日处理95吨原料乳的全脂乳粉生产车间设计

1、日处理95吨原料乳的全脂乳粉生产车间设计学生姓名 ： 郭 璜学 号 ： 09222203 专 业 ： 乳品工程 班 级 ： 2009-2指导教师 ： 那治国学 部 ：食品科学与环境工程 答辩日期 2012年 09月20日目 录第1章产品方案及班产量的确定1第2章工艺流程的确定及要点说明12.1 工艺流程12.2 工艺要点说明22.2.1 运输22.2.2 原料乳验收22.2.3 净乳32.2.4 冷却32.2.5 贮藏32.2.6 预热标准化32.2.7 预热均质32.2.8 热处理杀菌42.2.9 真空浓缩42.2.10 喷雾干燥42.2.11 流化床42.2.12 筛粉与晾粉42.2.13

2、 包装与装箱入库52.2.14 全脂乳粉检验标准52.2.15 CIP清洗系统5第3章物料衡算63.1 原料乳成分及产品成分63.1.1 原料乳成分63.1.2 产品成分63.2 标准化计算63.2.1 乳脂肪(F)与非脂乳固体(S)之比(R)63.2.2 稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算63.2.3 每吨原料乳应添加的脱脂乳（M1）63.2.4 标准乳成分63.2.5 制（M1）脱脂乳需要分离原料乳（G）73.2.6 一吨原料乳可制得标准乳（G1）去除的稀奶油（G2）73.3 原料乳的物料衡算7一吨原料乳物料衡算7每班实际产粉值7每班各工序物料衡算（为方便设备选型及热量衡算）8第4章热量衡

3、算84.1加热部分热量衡算84.1.1 预处理杀菌阶段84.1.2 真空浓缩阶段84.1.3 喷雾干燥阶段84.1.4 总耗热量94.1.5 每小时需要蒸汽量94.2冷却部分热量衡算94.2.1 原料乳冷却阶段94.2.2 杀菌后冷却阶段94.2.3 总耗冷量10第5章主要设备选型105.1 主要设备选型与设计105.1.1 原料乳冷却器的选择105.1.2 脂肪标准化设备的选择115.1.3 配料罐的选择115.1.4 巴氏杀菌机组的设计115.1.5 浓缩设备的选择145.1.6 干燥设备的选择145.2 主要设备选型列表15第1章 产品方案及班产量的确定根据我国乳和乳制品的销量市场确定日

4、处理鲜奶量。在我国人民普遍营养的水平偏低情况下，全脂奶粉营养丰富，具有较高的能量，适合各类人群食用。故本乳粉车间计划日处理95吨原料乳来生产全脂乳粉,采用400g铝塑复合膜袋包装。由于牛奶属于耐贮存食品，故基本上全年都可以生产，不分淡旺季，扣除部分节假日休息，设备定期检修、突发事故等引起的停产天数，平均年工作日为300d。在正常情况下，乳粉车间每天实行两班制，每班八小时，其中打扫、清洗1.5h，实际生产时间为6.5h。初步计划白班日处理47.5吨原料乳，晚班日处理47.5吨原料乳。第2章 工艺流程的确定及要点说明2.1 工艺流程 贮存4过滤及净化20冷却204原料奶验收预热455预热(55-6

5、5).均质(65/18-25MPa).(杀菌(85/15s)标准化55真真空浓缩 冷却 (经过热回收后从2912)抽空灌氮筛粉喷雾干燥出厂检验包装图 2-1 生产工艺流程图2.2 工艺要点说明运输奶的运输是乳品生产的重要环节，在运输过程中必须注意以下几点：1.防止奶在途中温度升高，特别要注意在夏季运输途中往往温度很快升高，因此运输时间应安排在夜间或早晨。2.保持清洁，运输时所用的容器或奶槽车必须保持清洁卫生，并加以严格杀菌，当原料乳运至工厂卸下后，就要及时清洗。3.防止震荡，容器必须装满并盖严，防止运输过程中因震荡而引起的脂肪分裂。4.缩短途中时间，按路程计算时间，尽量缩短中途停留时间，以免鲜

6、奶变质。原料乳验收原料乳成分要求及主要理化指标，微生物要求及检测方法。原料乳成分的要求见表2-1表2-1原料乳成分的要求 名 称 指 标 蛋白质 3.0% 脂肪 3.2% 干物质 11% 原料乳主要的理化指标和检测方法见表2-2表2-2原料乳主要的理化指标和检测方法项目指标理化检验相对密度（20/4）1.0281.032 按GB/T5409检验脂肪 3.2 按GB/T5409检验蛋白质 3.0 按GB/T5413.1检验非脂乳固体 8.3 按GB/T5409检验酸度 20 按GB/T5409检验杂质度 4 按GB/T5413.30检验原料乳主要的微生物要求及检测方法见表2-3表2-3 原料乳主

7、要的微生物要求及检测方法项目 指标 检测方法菌落总数 500000 平皿细菌总数计算法 美兰还原褪色法净乳 验收合格的原料乳经奶泵打入分离机或净乳机进行净乳。其主要目的是除去原料乳中的机械杂质和灰尘等非乳成分。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。冷却净化后的原料乳乳通过板式换热器迅速冷却至4-6，泵入储乳罐内储存，储存温度不超过4。贮藏由于立式罐具有占地面积少、刷洗方便等特点，因此本设计选用立式贮乳罐。 一般情况下选罐的总容量为日处理量的50%-100%。本设计规定日处理量为95吨，而且采用两班制，原料乳分早晚两次运至工厂，然后开始加工，所以我们选用罐的总容量为日处理量的5

8、0% (大概50吨)就可满足需求。预热标准化标准化之前首先要预热，降低粘度，便于分离。我国标准要求牛乳中的脂肪含量不应低于3.1%，但由于奶牛的品种、泌乳期、季节、饲料以及喂养条件的不同，使原乳中的脂肪含量可能不符合国家标准，所以需要在加工前将它标准化。标准化的具体计算方法： 检测原料乳中的各项指标 (特别是原料乳的脂肪含量和水分含量)。 根据我国全脂乳粉质量标准规定，确定所要生产乳粉的各项指标的具体数值。 根据标准化原则，判断是提出还是加入稀奶油才能满足要求。脂肪含量过高：将原料乳离心分离取出一定的脂肪，再将脱脂乳加入剩下的原料乳中。脂肪含量过低：将原料乳中加入一定量的稀奶油，使它达到标准化

9、要求。 根据温度等条件确定脱脂乳与稀奶油的脂肪含量以及非脂干物质含量。预热均质均质是指对脂肪球进行机械处理，使脂肪球呈均匀一致分散在乳中。经均质后乳有以下优点：（1）风味良好、口感佳。（2）使产品不产生脂肪上浮现象。（3）有利于人体对脂肪的消化吸收。均质采用二级均质，即物料连续通过两个均质头，将粘在一起的小脂肪球打开。较高的温度均质效果较好，但温度过高会引起乳脂肪、乳蛋白的变性，通过大量的试验表明，均质温度采取55-80，均质压力18-25MPa效果最好，若温度降低后再均质，不仅降低了均质效果，而且有时会使脂肪球形成乳油粒。热处理杀菌这里杀菌的目的:1杀死大部分的细菌和致病菌，使L1HT的杀菌

10、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可保证沸点进料，使浓缩过程稳定进行，提高蒸发速度。另一方面可防止低温的原料乳进入设备后，因温度大，在加热面焦化，影响传热、质量。本工艺采用高温短时杀菌方法，即85/15S。真空浓缩 原料乳在干燥之前，先经真空浓缩除去乳中70%-80%的水分，可节省加热蒸汽和动力消耗，提高干燥设备能力，降低成本，同时提高乳粉的质量。通常采用减压（真空）浓缩。喷雾干燥防止成品腐烂变质，实现较长时间贮存，减少体积和重量，便于运输，扩大供应范围，还可以在干燥同时改变食品的风味或者形状等。MPa，物料温度70-72

11、，喷孔直径1.0-2.0mm，进风温度165-175，干燥室温度75-85，排风温度75-80，乳粉水分不超过3.0%。流化床流化床的两段式结构：第一段：(干燥段)100-120的热空气自干燥段底部通入，将(7%-8%)含水量的乳粉干燥至水分在(5)以下，随后进入第二段。第二段：(冷却段)用10-20左右的冷空气将乳粉一边冷却一边振动。冷却好的乳粉将从流化床流出进入下一道工序，而废气则是从流化床上部排出，经旋风分离器回收细粉。筛粉与晾粉可发现粉中的杂质以及焦粉、硬块、潮粉等。可使乳粉在流化床基础上进一步冷却。使经过“附聚”的乳粉颗粒粒径均匀一致。包装与装箱入库包装的目的： 防止乳粉吸湿、结块、

12、变质。 便于销售、携带，利于运输、贮藏。 避免紫外线照射。 防止乳粉中香味散失。 防止外界的一切污染。 利用包装引起消费者注意，并注明重量成分、用途及食用方法等。全脂乳粉检验标准参照 GB/T5410-1999执行。CIP清洗系统.1清洗液原料氢氧化钠 -浓度30%，相对密度1.328。 硝酸- 浓度30%，相对密度1.18。.2清洗液氢氧化钠 -浓度2%，温度60-70。硝酸-浓度1%，温度50-60。第3章 物料衡算3.1 原料乳成分及产品成分3.1.1 原料乳成分表4-1原料乳成分乳脂肪蛋白质乳糖灰分水分非脂乳固体3.6 3.24.70.787.88.6注:非脂乳固体(%) = 蛋白质(

13、%)+ 乳糖(%)+灰分(%)。3.1.2 产品成分表4-2 产品成分乳脂肪水分非脂乳固体273703.2 标准化计算3.2.1 乳脂肪(F)与非脂乳固体(S)之比(R)原料乳：R0F0 /S03.6%/8.6%0.4186 成品：RF/S27%/30%0.3857标准化的方法：由于R0R，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。3.2.2 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

14、% 脱脂乳中非脂乳固体：S1(100-F1/100-F0)×S0100-0.01/100-3.6×8.6%8.92% 稀奶油中非脂乳固体：S2（100-F2/100-F1)×S0100-40/100-0.01×8.6%5.16%3.2.3 每吨原料乳应添加的脱脂乳（M1）M1F0-R×S0 /R×S1- F1×100082.50kg3.2.4 标准乳成分脂肪含量：F标1000×3.6 %M1×0.01%/1000M1=3.3%非脂乳固体：S标F标/R8.6 %表-3.3 标准乳成分乳脂肪非脂乳固体水分3.

15、3 %8.6 %88.1 %3.2.5 制（M1）脱脂乳需要分离原料乳（G）设：分离（Gkg）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×F0M1×F1M2×F2 且 GM1M2 可知：M28.14kg G90.64kg3.2.6一吨原料乳可制得标准乳（G1）去除的稀奶油（G2）标准乳：1090.64 /1082.501000 / G1 G1992.54kg去除稀奶油：G21000- G17.46kg3.3 原料乳的物料衡算一吨原料乳物料衡算已知：M0=1000kg原料乳经预处理-冷却-贮存(损失率按0.5%计算)M0 -经标准化9

16、92.54kg； M1=992.54×(1-0.5 %)=987.58kg标准化乳经输送、冷却、贮存(损失率按住0.2%计算)M2 = M1×(1-0.2%)=987.58×(1-0.2%)=985.60kg预热均质杀菌(损耗按住0.1%计算)M3 = M2×(1-0.1%)=985.60×(1-0.1%)=984.61kg浓缩后料液浓度取48%(损耗按住0.3%计算)M4984.61×（3.3+8.6） %×（1-0.3 %）/48 %243.37kg喷雾干燥后，可得97%的奶粉(损耗按住0.5%计算)M5243.37&#

17、215;48 %×（1-0.5 %）/97 %119.83kg出粉、冷却、包装（损失率按0.2 %计算）M6M4×(1-0.2 %)119.83×(1-0.2 %)119.59kg一吨原料乳理论出粉值1000×(3.6+8.6) % /97 %125.77kg出粉率实际出粉值/理论出粉值119.59 /125.7795.09 %每班实际产粉值M7=47.5×M5=5681kg每班各工序物料衡算（为方便设备选型及热量衡算）原料乳验收47500kg，原料乳经预处理-冷却-贮存(损失率按0.5%计算)并经标准化后为46911kg，标准化乳经输送、冷却

18、、贮存(损失率按住0.2%计算)后为46816kg，经预热均质杀菌(损耗按住0.1%计算)后为46769kg，浓缩后料液浓度取48%(损耗按住0.3%计算)为11561kg，喷雾干燥后，可得97%的奶粉(损耗按住0.5%计算)为5692kg，出粉、冷却、包装（损失率按0.2 %计算为5681kg。第4章 热量衡算4.1 加热部分热量衡算预处理杀菌阶段原料乳流量为10000kg/h，原料乳由5预热到55，再由55预热到65，这两部分是用杀菌后的热牛乳作为热交换介质进行的，所以，没有蒸汽消耗。这样只有杀菌段需要蒸汽消耗，该段是将65牛乳加热到85进行杀菌，所需热量：1=GC乳（t4-t3）=100

19、00×3.93×(85-65)=7.86×105kJ/h真空浓缩阶段12牛乳经过蒸发器的冷凝系统预热后，温度升高到30后，进入蒸发室，一效蒸发温度为72。其他参数:蒸发前牛乳量 F=46768.98kg /班 蒸发水量 V=（1-3.3%-8.6%）×46769-52%×11561/99.7%=35173.68kg/班 浓缩奶产量 P=11561kg /班如果采用单效蒸发浓缩需热量: Q2=Vrv+FcF(Ti-TF) =35173.68×1331+46768.98×4.03×（72-30）=5.474×

20、107kJ/班采用三效蒸发浓缩，设蒸汽经济性e=2.5，真空浓缩需热量： Q2=5.474×107/2.5=2.190×107kJ/班按每班有效生产时间为6.5小时计算，则每小时需要热量： 2=3.37×106kJ/h4.1.3喷雾干燥阶段水分蒸发量：W=5840.11kg进风温度：165排风温度：80空气耗量：kg/班喷雾干燥阶段所需要的热量为：kJ按每班有效生产时间为6.5h计算，则每小时需要热量： 3=2.61×107/6.5=4.02×106kJ/h4.1.4总耗热量在加热过程中，需要蒸汽提供的总热量为：总=1+2+3=7.86

21、5;105+3.370×106+4.02×106=8.18×106 kJ/h根据经验，在过程中热量损失为15%，故总热量为：总=8.18×106×（1+15%）=9.41×106 kJ/h4.1.5每小时需要蒸汽量整个车间的加热系统均采用压力为7.0×105Pa(绝对)的饱和水蒸汽作为热源，查得汽化热Lv=2071.5kJ/kg。故加热所需蒸汽总量D为：kg/h即：每小时需要压力为7.0×105Pa(绝对)的饱和水蒸汽4.55吨。采用3吨块装链条锅炉1台，每天日产蒸汽60吨，蒸汽压力7.0×105Pa(绝

22、对),此种锅炉具有水处理、自动出渣、炉内水位自控，自动进煤装置，废气除尘装置效果也好。锅炉房每生产1吨蒸汽需煤6吨，每日耗煤：60/6=10吨4.2 冷却部分热量衡算4.2.1原料乳冷却阶段采用板式换热器将原料乳从20冷却到4，流量为10000 kg/h。则每小时所需冷量为：kJ/h4.2.2杀菌后冷却阶段采用板式换热器将杀菌后经过两段热回收段的牛乳从 29冷却到12，流量为10000 kg/h。则每小时所需冷量为：kJ/h4.2.3总耗冷量在整个生产过程中加入的总冷量为：kJ/h第5章 主要设备选型5.1主要设备选型与设计5.1.1原料乳冷却器的选择根据工艺要求，要将原料乳从20冷却到4，本

23、设计选择板式热交换器进行原料乳的冷却，冷却介质为冰盐水（-5），流量为原料乳的2倍，根据物料衡算结果可知，每班需要冷却原料乳47.5吨，选择1台生产能力为10t/h的板式热交换器 (需有一台备用)。设计参数:牛乳流量G=10000kg/h，盐水流量为牛乳流量2倍，t1=20,t2=4,t3=-5，原料乳比热（C乳）=3.93kJ/kg，盐水比热（C盐）=3.35 kJ/kg。换热器传热板拟选用Bp2-D-65型波纹板，具体参数为：板的工作面积（f）=0.2m2，两板间间隙（h）=0.0028m，板厚（）=1.2mm，液流部分宽度（b）=0.27m，牛乳在板间的流速（）为0.25m/s左右。现设

24、计换热器的传热面积（F）,板片数量（Z），流程（i）及组合方式。1) 计算盐水出口温度t4t4=t3+C乳/2C盐(t1-t2)=-5+3.93/3.35×2(20-4)=4.42) 确定平均温度差tm注：因为<2，故用算术平均值。3) 确定传热量QQ=GC乳(t1-t2)=10000×3.39×(20-4)=6.288×105kJ/h4) 计算换热板的组合流道数m取m=15，修正牛乳流速=0.25×14.7/15=0.245m/s5) 确定传热面积F、板数Z、流程i及组合方式F=Q/Ktm=6.288×105/4018.56&

25、#215;12.3=13 m2Z=F/f=13/0.2=65片i=Z/2m=65/2×15=2.17 取i=2程由于，盐水流量为牛乳流量的2倍，所以，取盐水流道为牛乳流道的2倍，盐水流速等于牛乳流速，即：盐水流道（m）为30。 组合方式为：（15 +15）/30 ，需要板片61片 5.1.2脂肪标准化设备的选择脂肪标准化设备选用碟片式分离机，在线控制稀奶油的含脂率和稀奶油的分出量，已达到脂肪标准化的目的。根据物料衡算结果可知，每班有47.5吨原料乳需要进行净乳，为了保证生产的连续性，选择1台生产能力为5吨的碟片式分离机。5.1.3配料罐的选择根据物料衡算结果可知，每班需要混合186.

26、9吨原料，为了保证生产的连续性，选择2个5吨的配料罐。5.1.4巴氏杀菌机组的设计根据工艺要求和物料衡算结果，选择1台生产能力为10 t/h的巴氏杀菌机组。该巴氏杀菌机共4段，即：第一预热段、第二预热段、杀菌、冷却段。设计参数：牛乳流量G=10000kg/h，牛乳的起始温度t1=9，牛乳经第一预热段（第二余热回收段）后温度t2=55，牛乳经第二预热段（第一余热回收段）后温度t3=65，杀菌温度t4=85，牛乳最终冷却温度为12，热水起始温度t热=90，热水流量于牛乳流量相同，冷却水温度t冷=4，冷却水流量为牛乳流量的2倍，牛乳的比热（C乳）=3.93kJ/kg，热水和冷水的比热（C水）=4.1

27、9kJ/kg。换热器传热板拟选用Bp2-D-65型波纹板，具体参数为：板的工作面积（f）=0.2m2，两板间间隙（h）=0.0028m, 板厚（）=1.2mm，液流部分宽度（b）=0.27m，牛乳在板间的流速（）为0.25m/s左右。现设计换热器的传热面积（F）,板片数量（Z），流程（i）及组合方式。1. 确定计算必须的起始和终了温度a. 杀菌后牛乳经第一余热回收段后的温度t5t5=t4-(t3-t2)=85-(65-55)=75b. 杀菌后牛乳经第一余热回收段后的温度t6t6=t5-(t2-t1)=75-(55-9)=29c. 热水离开设备出口时的温度t热 t热=t热-（t4-t3）=90-

28、(85-65)=71.2d. 冷水离开设备出口时的温度t冷t冷=t冷+（t6-t7）= 4+(29-12)=122. 确定平均温度差tma. 第一预热段（第二余热回收段）注：因为<2，故用算术平均值。b. 第二预热段（第一余热回收段）c. 杀菌段d. 冷却段注：因为>2，故用几何平均值。3. 确定传热量Qa. 第一预热段（第二余热回收段）Q1=GC乳(t1-t2)=10000×3.39×(55-9)=1.808×106kJ/hb. 第二预热段（第一余热回收段）Q2=GC乳(t3-t2)=10000×3.39×(65-55)=3.39×105kJ/hc. 杀菌段Q3=GC乳(t4-t3)=10000×3.39×(85-65)=7.86×105kJ/hd. 冷却段Q4=GC乳(t6-t7)=10000×3.39×(29-12)=6.68×105kJ/h4. 计算换热板的组合流道数m取m=15，修正牛乳流速v=0.25×14.7/15=0.245m/s5. 选取传热系数K预热段：K1=5504.6kJ/m2h，杀菌段：K3=8204.6 kJ/m2h，冷却段：K4=4772