年产20万吨番茄汁生产线中双效蒸发器的设计

1、摘 要 山东理工大学食品工程原理课程设计 题目：年产20万吨番茄汁生产线中双效蒸发器的设计学 院：农业工程与食品科学学院专 业：食品科学与工程 学生姓名： * 指导教师： * 课程设计（论文）时间：二O 一六年 七月八日 七月十八日 共 两周摘 要本设计介绍了一种年产20万吨浓缩番茄汁生产工艺，详细讲述了番茄汁生产工艺，包括生产工艺的选择及论证以及生产线设备设计及选型，另附图纸一张。本生产工艺采用真空双效并流蒸发器浓缩番茄汁，真空浓缩是目前广泛使用的工艺方法，能更好的保持风味和色泽，具有很好的发展前景。关键词：番茄汁，真空浓缩，工艺，设备I目 录目 录摘 要I目 录II第一章 引 言1第二章

2、工艺流程及论证32.1 工艺流程图32.2 工艺论证4第三章 相关计算53.1物料衡算与热量衡算53.2辅助设备的选型计算8第四章 设备选型114.1设备选型要点114.2 设备选型列表14第五章 产品质量标准155.1 感官要求155.2 理化要求155.3 卫生要求16结束语17参考文献18致 谢19II第一章 引言第一章 引言1.1 番茄的描述番茄：自然产期1-5月，10-11月为盛产期。一年生或多年生草本，株高可达1.52米；植株有矮性和蔓性两类，全株具粘质腺毛，有强烈气味。叶为羽状复叶或羽状深裂，边缘具不规则的锯齿或裂，小叶长卵形或长圆形叶偶数羽状,夏秋开花，总状或聚伞花序腋外生，有

3、花37枚，黄色，花萼及花冠各57裂，雄蕊57枚，花药合生成长圆锥状。浆果呈扁圆、圆或樱桃状，红色、黄色或粉红色。种子扁平，有毛茸，灰黄色。性喜温暖。原产南美洲，现我国普遍栽培，一般冬春于保护地育苗，春季栽培为主，冬季温室栽培。果实营养丰富，含多种维生素作蔬菜或水果，亦可制成罐头食品。1.2 番茄的营养价值科学研究发现，与食用生西红柿相比，人们食用加工后的西红柿，更能提高血中番茄红素等抗氧化剂的浓度。这是因为高温破坏了番茄细胞的细胞壁，从而增加了番茄红素等抗氧化剂的释放。此外，西红柿在烹调的过程中，常会用到花生油、色拉油等植物油，而这些油脂将帮助西红柿将番茄红素等脂溶性抗氧化剂自然释放出来，充分

4、发挥抗氧化作用。当然，凡事有利必有弊，加热后，西红柿中的维生素C会受到损失，但是西红柿中的番茄红素和其他抗氧化剂含量却明显上升。因此，熟吃西红柿比生吃西红柿的总体营养价值要高。此外，西红柿皮中含有大量的番茄红素，因此，在食用时最好不要弃皮不食。 西红柿中含有一定量的维生素和膳食纤维，这和其他蔬菜没有什么不同。但除了维生素外，西红柿还含有番茄红素。番茄红素是一种使西红柿变红的天然色素，它在人体内的作用和胡萝卜素类似，是一种较强的抗氧化剂，可能在一定程度上具有预防心血管疾病和部分癌症的作用。有报道称，大量进食西红柿的男性患前列腺癌的风险相对较低，这和西红柿中番茄红素的抗氧化成分有一定的关系。第一章

5、 引 言1.3 番茄汁的营养价值1、番茄汁中除含有丰富的维生素、碱性元素、纤维素、果胶外，还富含番茄红素，番茄红素是较强的抗氧化剂，可改善老年性黄斑病变。人体血浆中番茄红素的含量越高，癌症、冠心病的发病率就越低； 2、番茄汁含有多种有机酸，有机酸除了保护维他命C不被破坏外，还可软化血管、促进钙、铁元素的吸收，帮助胃液消化脂肪和蛋白质，这是其他蔬菜所不及的； 3、番茄汁中还含有一种抗癌、抗衰老的物质称为谷胱甘肽，研究发现，番茄汁对于一些类型的癌有预防效果，对乳癌、肺癌、子宫内膜癌具有抑制作用，亦可对抗肺癌和结肠癌； 4、番茄红素有利尿及抑制细菌生长的功效，是优良的抗

6、氧化剂，能清除人体内的自由基； 5、番茄汁还具有养颜美容、增进食欲、提高对蛋白质的消化、减少胃胀食积的功效。其特性介于果实与蔬菜间，含有丰富的维他命A与C，由于有机酸的保护，可使番茄在烹调中维他命C不被破坏。2第二章 工艺流程及论证第二章 工艺流程及论证2 生产工艺2.1 工艺流程原料选择洗涤预处理取汁粗滤原果汁            澄清、过滤调配高温瞬时杀菌（澄清番茄汁）        均质、

7、脱气调配高温瞬时杀菌（浑浊番茄汁）           浓缩调配装罐高温瞬时杀菌（浓缩番茄汁）     充填密封后杀菌冷却成品2.2 工艺论证2.2.1原料的预处理 原料预处理包括原料选择、洗果和检果等工序，是果汁生产的基础工序，是保证果汁生产质量的重要环节。 1.原料的选择  选择优质的制汁原料，是番茄汁生产的重要环节。制汁果实的质量要求如下： （1）番茄原料的新鲜度 番茄的新鲜度是影响番茄汁风味的重要因

8、素，加工用的番茄越新鲜完整，成品的质量就越好。采摘存放时间太长的番茄由于水分蒸发损失，新鲜度降低，酸度降低，糖分升高，维生素损失较大。另一方面番茄堆放，品温升高，易腐烂变质。因此，番茄汁加工应以新鲜番茄为原料。（2）番茄原料的品质  选用汁液丰富、提取果汁容易、糖分含量高、香味浓郁的番茄是保证出汁率和风味的另一个重要因素。（3）番茄的成熟度 番茄的成度对果实的汁液含量、可溶性固形物含量及芳香物质含量都有影响，番茄汁加工要求成熟度在九成左右，酸低糖高，榨汁容易。 2.原料的洗涤  将选好的番茄果实剔除果蒂，放进洗果机，用清水洗去附着在上面的泥沙、病原菌及残留农药。&

9、#160;3.检果  洗涤之后由专人将病虫果、未成熟果实和受机械损伤的果实剔除，以确保产品质量。2.2.2  取汁前的预处理 原料的破碎  热破碎   将洗净的番茄用破碎机将番茄破碎脱籽后，立即放入夹层锅中进行热破碎。热破碎是在破碎前用热水或蒸汽浆番茄加热，然后进行破碎。如高稠度番茄汁的制造，是在番茄破碎成流动性的浆状液后立即用连续式预热器加热至85至87，保持510s。由于加热抑制了引起稠度降低的酶的活性，用这种方法得到的番茄汁较冷破碎由较高的稠度，在饮用时倒入容器内不会出现浆汁分离得现象。保留了较多的果胶，使果

10、胶浑浊汁或过肉汁保持一定的粘稠度，增加浑浊汁的稳定性。2.2.3  榨汁前预处理  预处理的目的是改变番茄细胞的通透性，软化果肉，破坏果胶质，降低粘度，提高出汁率。 （1）加热处理  由于在破碎过程中和破碎以后番茄中的酶被释放，活性大大增加，特别是多酚氧化酶会引起番茄汁色泽的变化，对番茄汁的加工极为不利。加热可抑制酶的活性，使果肉组织软化，使细胞原生质中的蛋白质凝固，改变细胞膜的半透性，使细胞中可溶解性物质向外扩散，有利于番茄中可溶性固形物、色素的提取。适 度加热可以使胶体物质发生凝聚，使果胶水解，降低液汁的粘度，从而提高出

11、汁率（85%左右）。其热处理温度为7075，时间为105min3。 （2）加果胶酶处理   果胶酶可以有效的分解果肉组织中的果胶物质，使汁液黏度降低，容易榨汁过滤，缩短积压时间，提高出汁率。2.2.4  各种番茄汁制造的特殊工序 1. 澄清番茄汁的澄清和过滤 （1) 澄清 冷冻澄清法  利用冷冻可以改变胶体的性质，解冻可破胶体的原理，将番茄汁置于-4-1的条件下冷冻34d，解冻时可使悬浮物形成沉淀。故雾状浑浊的番茄汁经过冷冻后容易澄清。（2) 过滤 番茄汁

12、澄清后，必须进行过滤操作，以分离其中的沉淀物和悬浮物，使番茄汁澄清透明。常用的过滤设备有袋滤器、纤维过滤器、板框压滤机、真空过滤器、硅藻土过滤机、离心分离机等。滤材有帆布、不锈钢丝网、纤维、石棉、棉浆、硅藻土和超滤膜等。过滤器的滤孔大小、汁液进入时的压力、番茄汁黏度、番茄汁中悬浮粒的密度和大小以及番茄汁的温度高低都会影响到过滤的速度。在选择过滤器时必须较少果肉堵塞滤孔，以提高过滤效果。在使用过滤器时、滤材以及辅助设备时，必须特别注意防止番茄汁被金属离子所污染，并尽量减少与空气接触的机会。 压榨法  压榨法是借助外压使番茄汁通过过滤机而非与非水溶性杂质分离的过滤方法

13、。2.浑浊番茄汁的均质与脱气  用均质机均质，温度要求在70以上，压力要求18兆帕以上。用真空脱气机时真空度要求0.05兆帕，35min。 3.浓缩番茄汁的浓缩与脱水 番茄汁浓缩后，其可溶性物质含量达到65%68%，可节约包装与运输费用；能克服番茄采收期和品种所造成的成分上的差异，使产品质量达到一定的要求；浓缩后的汁液，提高了糖度和酸度，所以在不加任何防腐剂的情况下也能使产品长期保藏，而且还适应与冷冻保藏。因此，目前浓缩番茄汁饮料生产增长较快。     真空浓缩法  在减压条件下迅速蒸发番茄汁中

14、的水分，这样既可缩短浓缩时间，又能较好地保持番茄汁的色香味。真空浓缩温度一般为2535，不超过40，真空度越为94.7kPa。这种温度较适合于微生物繁殖和酶的作用，故番茄汁在浓缩前应进行高温瞬间杀菌。2.2.5 成分调整 糖、酸及其他成分调整 （1） 糖酸比的调整番茄汁饮料中糖酸比例是决定其口味和风味的主要因素。浓缩番茄汁适宜糖分和酸分的比例在（131）（151）范围内，适宜于大多数人的口味。一般番茄汁中含糖量在8%14%，有机酸的含量为0.1%0.5%。 （2）其他成分的调整  番茄汁除了进行糖酸调整外，还需要根据其种类和特点进行色

15、泽、风味、黏稠度、稳定性和营养价值的调整。所使用的食用色素不得超过万分之五；各种香精的总和应小于万分之五；其他如防腐剂、稳定剂等按规定定量加入。2.2.6 杀菌、冷却与包装 1. 番茄汁的杀菌、冷却  利用超高温瞬时杀菌技术能够减少营养损失，将进行超高温瞬时杀菌后的番茄汁立即冷却至室温25，置于无菌罐中暂存。 2. 番茄汁的包装及无菌灌装系统  纸盒包装系统  主要有屋顶纸盒QP型包装机和利乐包包装机。一般主要用利乐包包装机，其所采用的包装材料为聚乙烯/纸铝箔等复合材料，用双氧水和过热蒸汽消毒。其包装过程

16、是把经超高温杀菌的番茄汁饮料在无菌状态下用经灭菌的纸盒包装好，使盒内的番茄汁得以保存在全无空气、光线及细菌的理想环境中，无需冷藏或加防腐剂就可保存半年乃至更长时间。 4第三章 相关计算 第三章 相关计算3.1 物料衡算和热量衡算3.1.1 原始数据加热蒸气压3×106pa冷凝器真空度 ：94kpa原料浓度：9%×成品浓度：25% 番茄汁原料粘度：u=35000pa·s第一效传热系数：800/(m2·K)第二效传热系数：1600W/(m2·K)效间流动温差损失：1K各效蒸发器中料液液面：1m年产量20万T/年 日产量667T/天 日工作时间24小

17、时物料从一楼储槽中被送到二楼车间中加工，其高度差为6米，冷凝水用自来水，平均水温为16C 3.1.2 物料衡算每小时处理量：F=7.72×104kg/h蒸发水量： V=7,72×104×（19%/25%)=4.94×104kg/h原料比热：C=Cw（1w0）=4180×（19%）=3803.8J/kg·k 5 表3-1 各效的加热蒸汽和二次蒸汽参数各效蒸汽压强（pa）温度()焓(kJ/kg)汽化热（kJ/kg）第I效加热蒸汽1122695.42232第I效二次蒸汽602606.32335.1第II效加热蒸汽602606.32335.1

18、第II效二次蒸汽452577.82389.4进入冷凝器的蒸汽452577.82389.4V2=0.98S1+(7.72×104×3803.84180×0.98S1)×6.28×106 67 取管间距t=1.2 =30mm3.2 辅助设备选型计算冷凝器的计算：冷却水的进口温度为16，出口温度为30，水压2.4 105pa，效蒸发水量1.58 103kg/h,压强为9.58 103pa，蒸汽温度为45，尾管排出压强为1atm。冷却水消耗量：W =1.58 103(2577.8-188.41)/4.187 (30-16)8=64.4kg/h所以冷却水

19、的体积流量为V0.064 /h计算喷射系数：=k为工作水压力差，其Pc为喷射器所造成的压力差：Pc1.01 -9.85 9 paK取0.85所以uo=0.850.63计算喉管与喷嘴的截面积取扩散室速度系数30.9所以f2/f1=1.03Pb/Pc=0.39冷却水通过喷嘴的流速W1C其中C取0.95，H -10Po=(2.31 -10 9.81 )/1.01 =1.31atmW1=0.95 =15.18m/s喷嘴截面积：=0.22/(0.9 3600)=1.34 喉部截面积=0.39 =5.2因其截面积足够小，所以不须改为多喷嘴式。所以d2=4.07m排水管直径d3=d2=4.07 103 =4

20、.59 m9K1排水管截面积与喉部截面积之比。冷凝器的安装高度：静压水柱高H110 Pvm/760=10 700/760=9.12m动力损失水柱高=0.2m，H3=0.5mH=H1+H2+H39.21+0.2+0.59.91m综上所述，应采用75TSW4型水力喷身泵其它辅助设备的选择：1.预热器：因为番茄汁必须加热至60沸点下，故必须选用预热器。2.汽液分离器：选用旋风分离器，以防止蒸发过程中形成的细微液滴，被二次蒸汽夹带逸出，对汽液进行分离，减少损失。调节仪表及自动控制部分：（参考食品科学机械与设备P203）(1).各效加热器及冷凝水的温度检测：采用铜热电阻直读温度计(2).各效加热器的蒸汽

21、压力记录调节，真空度指示等，采用远传压力表，真空表，即能就地指示，同时采用“04”型气动压力调节器，进行调节记录，集中于仪表表盘上指示，方便操作，或者采用XWC300型电子电位差计，进行浓度、温度的记录。(3).I效加热器的蒸汽压力自动控制及调节，采用压力变送器、电劝调节器、电/气转换器、电磁阀及气动薄膜调节阀等进行调节控制。(4).成品的出口浓度的测量指示，调节回流等，采用光电式浓度折光仪及回流量电动调节阀、氯动薄膜调节阀等进行调节及控制。10第四章 设备的选型第四章 设备的选型4.1 主要设备选型的要点4.1.1.清洗机采用江苏科威机械有限公司的YXJ-2型清洗设备，该设备由网带输送提升机

22、、喷洗装置、集水槽组成，物料通过网带输送提升机进入喷淋装置，进行上下高压冲洗。具有洗洁净高、节能节水、设备稳定可靠等优点。适用于果蔬原料的清洗；冲洗水经过过滤后循环使用；自带提升、方便联线。4.1.2 挑选机GT5C12滚杠检果机适用于球形或长圆形果蔬的挑选或分级，水果在滚杠上旋转，确保检果质量。滚杠材质有：不锈钢管、铝管、工程塑料管；可根据要求设计喷淋装置及集水槽；可根据要求设计废果收集输送装置；根据要求设计不同滚杠之间的间隙，用于原果分级；可根据要求设计尺寸表4-1 GT5C12滚杠检果机主要参数处理量(t/h)：1,3,5功率(kw)：0.37,0.55,0.6外形尺寸(m)：(3t/h

23、)4.1×0.7×1.1(5t/h)4.3×1.5×1.3本设计采用上海可众食品机械有限公司生产的GT5C12滚杠检果机。4.1.3 破碎机本设计采用江苏科威机械有限公司所生产的PS-5破碎机，该机适用于浆果、仁果类果蔬的破碎，同时，也能对预煮软化过的仁果类的果蔬进行破碎，破碎粒度为5-8mm。水果处理量：5T/h；配用功率：1.5KW；飞刀转速：310r/min；11外形尺寸：910×610×1175mm。4.1.4 打浆机该设备采用江苏科威机械有限公司，用于果蔬类物料的打浆、去渣渣浆自动分离，特别适用于芒果、桃等核果类水果的加工；

24、去核打浆机适用于各种核果类的水果去核打浆分离，筛网孔径选择(0.25-8mm)。4.1.5 蒸发浓缩器本设计采用真空双效并流蒸发器，该设备选择来自黑龙江达方浓缩干燥设备有限公司。表4.2蒸发器技术参数产品名称双效降膜式蒸发器产品型号RNGM02-3150额定蒸发量3150kg/h蒸汽耗量1730kg/h冷却水耗量30/h装机容量17.1kw外形尺寸7.5×4.5×10m4.1.6 灭菌机选用江苏科威机械有限公司所生产的TG-UHT系列管失超高温杀菌机。管式UHT杀菌机广泛使用于液态食品（无菌）热处理的全自动系统中，产品的黏度范围很大，并且能适应纤维和颗粒。该公司生产的UHT

25、杀菌机系列生产能力1-10t/h，典型的杀菌温度为90-140，控制元件均采用国际名牌产品。通过超高温杀菌能够有效的杀死饮料中的致病菌，产毒菌、腐败菌，并破坏饮料中的酶使得饮料在储存期内不发生变质。果汁的杀菌并非达到无菌要求，在其内部仍允许残留有微生物和芽孢，在一定的保质期内不发生氧化变质。4.1.7 冷凝器换热器根据不同的分法有很多种，管壳式换热器有卧式和立式两种。本工艺选用姜堰市凯瑞机械制造厂生产的SL型管式冷却器，该机械引用日本技术制造。冷却管采用紫铜管轧制的散热片，体积小，换热面积大；采用螺旋导流12板，使油流形成螺旋型均匀连续流动，克服了传动折流形成的死角，换热效率高，压力损失小。4

26、.1.8 洗瓶机该机器是玻璃空瓶清洗的非常理想的设备，包括上瓶、送瓶和洗瓶三部分，洗瓶滑道通过调整即可适应其它瓶型。可同时清洗瓶的内部和外部。空瓶依次经过循环温水、循环热水和清水三段喷淋冲洗，不但清洗充分，而且清洗用水可循环利用，节约大量的资源。它可以承受高达98的水温，清洗效果好，还可以发挥预热和杀菌的功能。空瓶清洗后设计了长达数秒至十余秒的滴干时间，有效的保证不残留多余的水分。4.1.9 灌装机选用了江苏科威机械有限公司所生产的GT7A10型玻璃瓶灌装机。该设备的进料与液位自行控制，并且间歇定时的进罐，在其内部有玻璃瓶可以直接进行灌装。生产能力较高，一分钟能灌装60-250瓶。目前主要采用

27、的是低温装填法。将果汁加热到杀菌温度后，保持较短时间，然后通过热交换器立即冷却到常温以下，将冷却的果汁进行填料。4.1.10 封罐机饮料经过灌装后，需要立即对它进行封口，防止空气中的杂菌以及有害物质进入瓶中而影响其品质。同时为了确保瓶内的饮料的完全密封，使其具有一定的保存期。本设计中主要采用的是玻璃瓶真空封罐机封口。该机适用于三旋、四旋玻璃瓶盖的自动封口,能完成定位、上盖、蒸汽喷射、封盖等一系列工作,具有封盖自动化程度高，理盖、下盖平稳可靠，无盖停机等优点。 主要技术参数：生产能力：30150瓶/分钟；适用瓶径：30120mm瓶高：32200mm；盖径：2780mm；电机功率：1.1kw；外形

28、尺寸：3600mm×1100mm×2000mm。13表4-3 主要设备一览表设备型号生产厂家清洗机YXJ-2江苏科威机械有限公司挑选机GT5C12上海可众食品机械有限公司破碎机PS-5江苏科威机械有限公司打浆机GT8C-2江苏科威机械有限公司蒸发浓缩器RNGM02-3150黑龙江达方浓缩干燥设备有限公司灭菌机TG-UHT江苏科威机械有限公司冷凝器SL姜堰市凯瑞机械制造厂洗瓶机GT6A-1江苏科威机械有限公司灌装机GT7A10江苏科威机械有限公司封罐机SK姜堰市凯瑞机械制造厂 14第五章 产品质量标准第五章 产品质量标准5.1 感观要求感观要求应符合表5.1规定表5.1 感官要求项 目指 标色泽 酱体呈黑红色或红色，同一罐或