[毕业设计精品]酸奶工厂设计.doc

摘要酸奶历史悠久，它是以各种乳为原料，经乳酸菌发酵而成的产品。随着上世纪九十年代末开始，我国牛奶行业飞速发展，平均年增长率达到30%，酸奶的增长也是突飞猛进，各企业为了占领市场，都迅速增加工厂和设备以求提高产品产量来满足市场。由于我国牛奶行业的基础薄弱，技术装备和生产水平都处于比较落后的状态，在酸奶工厂的扩建过程中很工厂生产工艺设计基本都是简单的复制老工厂的生产，对于各生产工艺参数设定、设备配置、自动化水平、CIP清洗等都没有系统的进行分析和设计，其将会给实际生产带来各种各样的生产隐患，随着企业品牌和无形资产逐渐提高，对产品的质量和食品安全的要求将会越来越高，因此产品质量是企业的第一竞争力，生产高质量的产品是企业发展的基础。目前，很多工厂都过多关注初期投资，很少关注于工厂的实际运行成本，随着市场竞争的日益激烈，原材料、能源等价格的不断上升，实际运行成本将直接决定产品的竞争力，现在中央高度重视并己部署的加强节约型社会建设的目标，都要求企业将提高产品质量，降低生产消耗作为最重要的任务来进行。国家也将通过价格机制、税收等政策引导来支持各行业的节能环保生产，因此高质量的产品和节能环保型的工厂是现在企业新建工厂重点考虑的方向。酸奶工厂设计目前国内设计部门还没有专门的研究，尤其是如何生产高品质产品还没有相关的经验，尤其在生产工艺、自动化控制等方面存在着比较大的脱节，因此现在设计部门仅仅进行土建、通风、照明以及水电气冷等公用能源的设计，而生产工艺、设备选型、现场安装、自动化系统等核心的部分由国外供应商完成，因此很少有国内企业自己完成比较大的项目，这样给国内的乳品发展造成缺乏核心技术，简单依赖于进口的局面，要提高自身的技术水平，就需要研究基础的方法，掌握乳品加工的核心技术。另外，由于在国外各种能源的价格和劳动力的价格昂贵，国外在能源消耗、环保和自动化水平方面都要比国内有很大的领先，这正是需要学习提高的地方。高品质酸奶将具体表现在产品风味、组织状态、外观以及微生物等几个方面。以国内的消费习惯来看，产品风味较浓郁芳香、奶香明显，粘稠度较高，细腻、滑爽以及含有较多活性乳酸菌的产品更加能够满足消费者的需求。本设计将围绕着生产奶香明显、酸奶风味浓郁，具有较高粘稠度、细腻滑爽，通过乳酸菌发酵的高品质酸奶，结合最佳的生产工艺，同时节能降耗、关注环保，采用部分节能设计和设备，设计一个高品质酸奶的全自动化、节能、环保型工厂，目前根据市场需求，企业通常在日产300500吨或以上的工厂采用自动化的方式进行，并且该产量能够满足城市型冷链产品分销的产量，因此本论文将以日产300吨酸奶为设计基础进行设计。关键词:高品质酸奶、节能、自动化工厂设计AbstractYoghurt has a long history. It is a kind of milk，made of variety milk fermented by lactobacillus.As beginning at the end of 1990s, milk industry in China develops rapidly, the average annual growth is rate of 30%. Also the growth of yoghurt is very fast .In order to Capture the Market, many enterprises increase equipments to improve output to meet market.As the foundation of Chinese milk industry is very weak，technical equipment and production level are in a baekward state.All yoghurt factories in the expansion process made a simpl copy of the old factories production.It has no systematic analysis and design for the production proeess pamameters set,equipment configuration,the level of automation and CIP clening .It will be brought to hidden dangers in the aetual production.As the corporate brand and intangible assets gradually inereaseit will be inereasingly high in the product quality and food safety requirements,so produet quality is the first competitiveness in enterprise and high- quality products is the basis for enterpise development.At present, many faetories have too much concen about the initial investlnent，and little attention to the actual running costs. With the incresaingly fierce maket competition raw materials and energy prices rising,the aetual operating costs will direetly determine the eompetitivenes of their products.The central authority demands to build a conservation-oriented social,so it will require enterprises to improve product quality，but lower production eonsumption.States will also guide the industry to support the production of ennegy-saving environmental protection by price mechanism and taxation policy.it is the new derection of hing-quality,enegy-saving and environment-friendly products of the plants to consider.Yoghurt plants of design has not yet specialized research in the domestic design sector now，in particlar,do not have the experiences how to produce high quality products,especialy there is a relatively large out of touch in the production process and automatic control. So now design sectors just design in the civil engineering，veniilation， lighting and energy utilities， but the core parts come from foreign suppliers,such as produetion proeesses，equipment selection，on-site installation， automation systems.So very few domestic enierprises have completed their relatively large projects.It makes a lack of core technology and just reliance on imports in domestic dairy development.To improve their technological level it based on the need to study the way to capture the heart of dairy processing teehnology.Inaddition,since he foreign keep ahead than the domestic in energy consumption，environmental protection，it is the need to study and improve to us.High-quality yoghurt product incanate concretely in style, organization,and look and mircrooganisms, and other aspects. To the domestic consumption habits, the products of milk flavor, highet viscosity, deliate, smooth and contain more activity lactic acid bactria is more popular.This paper will focus on hing-quality yoghurt of milk flavor, higher viseosity，delieate, smooth and lactic acid baeteria fermentation， which combining the best of production teehnology，energy- saving，environmental coneerns，and design a hihg quality yoghurt-wide automation, enegy-saving and enviroment-friendly plant .accordng to the current market demand,enterprises usually use automation manner in daily output of 300 to 500 tons and the output can also ,meet a frozen products chain in a city, so this paper will design based on the daily output of 300 tons of yoghurt.Keyword: hing-quality yoghurt, enengy-saving, automatic plant design目录摘要! Abstract!第一章 绪论11.1酸奶工厂背景介11.2概况11.3课题意义及内容第二章工艺流程设计2.1产品方案42.2设计标准42.2.1工厂输入和输出42.2.3原材料82.2.4GMP对车间作业区域的要求122.3工艺流程设计132.3.1收奶系统132.3.2混料系统142.3.3杀菌系统202.3.4发酵剂系统242.3.5发酵系统302.3.6待装系统332.3.7就地清洗系统(CIP) 332.3.8热水系统392.3.9节能系统39第三章物料衡算及能量衡算413.1物料衡算413.2能量衡算423.2.1冰水耗量423.2.2蒸气耗量433.2.3其他电力、压缩空气等耗量44第四章设备选型及工艺流程图454.1设备选型454.1.1发酵速度454.1.2发酵好酸奶的冷却系统的选择454.1.3产品送料管路474.1.4灌装设备组合484.1.5酸奶缓冲罐的选择. 484.1.6酸奶发酵罐的选择494.1.7菌种系统的选择514.1.8巴氏杀菌系统的选择524.1.9混料暂存系统设备的选择524.1.10混料系统设备选择. 534.1.11收奶系统的选择534.1.12CIP清洗系统的选择534.1.13奶回收系统选择534.1.14巴氏顶水系统的选择534.2生产排班表534.3工艺流程图544.4设备清单544.5工厂平面设计54第五章成本核算555.1混料系统能源计算555.2杀菌系统能源计算555.3塔水热量回收装置计算565.4冷凝水回收装置计算565.5奶回收系统计算565.6经济效益分析57第六章全文小结586.1设计小结586.2本设计优点586.3设计效果58图 纸60附一生产排班表60附二.工厂生产工艺流程图60附三.设备清单及设备能源单耗表60附四.能源消耗表60附五.工厂平面布置图及车间平面布置图60附六.能源系统流程图及管道选型60附七.车间内部管道安装图60参考文献621绪论1.1酸奶工厂背景介绍酸奶历史悠久，它是以各种乳为原料，经乳酸菌发酵而成的产品。目前，在我国市场上供应的酸奶多以牛奶加工而成。它保留了牛奶的原有的全部营养成分，经过乳酸菌发酵，风味更是别具一格。酸奶营养丰富，易被人体消化吸收，东方人普遍存在乳糖不耐受的情况，因此酸奶尤其适合在国内的发展，随着上世纪九十年代末开始，我国牛奶行业飞速发展，平均年增长率达到30%，酸奶的增长也是突飞猛进，各企业为了占领市场，都迅速增加工厂和设备以求提高产品产量来满足市场。酸奶产品的分销过程需要冷链，考虑到投资回报，通常酸奶工厂的日产能在300、500吨之间选用自动化生产线比较合适。由于我国牛奶行业的基础薄弱，技术装备和生产水平都处于比较落后的状态，在酸奶工厂的扩建过程中很多工厂生产工艺设计基本都延续以前的方法，通过简单增加设备数量来提高产量，对于各生产工艺参数设定、设备配置、自动化水平、CIP清洗等都比较盲目，没有系统的进行分析和设计，因此很多工厂都存在各种各样的生产隐患，随着产品产量的不断高，企业在消费者中的关注度也越来越高，也就意味着企业品牌的无形资产逐渐提高，对产品的质量和食品安全的要求将会使采用陈旧加工工艺和设备的企业生产如履薄冰，为保证产品质量，投入的人力物力将大大增加。在激烈的市场竞争过程中，不断增加的成本将对大大影响企业的市场竞争力。因此，越来越多的企业将产品质量作为企业的第一竞争力，生产高质量的产品是企业发展的基础。另外很多工厂都过多关注初期投资，很少关注于工厂的实际运行成本，随着竞争的日益激烈，原材料、能源等价格的不断上升，实际运行成本将直接决定产品的竞争力，而在生产过程中不断实施改造，会造成投资的增加和设备的浪费，同时会影响生产及产品质量。现在中央高度重视并己部署的加强节约型社会建设的目标，都要求企业将提高产品质量，降低生产消耗作为最重要的任务来进行。国家也将通过价格机制、税收等政策引导来支持各行业的节能环保生产，因此高质量的产品和节能环保型的工厂是现在企业新建工厂重点考虑的方向。1.2概况酸奶工厂设计目前国内设计部门还没有专门的研究，尤其是如何生产高品质产品还没有相关的经验，生产企业在激烈的市场竞争和与国内外同行的交流中有了极大的提高，但是设计部门在生产工艺、自动化控制等方面存在着比较大的脱节，因此造成了现在设计部门仅仅进行土建、通风、照明以及水电气冷等公用能源的设计，而生产工艺、设备选型、现场安装、自动化系统等核心的部分由国外供应商完成。国外的设备供应商由于有着数十年成功的乳品经验，工艺设计基本都由设备供应商完成，因此很少有国内企业自己完成比较大的项目，这样给国内的乳品发展造成缺乏核心技术，简单依赖于进口的局面，为提高自身的技术水平，需要研究基础的方法，掌握乳品加工的核心技术。另外，由于在国外各种能源的价格和劳动力的价格昂贵，国外在能源消耗、环保和自动化水平方面都要比国内有很大的领先，这正是需要学习提高的地方。高品质酸奶将具体表现在产品风味、组织状态、外观以及微生物等几个方面。从酸奶角度来看，不同地区的消费习惯不同，产品的风味分为:浓烈、芳香、淡爽等类型，组织状态分为:浓稠型(流动性不好，适用于用勺子取食)、常规型(流动性一般，适用于吸管吸食)以及爽滑型(流动性好，适用于直接饮用)等；在微生物方面也分为常规乳酸菌(保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌)发酵、益生菌发酵和后添加益生菌型等。以国内的消费习惯来看，产品风味较浓郁芳香、奶香明显，粘稠度较高，细腻、滑爽以及含有较多活性乳酸菌的产品更加能够满足消费者的需求。.3课题意义及论文内容在酸奶行业迅速发展的阶段，研究并设计具有较高生产水平，拥有自身核心竞争力的自动化工厂具有非常现实的意义，高质量的产品满足消费者日益提高的产品需求，自动化的设计能够保证工厂生产出稳定、高质量的产品，同时能够大量减少工人的使用，避免人为因素引起的质量波动和损失。考虑到工厂的环保和节能，将对能源再次利用，对降低生产成本，提高能源利用率，减少环境污染有着重要的意义。综上所述，本论文将围绕着生产奶香明显、酸奶风味浓郁，具有较高粘稠度、细腻滑爽，通过益生菌发酵的高品质酸奶，结合最佳的生产工艺设计一个日产300吨高品质酸奶的全自动化工厂。在本论文中将主要进行生产工艺的分析和设计，通过不同的设备选型和安装设计，在保证生产高品质酸奶的基础上进行工艺优化，达到降低能源消耗、提高生产效率，减少排污和生产成本的环保型工厂。根据现在市场各家工厂的产品比例和设备配置，工厂日生产产品方案见表1一1表1-1工厂日生产产品方案酸奶的生产系统包括:收奶系统、混料系统、杀菌系统、菌种系统、发酵系统、待装灌装系统、CIP系统，热水系统等。本论文将围绕以上生产系统对工厂布置、生产工艺流程设计、设备选型、车间平面布置、能源消耗以及能源系统选型等进行设计。第二章工艺流程设计2.1产品方案由于酸奶工厂原料基本采用奶牛当日产的牛乳，并且酸奶是消费者每日饮用的产品，因此酸奶工厂全年没有停产时间，按照365日计算。本论文设计为日生产300吨高品质酸奶为依据，根据市场情况的划分，凝固性酸奶为100吨、搅拌型酸奶200吨，具体的产品种类的见表2一1。3 物料衡算及能量衡算3.1物料衡算根据酸奶基础配方:凝固型酸奶:鲜牛奶:85%，蔗糖:7%，稳定剂:0.5%，菌种:3%，水:余量搅拌型酸奶:鲜牛奶:85%，蔗糖:7一5%，稳定剂:0.5%，菌种:直投，果料O一5%，水:余量菌种:脱脂奶粉:12%，水:余量凝固型酸奶的日产量为100吨，因此生产凝固型酸奶的原料使用量(以最高使量计)如下:鲜牛奶:100吨*85%=85吨蔗糖:100吨*7%=7吨稳定剂:100吨*0.5%=0.5吨菌种:100吨*3%=3吨搅拌型酸奶的日产量为200吨，因此生产搅拌型酸奶的原料使用量(以最高使用量计)如下:鲜牛奶:200吨*85%=170吨蔗糖:200吨*7%=14吨稳定剂:200吨 *0.5%=l吨菌种:直投式菌种果料:200吨*5%=10吨菌种日消耗量为3吨，因此原料使用量如下:脱脂奶粉:3吨*12%=0.36吨根据生产产品原料产出率为96%计算:日消耗鲜牛奶265.6吨或者相当于该数量原奶的全脂奶粉或者脱脂奶粉，蔗糖21.9吨，各种稳定剂总量1.57吨，各种果料总量10.4吨，直投式菌种供200吨搅拌性酸奶使用。菌种生产出来后直接进入产品，因此菌种利用率按99%计算的继代式菌种3.03吨，脱脂奶粉0.364吨。，日消耗原料见表3一1原料配方凝固型搅拌型凝固型100（吨）搅拌型200（吨）菌种3（吨）总量300（吨）实际量（吨）鲜牛奶85%85% 85170 255265.6蔗糖 7%7% 714 21 21.9稳定剂 0.50% 0.50% 0.51 1.5 1.57菌种 3% 30 3 3.03果料 0% 5% 0 10 10 10.4脱脂奶粉 0.36 0.36 0.3643.2能量衡算3.2.1冰水耗量3.2.1.1收奶系统消耗冰水量:收奶系统每天收奶266吨，按照原奶温度巧计，需要采用冰水将原奶冷却到4的储存温度，冰水通常使用条件为2进水，升温不超过12，即14冰水回流，生奶的比热为3.99KJ/Kg，因此收奶系统冰水日耗量计算如下:Q=MCT；Q冰水=Q生奶266000*3.99*(154)=M冰水*4.2*(142)M冰水231641升3.2.1.2混料系统消耗冰水量:每天生产牛奶按照300吨计算，通常混料量占总料量的1/3，因此混料系统每天有100吨物料需要加热和冷却，按照混料温度55计，需要采用冷却塔水和冰水将混合物料冷却至暂存温度15，冷却塔水夏天时35，按照换热器设计2出口温差，需要用冰水冷却的温度段为37冷却至15，冰水通常使用条件为2进水，升温不超过12，即14冰水回流，混合物料的比热按照奶的比热来计算，因此混料系统冰水日耗量计算如下:Q=MCT； Q冰水=Q混合物料100000*3.99*(37-15)=M冰水*4.2*(14-2)M冰水=174167升3.2.1.3杀菌系统消耗冰水量:每天生产凝固型酸奶按照100吨计算，生产搅拌型酸奶是设备出口温度为43，因此不需要使用冰水，而生产凝固性酸奶需要消耗冰水，根据设备能力不同，冰水耗量为：20吨/小时巴氏杀菌机:34039升/小时，日工作14小时；10吨/小时巴氏杀菌机:16500升/小时，日工作16小时。3.2.1.4菌种系统消耗冰水量:天生产菌种按照3吨计算，按照发酵温度42计，需要采用冰水将混合物料存温度4，冰水通常使用条件为2进水，升温不超过12，即14冰水回流，菌种的比热按照奶的比热来计算，因此菌种系统冰水日耗量计算如下:Q=MCT； Q冰水=Q菌种奶3000*3.99*(42-4)=M冰水*4.2*(14-2)M冰水=9025升菌种罐加套用冰水使用量为:2000升/小时(该设备冷却后回水温度将会下降至接近4)。3.2.1.5发酵系统消耗冰水量:天生产搅拌型酸奶按照200吨计算，按照发酵温度42计，酸奶冷却需要采用冰水却至暂存温度20，冰水通常使用条件为2进水，但为保证产品质量，因此18回流，酸奶的比热按照奶的比热来计算，因此发酵系统冰水日耗量计算Q=MCT； Q冰水=Q酸奶200000*3.99*(42-20)=M冰水*4.2*(18-2)M冰水=261250升3.2.1.6灌装系统消耗冰水量:灌装系统消耗冰水主要是屋顶灌装设备，屋顶包1、2消耗1140升/小时，每天工作10时，屋顶包3消耗2280升/小时左右，每天工作8小时，日消耗冰水为41040计本工厂冰水耗量约为:1505670升,即工厂日耗冷量为:Q冷量=1505670*4.2*(14-2)=75886000KJ3.2.2蒸气耗量3.2.2.1混料系统消耗蒸气量:每天生产牛奶按照300吨计算，通常混料量占总料量的l/3，因此混料系统物料需要加热和冷却，按照混料温度55计，需要采用蒸汽将原奶从4升至混料温度55，蒸汽通常使用条件为3Bar的饱和蒸汽，蒸气潜热量为2200KJ/K，混合物料的比热按照奶的比热来计算，不考虑系统能量损耗，因此混料系统蒸气日耗计算如下:Q=MCT； Q蒸汽=Q混合物料100000*3.99*(55-4)=M蒸汽*2200M蒸汽=9250Kg3.2.2.2 杀菌系统消耗蒸气量:每天预杀菌生奶为266吨，杀菌温度72，原奶温度4，按照设备的热回收效率90%计算，因此预杀菌巴氏杀菌机日蒸气消耗为:M热汽=266000*3.99*(72-4)*(1-90%)/2200=3280Kg即:吨产品蒸气耗量=12.4Kg生产凝固型和搅拌型酸奶的杀菌温度均为95，进料温度10，按照300吨计算，设备热回收效率92%，酸奶巴氏杀菌机日蒸气耗量为:即M蒸汽=300000*3.99*(95-10)*(1-92%)/2200二3700Kg即:吨产品蒸气耗量=12.4Kg3.2.2.3菌种系统消耗蒸汽量:每天生产菌种按照3吨计算，进料温度10，按照300吨计算，设备热回收效率92%，菌种系统日蒸气耗量为:M蒸汽=3000*3.99*(95-10)*(1一92%)/2200=37Kg3.2.2.4发酵系统日蒸汽耗量:每天生产凝固型酸奶按照100吨计算，按照发酵温度42计，酸奶加热至罐装温度43，需要采用蒸汽加热热水，热水加热酸奶，能量传递效率98%，因此发酵蒸汽日耗量计算如下:M蒸汽=100000*3.99*(43一10)/2200/98%=6100Kg3.2.2.5 CIP系统蒸汽消耗量每天清洗需要加热清洗介质