 4 设备选型列表 24 第 6 章 主车间平面设计说明 25 6 1 布置原则 25 6 1 1 厂址的选择原则 25 6 1 2 主车间的布置原则 26 6 1 3 收奶 化验 仓库等生产性辅助措施 26 6 1 4 车间生活设施 26 6 2 仓库的设计 27 6 2 1 原料仓库的设计 27 6 2 2 包装材料仓库的设计 28 6 2 3 成品库的设计 28 第 7 章 生产结束后期处理及质量标准 29 7 1 设备的清洗 29 7 1 1 巴氏杀菌器的 热组件 的 CIP 程序 29 7 1 2 管路系统 罐和其他不带受热面的设备的 CIP 程序 29 7 1 3 喷雾干燥塔的清洗 29 7 2 乳品厂废水的控制 29 7 3 产品的感官指标 30 7 4 产品的理化要求 31 7 5 产品卫生指标 32 第 8 章 劳动组织 33 8 1 基本劳动制度 33 8 2 乳粉车间人员编制 34 8 3 辅助生产工人编制 35 8 4 管理人员编制 36 第 9 章 土建 防火 卫生 37 9 1 结构形式 37 9 2 门窗 墙面和顶棚 37 9 3 更衣室 厕所和浴室 37 9 4 内外墙面 37 9 5 顶棚 38 第 10 章 经济技术分析 39 10 1 全厂总投资 39 10 1 1 设备投资估算 39 10 1 2 全厂总投资预算 39 10 2 产品成本核算 39 10 3 投资回收期 39 结 论 40 参考文献 41 致 谢 42 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 1 日产 80 吨婴儿配方粉工厂设计 第 1 章 绪 论 1 1 婴儿配方粉的发展现状 我国的婴儿配方食品研发起步较晚 50 年代中期中国医学科学院研究院 中科 院营养与卫生研究所前身 提出了第一个婴儿配方 5410 1979 年 黑龙江省乳品工业研究所提出了我国第一个以牛乳为基础的婴儿配 方 取名为 婴儿配方乳粉 I 其主要原料为牛乳 豆浆 蔗糖和怡糖 这个配 方后来在全国很多企业中生产 随着医学及儿童营养学的发展 70 年代末开始了婴儿食品的母乳化研究 着 重在牛乳与人乳的组成成分的差异及对婴儿生长发育的影响上 张维红 王亦芸 徐综 史美权等翻译了相关的大量国外资料 1 2 1981 年由黑龙江省乳品工业研 究所在全脂加糖奶粉的基础上主持研制的 婴儿配方奶粉 I 通过了省级鉴定 3 1985 年内蒙一占轻工业研究所和黑龙江乳品工业研究所完成了 六五 重点攻关项 目 即以脱盐乳清粉为基料配以设计好的物料 鲜牛奶 精练植物油 蔗糖 多种 维生素和微量元素等 的 婴儿配方奶粉 II 也称作母乳化奶粉 其中乳清蛋白与 酪蛋白的比例为 60 40 提高乳糖含量至总糖的 90 添加植物油以增加不饱和 脂肪酸 使之接近人乳的成分 20 世纪 90 年代以后 婴儿配方食品 主要是婴儿配方奶粉 的研究深入到改善 奶粉的消化吸收性质 必需营养素的强化和功能性成分的添加上 不仅在成分上 还要在功能性上更加接近母乳 黑龙江省乳品工业开发中心研制的 婴儿配方奶粉 m 以精制怡糖或麦芽糊精取代脱盐乳清粉 并通过了省级鉴定 由北京食品工 业研究所主持研究的 酶法改性酪蛋白在婴儿配方奶粉中的应用 于 1995 年通过了 国家鉴定 主要是想解决长期进口大量的乳清粉的问题 提供较易消化吸收的蛋 白质来源 4 由无锡工业大学食品学院完成的 八五 科技攻关项目 新生婴儿配方 乳粉的研究 通过鉴定 该项目主要是通过酶法选择性地除去 Xs 酪蛋白 清除或 水解除去 p 一球蛋白的过敏性 强化了维生素和矿物质 增加了牛磺酸以及溶菌 酶和免疫球蛋白等活性物质 使其在营养价值和免疫功能上都能更接近母乳 5 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 2 1 2 婴儿配方粉概况 1 2 1 国外乳粉产品的情况分析 2000 年奶油 脱脂粉 干酪素的耗奶量是 9200 万吨 脱脂粉 450 万吨 全脂乳粉耗奶 2000 万吨 产量 300 万吨 分别占总奶量的 15 和 2 4 全脂 乳粉主要用途是为鲜奶供应不足的地区和国家提供奶源 以中国 巴西 俄罗斯 对全脂乳粉的需求量最大 对全脂乳粉的需求量在过去的 5 年中平均以 3 2 的速 度增长 并且预计在今后几年中以 2 3 的速度增长 脱脂粉用于焙烤工业中 用来改善面包的质地和黏合力 也广泛用于蛋糕和饼干等健康食品和低脂食品中 1 2 2 国内配方粉发展概况 自 20 世纪 80 年代开始 脱脂乳粉在乳粉中的份额呈稳步上升趋势 生产的绝 对量也逐年递增 国内已有乳粉厂 500 多家 乳粉的种类以全脂乳粉 全脂甜乳粉 脱脂乳粉为主 相对而言 其他配方粉的生产量和销售量较小 随着人们生活水平 提高 对营养和保健方面的要求越来越高 传统的乳粉品种已不能满足人们的需要 乳粉的种类越来越多 特别是婴儿乳粉的需要量在直线上升 目前婴儿配方奶粉已发展成为一个全球性重要婴儿食品产业 近年来 随着我 国居民收入的增长和生活水平的改善 高档婴儿配方奶粉市场以每年 13 16 的 增长速度迅速发展 正在取代日本成为仅次于美国的全球第二大高档婴儿配方奶粉 市场 据专家估算 我国每年大约有 1700 万新生婴儿 假设其中的 20 需要用奶粉 喂养 每年就需要婴幼儿奶粉 30 余万吨 中国市场潜力巨大 因此成为婴儿配方奶 粉厂商的必争之地 与欧美相比 我国婴幼儿配方奶粉的研究和开发起步较晚 20 世纪 80 年中期研究出了以乳为基础 调整了乳清蛋白含量的 婴儿配方乳粉 II 由 此开始 国内婴幼儿配方奶粉方面的研究才算真正地开展起来 出现了从婴儿到幼 儿等一系列的配方奶粉产品 使我国婴幼儿配方奶粉的研究和开发逐渐跟上国际水 平 但在高档配方奶粉市场的占有率比例较低 从消费群体来看 主要是儿童和老 年人 作为一种营养品 造成这种消费群体的重要因素还是居民的收入 可以说 收入的增长构成了未来中国乳品生产和消费进一步发展的重要力量 6 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 3 1 3 婴儿配方粉的发展前景 中国奶粉市场 尤其是婴幼儿配方奶粉的需求增长速度较快 其中高档婴儿奶 粉市场销量每年以两位数的速度增长 我国现在一年的婴幼儿奶粉产量仅 15 万吨左 右 庞大的新生儿消费群体孕育着中国婴幼儿奶粉巨大的市场空间 2008 2010 年 将是一个生育高峰 中国有望取代日本 成为仅次于美国的世界第二大婴幼儿配方 奶粉市场 7 1 4 设计指导思想 本设计从实际出发 从国内市场的销售来确定产品 使产品在市场上具有较强 的竞争力 讲究效益 生产的各个环节中力图以较少人力 物力 财力取得较大的 经济效益 本设计具有较好的合理工艺 以提高质量为宗旨 采用合理成熟的工艺 流程 基本实现流水作业一条线 流程尽量强调流水作用 避免人流物流交叉污染 在收购原料及加工中 物料 成品都不会出现交错的现象 此外在设备选择时 尽 量参考现有工厂已使用 切实可行的设备 而不是盲目求先进 设计着眼于工农关 系 巩固了工厂与畜牧户的关系 在平等互利的基础上增加了农民的收入 充分调 动畜牧业积极发展 大力发展畜牧业 调整畜牧业结构 突出发展奶类生产 积极推进乳业产业化 进程 提高牛乳在国民膳食中的比重 是我国十五期间农业发展的总体思路和指导 方针 近年来我国乳制品的生产 加工和消费得到了很快的发展 乳业的发展 尤 其是乳产品加工业的发展已成为国家重点扶持的产业 随着近年来人们生活水平的 不断提高 健康生活 优质生活 享受生活的意识催动下 国内消费者对健康饮品 食品的需求越来越强烈 消费欲望不断增长的大背景下 乳制品的市场前景是十分 乐观的也是充满了无限商机的 乳品企业下一步的竞争热点很明确 必须由单一的市场开发转向奶源建设与 市场开发并举 在此背景下 我们选择了了 绥化 绥化安达市是中国唯一的 奶牛 之乡 位于黑龙江省西南部 松嫩平原腹地 地处黑龙江省经济发展最活跃的哈大 齐经济带 草资源非常丰富 是世界三大优质草原之一 奶牛存栏量 12 万头 奶牛 数量位居全国县级城市前列 希望通过企业和当地优势资源的整合 在东北建立婴童配方奶粉的产业基地 以此来抢占市场先机 此项工程的开幕标志着拥有市场优势和婴童行业领军企业与 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 4 优势资源强强联手 将形成强大的优势 推动整个产业的发展 因此在对安达市整体政策 投资环境 领导能力等多方位的评估后 决定投资 安达 其技术水平和产能在中国名列前茅 1 5 设计内容 a 奶粉厂的工艺流程及论证 首先根据目前生产工艺存在的不足 设计改进工 艺流程 其次对于新设计的工艺流程进行论证 b 配方奶粉的物料衡算以原奶及成品的指标为依据进行物料衡算 衡算的数 据作为设备选型及能源配备的依据 c 主要设备热量衡算及设计包括浓缩系统的设备选型 热量衡算 喷雾干燥塔 的热量衡算及设计 d 主要设备选型包括奶槽车 奶仓 受奶槽 奶泵 换热器 包括冷却器 预热器 储奶罐 分离机 三效降膜蒸发器 喷雾干燥塔 包装机等 e 劳动组织设计 f 土建 防火 卫生设计 g 经济技术分析 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 5 第 2 章 设计方案说明 2 1 工艺流程 原料乳验收检验过滤净乳贮存 4 左右 预热标准化配料 均质巴氏杀菌 80 15s 贮存浓缩喷雾干燥冷却筛粉与晾粉 包装入库检验出厂 8 2 2 工艺要点论证 2 2 1 收奶系统 设计为每日收奶 2 次 每次收奶时间为 3h 收奶能力为 60t h 原料乳中农药 残留 抗生素 重金属 黄曲霉毒素含量应符合国家规定 同时要结合我国规定 生鲜牛乳收购的质量标准 包括感官指标 理化指标及微生物指标 牛乳挤出后 立即冷却至 4 以下 并且一直保持这一温度直至送到乳品厂 如果在这一期间冷 却环节中断导致乳温升高 牛乳中的微生物就开始繁殖 随着微生物的生长繁殖 出现各种代谢产物和酶类 虽然以后的冷却将阻止这一进程 但牛乳的质量已经 受到损害 细菌数增高 同时各种代谢产物及酶类将影响终产品的质量 原料奶 用奶桶或保温奶罐车运送至乳品厂 无论哪种运送方法要求都是一样的 牛奶必 须保持良好的冷却状态并且没有空气进入 奶槽车及其输奶软管应消毒清洗 从 奶挤出后到加工前所经历的时间不能超过 24 小时 与储奶冷却缸的出口应连接紧 密 无渗透 输奶时应避免空气泵入奶槽车 不合格的拒收并退回 合格的通过 奶泵经过滤打入生奶仓 4 下储存 9 鲜奶 15 从奶站用保温奶槽车运进厂后 首先按收购质量要求进行检验 把 合格乳与不合格乳分开 收奶时采用地磅对奶槽车整体计量 鲜奶经旋流除沫器 后 被泵送粗过滤 100 目 经板式冷却器降温至 2 4 后 进入室外储生奶 罐储存 收奶采用自吸式奶泵 考虑到转换与奶槽车连接等工作对收奶速度的影 响 在旋流除沫器前配置了 4 条与奶槽车的接口 2 2 2 预处理及贮奶系统 2 2 2 1 脱气 乳刚刚被挤出后约含 5 5 7 的气体 经过贮存 运输和收购后 一般其气 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 6 体含量在 10 以上 而且绝大多数为非结合的分散气体 这些气体对牛乳加工的 破坏作用主要有 影响牛乳计量的准确度 使巴氏杀菌机中结垢增加 影 响分离和分离效率 影响牛乳标准化的准确度 影响奶油的产量 促使脂 肪球聚合 促使游离脂肪吸附于奶油包装的内层 促使发酵乳中的乳清析出 在牛乳处理的不同阶段进行脱气是非常必要的 首先 要在奶槽车上安装脱 气设备 以避免泵送牛乳时影响流量计的准确度 其次 是在乳品厂收奶间流量 计之前安装脱气设备 但是上述两种方法对乳中细小的分散气泡是不起作用的 因此在进一步处理牛乳的过程中 还应使用真空脱气罐 以除去细小的分散气泡 和溶解氧 2 2 2 2 净乳 考虑到杂质来源 杂质颗粒大小以及所处地点的具体条件 我们把过滤主要 分成以下三个阶段 把杂质由大到小逐步除去 9 10 过滤前牛乳含有 10 30ppm 的杂质 纱布过滤 主要是除去牛乳中混有的粗杂质 将消毒过的纱布折成 2 4 层让牛奶流过 一般是扎在奶桶口或受奶槽上 凡是将牛奶从一个地方送至 另一地方 从一个容器到另一容器 均需用纱布进行基本的过滤 但要注意纱布 的严格消毒 管内过滤器 安装在物料管内 利用不锈钢丝网去除牛乳中较细 杂质 通常选用的是双联式过滤器 它一般用在原料乳称重完后流往换热器冷却 的管路中 其体积小 价格低 效率高 离心式净化机净化 除去牛乳中极细 微的杂质 如空气中的尘埃 细胞鳞片 以及牛乳中卵磷脂 上皮细胞 白血球 等 净化后可达到只有 0 1ppm 的杂质 本设计采用在标准化过程中使用三用离心分离机同时进行净化 2 2 2 3 巴氏杀菌 原料乳巴氏杀菌的目的有 l 初步杀死大部分的细菌和致病菌 使超高温灭菌 的杀菌更彻底 以保证食品的安全性 提高成品的贮藏性 2 抑制酶的活性 以 免成品产生脂肪水解 酶促褐变等不良现象 3 增加生产产品种类的灵活性 可 随意调整产品品种 系统包括巴氏杀菌机 分离机 均质 闪蒸 牛奶巴氏杀菌 温度为 85 保温 15s 热效率 90 采用热水加热系统 蒸汽与热水间接加热 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 7 冷却介质为 2 的冰水 2 2 2 4 冷却 冷却目的 提高原料乳的抗菌力 抑制细菌的繁殖 防止鲜乳的酸度迅 速提高 保持牛乳原味 从而保证产品质量 延长牛乳贮存时间 以便于生产 调度 冷却温度越低 贮存时间越长 但决不能达到乳的冻结点 0 55 2 2 3 配料系统 每批辅料在进厂后进行严格的验证检验 检验项目包括常规的理化指标和卫 生指标 使用前配料工人对每袋原料进行感官检查 结块 霉变 有异味 色变 的辅料拒绝使用 微量元素 维生素等小量辅料由化验室准确计量后按配比发放 一般性辅料如乳清粉 糊精粉 乳清蛋白粉 可以按 M粉 M水 6 1 的比例直接 在化料罐中溶化 水温 40 50 搅拌直到其完全溶解 2 2 4 浓缩系统 牛乳是热敏性食品 热处理使蛋白质容易变性 所以浓缩工艺尽可能做到短 时 低温浓缩 如果不经浓缩直接干燥 将需要很大的喷雾干燥室 浓缩后再干 燥可以减小喷雾干燥室容积 这样就可以大大减小基建投资 考虑到乳粉质量问 题 浓缩对乳粉粒子物理形状有显著影响 如果不经干燥直接喷雾 则得到的乳 粉粒子会很轻很细 从而使乳粉冲调性显著下降 喷雾干燥的热能利用率很低 35 50 而多效真空浓缩设备的蒸汽是循环利用的 并且随效数的增加热 能利用率升高 从耗能经济角度来看 干燥前应先浓缩 由于蒸汽总有损耗 所以蒸发器的效数不是可以无穷多下去 再加上处理量 浓缩乳浓度以及浓缩时间等要求 所以实际生产中一般多选用双效和三效的浓缩 机 我们选用三效 由于牛乳属热敏性物料 它在蒸发器中的营养损失是相当大 的 所以为了尽量缩短牛乳在蒸发器中的停留时间 以减少牛乳的损失 对于乳 粉生产来说多选用顺流降膜式蒸发器 本设计采用管式降膜蒸发器 带 2 台蒸汽热压缩装置 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 8 表 2 1 三效降膜式蒸发器各效参数 I 效II 效III 效 蒸发温度 705745 真空度 kPa698390 加热蒸汽温度 817057 物料进口温度 947057 物料出口温度 705745 出料浓度 213048 已经标准化的牛奶送入蒸发器平衡罐内 通过离心泵 利用末效降膜室产生的 二次蒸汽预热 已预热的牛奶进入闪蒸器上部 与闪蒸器底部已杀完菌的牛奶产生 的闪蒸的蒸汽直接接触升温 将加热的牛奶送入杀菌器杀菌 杀完菌的牛奶进入闪 蒸器的底部 由于压力差的原因杀完菌的牛奶立即进行闪蒸 牛奶温度下降 同时 闪蒸过程中产生的二次蒸汽上升 进入闪蒸器上部 与进入闪蒸器上部的牛奶进行 热交换 杀完菌的牛奶进入 1 效降膜室顶部 通过分配器均匀分布在每一根降膜管 内壁 浓缩过程开始 在降膜室内部 管内的牛奶 由于真空泵产生的真空 开始沸腾 牛奶从第 1 效降膜室下部由泵送至第 2 效 二次蒸汽夹带的牛奶进入与降膜室下部相连的 分离室进行汽液分离 二次蒸汽用于加热第 2 效降膜室 部分二次蒸汽通过热压 泵进行再压缩 作为 1 效的加热介质 牛奶在第 2 效降膜室内进一步浓缩 浓奶 从第 2 效降膜室下部由泵送至第 3 效 二次蒸汽夹带的牛奶进入与降膜室下部相 连的分离室进行汽液分离 二次蒸汽用于加热第 3 效降膜室 牛奶在第 3 效降膜 室内进一步浓缩 浓奶从第 3 效降膜室下部由泵送至喷雾塔的浓奶平衡罐 二次 蒸汽夹带的牛奶进入与降膜室下部相连的分离室进行汽液分离 二次蒸汽通过管 式冷凝器冷却 由泵排出 洁净蒸汽发生器产生的洁净蒸汽将闪蒸预热后的牛奶加热到 88 93 可以 避免传统的管式或板式杀菌器连续工作时间短的缺点 同时减少蛋白损失 真空系统为两台真空泵 开车时两台同时启动 正常生产时 只需一台真空 泵运转 以维持系统真空 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 9 整套设备带有 CIP 清洗系统 2 2 5 喷雾干燥系统 2 2 5 1 喷雾干燥的特点 干燥速度快 物料受热时间短 整个干燥过程仅需 10 30s 牛乳营养成分 流失少 乳粉溶解度高 冲调性好 乳粉颗粒表面温度较低 从而减少热敏性 物质的损失 产品具有良好的理化性 通过调节工艺参数可以控制成品指标 如 乳粉颗粒大小 状态和水分含量等 整个过程都是在密闭状态下进行的 卫生质量好 产品不易受外界污染 操作控制方便 适用于连续化 自动化 大型化生产 占地面积大 一般需要多层建筑 一次性投资大 热效较低 只有 35 50 左右 蒸发 1kg 水分需要 2 3kg 饱和蒸汽 干燥塔内会粘有乳 粉 如用 CIP 清洗则清洗液消耗量太大 所以目前基本是人工打扫 根据各类干燥设备性能的比较 再结合我国技术水平 耗能大小及牛乳本身 特性等多方面条件综合考虑 本设计选用的是压力式顺流喷雾干燥塔对蒸发后的 浓缩乳进行干燥 2 2 5 2 喷雾干燥塔 喷雾干燥系统包括一个进料系统 带空气分配的热风系统 喷雾塔 旋风分离 器 排风系统 振动流化床系统 用于产品后干燥 冷却 细粉回收系统 用于塔顶附聚 增加奶粉速溶性 喷雾塔设计为顺流干燥 也就是热风和物料同 时进入喷雾塔顶部 当物料通过喷嘴雾化与热风进行热交换 由于物料中的水分 迅速蒸发 温度会立即下降 这样可以避免粉末的过热 浓奶从平衡罐通过进料泵 过滤器 自动控制的浓奶加热器送入高压泵使浓 奶达到位于空气分配器中的喷嘴所需要的压力 浓奶通过喷嘴被雾化后进入热空 气中 热风由间接蒸汽加热器加热 热风温度自动控制 进入流化床冷却段的空 气先进行除湿 然后再加热到所需要的温度 大部分粉粒通过塔锥 离开喷雾塔 进入振动流化床进行最后干燥和冷却 夹带着水蒸汽和少量细粉的空气 通过塔锥大肚子上的 4 个排风口被抽出到旋风 分离器中 在旋风分离器中 细粉被分离掉 从底部排出 再通过一个出粉阀经 罗茨风机送至塔顶的喷嘴 细粉将与浓奶雾滴进行附聚 最终奶粉是一种附聚粗 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 10 粉结构 根据产品的要求和附聚程度 旋风分离器中分离出来的细粉送入塔顶还 是送入振动流化床 在停车时 细粉送入振动流化床 从旋风分离器排出的热风 进入风机排至室外 喷雾塔 CIP 清洗系统有 2 条清洗线 1 条清洗喷雾塔 喷雾塔大肚子 风管 旋风分离器 流化床 另 1 条清洗喷雾塔供料系统 清洗液流量自动控制 清洗 温度自动控制 清洗液加热系统为蒸汽直接加热 2 2 5 3 流化床的作用 a 二段法干燥从干燥塔内排出的热风温度比一段法干燥要低 10 20 要蒸 发同水分 一段法就必须通过提高干燥塔内温度的方法来实现 这样会对产品品 质造成影响 而二段干燥不但能在干燥塔内干燥 又可以在流化床内干燥 故温 度必然低于一段干燥 不利影响也会稍有减小 b 一段法干燥得到的乳粉成品全部由单个乳粉小颗粒组成 容积小 密度大 粉粒轻 当脂肪含量较高时容易结块 复原乳的冲调性不佳 二段法由于乳粉颗 粒的附聚 使得乳粉有良好的溶解性 密度高 颗粒大 不易飞扬 c 冷却干燥后的乳粉通常为 60 72 其温度高低是由乳粉干燥后其颗粒大 小与滞留的位置以及工艺条件决定 无论温度高低 乳粉出塔后都要迅速进行冷 却 如不及时 冷却 会引起蛋白质变性 脂肪球处于超熔点状态 容易破裂而 致使游离脂肪增多 所以 流化床的冷却工段还将对干燥好的乳粉利用冷空气及 时冷却到 30 d 空隙度在喷雾干燥过程中会有空气进入液滴 在干燥时气泡膨胀使得乳粉 颗粒中含有很多空隙 要通过颤动或拍打来减少这些空隙的数量 由于选用的是 振动式流化床 所以可以通过冷却过程中的振动来减少空隙度 2 2 6 包装系统 包装时要求排气彻底 封口严密 防止包装过程中的二次污染 特别是大肠 菌和异物的控制 包装内袋或纸膜等直接与产品接触的包装材料使用前应进行严 格的微生物检测 不符合要求时不可使用 防止造成污染 氮气是一种目前食品上应用最广泛的惰性气体 它无臭无味不溶于水 不与 食品发生化学作用 在包装内充一定比例的氮气 可以通过破坏微生物适宜生长 繁殖的生活环境 来降低包装内部的含氧量 包装材料多采用聚乙烯塑料附和铝 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 11 箔袋包装 偏聚二氯乙烯的阻隔水 气性能优良 故选它作为奶粉的包装材料 运输工具 包括车厢 船舱和各种容器等 必须符合卫生要求 并配备防雨 防尘 防晒等设施 有条件的还可以配备冷藏 保温等设施 运输作业应避免强 烈震荡 撞击 轻拿轻放 防止损伤成品外形 且不得与有毒有害物品混装 混 运 作业终了 搬运人员应撤离工作地 防止污染食品 2 2 7 CIP 系统 乳品厂的 CIP 程序根据要清洗的线路中是否包含有受热表面而不同 将其划分 为 用于巴氏杀菌器和其它带受热表面的设备的 CIP 程序 UHT 等 和用于管路系统 罐 和其它不带受热面的设备的 CIP 程序 两种类型的主要不同点在于第一类中必须 包含一个酸洗循环 以除去受热设备表面上的变性蛋白质和盐类 1 用于巴氏杀菌器 热组件 的 CIP 程序温水冲洗 10 min 75 碱性洗涤液 0 5 1 5 循环 30 min 温水冲掉碱性洗涤剂约 5 min 70 硝酸 酸溶液 0 5 1 0 循环 20 min 用冷水冲洗至 pH 值中性 2 由管道 罐和其他不受热机件所组成的回路的 CIP 程序用温水冲洗 3 min 75 0 5 1 5 的碱性洗涤剂循环 10 min 用温水冲洗 3 min 用 90 95 热水消毒 5 min 用冷水逐渐冷却约 10 min 通常对罐没有冷却 以上清洗程序适用于常用设备和物料管道的清洗 对于浓缩和干燥设备等自 带 CIP 清洗系统的 清洗液可根据需要由 CIP 中心调入 2 3 婴儿配方乳粉的配方设计 2 3 1 婴儿配方乳粉的设计原则 由于牛乳与母乳在主要营养成分 微量成分 抗菌体系及特殊成分含量等方 面有差异 为减小或消除这些差异 在配方乳粉的设计中要遵循如下基本原则 1 降低牛乳中酪蛋白含量 改变酪蛋白与乳清蛋白的比例 添加大豆蛋白和氨基 酸以改进蛋白质效率 2 降低牛乳中矿物质含量 3 改变脂肪组成 减小牛乳中脂肪球的直径 4 提高碳水化合物含量 加玉米糖浆 5 补充维生素和氨基酸 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 12 6 添加适量的人乳球蛋白 提高婴儿的抗菌免疫能力 母乳的热量为 529kcal 100g 固乳 其中蛋白质占热量的 9 脂肪占 49 7 其中亚油酸占 4 6 碳水化合物占 41 脂肪对蛋白质的重量比例为 2 5 1 婴儿配方乳粉设计时 通常是使配方中蛋白质占供热量的 8 16 脂肪 占 35 50 亚油酸占 2 4 其余为碳水化合物 脂肪对蛋白质的重量比为 2 1 以牛乳为主要原料的配方乳粉 要添加富含不饱和脂肪酸的植物油 玉米油 或豆油 来调整饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的比例 由于不饱和脂肪酸易于氧化 为增加乳粉的保藏稳定性 在添加植物油的同时应酌量添加维生素 E 维生素 E 的添加量随亚油酸加入量而定 我国婴儿配方乳粉国家专业标准规定 维生素 E 的添加量为 7mg 100g 乳粉 婴儿配方乳粉中除强化维生素 E 外 还要强化维生素 A D C K 及 B 族维生素 牛乳中矿物盐含量是母乳的 3 倍左右 除了铁和锌的含量低 其余的均偏高 因为高矿物盐对婴儿的代谢机能有毒害作用 所以降低牛乳中矿物盐含量和提高 维生素含量在婴儿配方粉的制造中具有同等重要的意义 另外 矿物质之间的比 例也是关键 特别是钠 钾比 钙 磷比 以及钠 钾和氯的比例 对婴儿营养 与健康有很大影响 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 13 2 3 2 本设计选用的婴儿配方粉的配方 表 2 2 营养配方表 营养物质 含量 每 1000kg 奶粉 营养物质 含量 每 1000kg 奶粉 AA 花生四烯 酸 970g硒60 130mg DHA 二十二 碳六烯酸 560g镁350mg 亚油酸45670g铁63g 核苷酸230g锌47g 维生素 A1969 IU锰250 1180mg 胡萝卜素1650mg铜3200 6500mg 维生素 D335 IU碘300 1500mg 维生素 E8 7 IU钠1260g 维生素 K530mg钾5120g 维生素 B17870 mg氯3410g 维生素 B211810 mg生物素160mg 维生素 B6472 0mg胆碱790g 维生素 B1216 mg钙3310g 维生素 C710g磷1890g 烟酸39 37g泛酸23 620g 叶酸630mg 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 14 第 3 章 物料衡算 3 1 标准化计算 3 1 1 原料乳成分 表 3 1 原料乳成分 13 乳脂肪蛋白质乳糖灰分水分非脂乳固体 3 6 3 2 4 7 0 7 87 8 8 6 3 1 2 成品乳成分 表 3 2 成品乳成分 乳脂肪蛋白质乳糖灰分水分非脂乳固体 27 13 7 3 6 3 70 3 1 3 乳脂肪 F 与非脂乳固体 S 之比 R 原料乳 0 0 0 S F R 0 0 0 0 6 8 6 3 0 4186 成品 R 3857 0 70 27 0 0 0 0 S F 标准化的方法 由于 R0 R 说明原料乳中的脂肪含量偏高 需要标准化使之平衡 原料乳中的脂肪含量过高 所以要把部分原料乳进行分离 分离出的脱脂乳要加入 原料乳中使它达到标准乳要求 而分离的稀奶油则另用容器贮存 3 1 4 稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算 设定 当预热温度为 40 时 脱脂乳含脂肪 F1 0 01 稀奶油含脂肪 F2 40 脱脂乳中非脂乳固体 S1 100 F1 100 F0 S0 100 0 01 100 3 6 8 6 8 92 稀奶油中非脂乳固体 S2 100 F2 100 F1 S0 100 40 100 0 01 8 6 5 16 3 1 5 每吨原料乳应添加的脱脂乳 M1 M1 F0 R S0 R S1 F1 1000 82 50kg 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 15 3 1 6 标准乳成分 脂肪含量 F标 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 10 0 3 3 1000 01 0 50 826 31000 1000 01 0 6 31000 MM M 非脂乳固体 S标 0 0 0 0 6 8 3857 0 3 3 R F标 表 3 3 标准乳成分 乳脂肪非脂乳固体水分 3 3 8 60 88 1 3 1 7 制 M1 脱脂乳需要分离原料乳 G 设 分离 G kg 原料乳可得到 M1kg 脱脂乳和 M2kg 稀奶油根据脂肪含量守衡 可知 G 2122110 MMGFMFMF 且 可知 M2 8 14kg G 90 64kg 3 1 8 一吨原料乳可制得标准乳 G1 和去除的稀奶油 G2 一吨原料乳可制得标准乳 1 1000 50 1082 64 1090 G G1 992 54kg 去除的稀奶油 G2 1000 G1 1000 992 54 7 46kg 3 1 9 检验 一吨原料乳中含脂肪量 m0 M0 F0 1000 0 0 6 3 36kg 一吨原料乳分离后得到标准乳中的脂含量 m 0 0 11 3 354 992 标 FG 32 75kg 一吨原料乳脱去稀奶油中的脂肪含量 m2 GkgF98 2 4046 7 0 0 22 结论 m0 21 mm 计算正确 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 16 3 2 车间物料平衡计算 一吨原料乳的物料衡算 已知 M0 1000kg 3 2 1 原料预处理阶段 原料乳经预处理 冷却 贮存 损失率按 0 5 计算 M0 经标准化 992 54kg M1 992 54 1 0 5 987 58kg 3 2 2 标准化乳输送 冷却 贮存 标准化乳经输送 冷却 贮存 损失率按 0 2 计算 M2 M1 1 0 2 987 58 1 0 2 985 60kg 3 2 3 浓缩阶段 浓缩后料液浓度取 48 损耗按 0 4 计算 Mkg37 243 48 4 01 9 1160 985 0 0 0 0 0 0 3 3 2 4 喷雾干燥阶段 喷雾干燥后 可得 97 的奶粉 损耗按 0 5 计算 Mkg83 119 97 5 01 4837 243 0 0 0 0 0 0 4 3 2 5 包装阶段 出粉 冷却 包装 损失率按 0 2 计算 M5 M4 1 0 2 119 83 1 0 2 119 59kg 3 2 6 理论出粉值 kg77 125 97 2 121000 0 0 0 0 3 2 7 出粉率 0 0 0 0 09 95100 77 125 59 119 理论出粉率 实际出粉率 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 17 3 3 物料衡算 脱盐乳清粉 D70 添加量为 40 即 80 40 32t 乳糖的添加量为 2 4 即 80 2 4 1 92t 蔗糖的添加量为 0 6 即 80 0 6 0 48t 维生素 E 的添加量为 7 0mg 100g 即 5 6kg 维生素 A 的添加量为 2000IU 100g 即 1 6 107IU 维生素 B1的添加量为 0 6mg 100g 即 0 48kg 维生素 B2的添加量为 0 7mg 100g 即 0 56kg 维生素 C 的添加量为 50mg 100g 即 40kg 维生素 D 的添加量为 300IU 100g 即 2 4 107IU 配料后得乳量 约为 34 4t 80 34 4 45 6t 原料奶含水量 87 8 则应用原料奶量 45 6 1 87 8 373 7 374t 由于原料乳中含水量约为 87 8 本设计选用日处理鲜奶量为 374t 采用两 班倒的生产方式 每班工作时间为 10 5 小时 生产能力约为 18t h 每天每班处理鲜奶量 187t 生产婴儿配方粉约 40t 生产能力 3 8t h 表 3 4 物料衡算 物料种类添加量 脱盐乳清粉 D7032t 乳糖1 92t 蔗糖0 48t 维生素 E5 6kg 维生素 A1 6 107IU 维生素 B10 48kg 维生素 B20 56kg 维生素 C40kg 维生素 D2 4 107IU 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 18 第 4 章 热量衡算及水 电 汽估算 4 1 热量衡算 4 1 1 原料乳冷却阶段热量计算 将乳冷却是获得优质原料乳的必要前提 刚挤下来的乳 温度约 36 一般要 冷却到 4 左右 采用处理能力为 10000L h 的管式热交换器 2 台 牛乳密度为 1020 kg m3 比热容 3 95kJ kg 现将原料乳冷却阶段的热量变化计算如下 Q V c t 2 10000 1020 3 95 32 2 1000 2578560KJ h 4 1 2 预热 均质 超高温灭菌阶段热量计算 相同处理能力板式热交换器 10000L h 用于乳的热处理 其温度变化如下 1 通过热交换使进入的冷乳从 4 预热到 75 可利用部分冷凝水的能量 2 巴杀后的乳于 75 离开热交换器 进行均质 3 然后用冷水使乳冷却到 20 30 灌装 计算如下 1 4 75 热交换 得到的热量为 71 10000 3 95 1 02 2 5721180 KJ h 因此总的热负荷为 5721180KJ h 4 2 水的消耗量 冰水流量为原料奶流量的三倍 则冰水耗用量为 54 t h 预热时热水流量与物料流量相同 则热水消耗量约 4 6t h 配料后冰水流量与物料流量相同 则冰水消耗量约 4 9t h 三效降模式蒸发器冷却水耗量约 16t h 4 3 蒸汽的消耗量 浓缩设备蒸汽消耗量 三效蒸发器是利用上一效的二次蒸汽进行预热以及蒸 发 所以整个三效降模式蒸发器只有 杀菌器 和 一效蒸发器 需要用生蒸汽 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 19 杀菌器生蒸汽消耗量 115 24kg h 一效加热器消耗生蒸汽的量 744 18kg h 干燥塔空气加热器蒸汽消耗量 3236 91 kg h 流化床空气加热器蒸汽消耗量 92 48 kg h 4 4 电的消耗量 生产车间工艺用电可根据配电器和耗电率约来确定 经验数据 P 250kW h 则生产车间电器总功率估算 W P t 250 6 8 1700 度考虑到照明用 电和意外用电情况 增加 15 用电量 即总用电量 1700 1 15 1955 kW h 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 20 第 5 章 主要设备选型 5 1 选择设备的原则 从设备的设计选型上 可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性 因 此在设备的工艺设计和选型时应考虑如下原则 1 保证工艺过程实施的安全可靠 2 经济上合理 技术上先进 3 投资省 耗材料少 4 运输费用低 水电汽消耗少 5 操作清洗方便 耐用易维修 备品配件供应可靠 减轻工人劳动强度 实施机械化和自动化方便 6 结构紧凑 尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备 7 考虑生产波动与设备平衡 留有一定余量 8 考虑设备故障及检修的备用 5 2 主要设备选型 5 2 1 奶车 本设计每日收奶两次 每次收奶量为 187t 选用奶车为 30t 七辆 5 2 2 磅奶槽 选用 300L 的磅奶槽 与它配套的受奶槽容量为 600L 5 2 3 双联式过滤器 目前通用型号 RP6H2 过滤直径 300mm 面积 0 18 5 2 4 板式换热器 冷却 本设计原料奶均来自奶站 设定原料乳到达工厂的温度为 10 出口温度为 4 每班收奶冷却时间为 6h 则冷却处理量为 M 187000 2 93500Kg h 冰水进口 温度为 1 出口温度为 4 则换热面积为 黑龙江东方学院本科生毕业论文 设计 21 2 2 1 21 11 18 98 3 6 ln 36 1800 410 94 0 93500 ln m T T TT K TmCM TmK TmCM TmK Q 注 K 1500 2000kcal h 取 K 1800 kcal h 板式换热器型号 BP 2 J 50 换热面积 50 2 台 5 2 5 奶仓 奶仓的数量和规格由原乳的运送时间表和运送容积来决定 为了使设备能连 续运行 不会因为缺少原料而停机 一定要保证能 7h 生产用的原乳量 本设计选 用 60t 的奶仓 2 个 牛乳在加工之前最好已经贮存了至少 l 2 小时 这样 在这 个阶段中 牛乳可自然脱气 短时间的搅拌是允许的 但直至排空前的 5 10 才 min 需要搅拌 以使全部牛乳的质量均一 这样可以避免干扰自然脱气的过程 5 2 6 板式换热器 预热 设定物料进口温度 5 出口温度 50 热水进口温度 70 出口温度 55 每班预热时间为 6 5h 预热处理量为 M 187000 6 5 28800kg h 则换热面 积为 2 2 1 21 11 74 20 20 50 ln 2050 1800 550 94 0 00288 ln m T T TT K TmCM TmK TmCM TmK Q 注 K 1500 2000kcal h 取 K 1800 kcal h 板式换热器型号 BP 2 J 15 换热面积 15 2 台 5 2 7 配料罐 容量为 20000L 两个 SUS304 锥底结构 要求有保温层 偏心立搅拌 30r min 右 45 CIP 喷头 进出料38 5 2 8 乳化罐 生产容积为 8000L 用于配料乳化 要求保温 噪音 85dB