【正文】 1 p WA = b L = 0 . 0 0 8 4 0 . 9 0 = 0 . 0 0 7 5 6??（㎡） 波紋板的傳熱面積為： PWA p = L L = 2 .5 0 .9 0 = 2 .2 5??（㎡） 假定兩邊的流道數(shù)相同都為 ns D e 2 b = 2 0 .0 0 8 4 = 0 .0 1 6 8? ? ? （ m） 物料的流速 G1= ? =[㎏ /（㎡ S， ?乳 =(m 板式換熱器今后的發(fā)展趨勢(shì)是： 提高操作溫度和操作壓力，加大處理量，擴(kuò)大使用范圍，研制采湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 用新的結(jié)構(gòu)材料和新的制造工藝，而研制新的墊片材料以 提高其使用溫度和使用壓力，將是其中的重點(diǎn)。 板式換熱器的主要缺點(diǎn)是：密閉周邊長(zhǎng)，目前大型板式換熱器墊圈 總長(zhǎng)超過(guò) 2800m,使用中常常需要拆卸和清洗，故漏泄的可能性很大，不易處理懸浮狀的物料，對(duì)有墊圈的板式換熱器使用溫度受到墊圈材料的限制，溫度不能很高，它的處理量也相對(duì)較小。 換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見(jiàn)，在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，特別是耗能用量十分大的領(lǐng)域，隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類(lèi)開(kāi)發(fā)越來(lái)越多 。故目前大型工廠采用自動(dòng)排渣凈乳或三用分離機(jī)（奶油分離、凈乳、標(biāo)準(zhǔn)化），對(duì)提高乳的質(zhì)量和產(chǎn)量起了重要的作用。凈乳時(shí)的乳溫在 30～ 40℃ 為宜，在凈乳的過(guò)程中要防止泡沫的 產(chǎn)生。凈乳的方法主要有過(guò)濾法及離心凈乳法。通常，這部分的冷量散失可由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)求取。則 1L 發(fā)酵乳每小時(shí)放熱量為： ? ?0Q = 1 8 0 0 0 6 0 % 1 0 0 0 = 1 0 . 8 k J / Lh? ? ? 根據(jù)物料衡算， 每班的發(fā)酵量為 ， 工藝要求在 3h 內(nèi)完成， 則總發(fā)酵熱為： 60 1 0 . 8 1 5 3 9 7 3 . 5 4 . 9 9 1 0Q ? ? ? ? ?（ kJ）； 發(fā)酵時(shí)間為 3h，考慮到發(fā)酵放熱的不平衡， 取系數(shù) ，忽略發(fā)酵期的乳溫升高， 則發(fā)酵期耗熱量為： 6630 1 . 5 / 3 4 . 9 9 1 0 1 . 5 / 3 2 . 5 0 1 0 ?? ? ? ? ? ? ?（ kJ/h） 冷卻發(fā)酵乳的耗冷量 4Q 根據(jù)工藝， 發(fā)酵乳 42℃ → 20℃ 水 15℃ → 30℃ 每班乳量為： 51 4 7 8 4 7 . 6 8 1 . 0 3 5 1 . 5 1 0G ? ? ? ?㎏， ?乳 kJ/（㎏ 具體的計(jì)算公式為： t ntQ=Q Q? 工藝耗冷量 tQ 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 原料乳冷卻耗冷 量 1Q 原料乳 35 ℃ →4 ℃ 水 0℃ →25 ℃ 每班乳量為： ? ㎏， ?乳 kJ/（㎏ K ），則每小時(shí)耗水量為： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 4W = ? ?? ? ? ?? ? 41 2 1 2219 0 4 2 3 . 8 7 4 1 . 9 9 1 07 5 2 5 4 . 1 8T T C At t C? ? ? ? ??? ? ?水= 10? （㎏ /h） 發(fā)酵后冷卻水的耗用量 5W 發(fā)酵后的溫度設(shè)為 1T=42 ℃ ，冷卻后 的 溫度為 2T=20 ℃ ； 設(shè)冷卻水的溫度從 1t=15 ℃ 升至 2t =30 ℃ ，每班工作 8h ， 發(fā)酵乳每班定額量為 L，則 班量為： 3 / 8A ? ? ? 10 （㎏ /h）； 此時(shí)，乳的比熱容 1C= kJ/（㎏ K ），因此升溫過(guò)程所需的熱量為：? ? 73Q = t c m = 1 4 0 2 0 3 . 9 5 7 3 . 9 5 7 1 4 7 8 4 7 . 6 8 1 . 0 3 5 = 7 . 2 7 1 0?? ? ? ? ? ? ? ? ?(kJ) 設(shè)保溫時(shí)間為 2s ， 蒸發(fā)量為每小時(shí) 4% ， 則蒸發(fā)水的量為 : 2 4% 2 36 00 14 78 47 .6 8 1. 03 5 4% 2 36 00 3. 40VG ?? ? ? ? ? ? ? ? ?(㎏ ) 查表知 ， 140℃ 時(shí) ， 水的汽化潛熱為 2I = kJ/㎏ ， 所以蒸發(fā)熱量為 : 3 2 2Q = V I = 3 . 4 0 2 1 4 4 . 8 = 7 2 9 2 . 3 2?? ??(kJ) 設(shè)升溫過(guò)程中消耗的熱損失約為前二次耗熱量的 10% ， 則 UHT 處理過(guò)程的耗熱量為 ： ? ? ? ?73 3 31 . 1 1 . 1 7 . 2 7 1 0 7 2 9 2 . 3 2Q Q Q? ??? ? ? ? ? ? ? 10??(kJ) 水汽平衡計(jì)算 原料乳的冷水耗用量 1W 根據(jù)工藝， 原料乳的 溫度從 1T=35 ℃ 降低至 2T=4 ℃ ； 假設(shè)冷卻水的溫度從 1t=0 ℃ 升至 2t =25 ℃ ，每班工作 8h ， 原料乳每班定額量為 ㎏，則班量 為： 1A = 12 41 72 .1 8/8= 15 52 1. 52（㎏ /h）； 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 原料乳的比熱容 1C= kJ/（㎏ K ） ]； 則升溫耗熱量 2Q? 為： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 2Q? ? ? 7= T C m = 9 0 6 0 3 . 8 7 4 1 7 7 1 5 2 . 3 = 2 . 0 6 1 0? ? ? ? ? ?(kJ)。 則預(yù)熱的熱損失 為： 11Q = Q?? ?? 故 11Q = Q?? 77= 1 .1 3 .8 4 1 0 = 4 .2 2 1 0? ? ?(kJ) 殺菌耗熱量 2Q 升溫耗熱量： 根據(jù)工藝，乳的溫度從 60 ℃ 預(yù)熱至 90 ℃ 。K ） ]； 脫脂乳的比熱容 2C = =3. 940? [（ kJ/(㎏ 計(jì)算加入量 設(shè)原料乳的數(shù)量為 X ， 脫脂乳含脂率為 q ， 脫脂乳 量為 Y ， 按比例混合后乳 (標(biāo)準(zhǔn)化乳 )含脂率 為2F ， q 取 % ，則有 : ? ?12F X + q Y = F XY? ? ? ? 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 代入數(shù)字 ， 得 : ? ?3 . 5 % X + 0 . 1 % Y = 3 . 0 % XY? ? ? ? 整理 ， 得 : X ? 100㎏原料乳生產(chǎn)酸奶的物料衡算 （ 1） 設(shè)有 100㎏原料乳 ， 原料損失率為 % ， 標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)所加脫脂乳的量為 x ， 則有 : ? ?100 1 % ?? ? 解 之 得 : x= ? (㎏ ) 則 混合后所得 乳 量 為 : M= ? ?1 7 .0 1 0 0 1 1 .5 % 1 1 5 .5? ? ? ?(㎏ ) （ 2） 標(biāo)準(zhǔn)化乳中總蔗糖加入量計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)化乳中總蔗糖加入量 為： G=QM? ， 式中 Q為標(biāo)準(zhǔn)化乳中的蔗糖配比率 ， % ， 取 Q=7%； 代入數(shù)字 ， 得 : G = 7% = ? (㎏ ) （ 3） 100㎏原料乳經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后所得的標(biāo)準(zhǔn)化乳量 0Q 計(jì) 算： 0Q = M+ G = 11 5. 5+ 8. 08 5= 12 3. 6(㎏ ) 20 ℃ 時(shí) ， 標(biāo)準(zhǔn)化乳密度為 ， 而 90~95 ℃ 時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化乳體積增加 倍 ， 所以標(biāo)準(zhǔn)化乳 為 : 0V = =124. 6??(L)； （ 4） 殺菌冷卻后的乳量： ? ?1 2 4 .6 1 0 .0 0 5 = 1 2 4 .0? （ L）； （ 5） 發(fā)酵后的乳量： ? ?1 2 4 .0 1 0 .0 4 = 1 1 9 .0? （ L）； （ 6） UHT 處理后的乳量： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 ? ?1 1 9 .0 1 0 .0 0 5 = 1 1 8 .4? （ L）； （ 7） 灌裝后的乳量： ? ?1 1 8 .4 1 0 .0 2 = 1 1 6 .0? （ L） ； 上面 ~ 式中， 、 、 、 為工藝過(guò)程的損失率。 確定標(biāo)準(zhǔn)化需加脫脂乳還是稀奶油 ： 在本設(shè)計(jì)中， 理想化假 設(shè)原料乳 到成品（酸乳）中的脂肪與無(wú)脂干物質(zhì)的比例不發(fā)生變化。因此必須調(diào)整原料乳 中脂肪 與非脂乳固體含量之間的比例關(guān)系 ,使起符合要求 。 2 月、3 月、 4 月為生產(chǎn)的淡季，工作日為 78d（ t淡 ），中季生產(chǎn)為 140d（ t中 ），余下 77d 為節(jié)假日和設(shè)備檢修日，則全年生產(chǎn)天數(shù)為： t? t t t??旺 淡中 82 140 78 300? ? ? ?(d) 由于受到 各種因素的影響 ,每個(gè)工作日實(shí)際產(chǎn)量不完全相同。 生產(chǎn)班制 酸乳生產(chǎn)企業(yè)每天生產(chǎn)班次為 1～ 2 班。管式和板式間接加熱系統(tǒng)的熱回收率一般在 90%以上 ,與直接加熱系統(tǒng)相比 ,大大降低了生產(chǎn)成本。缺點(diǎn)是加熱設(shè)備比較復(fù)雜 ,需要純凈的蒸汽 ,系統(tǒng)的熱回收能力差 ,生產(chǎn)成本高 ,且會(huì)影響乳中的風(fēng)味物質(zhì)以及乳湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 脂肪的穩(wěn) 定性 。 UHT 處理是指物料通過(guò)加熱至 135～ 150℃ ，保溫時(shí)間為 2～ 8s，以達(dá)到商業(yè)無(wú)菌要求，然后在無(wú)菌狀態(tài)下 罐裝于無(wú)菌包裝容器中的產(chǎn)品。由于蛋白質(zhì)的變性 ,改善酸乳的硬度與組織 。如乳中蛋白質(zhì)在高溫下變性； 強(qiáng)烈的加熱使乳的味道改變，出現(xiàn) “蒸煮味 ”及焦味。這需要極高的生產(chǎn)衛(wèi)生條件和優(yōu)良的冷鏈分銷(xiāo)系統(tǒng)。此法一般選用片式或管式熱交換器，可以在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)處理大量牛乳，目前廣為使用。該法的特點(diǎn)是：簡(jiǎn)單、方便，殺菌效果達(dá) 99%，致病菌完全被殺死；不能殺死嗜熱耐熱性細(xì)菌及孢子，乳中存在的一些酶也 未被鈍化；設(shè)備較龐大，殺菌時(shí)間較長(zhǎng)。 巴氏殺菌可消滅所有的致病菌、酵母、霉菌和絕大部分其他細(xì)菌，但并不能達(dá)到滅菌的程度。根據(jù)要滅微生物種類(lèi)的不同可分為巴 氏殺菌和商業(yè)殺菌。而生產(chǎn)規(guī)模大型化和集中化導(dǎo)致市場(chǎng)的地域更大和運(yùn) 輸距離更長(zhǎng)，這使得延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期的加工方法成為必不可少的，同時(shí)對(duì)能貯存在室溫下的熱處理 酸奶存在著需求。 （ 4） 選擇的流程能縮短生產(chǎn)周期，減少生產(chǎn)工序和環(huán)節(jié)，優(yōu)先采用機(jī)械化、 連續(xù)話(huà)作業(yè)線。 （ 5） 在冷鏈情況下消費(fèi)的包裝形式是現(xiàn)階段和未來(lái)產(chǎn)品的熱點(diǎn)和趨勢(shì)，這一方面由于冷鏈技術(shù)的發(fā)展，另一方面有利于保持酸乳中有足夠的對(duì)人體有益的活菌數(shù)。 20 世紀(jì) 90 年代以后芬蘭、挪威、荷蘭等國(guó) 出現(xiàn)了新型功能性酸奶——干酪乳桿菌酸乳，具有良好的產(chǎn)香和滑爽、細(xì)膩質(zhì)構(gòu)類(lèi) 酸乳 的 菌種選育已受到廣泛重視，此后發(fā)酵酸乳菌種研究也引起人們的重 視。 工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù) 是：設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；項(xiàng)目工程師下達(dá)的設(shè)計(jì)工作提綱；采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、 新材料時(shí)的技術(shù)鑒定報(bào)告；選用設(shè)備的有關(guān)產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料；其他設(shè)計(jì)資料。 工藝設(shè)計(jì)還需對(duì)工廠設(shè)計(jì)其他部 門(mén)或階段設(shè)計(jì)提供技術(shù)要求和基本數(shù)據(jù)資料。但為了保證產(chǎn)品的風(fēng)味，建議控制貯存在 20℃ 的干燥通風(fēng)、無(wú)日光直射的環(huán)境里。 貨架期一般是指產(chǎn)品從 生產(chǎn)出來(lái)后到保持消費(fèi)者能夠接受的質(zhì)量特性的時(shí)間（通常以天計(jì)）。其工藝流程 有三種， 分別為： （ 1） 原料乳（乳粉）驗(yàn)收 → 過(guò)濾、凈化 → 標(biāo)準(zhǔn)化 → 配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、 冷卻 → 接種 → 發(fā)酵 → 混合 → 均質(zhì) → 冷卻 → 包裝 → 冷藏 → 成品 。因?yàn)檫@類(lèi)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)攪拌成糊狀， 黏度較大，呈半流動(dòng)狀態(tài)，也稱(chēng)作液體酸奶 。其中根據(jù)成品組織狀態(tài)將酸奶分成凝固型、 攪拌型和飲用型酸奶 [1]。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 發(fā)酵型酸奶生產(chǎn)車(chē)間設(shè)計(jì) 1 緒論 發(fā)酵型酸 奶生產(chǎn)的各種工藝流程及相關(guān)特性 酸奶又名酸乳或酸牛乳，最原始的酸奶只是一種利用牛乳或其他動(dòng)物乳中天然存在的乳酸菌使乳糖轉(zhuǎn)化成乳酸而制作的一種發(fā)酵乳。 通常根據(jù)成品的組織狀態(tài)、口味、原料中的乳脂肪含量、 生產(chǎn)工藝和菌種的組 成可以將酸奶分成不同種類(lèi)。 攪拌型酸奶 攪拌型酸奶 是指經(jīng)過(guò)處理 的原料乳添加了發(fā)酵劑后，先在發(fā)酵罐中發(fā)酵至凝乳，再降溫?cái)嚢杵迫?、冷卻，分裝到包裝容器內(nèi)。經(jīng)熱處理的牛奶以與攪拌型 酸奶 一樣的方法在罐中發(fā)酵，當(dāng)達(dá)到所需的pH 值（接近 ）時(shí)，果汁、 糖和穩(wěn)定劑 就被充分的混合進(jìn)去，然后按產(chǎn)品所需的貨架期以不同的方法處理這種酸奶混合物。 利用 上述 三種不同的方法可分別獲得 2～ 3 周、數(shù)周、 數(shù)月的貨架期。 后一種方法通過(guò)商業(yè)無(wú)菌滅菌，可以貯存在室溫。根據(jù)計(jì)劃（設(shè)計(jì)）任務(wù) 書(shū)所規(guī)定的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品品種、質(zhì)量要求，并結(jié)合建廠地點(diǎn)、原料來(lái)源、動(dòng)力供應(yīng)及水源水質(zhì)等具體情況，因地制宜確定生 產(chǎn)方法、技術(shù)水平；選擇工藝流程、 生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)車(chē)間的布置等。工藝設(shè)計(jì)還需向其他設(shè)計(jì)提供要求和信息，包括對(duì)土建面積、車(chē)間高度、結(jié)構(gòu)、潔凈度、衛(wèi)生設(shè)施等的要求； 供水排水、電、汽、冷量及要求；原料、中間產(chǎn)品、 終產(chǎn)品數(shù)量及儲(chǔ)存要求；輔助車(chē)間的工藝要求等 [2]。 （ 2） 保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌為生產(chǎn)普通酸乳的最優(yōu)菌種 組合，雙歧桿菌酸乳和嗜酸乳桿湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 菌酸乳已越來(lái)越被消費(fèi)者所接受。利用現(xiàn)代殺菌技術(shù)生產(chǎn) “長(zhǎng)壽酸乳 ”已成