【文章內(nèi)容簡介】 夠大量減少工人的使用，避免人為因素引起的質(zhì)量波動和損失?？紤]到工廠的環(huán)保和節(jié)能，將對能源再次利用，對降低生產(chǎn)成本，提高能源利用率，減少環(huán)境污染有著重要的意義。綜上所述，本論文將圍繞著生產(chǎn)奶香明顯、酸奶風(fēng)味濃郁，具有較高粘稠度、細(xì)膩滑爽，通過益生菌發(fā)酵的高品質(zhì)酸奶，結(jié)合最佳的生產(chǎn)工藝設(shè)計一個日產(chǎn)300噸高品質(zhì)酸奶的全自動化工廠。在本論文中將主要進行生產(chǎn)工藝的分析和設(shè)計，通過不同的設(shè)備選型和安裝設(shè)計，在保證生產(chǎn)高品質(zhì)酸奶的基礎(chǔ)上進行工藝優(yōu)化，達(dá)到降低能源消耗、提高生產(chǎn)效率，減少排污和生產(chǎn)成本的環(huán)保型工廠。根據(jù)現(xiàn)在市場各家工廠的產(chǎn)品比例和設(shè)備配置，工廠日生產(chǎn)產(chǎn)品方案見表1一1表11工廠日生產(chǎn)產(chǎn)品方案酸奶的生產(chǎn)系統(tǒng)包括:收奶系統(tǒng)、混料系統(tǒng)、殺菌系統(tǒng)、菌種系統(tǒng)、發(fā)酵系統(tǒng)、待裝灌裝系統(tǒng)、CIP系統(tǒng)，熱水系統(tǒng)等。本論文將圍繞以上生產(chǎn)系統(tǒng)對工廠布置、生產(chǎn)工藝流程設(shè)計、設(shè)備選型、車間平面布置、能源消耗以及能源系統(tǒng)選型等進行設(shè)計。第二章工藝流程設(shè)計由于酸奶工廠原料基本采用奶牛當(dāng)日產(chǎn)的牛乳，并且酸奶是消費者每日飲用的產(chǎn)品，因此酸奶工廠全年沒有停產(chǎn)時間，按照365日計算。本論文設(shè)計為日生產(chǎn)300噸高品質(zhì)酸奶為依據(jù)，根據(jù)市場情況的劃分，凝固性酸奶為100噸、攪拌型酸奶200噸，具體的產(chǎn)品種類的見表2一1。3 物料衡算及能量衡算根據(jù)酸奶基礎(chǔ)配方:凝固型酸奶:鮮牛奶:85%，蔗糖:7%，穩(wěn)定劑:%，菌種:3%，水:余量攪拌型酸奶:鮮牛奶:85%，蔗糖:7一5%，穩(wěn)定劑:%，菌種:直投，果料O一5%，水:余量菌種:脫脂奶粉:12%，水:余量凝固型酸奶的日產(chǎn)量為100噸，因此生產(chǎn)凝固型酸奶的原料使用量(以最高使量計)如下:鮮牛奶:100噸*85%=85噸蔗糖:100噸*7%=7噸穩(wěn)定劑:100噸*%=菌種:100噸*3%=3噸攪拌型酸奶的日產(chǎn)量為200噸，因此生產(chǎn)攪拌型酸奶的原料使用量(以最高使用量計)如下:鮮牛奶:200噸*85%=170噸蔗糖:200噸*7%=14噸穩(wěn)定劑:200噸 *%=l噸菌種:直投式菌種果料:200噸*5%=10噸菌種日消耗量為3噸，因此原料使用量如下:脫脂奶粉:3噸*12%=根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品原料產(chǎn)出率為96%計算:，，直投式菌種供200噸攪拌性酸奶使用。菌種生產(chǎn)出來后直接進入產(chǎn)品，因此菌種利用率按99%。，日消耗原料見表3一1原料配方凝固型攪拌型凝固型100（噸）攪拌型200（噸）菌種3（噸）總量300（噸）實際量（噸）鮮牛奶85%85% 85170 255蔗糖 7%7% 714 21 穩(wěn)定劑 % % 1 菌種 3% 30 3 果料 0% 5% 0 10 10 脫脂奶粉 :收奶系統(tǒng)每天收奶266噸，按照原奶溫度巧℃計，需要采用冰水將原奶冷卻到4℃的儲存溫度，冰水通常使用條件為2℃進水，升溫不超過12℃，即14℃冰水回流，因此收奶系統(tǒng)冰水日耗量計算如下:Q=MC△T；　　Q冰水=Q生奶266000**(15－4)=M冰水**(14－2)M冰水＝231641升:每天生產(chǎn)牛奶按照300噸計算，通常混料量占總料量的1/3，因此混料系統(tǒng)每天有100噸物料需要加熱和冷卻，按照混料溫度55℃計，需要采用冷卻塔水和冰水將混合物料冷卻至?xí)捍鏈囟?5℃，冷卻塔水夏天時35℃，按照換熱器設(shè)計2℃出口溫差，需要用冰水冷卻的溫度段為37℃冷卻至15℃，冰水通常使用條件為2℃進水，升溫不超過12℃，即14℃冰水回流，混合物料的比熱按照奶的比熱來計算，因此混料系統(tǒng)冰水日耗量計算如下:Q=MC△T； Q冰水=Q混合物料100000**(3715)=M冰水**(142)M冰水=174167升:每天生產(chǎn)凝固型酸奶按照100噸計算，生產(chǎn)攪拌型酸奶是設(shè)備出口溫度為43℃，因此不需要使用冰水，而生產(chǎn)凝固性酸奶需要消耗冰水，根據(jù)設(shè)備能力不同，冰水耗量為：20噸/小時巴氏殺菌機:34039升/小時，日工作14小時；10噸/小時巴氏殺菌機:16500升/小時，日工作16小時。:天生產(chǎn)菌種按照3噸計算，按照發(fā)酵溫度42℃計，需要采用冰水將混合物料存溫度4℃，冰水通常使用條件為2℃進水，升溫不超過12℃，即14℃冰水回流，菌種的比熱按照奶的比熱來計算，因此菌種系統(tǒng)冰水日耗量計算如下:Q=MC△T； Q冰水=Q菌種奶3000**(424)=M冰水**(142)M冰水=9025升菌種罐加套用冰水使用量為:2000升/小時(該設(shè)備冷卻后回水溫度將會下降至接近4℃)。:天生產(chǎn)攪拌型酸奶按照200噸計算，按照發(fā)酵溫度42℃計，酸奶冷卻需要采用冰水卻至?xí)捍鏈囟?0℃，冰水通常使用條件為2℃進水，但為保證產(chǎn)品質(zhì)量，因此18℃回流，酸奶的比熱按照奶的比熱來計算，因此發(fā)酵系統(tǒng)冰水日耗量計算Q=MC△T； Q冰水=Q酸奶200000**(4220)=M冰水**(182)M冰水=261250升:灌裝系統(tǒng)消耗冰水主要是屋頂灌裝設(shè)備，屋頂包2消耗1140升/小時，每天工作10時，屋頂包3消耗2280升/小時左右，每天工作8小時，日消耗冰水為41040計本工廠冰水耗量約為:1505670升,即工廠日耗冷量為:Q冷量=1505670**(142)=75886000KJ:每天生產(chǎn)牛奶按照300噸計算，通?；炝狭空伎偭狭康膌/3，因此混料系統(tǒng)物料需要加熱和冷卻，按照混料溫度55℃計，需要采用蒸汽將原奶從4℃升至混料溫度55℃，蒸汽通常使用條件為3Bar的飽和蒸汽，蒸氣潛熱量為2200KJ/K，混合物料的比熱按照奶的比熱來計算，不考慮系統(tǒng)能量損耗，因此混料系統(tǒng)蒸氣日耗計算如下:Q=MC△T； Q蒸汽=Q混合物料100000**(554)=M蒸汽*2200M蒸汽=9250Kg 殺菌系統(tǒng)消耗蒸氣量:每天預(yù)殺菌生奶為266噸，殺菌溫度72℃，原奶溫度4℃，按照設(shè)備的熱回收效率90%計算，因此預(yù)殺菌巴氏殺菌機日蒸氣消耗為:M熱汽=266000**(724)*(190%)/2200=3280Kg即:噸產(chǎn)品蒸氣耗量=生產(chǎn)凝固型和攪拌型酸奶的殺菌溫度均為95℃，進料溫度10℃，按照300噸計算，設(shè)備熱回收效率92%，酸奶巴氏殺菌機日蒸氣耗量為:即M蒸汽=300000**(9510)*(192%)/2200二3700Kg即:噸產(chǎn)品蒸氣耗量=:每天生產(chǎn)菌種按照3噸計算，進料溫度10℃，按照300噸計算，設(shè)備熱回收效率92%，菌種系統(tǒng)日蒸氣耗量為:M蒸汽=3000**(9510)*(1一92%)/2200=37Kg:每天生產(chǎn)凝固型酸奶按照100噸計算，按照發(fā)酵溫度42℃計，酸奶加熱至罐裝溫度43℃，需要采用蒸汽加熱熱水，熱水加熱酸奶，能量傳遞效率98%，因此發(fā)酵蒸汽日耗量計算如下:M蒸汽=100000**(43一10)/2200/98%=6100Kg CIP系統(tǒng)蒸汽消耗量每天清洗需要加熱清洗介質(zhì)，根據(jù)清洗用管式換熱器的設(shè)計數(shù)據(jù)，各清清洗壓力線峰值蒸汽消耗量為723Kg/小時，6Bar，飽和蒸汽。由于總共8條壓力線，但是基本上不會同時消耗蒸汽，因此可以按照70%，進行計算，即平均消耗蒸汽4O50Kg蒸汽。、壓縮空氣等耗量電耗和壓縮空氣的耗量與設(shè)備的生產(chǎn)能力有關(guān)，將設(shè)備清單中設(shè)備的消耗量累計，即可得到能源的消耗，由于工廠不會所有設(shè)備同時運轉(zhuǎn)，因此根據(jù)經(jīng)驗以該數(shù)據(jù)總量的70%對其進行計算。4 設(shè)備選型及工藝流程圖為保證工廠不會因為生產(chǎn)過程的瓶頸對整個生產(chǎn)造成影響，工藝流程從前到后的能力是逐漸減小，當(dāng)最終灌裝生產(chǎn)的能力滿足要求時，上游工序就一定能夠滿足生產(chǎn)的要求，同時當(dāng)需要部分增加產(chǎn)量時，簡單的增加灌裝設(shè)備的數(shù)量即可實現(xiàn)。當(dāng)然，在酸奶生產(chǎn)過程中盡量保證巴氏殺菌設(shè)備的連續(xù)工作，這樣能夠有效地提高設(shè)備利用率，降低設(shè)備空轉(zhuǎn)時的能源消耗。酸奶工廠的生產(chǎn)首要考慮產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)品粘度的保護等因素，為了能在節(jié)約成本、降低投入的情況下生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，設(shè)備的選型會從以下幾個條件來考慮，即發(fā)酵速度、發(fā)酵好酸奶冷卻、產(chǎn)品送料管路、灌裝機生產(chǎn)速度以及產(chǎn)品配料過程等，具體描述如下:酸奶的發(fā)酵速度主要受菌種的生產(chǎn)條件作決定，通常采用繼代式菌種的發(fā)酵時間為3小時，使用直投式菌種5~6小時，因此為保證工廠在未來產(chǎn)品配方選擇方面有比較大的靈活性，本論文攪拌型酸奶發(fā)酵考慮采用直投式菌種的發(fā)酵時間，即6小時。凝固性酸奶的發(fā)酵采用繼代式菌種，發(fā)酵時間為3小時。因此直投式菌種在投料前最好在常溫下活化一小時，而凝固型酸奶的發(fā)酵室進料時間保持在40分鐘，以避免發(fā)酵過程中震動酸奶發(fā)生乳清析出等質(zhì)量缺陷。由于酸奶在發(fā)酵終點，pH降低到設(shè)定值時其發(fā)酵過程仍在繼續(xù)，為避免產(chǎn)品的酸度增加過多，因此需要盡快地將發(fā)酵好的產(chǎn)品冷卻下來，通常將酸奶冷卻至20℃左右，在此溫度下菌種中的乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌生長將大大放緩，在灌裝后的降溫儲存過程中菌種的后發(fā)酵將會豐富產(chǎn)品的風(fēng)味，同時由于膠體的再形成，產(chǎn)品的薪度將大大提升。酸奶冷卻過程中的酸奶豁度較高，呈較均勻的組織狀態(tài)，部分乳清成團的分散在整罐酸奶的凝膠之中。為保證酸奶組織狀態(tài)均勻細(xì)膩，本設(shè)計在冷卻之前設(shè)置平滑過濾器對酸奶進行切割，將酸奶進行細(xì)化，平滑過濾器的選擇需要考慮管路中酸奶的流量，通常在此處的酸奶壓降為IBar。酸奶平滑過濾器結(jié)構(gòu)見下圖4一1。圖4一1酸奶平滑過濾器經(jīng)過平滑過濾器切割過的凝乳需要通過換熱器將溫度降到巧~20℃，由于凝乳受冷勃度將急劇提高，經(jīng)過板片和管路輸送剪切后將有很大的損失，因此為保護凝乳的粘度和組織狀態(tài)，在板式換熱器必須要選擇寬流道設(shè)計，降低物料在板片中的阻力或壓降(lbar)。工廠中冷卻媒介通常為2℃冰水，但是用2℃冰水冷卻溫差很大，凝乳戮度破壞較大，破壞后的勃度不容易恢復(fù)，根據(jù)研究顯示，冷媒和物料的溫差在5℃左右效果較好。同時由于寬流道板式換熱器對清洗流量有比