【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)展趨勢是： 提高操作溫度和操作壓力，加大處理量，擴大使用范圍，研制采湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（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。 板式換熱器的主要缺點是：密閉周邊長，目前大型板式換熱器墊圈 總長超過 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，它的處理量也相對較小。 換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見，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，換熱器的種類開發(fā)越來越多 。故目前大型工廠采用自動排渣凈乳或三用分離機（奶油分離、凈乳、標(biāo)準(zhǔn)化），對提高乳的質(zhì)量和產(chǎn)量起了重要的作用。凈乳時的乳溫在 30～ 40℃ 為宜，在凈乳的過程中要防止泡沫的 產(chǎn)生。凈乳的方法主要有過濾法及離心凈乳法。通常，這部分的冷量散失可由經(jīng)驗數(shù)據(jù)求取。則 1L 發(fā)酵乳每小時放熱量為： ? ?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（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 ），則每小時耗水量為： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（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，乳的比熱容 1C= kJ/（㎏ K ），因此升溫過程所需的熱量為：? ? 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)保溫時間為 2s ， 蒸發(fā)量為每小時 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 ， 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)升溫過程中消耗的熱損失約為前二次耗熱量的 10% ， 則 UHT 處理過程的耗熱量為 ： ? ? ? ?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（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（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（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 算： 0Q = M+ G = 11 5. 5+ 8. 08 5= 12 3. 6(㎏ ) 20 ℃ 時 ， 標(biāo)準(zhǔn)化乳密度為 ， 而 90~95 ℃ 時標(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（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)計中， 理想化假 設(shè)原料乳 到成品（酸乳）中的脂肪與無脂干物質(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 ,每個工作日實際產(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（論文） 5 脂肪的穩(wěn) 定性 。 UHT 處理是指物料通過加熱至 135～ 150℃ ，保溫時間為 2～ 8s，以達到商業(yè)無菌要求，然后在無菌狀態(tài)下 罐裝于無菌包裝容器中的產(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)良的冷鏈分銷系統(tǒng)。此法一般選用片式或管式熱交換器，可以在短時間內(nèi)連續(xù)處理大量牛乳，目前廣為使用。該法的特點是：簡單、方便，殺菌效果達 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，殺菌時間較長。 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，但并不能達到滅菌的程度。根據(jù)要滅微生物種類的不同可分為巴 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)致市場的地域更大和運 輸距離更長，這使得延長產(chǎn)品貨架期的加工方法成為必不可少的，同時對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)先采用機械化、 連續(xù)話作業(yè)線。 （ 5） 在冷鏈情況下消費的包裝形式是現(xiàn)階段和未來產(chǎn)品的熱點和趨勢，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 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 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)計的主要依據(jù) 是：設(shè)計任務(wù)書；項目工程師下達的設(shè)計工作提綱；采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、 新材料時的技術(shù)鑒定報告；選用設(shè)備的有關(guān)產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料；其他設(shè)計資料。 工藝設(shè)計還需對工廠設(shè)計其他部 門或階段設(shè)計提供技術(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)出來后到保持消費者能夠接受的質(zhì)量特性的時間（通常以天計）。其工藝流程 有三種， 分別為： （ 1） 原料乳（乳粉）驗收 → 過濾、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 。因為這類產(chǎn)品經(jīng)過攪拌成糊狀， 黏度較大，呈半流動狀態(tài)，也稱作液體酸奶 。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（論文） 1 發(fā)酵型酸奶生產(chǎn)車間設(shè)計 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。 攪拌型酸奶 攪拌型酸奶 是指經(jīng)過處理 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，再降溫攪拌破乳、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)達到所需的pH 值（接近 ）時，果汁、 糖和穩(wěn)定劑 就被充分的混合進去，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。 后一種方法通過商業(yè)無菌滅菌，可以貯存在室溫。根據(jù)計劃（設(shè)計）任務(wù) 書所規(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、原料來源、動力供應(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)備進行生產(chǎn)車間的布置等。工藝設(shè)計還需向其他設(shè)計提供要求和信息，包括對土建面積、車間高度、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)量及儲存要求；輔助車間的工藝要求等 [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（論文） 3 菌酸乳已越來越被消費者所接受。利用現(xiàn)代殺菌技術(shù)生產(chǎn) “長壽酸乳 ”已成