【正文】 酸奶工廠設(shè)計摘要酸奶工廠設(shè)計目前國內(nèi)設(shè)計部門還沒有專門的研究，尤其是如何生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品還沒有相關(guān)的經(jīng)驗，尤其在生產(chǎn)工藝、自動化控制等方面存在著比較大的脫節(jié)，因此現(xiàn)在設(shè)計部門僅僅進行土建、通風(fēng)、照明以及水電氣冷等公用能源的設(shè)計，而生產(chǎn)工藝、設(shè)備選型、現(xiàn)場安裝、自動化系統(tǒng)等核心的部分由國外供應(yīng)商完成，因此很少有國內(nèi)企業(yè)自己完成比較大的項目，這樣給國內(nèi)的乳品發(fā)展造成缺乏核心技術(shù)，簡單依賴于進口的局面，要提高自身的技術(shù)水平，就需要研究基礎(chǔ)的方法，掌握乳品加工的核心技術(shù)。另外，由于在國外各種能源的價格和勞動力的價格昂貴，國外在能源消耗、環(huán)保和自動化水平方面都要比國內(nèi)有很大的領(lǐng)先，這正是需要學(xué)習(xí)提高的地方。進行了物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型、經(jīng)濟技術(shù)分析，繪制了工藝流程圖、車間設(shè)備平面布置圖、總平面布置圖。結(jié)合最佳的生產(chǎn)工藝，同時節(jié)能降耗、關(guān)注環(huán)保，采用部分節(jié)能設(shè)計和設(shè)備，設(shè)計一個高品質(zhì)酸奶的全自動化、節(jié)能、環(huán)保型工廠，目前根據(jù)市場需求，企業(yè)通常在日產(chǎn)300~500噸或以上的工廠采用自動化的方式進行，并且該產(chǎn)量能夠滿足城市型冷鏈產(chǎn)品分銷的產(chǎn)量，因此本論文將以日產(chǎn)300噸酸奶為設(shè)計基礎(chǔ)進行設(shè)計。目前，在我國市場上供應(yīng)的酸奶多以牛奶加工而成。酸奶營養(yǎng)豐富，易被人體消化吸收，東方人普遍存在乳糖不耐受的情況，因此酸奶尤其適合在國內(nèi)的發(fā)展，隨著上世紀(jì)九十年代末開始，我國牛奶行業(yè)飛速發(fā)展，平均年增長率達到30%，酸奶的增長也是突飛猛進，各企業(yè)為了占領(lǐng)市場，都迅速增加工廠和設(shè)備以求提高產(chǎn)品產(chǎn)量來滿足市場。由于我國牛奶行業(yè)的基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)裝備和生產(chǎn)水平都處于比較落后的狀態(tài)，在酸奶工廠的擴建過程中很多工廠生產(chǎn)工藝設(shè)計基本都延續(xù)以前的方法，通過簡單增加設(shè)備數(shù)量來提高產(chǎn)量，對于各生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)定、設(shè)備配置、自動化水平、CIP清洗等都比較盲目，沒有系統(tǒng)的進行分析和設(shè)計，因此很多工廠都存在各種各樣的生產(chǎn)隱患，隨著產(chǎn)品產(chǎn)量的不斷高，企業(yè)在消費者中的關(guān)注度也越來越高，也就意味著企業(yè)品牌的無形資產(chǎn)逐漸提高，對產(chǎn)品的質(zhì)量和食品安全的要求將會使采用陳舊加工工藝和設(shè)備的企業(yè)生產(chǎn)如履薄冰，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，投入的人力物力將大大增加。因此，越來越多的企業(yè)將產(chǎn)品質(zhì)量作為企業(yè)的第一競爭力，生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品是企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。現(xiàn)在中央高度重視并己部署的加強節(jié)約型社會建設(shè)的目標(biāo)，都要求企業(yè)將提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)消耗作為最重要的任務(wù)來進行。酸奶工廠設(shè)計目前國內(nèi)設(shè)計部門還沒有專門的研究，尤其是如何生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品還沒有相關(guān)的經(jīng)驗，生產(chǎn)企業(yè)在激烈的市場競爭和與國內(nèi)外同行的交流中有了極大的提高，但是設(shè)計部門在生產(chǎn)工藝、自動化控制等方面存在著比較大的脫節(jié)，因此造成了現(xiàn)在設(shè)計部門僅僅進行土建、通風(fēng)、照明以及水電氣冷等公用能源的設(shè)計，而生產(chǎn)工藝、設(shè)備選型、現(xiàn)場安裝、自動化系統(tǒng)等核心的部分由國外供應(yīng)商完成。另外，由于在國外各種能源的價格和勞動力的價格昂貴，國外在能源消耗、環(huán)保和自動化水平方面都要比國內(nèi)有很大的領(lǐng)先，這正是需要學(xué)習(xí)提高的地方。從酸奶角度來看，不同地區(qū)的消費習(xí)慣不同，產(chǎn)品的風(fēng)味分為:濃烈、芳香、淡爽等類型，組織狀態(tài)分為:濃稠型(流動性不好，適用于用勺子取食)、常規(guī)型(流動性一般，適用于吸管吸食)以及爽滑型(流動性好，適用于直接飲用)等；在微生物方面也分為常規(guī)乳酸菌(保加利亞乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌)發(fā)酵、益生菌發(fā)酵和后添加益生菌型等。在酸奶行業(yè)迅速發(fā)展的階段，研究并設(shè)計具有較高生產(chǎn)水平，擁有自身核心競爭力的自動化工廠具有非常現(xiàn)實的意義，高質(zhì)量的產(chǎn)品滿足消費者日益提高的產(chǎn)品需求，自動化的設(shè)計能夠保證工廠生產(chǎn)出穩(wěn)定、高質(zhì)量的產(chǎn)品，同時能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。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。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。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。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。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)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。、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。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。凝固性酸奶的發(fā)酵采用繼代式菌種，發(fā)