【導(dǎo)讀】本設(shè)計內(nèi)容主要包括設(shè)計說明、工藝流程、平面布局、設(shè)備選型。通過該課題設(shè)計，有助于學(xué)生對食品加工、功能性食品、生物。力，獨(dú)立工作能力及文獻(xiàn)資料查閱能力等。耗定額，計算標(biāo)準(zhǔn)，計算機(jī)工程繪圖等。益生菌奶茶粉是乳經(jīng)噴霧干燥制成全脂乳粉，進(jìn)而添加茶粉而制成的速溶飲。品，具有很好的保健功能。本設(shè)計設(shè)置了產(chǎn)品方案并且進(jìn)行物料衡算，同時進(jìn)行工藝設(shè)。最后繪制生產(chǎn)車間平面圖、工藝流程圖。

　　

【正文】 少集體事業(yè)設(shè)施的投資，年產(chǎn)一萬噸益生菌奶茶粉的工廠設(shè)計 13 改善職工生活福利的條件； 選廠中還應(yīng)盡量了解施工期間水電供應(yīng)，勞動力來源，施工工人居住生活，施工機(jī)械、預(yù)制場地、建材的運(yùn)輸、堆放等條件的利便情況 [1]。 總平面設(shè)計 總平面設(shè)計原則 本廠平面布置的設(shè)計原則有： 建筑物和構(gòu)筑物的設(shè)置與分布應(yīng)滿足乳品生產(chǎn)工藝的需要，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性 ，使作業(yè)線最短，生產(chǎn)最方便，工人勞動強(qiáng)度低。 車間應(yīng)按生產(chǎn)工藝流程及所要求的潔凈級別進(jìn)行合理布局。同一車間和鄰近車間進(jìn)行各項操作相互不得妨礙。做到人流與物流分開，原料與半成品、成品分開，原料乳的接收、驗收、預(yù)處理，原料乳的儲存，全部生產(chǎn)加工過程直到成品入庫要求在一條生產(chǎn)線流水線上，杜絕生產(chǎn)加工過程的交叉感染。 工廠建筑群的組成內(nèi)容及功能，要精心組織，合理安排，做到分區(qū)明確，造型協(xié)調(diào)。一般的乳品工廠在總體布局 時劃分生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)和廠前區(qū)。 原料倉庫、生產(chǎn)車間、成品倉庫、動力車間應(yīng)設(shè)置在與他有直接聯(lián)系的主要車間 附近，盡可能縮短貨物運(yùn)輸距離。 更衣間、消毒間應(yīng)設(shè)置在車間入口處，使進(jìn)入生產(chǎn)車間的工人必須通過更衣間、消毒間，確保人員的清潔衛(wèi)生。 主要車間的廠房應(yīng)設(shè)置在當(dāng)?shù)爻Ｄ曛鲗?dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，既可避免工廠自身所產(chǎn)生的污染，又使廠房有良好的自然通風(fēng)。 相互間有影響的車間，盡量不要放在同一建筑物上，要考慮生產(chǎn)工藝對溫、濕度和其他工藝參數(shù)的要求，防止相鄰車間受到干擾。 廠區(qū)主要通道既要注意走直線，又必須形成環(huán)路，以便于消防及其他車輛可直接到達(dá)廠區(qū)各建筑物。 乳粉工廠的鍋爐房等產(chǎn)塵量大的建筑物，應(yīng)建在常年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，如不 得已建在上風(fēng)向，則與煙囪之間的距離，應(yīng)大于煙囪高度的 12 倍。 建筑物、設(shè)備布置與工藝流程要銜接合理，建筑結(jié)構(gòu)完善能滿足生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量衛(wèi)生要求 [8]。 車間工藝布置 （ 1）車間內(nèi)部的設(shè)備與設(shè)備之間有一定的間距，為了維修方便和節(jié)約用地，間距的大小根據(jù)各設(shè)備的具體情況而定。 （ 2）潔凈車間和比較臟的車間間隔開，以防污染。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 14 （ 3）車間門的尺寸要求適中，本廠采用的單扇門寬度一般為 ，雙扇門寬度為2m。生產(chǎn)車間的門設(shè)防蠅、防蟲裝置，保證生產(chǎn)車間內(nèi)有良好的衛(wèi)生環(huán)境，有利于進(jìn)出車間的運(yùn)輸。 （ 4）工廠的生產(chǎn)車間基本上是天然采光。生產(chǎn)車間的采光系數(shù)為 1/4～ 1/6。設(shè)計側(cè)窗為單層固定窗，只作采光不作通風(fēng)，寬度為 2m。 （ 5）車間內(nèi)設(shè)立柱，每個柱子的寬度為 24cm，車間的開間為 6m，跨度為 9m 和 12m。車間廠房部分為全鋼結(jié)構(gòu)，廠房的墻壁厚度為 24cm。 （ 6）地面、樓面能防水、防腐蝕、防滲漏、防滑、無毒、易沖洗、消毒，并有 2‰的排水坡度和良好的排水系統(tǒng)，排水溝為普通的暗溝。墻壁能防霉、防潮、防水、無毒，易沖洗、消毒。墻面全用一定規(guī)格的白色瓷磚砌成，頂角、墻角、地角呈弧形，便于清洗。天 花板能防潮、防蟲、防水、防灰，易清洗，表面涂層牢固。門、窗嚴(yán)密，采用不銹鋼制作。窗和其他洞口安裝易于清洗、更換的紗窗。 （ 7）更衣室：為適應(yīng)衛(wèi)生要求，該工廠的更衣室設(shè)在生產(chǎn)車間人員進(jìn)出口處。進(jìn)入更衣室前有換鞋處。更衣后有洗手消毒池 [8]。 平面布置 （ 1）全廠總長 109m，寬為 82m,總面積為 8938 ㎡ ，生產(chǎn)車間長 55m，寬 25m。 （ 2）全廠分為生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)，建有生產(chǎn)車間、停車場、辦公樓、研發(fā)樓、傳達(dá)室、配電房、宿舍等，物流和人流分開。各建筑區(qū)之間有綠化帶分開，安排比較合理。 （ 3）根據(jù)規(guī)定：乳品廠的建筑系數(shù)不低于 25%35%，綠地率不低于 20％。 建筑系數(shù) =（ 3361/8938） 100％ = ％ 綠地率 =（ 2415/8938） 100％ = 27％ （ 4）廠區(qū)道路應(yīng)采用便于清洗的混凝土、瀝青及其他硬質(zhì)材料鋪設(shè)，防止積水及塵土飛揚(yáng)。本廠道路是采用的水泥地面，主干道路面寬為 9m，次干道路面寬 6m。 （ 5）鍋爐房應(yīng)該設(shè)計在下風(fēng)向。 設(shè)計全廠平面布置如下：（長寬 /m） 表 31 平面布置表 序號 名稱 長寬 /m 面積 m2 1 廠區(qū) 10982 8938 2 生產(chǎn)車間 5525 1375 3 辦公樓 2012 240 4 研發(fā)中心 2012 240 5 運(yùn)動場 249 216 年產(chǎn)一萬噸益生菌奶茶粉的工廠設(shè)計 15 6 花壇 2012 240 7 配電間 106 60 8 鍋爐房 106 60 9 水處理 126 72 10 住宿 209 180 11 食堂 209 180 12 原料 1210 120 13 產(chǎn)品 1412 168 14 門衛(wèi) 332 18 15 車庫 1412 168 16 停車場 127 84 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 16 4 物料衡算 班產(chǎn)量計算 奶茶廠全年的有效生產(chǎn)按 250 天計算，每天的生產(chǎn)班次為 2 班計，年產(chǎn)量 1 萬噸益生菌奶茶粉，確定奶茶粉各物質(zhì)比例： 全脂奶粉：茶粉：白砂糖：植脂末 =20： 2： 55： 23[9] 全脂奶粉占 20%計算，需要年產(chǎn)全脂奶粉 2020 噸，則日產(chǎn)全脂奶粉 8 噸。 牛奶中水的含量 %，則產(chǎn) 2020 噸奶粉需要原料乳約 16400 噸，日處理原料乳 噸，一天生產(chǎn) 12 小時，則處理量為 。 產(chǎn)品產(chǎn)量： 1）日生產(chǎn)能力 8t/d 2）年生產(chǎn)能力 2020 噸 /年 3）每班產(chǎn)量 4 噸 /班 4）每小時產(chǎn)量 原料乳處理量 1）日處理能力 2）年處理能力 16400 噸 /年 3）每小時處理量 原料乳成分及產(chǎn)品成分 表 41 原料乳成分表 : 乳脂肪 蛋白質(zhì) 乳糖 灰分 水分 非乳脂固體 % % % % % % 注：非乳脂固體（ %） =蛋白質(zhì)（ %） +乳糖（ %） +灰分（ %） [7] 表 42 產(chǎn)品成分表： 乳脂肪 水分 非乳脂固體 27% 2% 71% 標(biāo)準(zhǔn)化計算 （ 1） 乳脂肪 (F)與非脂乳固體 (S)之比 (R) 原料乳： % % ??? SFR 年產(chǎn)一萬噸益生菌奶茶粉的工廠設(shè)計 17 成品： 3 8 %71 %27 ??? SFR 標(biāo)準(zhǔn)化的方法：由于 R0 R，說明原料乳中的脂肪含量偏高，需要標(biāo)準(zhǔn)化使之平衡。原料乳中的脂肪含量過高，所以要把部分原料乳進(jìn)行分離，分離出的脫脂乳要加入原料乳中使它達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)乳要求，而分離的稀奶油則另用容器貯存 [1]。 （ 2） 稀奶油及脫脂乳中的非脂干物質(zhì)的計算 設(shè)定：當(dāng)預(yù)熱溫度為 40℃時 脫脂乳含脂肪 F1=% 稀奶油 含脂肪 F2=40% 脫脂乳中非脂乳固體： %% 0 0 0 01 0 01 0 0 0011 ????????? SFFS 稀奶油中非脂乳固體： %% 0 4010 010 010 0S 0122 ????????? SFF （ 3） 每噸原料乳應(yīng)添加的脫脂乳 (M1) kgFSR SRF 710 00M 11 001 ???? ?????? ??? （ 4） 標(biāo)準(zhǔn)乳成分 脂肪含量： % 5 71 0 0 0 % 5 7% 0 0 01 0 0 0 %% 0 0 0F 11 ?? ????? ???? MM標(biāo) 非脂乳固體： %%3 8 % ??? 標(biāo)標(biāo) 表 43 標(biāo)準(zhǔn)乳成分： 乳脂肪 水分 非乳脂固體 % % % （ 5） 制 (M1)脫脂乳需要 分離原料乳 (G) 設(shè)：分離 (G kg)原料乳可得到 (M1kg)脫脂乳和 (M2kg)稀奶油，根據(jù)脂肪含量守衡可知： GF0=M1F 1+M2F 2 且 G=M1+M2 則 : kgFF FFM 02 1012 ????????? 則需要分離原料乳： kgMG 21 ????? （ 6） 一噸原料乳可制得標(biāo)準(zhǔn)乳 (G1)去除的稀奶油 (G2) 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 18 一噸原料乳可制得標(biāo)準(zhǔn)乳：1G ? ,則 G1= 去除的稀奶油： 0 0 0G1 0 0 0G 12 ????? （ 7） 檢 驗 一噸原料乳中含脂肪量： m0=M0F 0=1000％ =38kg 一噸原料乳分離后得到標(biāo)準(zhǔn)乳中的脂肪含量： m1=G1F 標(biāo) =％ =。 一噸原料乳脫去稀奶油中的脂肪含量： m2=G2F 2=40％ =。 結(jié)論： m0≈m1+m2，計算正確 原料乳單位處理量的物料衡算 查閱資料得： 各流程的損失率為：過濾 —— % 凈乳 —— % 殺菌 —— % 均質(zhì) —— % 過篩 —— % 水分蒸發(fā)率：濃縮 —— 48% 噴霧干燥 —— 75% 每小時處理量為 （ 1）原料乳的質(zhì)量為 噸 （ 2）取過濾的損失率為 %，則經(jīng)過濾后的質(zhì)量為： （ %） = 噸 （ 3）取凈乳的損失率為 %，則經(jīng)凈乳后的質(zhì)量為： （ %） = 噸 （ 4）取均質(zhì)的損失率為 %，則經(jīng)均質(zhì)后的質(zhì)量為： （ %） = 噸 （ 5）取殺菌的損失率為 %，則經(jīng)殺菌后的質(zhì)量為： （ %） = 噸 （ 6）取濃縮的水分蒸發(fā)率為 48%，則經(jīng)濃縮后的質(zhì)量為： （ 148%） = 噸 （ 7）取噴霧干燥的水分蒸發(fā)率為 75%，則經(jīng)噴霧干燥后的質(zhì)量為： （ 175%） = 噸 （ 8）取過篩的損失率為 %，則經(jīng)過篩后的質(zhì)量為： （ %） = 噸 具體物料衡算流程圖如下： 原料乳驗收 噸 /時 年產(chǎn)一萬噸益生菌奶茶粉的工廠設(shè)計 19 ↓ 過濾 噸 /時 ↓ % 凈 乳 噸 /時 ↓ % 冷卻 噸 /時 ↓ 貯乳 噸 /時 ↓ 均質(zhì) 噸 /時 ↓ % 標(biāo)準(zhǔn)化 噸 /時 ↓ 預(yù)熱殺菌 噸 /時 ↓ % 真空濃縮 噸 /時 ↓ 48% 噴霧干燥 噸 /時 ↓ 75% 出粉冷卻 噸 /時 ↓ 過篩 噸 /時 ↓ % 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 20 包裝 噸 /時 ↓ 成品 年產(chǎn)一萬噸益生菌奶茶粉的工廠設(shè)計 21 5 能量衡算 熱交換設(shè)備傳熱過程 乳品加工中的預(yù)熱、殺菌、冷卻、濃縮等操作，其目的各不相 同，而實質(zhì)都是使較熱的物體將熱量傳遞較冷的物體，這種過程稱為熱交換過程或傳熱過程。傳熱設(shè)備稱為熱交換器或換熱器，用于殺菌時稱為殺菌器。參與傳熱過程的兩種流體稱為載熱體，放出熱量的熱流體成為熱載體，而溫度較低、接受熱量的冷流體成為載體。牛乳的殺菌設(shè)備中，蒸汽或熱水是熱載體，牛乳是冷載體。 我們現(xiàn)在使用的熱交換設(shè)備屬于間接熱傳遞方式，即熱載體通過傳熱壁將熱量傳遞給冷載體實現(xiàn)的。假如在傳熱壁一側(cè)熱介質(zhì)為流動的熱水，而流動的冷牛乳位于另一例，那么加熱介質(zhì)一側(cè)的間壁被加熱，另一側(cè)被冷卻。在間壁的兩側(cè)，各有一個邊界層。 由于摩擦力，與間壁接觸的邊界層的液體流速接近于零。緊靠邊界層外的一層流體受邊界層影響，流速很小，在通道的中心流速達(dá)到最大值。同樣，熱水的溫度在通道的中心是最高的，越是接近間壁的水，另一側(cè)的冷介質(zhì)冷卻的越快。熱量以對流和傳導(dǎo)的方式通過邊界層傳遞 [3]。 熱量衡算過程說明 換熱器的傳熱計算主要有兩類： 一類是設(shè)計計算，即根據(jù)生產(chǎn)要求的熱負(fù)荷，確定換熱器的傳熱面積，另一類 shi 校核計算，即計算所給換熱器的傳熱量、流體的流量或溫度等。兩者以換熱器的熱量衡算和傳熱速率方程為計算基礎(chǔ)。 巴氏殺菌 牛奶 剛擠出來溫度為 36℃ ，選用巴氏殺菌機(jī)加熱到 80℃ 保持 15min。牛乳密度為1020kg/m3，比熱容為 (kg?℃) ，局部總傳熱系數(shù)取經(jīng)驗值 150W/(m2?℃) 。 熱交換過程如下： 物料進(jìn)口溫度 t1=36℃ 物料出口溫度 t2=80℃ 熱蒸汽進(jìn)口溫度 T1=120℃ 熱蒸汽出口溫度 T2=110℃ 物料出口與進(jìn)口溫度差 ?t1=T1t2=12080=40℃ ?t2=T2t1=11036=74℃ 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 22 平均溫度差 ?tm： 因為 ?t2/?t1=74/40=＜ 2 所以 ?tm=(?t1+?t2)/2=(74+40)/2=57℃ 冷物料所需要的能量： Q=WcCpc(t2t1)=(8036)= Wc：每秒鐘所處理的物料量， kg/s； Cps：牛乳比熱容， kJ/(kg?℃) 傳熱面積 S1=Q/K?tm=92110/(15057)= 為保證傳熱效果，取放大系數(shù) ，校正傳熱面積 S S=S1=