氯气教学设计j 年产3000吨苹果醋生产车间设计

-46-1绪论1.1概述1.1.1苹果醋的价值“一日一苹果，医生远离我”,苹果是世界上“四大水果”之一，味甘性凉，无毒，具有生津解渴，益脾止泻，和胃逆降的功效，苹果中富含有多种营养物质，具有很好的食疗作用，苹果中富含维生素，果胶，矿物质，糖类等不仅可满足人体的营养需求，还具有减肥，美容，降血脂的功效，苹果中富含的纤维和微量元素对儿童生长发育有益，现苹果已成为世界公认的“健康水果”[1]。我国是苹果种植大国，苹果种植面积广，品种繁多，由于气候适宜苹果树生长，因此每年都有大量的水果出产，但由于气候变化、采收情况和储藏条件等多种因素影响，大量的过世应保存不当而腐烂，造成了很大的浪费，果农经济损失严重，为了提高果农种植积极性和经济收入，我们有必要对苹果进行深加工。食醋在我国具有久远的历史，作为一种很好的保健饮品，它的作用在当今社会受到了越来越多人的关注和推崇，也使其具有了很广泛的应用领域，传统的食醋以粮食为原料发酵而来，口味单一，且具有刺激性，不适合直接饮用，为了迎合大众口味，使食醋的效用更好的发挥，人们研发出了果醋，果醋不仅具有食醋的酸度，还具有水果香味，可作为饮品直接饮用，同时也是一种很好的调味品。苹果制成苹果醋后仍具有很好的营养价值，且口感较好，采用微生物发酵技术将苹果制成醋，可将粮食发酵缺乏的微量元素保留在饮品中，从而增加了醋的营养价值，也提高了醋的食疗功效，果醋就地取材，消化了当地很大部分了水果资源，避免造成水果浪费，且节省了粮食，降低了制醋成本，增加果农收入，具有很好的经济效益和社会效益。1.1.2苹果醋的市场贸易需求世界上苹果产量很大，其中每年有20%的苹果用来深加工。随着苹果醋的营养价值和保健功效不断地被发掘，人们对苹果醋的认同加深，因苹果醋生产成本低、工艺简单，且功效显著，现已成为果醋市场上的主打饮品，其在国际市场上越来越畅销，现在已占据很大的市场，尤其实在国外，欧美、日本等一些发达国家，苹果醋的市场已经渐趋成熟，国外的苹果醋生产业也具有一定的规模，其中以日本为最，因苹果醋具有很好的减肥和美容功效，其在日本女士之间很受欢迎，可以说是推崇备至。苹果醋不仅是很好的保健饮品，它还是很好的调味品，果醋的水果香味代替了传统食醋的刺激气味，使得很多西餐和海鲜食品有了更好的口味，因而，随着西餐业的和海鲜食品餐饮的不断发展，苹果醋的需求量也越来越大。将在国际市场掀起苹果醋销售狂潮。1.1.3国内苹果醋行业发展现状我国苹果种植面积大，每年都造成很大的浪费，早在2002年，我国的很多饮料加工企业与养生保健企业先后进军国内保健饮品市场，并在国内市场中掀起了一段苹果醋销售热潮，但由于国人对醋停留在调味品的认识阶段，且对醋的风味停留在传统食醋的认识阶段，不了解苹果醋的功效，对苹果醋不能接受，因而使得当时的苹果醋销售业绩并不理想，国内众多企业铩羽而归，且损失惨重。苹果在我国种植面积广，已达到250万hm²，每年都有很好的产量，这就为苹果醋生产提供了很大的原料出产基地，加上国内廉价的劳动力，这就为我国苹果醋市场的成长和发展提供了很好的外部条件。近几年来，我国的绿色食品市场呼声渐高，人们对绿色食品有了新的认识，尤其是对纯天然饮品和纯天然绿色保健品的消费增多，国内的苹果醋系列产品也逐渐的进入人们的视线，收到了消费者的关注，消费者对其的功效有了一定的了解，且不再固守陈见，对苹果醋系列饮品有了一定的消费，国内的苹果醋消费市场已初步形成，并在不断地发展扩大。1.2本课题研究的意义苹果醋采用微生物发酵，将苹果中原有的营养物质和微量元素导入苹果醋中，使鲜食苹果的营养价值保留了下来，因而，苹果醋具有了很好的保健功能，市场上的饮品以果汁和碳酸饮料为主，碳酸饮料中含有大量柠檬酸，易引发高血压和心血管疾病，且长期饮用碳酸饮料会影响身体发育。果汁饮料受到制作工艺的影响，在制作过程中水果中的营养成分大部分流失或被破坏，失去了水果原有的营养价值也疗养功效。而水果经过微生物发酵产生的果醋则很好地避免了这些问题，在发酵中，微生物将水果中原本具有的维生素、微量元素等营养物质导入到果醋中，使其很好的保留了下来，从而使得果醋产品具备了鲜食水果的保健功效。苹果因其丰富的营养物质和很好地保健功效在众多水果中占有重要的位置，苹果醋饮品保留鲜食苹果的大部分营养价值和疗养功效，在果醋饮品中占据了主导地位，人类日常饮食中摄入的钠钾远不能满足机体需求，体内钠钾离子失调会引发高血压，而苹果醋饮料中含有能抑制高血压的丰富的钙离子和钾离子，因而，苹果醋饮料不仅能解渴，还具有很好的保健功效，苹果醋中含有抗氧化物质，可以消除皮肤细胞中沉积的色素和废物，起到美颜功效，同时，苹果醋还具有减肥、解除疲劳的功效。所以，苹果醋是一款集营养、保健与疗养一身的新型饮料，在不断推崇绿色健康食品的今天，苹果醋注定会得到社会各界人士的青睐，将具有很大的发展空间和消费市场。1.3本课题的研究内容本次毕业设计的内容是年产3000吨苹果醋的工厂设计，设计内容包括：厂址的选择和平面布局设计，苹果醋生产工艺设计（物料衡算、设备选型、生产车间工艺布置、劳动力计算），生产辅助部门设计（原料接收处理车间、化验室、仓库），生活设施设计，环境工程设计。1.4设计原则本次设计严格按照国家现行的节能政策、指令以及相关标准，合理利用资源，减低耗能，提高经济效益，结合项目特点，因地制宜，选用节能高效的设备，本着节约原则设计建筑，并尽量保证生产机械化、自动化。设计的技术经济指标以达到或超过国内同类型工厂生产实际平均水品为宜，合理利用新技术，积极创新，对产品质量严格控制达到国家标准，并根据目前市场状况对产品的外包装、运输等环节进行合理安排。2厂址选择2.1厂址选择本苹果醋加工厂位于昌吉州呼图壁县，在昌吉市西北部。南邻准噶尔盆地、北临秀丽的天山、东临S201省道、西与西四环相接，进入高速公路仅为4公里。呼图壁县位于天山北麓中段，气候适宜，周边呼图壁河和雀尔沟河围绕，林木种植非常发达，尤其是果树种植面积在国内居于前列，果品产量均很高，为昌吉州及周边地区提供了丰富的水果资源。县内及周边有很多小中型的农副产品加工厂，主要加工各种果汁果酱。将厂址选在呼图壁县，可解决原料问题，且呼图壁县交通运输发达，未成品运输提供了良好的便利条件。厂址选择在呼图壁县东南角，该厂地势较高，可防御洪水。从设计任务书可知该厂的电力、燃料、生产用水都有充足的供应。厂区周围有良好的卫生环境，厂区附近没有有害气体、放射性源粉尘和其他扩散性污染源。厂址不在受污染河流的下游和传染病医院附近旁。本厂生产的苹果醋饮料销往乌鲁木齐与昌吉州等大、中城市。另外，利用交通便利的优势销往国内打、中城市，主要以甘肃、陕西为主。2.2气温年平均气温：14.2℃年最高温度：42.8℃年最低温度：-18.2℃2.3湿度年平均相对湿度：65%夏季相对湿度：69%冬季相对湿度：58%2.4大气压年平均气压：737mmHg最热月平均气压：743mmHg最冷月平均气压：758mmHg2.5风荷载瞬时最大风速：（地面以上10米）30m/s风载荷：40kg/m²年主导风向：西南风夏季主导风向：东北风冬季主导风向：西南风3工艺设计3.1苹果醋发酵工艺概述苹果醋有很多种发酵方法，主要区别在于所用原料种类，各企业在设计工艺时可根据当地季节因素，原料供应情况和企业生产综合效益来选取适合企业的酿造方式[2]。（1）以新鲜苹果为原料，直接将苹果打浆发酵，得到符合符合标准的苹果醋。（2）以浓缩苹果汁为原料，发酵得到苹果醋，可直接饮用，液体澄清，风味良好。（3）以苹果渣为原料，发酵制醋，实现废物利用。（4）利用苹果酒直接发酵制醋，生产周期大大降低，但成本较高。3.2生产工艺流程的选择3.2.1生产工艺流程选择的原则1、因地制宜，结合工厂选址地点及原料供应运输情况选取合适工艺流程。2、结合企业实际情况和当地经济结构，优先选取机械化、自动化流水线作业。3、秉承节约原则，选用低耗能设备。4、注重经济效益，选取投资少，成本低，产品收率高的生产工艺。5、严格按照国家规定食品质量标准和食品卫生标准制定生产流程。3.2.2生产工艺的确定因本设计选择的厂址在新疆昌吉州，昌吉州处于天山北坡，农林业发展较好，苹果种植业发达，因此，昌吉州有很多农副产品加工工厂，在新疆苹果生产有很强的季节性，秋季苹果出产量大，价格较为便宜，但在另三季，因苹果保鲜投入较大，花费较高，导致苹果价格较国内其他地区都高出很多，不适合投入工业生产，而加工后的浓缩苹果汁，易于保藏，价格较为稳定，通过调查计算，选用苹果汁作为苹果醋发酵原料的全年投入成本较之鲜食苹果作为原料的成本要低，因此本设计采用浓缩苹果汁作为发酵原料的苹果醋发酵工艺。3.2.3生产工艺流程图图1苹果醋生产工艺流程图3.3产品方案确定及生产时间安排3.3.1产品生产时间安排考虑到苹果成熟期及苹果保藏时间较长，本产品生产不具有明显的季节性，因而产品不分淡季和旺季。预计全年生产天数为300天，工厂全天制运作，分四班制，每天运转三班次，每班工作八小时。3.3.2产量确定年产量：3000吨，属于小型食品加工厂；班产量：每班次平均产量约3.33吨；每小时生产能力：0.42吨；日产量：约为10.0吨3.4材料3.4.1主要原料（1）新鲜的浓缩苹果汁，主要理化指标有：糖度：71±1；酸度1.0—2.0%；透光度≧97%；色值：65—78%；吸光度＜0.30；浊度:＜1.0（2）酵母，选用湖北安琪酵母股份有限公司出产的安琪耐高温高活性酿酒酵母，特点是耐高温42℃，繁殖能力强，能够抑制发酵过程中其他杂菌的生长，多应用于酿制白酒和醋的生产中，用法：先进行酵母活化复水，按照发酵料液的1‰—2‰添加。（3）醋酸菌干粉，先进行活化，按照料液的15%—20%添加。（4）纯净水，自来水经过离子交换器转变成纯净水用于苹果醋生产。3.4.2辅料及其作用辅料有苹果香精，蔗糖和蜂蜜。不同批次生产的苹果原醋经过其酸度鉴定后，根据其不同的品质，选取最佳的辅料配比方案，使苹果醋具有很好的口感[3]。3.5工艺要点3.5.1调整浓缩苹果汁的糖度在发酵前，先要对浓缩苹果汁原料进行调配使其最终糖度控制在10%左右，还原糖的含量要保持在3.5%以上，酸度要保持在0.2%以上。3.5.2杀菌、冷却将经过调配的的原料用板式热交换器加热到60-70℃，杀死原料中的杂菌，然后，进行冷却，冷却后温度保持为25℃。3.5.3酒精发酵对发酵罐进行空消，接入消毒后的无菌苹果汁原料，按照2‰的比例接入活化后的酵母菌悬液，搅拌均匀后，进行密闭发酵48-72h，发酵温度保持为25-35℃，待发酵液中的酒精度达到6.5%左右，糖度降低到0.4%以下时，终止发酵。酒精发酵分为以下三个时期:发酵前期：接入活化酵母的这段时期为发酵前期，在这一时期，酵母的快速繁殖，进行有氧呼吸，发酵前期的长短与酵母菌的接种量呈反比关系，接种量越大，发酵前期越短，反之则越长。主发酵期：酵母菌经过发酵前期的快速繁殖，发酵液中的氧气含量大大减少，酵母菌开始进行厌氧呼吸，即酒精发酵开始，在此过程中，发酵液中的糖分下降，酒精度增加，发酵液温度应控制在30-34℃之间。主发酵期的长度与发酵液中的含糖量呈正比，含糖量越高，主发酵期越长，反之，则越短。发酵后期：酵母菌经过前两个时期后，活力明显下降，且发酵液中的酒精含量过高，糖分较低，抑制了酵母菌的生长，在这个时期酵母菌易发生自溶现象，所以应降低发酵温度。3.5.4醋酸发酵在有氧条件下，酒精氧化成醋酸的过程叫做醋酸发酵，酒精发酵过后，对发酵液进行过滤，除去死掉的酵母细胞，将处理过的发酵液经由无菌泵输送到醋酸发酵罐，向发酵液中接入10%—15%的醋酸菌发酵48h，发酵温度为30—42℃，在整个发酵过程中应不断地搅拌，通入无菌空气，保持发酵所需氧气。醋酸发酵分为三个时期：发酵前期:前期为醋酸菌的适应阶段，菌种生长缓慢，需氧量较小，应减小通风量，将发酵温度保持在35℃左右。发酵中期：醋酸菌生长活力增大，生长快速，菌种数大量增加，需氧量较大，应加大通风量，发酵温度保持在36-38℃.发酵后期：醋酸菌繁殖量加大，醋酸菌分泌的氧化酶量增加，催化乙醇于氧反应生成乙酸，反应温度维持在35℃，以测定发酵液中的酸度不再上升为宜。3.5.5调配经过醋酸发酵过滤后，得到的产品为苹果原醋，只能作为调味品，要作为饮料在口感风味上不符合顾客需求，所以测定原醋酸度后，根据不同品质，选择最佳调配配比，对苹果原醋进行调配。影响苹果醋风味的主要是饮料中的糖度，酸度，以及其中的芳香性物质的含量。为满足顾客要求，在原醋中加入蔗糖、蜂蜜、等辅料调整其糖度和酸度，饮料的芳香性也需加入苹果香精进行调配[4]。3.5.6灌装将经过调配的混合饮料进行高温杀菌后，趁热进行灌装、排气、封口，用于灌装的瓶子和瓶塞要进行消毒灭菌。3.5.7冷却灌装后的产品进行淋水冷却，冷却至室温，待干燥后，贴上标签。3.5.8灯检灌装后的产品，在放入包装箱前要进行灯检，灯检的目的是检查包装瓶中的饮料是否含有杂质。3.5.9陈酿新发酵出来的苹果醋饮料口感比较寡淡，为使，苹果醋饮料更加醇香，一般在会进行陈酿，陈酿过程中，乙酸经过进一步氧化转变成乙醛，增加饮料的芳香性，且饮料的色泽也会加深。一般是将饮料放入密闭玻璃瓶中进行陈酿。3.6产品质量标准3.6.1感官指标色泽：浅黄色。香气：具有苹果香气，较为浓郁。滋味：具有一定的酸味，有苹果滋味。形态：呈透明状液体，长时间放置会有一定的沉淀。杂质：无肉眼可见的漂浮物。3.6.2理化指标可溶性固形物：≧3.5%(20°折光法测定）总酸：1.5—4.5g/L砷：≤0.2mg/kg铅：≤0.3mg/kg铜:≤5mg/kg食品添加剂按照GB2760的规定执行。3.6.3微生物指标菌落总数≤100cfu/ml大肠杆菌≤6MPN/100ml不能含有致病菌。3.6.4检验方法感官理化指标检验按GB/T10972中的有关规定检验。微生物指标检验按照GB4789.2，GB4789.3中的有关规定检验。重金属指标按照GB/T5009.11，GB/T5009.12，GB/T5009.13中的有关规定检验。菌落总数、大肠杆菌群按照GB4789.2，GB4789.3中规定的方法检验。3.7讨论3.7.1通风与醋酸发酵醋酸杆菌属于好氧微生物，因此在发酵过程中需要大量的氧气，所以，通风量大小对醋酸发酵有很大的影响。发酵前期，菌种处于适应期，后期，菌种活性降低，因此，在发酵前期和后期，通风量的加大对发酵影响较小，发酵中期需求氧气较多，应加大通风量。在发酵过程中，通风量应掌握在由小到大再变小的原则，发酵罐内应保持一定的压力。3.7.2搅拌速度与醋酸发酵搅拌速度关系到发酵液中空气交换速度，与通气配合，加速氧的溶解。搅拌速度越快，发酵越充分，发酵时间越短。3.7.3温度与醋酸发酵在发酵过程中，温度的变化直接影响到醋酸菌的生长繁殖，和酶的活性，温度在30℃以下，菌种活性较低，发酵速度缓慢，温度偏高时，醋酸菌容易衰老死亡，酒精和醋酸挥发较多，产率降低，醋酸发酵的最适温度应保持在35-37℃.3.7.4发酵测试记录与发酵结束在发酵过程中应做好发酵温度、糖度变化、酸度变化、酒精消耗情况的记录。（1）测温：一小时测一次，每测两次做一次记录。（2）测酸：初期4h/一次，中期2h/一次，后期每小时测一次。（3）测酒精：发酵进行24h以后，每4h测一次酒精。若在发酵过程中，测定酒精度极低，含糖量极低，且2次测定酸度值无明显的变化则说明发酵已经结束。3.8物料衡算以浓缩苹果汁为原料发酵苹果醋，确定工艺流程后，根据生产规模从理论上计算出年产3000吨苹果醋所需要的原材料、燃料、动力消耗等指标以指导生产。3.8.1衡算原理G=Gp+GdG：引入系统的物料重量。Gp：得到产品的重量。Gd：损失物料的重量。3.8.2计算准则以生产单位重量的产品量为基准。3.8.3苹果醋生产指标和基础数据表3.1苹果醋生产指标和基础数据项目名称百分比%备注定额指标浓缩果汁总糖含量70发酵液总糖含量10酵母接种量0.2醋酸菌接种量15发酵罐有效容积70损失率发酵损失6管路损失1过滤损失2灌装损失3检验及其他操作损失3空瓶损失1胶帽损失0.5瓶盖损失1标签损失0.5总损失率发酵液总损失153.8.4用100kg浓缩苹果汁生产苹果醋的物料衡算（1）发酵液计算浓缩苹果汁：100kg纯净水的用量：kg待发酵的果汁量为：100+600=700kg按照0.2%的比例加入酵母菌悬液液，则应加入的酵母菌悬液为：700×0.2%=1.4kg进行酒精发酵的发酵液总量为：700+1.4=701.4kg酒精发酵结束后，按照15%的比例加入醋酸菌悬液，应加入的醋酸菌培养液为：701.4×15%=105.2kg进行醋酸发酵的总发酵液：701.4+105.21=806.6kg发酵损失：806.6×6%=48.4kg过滤及管路损失：（806.6-48.4）×（1+2）%=22.7kg到达调配罐中的液体量：806.6-48.4-22.7=735.5kg（2）调配液计算通过正交试验，发酵出的苹果醋配制口感较好苹果醋饮料配方如下：0.1kg苹果醋发酵液中，加入蜂蜜0.007kg,加入蔗糖0.007kg,加入香精0.002kg。调配液量：kg（3）成品醋计算灌装损失量：（735.5+117.7）×3%=25.6kg检验及其他操作损失：（735.5+117.7）×3%=25.6kg成品苹果醋量：735.5+117.7-（25.6+25.6）=802kg3.8.5生产1吨苹果醋所需原料衡算浓缩苹果汁用量：kg纯净水用量：kg酵母培养液用量：（124.7+748.1）×0.2%=1.7kg醋酸菌培养液用量（124.7+748.1）×15%=130.9kg醋酸发酵液：124.7+748.1+1.7+130.9=1005.4kg发酵损失：1005.4×6%=60.3kg管路及过滤损失：（1005.4-60.3）×3%=28.4kg到达调配罐中的发酵液：1005.4-60.3-28.4=916.7kg调配液量：kg3.8.6生产3000吨苹果醋所需原料的计算浓缩苹果汁用量：124.7×3000=374100kg=374.1t纯净水用量：748.1×3000=2244300kg=2244.3t酵母培养液用量：1.7×3000=5100kg=5.1t醋酸菌培养液用量：130.9×3000=392700kg=392.7t调配液用量：146.8×3000=440400kg=440.4t3.8.7生产能力计算工作日：300天生产周期：6天一个周期的生产能力：t每天生产能力：t浓缩苹果汁需要量：10×124.7=1247kg纯净水需要量：10×748.1=7481kg酵母培养液需要量：10×1.7=17kg醋酸菌培养液需要量：10×130.9=1309kg调配液需要量：10×146.8=1468kg3.8.8生产1吨苹果醋消耗的原料和包装材料的定额表3.2生产1吨苹果醋消耗的原料和包装材料的定额序号名称单位消耗定额备注1浓缩苹果汁kg124.72纯净水kg748.13酵母培养液kg1.74醋酸菌培养液kg130.95调配液kg146.86包装瓶（275ml）个3636损耗1%7胶帽个3618损耗0.5%8标签套3618损耗0.5%9纸箱个36410瓶装3.9设备生产能力计算与选型3.9.1设备选择原则设备选型是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，同时也是工艺布置的基础并且为动力，配电，水用量计算提供依据。本设计在选择设备时应按照一下原则[5，6]：（1）能够满足工艺生产的需求，并能保证产品的质量和产量。（2）选用自动化程度较高的设备，能源利用充分，耗能小，方便维修。（3）设备易清洗拆卸，不易腐蚀，不能对产品造成污染。（4）所选取设备的材料性能能适应工作条件。（5）设备结构合理控制方便。3.9.2水处理车间设备选型在苹果醋发酵工艺中，调配和CIP清洗都要用到纯净水，因此，水处理设备对苹果醋的生产有着很大的作用。该生产每天的生产能力是10吨，需要纯净水7481kg，酵母与醋酸菌复活需要纯净水，生产好的原醋需经过调配才能饮用，在调配过程中需要纯净水溶解蔗糖，最后，设备的清洗也要用到纯净水，清洗设备用水量往往是产量的4-10倍。所以，每天生产所需纯净水约为80吨。果醋生产中的纯净水一般通过有机玻璃离子交换装置转变。有机玻璃离子交换装置耐腐蚀，无色透明，适用于小型食品加工厂小规模制备纯水[6]。本设计计划使用规格为400×2000mm，进口直径为32mm,每小时最大处理量为2.5吨的有机玻璃离子交换装置，数量为3个。3.9.3发酵车间的设备选型与论证在工艺计算的基础上确定车间内发酵设备的台数、型号和主要尺寸，据此进行车间布置设计，为设备的购置提供资料。本设计采用不锈钢加工的发酵设备，耐腐蚀、易清洗，不渗漏，对苹果醋发酵无不良影响。为防止发酵液的溅出，将苹果醋发酵罐装满系数设定为0.8。根据罐装满系系，年生产量和生产天数以及苹果醋生产技术指标为计算基础对贮罐、发酵罐和调配罐进行设备选型。（1）调配罐选型浓缩苹果汁在发酵前需要进行调配，本设计日生产量为10吨，需要浓缩苹果汁1247kg，所以应选用2个容积10m3的调配罐，以方便以后扩大生产。本设备带有搅拌功能，适用于果汁的加热、冷却、保温、杀菌、贮存、具有节能，消声耐震，节能等特点，带搅拌功能[7]。表3.3调配罐的主要技术参数容积m3重量kg加热面积㎡电机功率kw外形尺寸mm101650112.21800×4200酒精发酵罐计算与选型①发酵罐容积和数量的确定容积：（5、10、20、50、60、75、100、120、150、200、250、500，550，600，780）m3，单罐容量越大，经济性能越好，但风险也越大，要求技术管理水平也越高。日产量为10吨，进行酒精发酵的液料量为：1247+7481+17=8745kg混合溶液的密度按照水的密度计算：ρ=1000kg/m³灌装系数=80%，则每天需要发酵罐总容量V0为：V0=8745÷1000÷0.8=10.9m³本设计选用容积为10m³的六弯叶机械搅拌通风发酵罐，每天需要需要10m³的发酵罐N。N=10.9÷10=1.09N=2取整数，所以每天需要10m³酒精发酵罐2个。每年有300个工作日，每天有2个10m³出料，实际产量检验算：设备富裕量为（4124.7-3000）÷3000=0.37能满足生产需求。因为工厂采用四班三倒工作制，酒精发酵的生产周期为3天，为保证发酵连续，所以本设计需要容积为10m³的酒精发酵罐6个，一个10m³的酒精发酵备用罐。②发酵罐主要尺寸的确定容积为10m³的发酵罐尺寸确定：V全=V筒+2V封=10m³10=0.785D²×1.9D+πD³×2/24取H=2D,解方程的：1.49D³+0.26D³=10m取D=1.8H=1.9D=1.9×1.8=3.4m圆柱部分容积：V1=0.785×1.8²×3.4=8.6m³上下封头体积：V2=V3=m³总容积：V=V1+V2+V3=8.6+0.76+0.76=10.1m³约为10m³取灌满系数0.8，实际装液量为：10×0.8=8m³③冷却面积的确定对容积为10m³的发酵罐，实际装液量为8m³.m²④搅拌器设计机械搅拌通风发酵罐的搅拌涡轮有三种型式，可根据发酵特点、基质及菌种特性用。由于谷氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各部尺寸与罐径D有一定比例关系，现将主要尺寸列后。10m³.的发酵罐搅拌器的叶径m叶宽4m弧长m底距m盘径m叶弦长m叶距m弯叶板厚mm取两档搅拌，转速为110r/min搅拌轴功率的确定：10m³的发酵罐由修正后的迈凯尔式代入数据，式中D搅拌器直径，D=0.6mN搅拌器转速，N=1.83r/s混合液密度，=1000kg/m³混合液粘度，将数据代入上式得>104因此可视为湍流，则搅拌功率准数②计算不通气时的搅拌轴功率式中——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7——搅拌转速，N=110r/min=1.83r/s——搅拌器直径，D=0.6m——醪液密度，=1000kg/代入上式则有W选用两档搅拌③计算通风时的轴功率式中——不通风时搅拌轴功率（kW），——轴转速，N=110r/min——搅拌器直径（cm），——通风量（ml/min）,设通风比vvm=0.11~0.18,取低限，如通风量变大，会小，为安全。现取0.11。则(ml/min)代入上式：=3.325（kW）④求电机功率：采用三角带传动=0.92;滚动轴承=0.99，滑动轴承=0.98；端面密封增加的功率为1%；代入公式数值得：醋酸发酵罐计算与选型由于酒精发酵罐的物料和醋酸发酵罐的物料基本一样，所以醋酸发酵罐的选型跟酒精发酵罐的选型一样。醋酸发酵周期两天，要保持醋酸发酵连续生产，所以本次设计需要醋酸发酵罐，容积为10m³的发酵罐4个，1个10m³备用罐。泵的选型①物料泵的选型泵的扬程：式中：—提高的液体的位压头，m—提高的液体静压头，m，由于两液面都是大气压，故取0—提高的液体动压头，m—压头损失，m因灭菌罐与发酵罐的截面比管路截面大很多，则罐中液体流速很水，可忽略不计，即。泵的扬程需要留有适当余量，一般为正常需要扬程的1.05～1.1倍。则实际所需的扬程为：所以选择型号为GNF64×4的物料泵，其流量为20m3/h，转速为1960r/min，轴功率为6.66KW，电机功率11KW，效率50%，生量151kg，电机型号为Y160L—6，数量为4台。②清水泵选型选用离心式清水机，型号为JL×20-36-G，其流量为20m3/h，扬程为36m，配用电机型号为Y132S1-2，功率为5.5kw，4台。（5）板式杀菌机苹果浓缩汁调整糖度后，需要杀菌后，投入发酵罐，进行发酵。结合杀菌温度和物料量，本设计选用板式换热器进行高温短时杀菌。板式交换器具有传热面积大、热效果好、设备结构简单、方便清洗等特点，适用于饮料生产杀菌。该项目选用BR型板式热换器，其特性指标如表。表3.4板式杀菌机的主要技术参数型号BR0.05单板热换面积0.0618板间距（mm）3.8当量直径（m）0.0076单流道截面积（㎡）0.000494角孔直径（m）38最大处理量（m3/h）25可组换换热器面积（㎡）1-5最高工作压力20换热器的工作温度视垫片材料而定3.9.4灌装车间设备选型（1）调配罐醋酸发酵结束后要对苹果原醋进行调配以满足大众口味需求，本设计日生产量为10吨，所以应选用2个容积10m3的调配罐，带有搅拌功能。本设备适用于果汁的加热、冷却、保温、杀菌。表3.5调配罐的主要技术参数容积m3重量kg加热面积㎡电机功率kw外形尺寸mm101650112.21800×4200（2）硅藻土过滤机硅藻土过滤机是使用硅藻土作助滤剂的压力过滤式机械，可滤除0.1-1微米的固体颗粒。澄清苹果醋的能力一般为25-50m3/h，一次可连续过滤120-150小时。本设备采用硅藻土为助滤剂，操作方便，过滤成本低、效率高。本设备已在饮料生产及水处理等行业中得到广泛应用。过滤澄清度高，可达99.8%。可除去大肠杆菌，能滤去0.1-1微米以下的微粒，在实际应用中有较好的效果[8]。表3.6硅藻土过滤机的主要技术参数型号理论流量过滤面积滤片数阀门口径工作压力外形尺寸T/hm3（张）mmMPammGZ33-I3-53.420Dg32≤0.31700×600×750（3）洗瓶机的选择洗瓶大致可分为以下几个步骤，浸泡。刷洗。冲瓶。出水检查，其中浸泡是关键。浸泡液选用氢氧化钠溶液，其作用是杀死细菌芽孢和去除污物，经过浸泡的瓶子再用内外刷洗，以去除污物。然后，用压力为0.15-0.2MPa的清水冲洗。冲洗时，应将瓶口朝下，水由瓶口朝上喷，瓶外部自上而下淋洗。本项目中选用QSP-4500型链式冲瓶机。该设备主要用于冲洗有瓶颈的圆柱瓶及各种异型瓶，广泛用于酒厂、饮料厂、制药厂等企业[9]。表3.7洗瓶机的主要技术参数生产能力适用瓶高适用瓶径外形尺寸功率重量瓶/小时（可调）高mmmmmmKwKg6000120-35040-1103330×1000×170001.9800（4）灌装压盖机的选型及论证装瓶是理论上的最终加工过程，也是苹果醋的最终贮存形式。装瓶操作应考虑到长期贮存的情况下，苹果醋饮料感官质量保护灌装包括把苹果醋饮料灌入瓶内和封口的操作，灌装设备应满足以下质量要求[9]：1、所用工具及设备应洗刷干净，确保无铁、铜等金属和成品直接接触，不会脱落任何杂物于饮料中。2、卫生条件好，有防尘、防蝇措施。3、成品灌装要定量。4、重点控制出口压力。流速要适当，以减少波动和冲击，使饮料平衡的进入瓶中。本次设计中选用的灌装压盖机的主要技术参数如表。表3.8灌装压盖机的主要技术参数型号GCP-18A型全自动液体定量灌装压盖机生产能力（瓶/小时）2500灌注头数18适用瓶型圆形及各种异型瓶适用瓶颈（mm）60-100适用瓶高度（mm）160-320灌装量150-180灌装准确度平均误差1.5外形尺寸（mm）1000×950×1660配套功率（kw）0.37整机重量（kg）1000（5）热缩机本设计选用的RS-I型热缩机的用途是热缩各种瓶型的瓶口胶帽。其特点是：该机与灌装生产线的输瓶机配套使用，可根据胶帽材料厚度的不同，通过设定电子式温度调节仪调解不同温度，改变加热收缩室中的温度，达到最佳收缩效果。该机具有体积小、结构简单、操作、维修方便等特点。表3.9热缩机的主要技术参数型号RS-I型胶帽热缩机调温方式电子式温度指示调节仪调温范围0-3000适用瓶形圆瓶及各种异型瓶适用瓶高（mm）150-310生产效率3000（6）烘干机烘干机的主要用途是将灌装完毕后瓶子外部的水珠打碎，将水膜烘干。也可用于粘贴浆糊纸标后的瓶的烘干。该项目选择HG-I型烘干机，表3.10烘干机的主要技术参数型号HG-I型烘干机输瓶机线速度（米/分钟）8调速方式电磁调速毛刷转速（转/分钟）400（7）贴标机贴标机即粘贴标签和背签。贴标要求平整，为使平面清洁，贴标后要用干抹布将瓶面上多余的浆糊擦掉。康派克3R（3滚筒绕标记）为圆柱形器提供高质量的贴标功能。该机的主要优点在于：具有完美的全标重叠对准功能，它可以完成全标，定位标、前标、后标操作。可匹配流水线也可单机作业。3R为单贴标头机型，亦可升级为双贴标头的3R2，或短息不形化机型3RS。表3.11贴标机的主要参数型号康派克3R输送带长度（mm）2400输送带高度（mm）900外形尺寸（mm）1200×900×1550产品直径（mm）20-115标签尺寸（mm）最小15×15标签长度（mm）最长800产量（只/分钟）70（8）灯检机成品醋灌装后还要经过灯检确定苹果醋的澄清度和质量，灯检的操作方法是将包装瓶放在灯检机上检查瓶内是否存在有异物、是否失光。另外，灯检后还要进行目检，目检主要是检测装液线是否整齐一致、封口是否严密、有无渗漏等。如果其中有一项不合格，则该项产品视为不合格。灯检过程选用灯检机。本机主要适用于饮料生产行业的透明瓶装饮料的灯检灯检机一般配有螺杆翻瓶装置。瓶子采用输送带传送，能方便的与其他生产设备连成生产线[9]。表3.12灯检机的主要技术参数生产能力（瓶/分钟）60-120检验方式白色灯透照目测，放大两倍外形尺寸（mm）1400×780×1200机器功率（kw）0.5机器净重（kg）100表3.13生产车间设备一览表序号名称规格尺寸（mm）数量（个）工作能力功率单价1有机玻璃离子交换装置400×200032.5t/h2贮罐5000L1600×300032.2kw3发酵罐10m3D=1.8m，H=3.4m73.75kw4发酵罐5m3D=1.4mH=2.7m51.076kw5泵6板式杀菌机25m3/h7调配罐5000L1600×300032.2kw8硅藻土过滤器1700×600×75025-50m3/h9洗瓶器3330×1000×170006000瓶/小时1.9kw10灌装机1000×950×16602500瓶/h0.37kw11热缩机12烘干机400转/分钟13贴标机1200×900×155070只/分钟14灯检机1400×780×120060-170瓶/分钟0.5kw3.10车间管路布置3.10.1管径的计算根据泵的选型，可得知工艺过程所需的各类流体介质的流量，根据流体在管内的流量、流速与管径之间的关系即可计算出管道的内径[12]：式中：d—管道内径Q—流体流量，m3/hω—流体的流速，m/s3.10.2物料管的选择进料流量Q=20m3/h采用不锈钢管，查表可知淀粉酶发酵液的流速为0.8m/s[14]，则：==94mm故选物料输送总管径为DN100的不锈钢管。3.10.3自来水管的选择查表可知自来水的流速为2.5m/s[16]，则==53mm故选自来水总管径为DN60的不锈钢管。4水、电、汽估算：4.1用水量的估算4.1.1生产车间用水生产车间用水主要是稀释调配，工艺其他用水量，设备清洗，以及地面清洗等。（1）稀释调配，物料衡算时已经对所需纯净水进行了计算，年生产3000吨苹果醋所需纯净水用量：748.1×3000=2244300kg=2244.3t。（2）工艺其他用水量：工艺流程中有一些过程需要添加一定的水量，大约估算一年所需水量总数为1000t（3）设备清洗：每班对设备进行一次清洗，每次清洗大约用水2吨，所以每年清洗水量为2×3×300=1800t（4）对地坪的清洗：每班清洗一次，清洗每平米地坪需要用水0.01t，车间总面积为1000㎡，所以年地坪用水量为1000×0.01×300=3000t4.1.2锅炉房用水锅炉房用水主要用于蒸汽，可以循环使用，可以忽略其损失。4.1.3冷冻机房用水冷冻机房用水主要是为了得到冷却水，其冷却水也可以循环使用，可以忽略其损失。4.1.4消防用水可根据当地消防部门的具体数据得出，不过用于工厂用水量比较大，其用水量一般可以忽略不计。4.1.5生活用水生活用水一般与当地的气候条件，人们的生活习惯以及卫生设施的完善程度有关，可根据当地类似企业或居民的用水估算，大约每班耗水量为3t，则年生活用水量为3×3×300=2700t4.1.6用水总量Q=2244.3+1000+1800+3000+2700=10744.3t4.2热量衡算4.2.1加热所需的蒸汽量W可按下式计算：W=Gc（t2-t1）/（I-λ)[4]式中：G—物料流量，kg/hc—物料的比热容，kJ/(kg·K)t1—物料的初始温度，℃t2—物料加热后的温度，℃I—加热蒸汽的热焓，2738kJ/kgλ—加热蒸汽凝结水的热焓，λ=T×4.1864.2.2冷却用水量M可按下式计算：M=Gc1(t1-t2)/c0(T2-T1)[4]式中：G—物料流量，kg/ht1—物料的初始温度，℃t2—物料冷却后的温度，℃c1—物料的比热容，kJ/(kg·K)c0—冷却水的比热容，kJ/(kg·K)T1—冷却水进口温度，℃T2—冷却水出口温度，℃4.2.3酒精发酵前灭菌用的蒸汽量酒精发酵前的灭菌过程中的年产需要物料为：374.1+2244.3=2618.4tG—物料流量，G=1091kg/hc—物料的比热容，kJ/(kg·K)发酵液的比热式中：—原料比热，kJ/(kg·K)—水的比热，kJ/(kg·K)—原料浓度，%t1—物料的初始温度，t1=25℃t2—物料加热后的温度，t2=65℃I—加热蒸汽的热焓，2738kJ/kgλ—加热蒸汽凝结水的热焓，λ=T×4.186用0.4MPa蒸汽（表压），其I=2743kJ/kg，用板式换热器将物料由20℃预热到65℃，用的蒸汽量为：这样，每天的酒精发酵前灭菌蒸汽用量就是，每年用量为507.2×300=152160kg/年4.2.4酒精发酵前冷却用水量由灭菌流程可知，65的热料用冷却水冷却至25。在此过程中冷却水由20℃升温至50℃。G—物料流量，G=G=1091kg/ht1—物料的初始温度，t1=65℃t2—物料冷却后的温度，t2=25℃c1—物料的比热容，c1=3.583kJ/(kg·K)c0—冷却水的比热容，c0=4.18kJ/(kg·K)T1—冷却水进口温度，20℃T2—冷却水出口温度，50℃由此计算出冷却水的用量：每天酒精发酵前每天却水用量为1246.9×8=9975.2kg/d精发酵前冷却水的用量9975.2×300=2992560kg/年。4.2.5发酵罐空罐灭菌的蒸汽用量发酵罐体的体积总体积为10×7+5×5=95m3，假设罐体是由不锈钢制造而成，此时罐体的重量为26.28t，冷却排管重为2.85t，不锈钢比热容是0.5kJ/(kg·K)[6],用0.2MPa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15Mpa（表压）下，20℃升温至127℃，蒸汽的用量为：4.2.6充满发酵罐空间需要的蒸汽量考虑到罐内有排管、搅拌器等配件所占有的空间，罐的自由体积按95m3计算，充满空间需要的蒸汽量为：式中：—发酵罐自由空间，即全容积，m3—加热蒸汽的密度，kg/m3，0.2MPa的蒸汽密度为1.622kg/m34.2.7灭菌过程中的热损失设发酵罐的外壁温度为65℃，此时辐射与对流的联合给热系数α[12]为：95m3发酵罐的表面积为124m2，耗用蒸汽量为：罐辟附着洗涤水升温的蒸汽消耗量：式中：0.001—罐壁附着洗涤水的平均厚度，mm灭菌过程的蒸汽渗漏消耗的蒸汽一般灭菌过程的蒸汽渗漏可取总蒸汽消耗量的5%。空罐灭菌时的蒸汽消耗量为：每次空罐灭菌的时间是1.5h，耗用的蒸汽量为：4.2.8灌装前的灭菌用蒸汽量酒精发酵前的灭菌过程中的年产需要物料为：3000tG—物料流量，G==1250kg/hc—物料的比热容，kJ/(kg·K)发酵液的比热式中：—原料比热，kJ/(kg·K)—水的比热，kJ/(kg·K)—原料浓度，%t1—物料的初始温度，t1=25℃t2—物料加热后的温度，t2=125℃I—加热蒸汽的热焓，2738kJ/kgλ—加热蒸汽凝结水的热焓，λ=T×4.186用0.4MPa蒸汽（表压），其I=2743kJ/kg，用板式换热器将物料由20℃预热到65℃，用的蒸汽量为：这样，每天的酒精发酵前灭菌蒸汽用量就是，每年用量为1412.8×300=423840kg/年4.2.9酒精发酵前冷却用水量由灭菌流程可知，125的热料用冷却水冷却至25。在此过程中冷却水由20℃升温至50℃。G—物料流量，G==1250kg/ht1—物料的初始温度，t1=125℃t2—物料冷却后的温度，t2=25℃c1—物料的比热容，c1=3.583kJ/(kg·K)c0—冷却水的比热容，c0=4.18kJ/(kg·K)T1—冷却水进口温度，20℃T2—冷却水出口温度，50℃由此计算出冷却水的用量：每天酒精发酵前每天却水用量为3120×8=24960kg/d精发酵前冷却水的用量24960×300=7488000kg/年。5劳动组织及工厂管理5.1劳动组织全厂定员如下：果醋饮料车间：每班10人水处理车间：每班2人锅炉房：每班2人司机：10人机修：每班2人化验室：每班2人动力车间，配电室及空气净化机房：每班2人果汁成品仓库：每班2人销售部：30人泥木电工：2人厂部：15人5.2工厂管理5.2.1质量管理一个企业的经济效益是否提高，关键在企业的管理水品。产品的质量是企业的门面和生命，产品质量包括生产销售的全过程质量管理。食品工厂更是要有一整套健全的质量管理体系，严格的规范生产工艺要求和产品卫生要求，在生产的各个环节严格把关。此外，要经常的对工人进行有效的技术培训，提高工人素质[13]。5.2.2生产计划管理苹果醋发酵生产工厂要根据苹果醋的加工特点和苹果醋的市场需求，制定合理有效的产品生产计划。5.2.3技术工作管理必须加强职工教育，对员工进行技术培训，鼓励创新研究。5.2.4物资供应和销售工作管理合理计划。要有足够的生产物资和生活物资，在产品质量得到保障的前提下，我们要掌握市场信息，广开门路，多做推销，广泛经销，加快资金周转，扩大苹果醋产品的销售市场，做到多渠道，多市场，多销售的目标。6技术经济分析6.1全厂概算全厂概算包括以下方面：用于建筑工程的各项费用，如：建筑厂房和平整场地等。用于安装工程的各项费用，如：装置各种所需设备和工作台，以及敷设管线等。用于购置各种设备、