年产20吨发酵酸豆乳饮料车间设计

年产20吨发酵酸豆乳饮料车间第一章 绪论1.1 大豆的营养特点大豆是国内重要的植物性蛋白食物资源，营养丰富，大豆中蛋白质含量一般为35%40%，脂肪含量为15%20%，其中人体所必需的亚油酸含量约占50%，碳水化合物含量为20%30%，此外还具有多种矿物质和维生素，氨基酸种类齐全，其中人体所必需的8种氨基酸的含量基本上与联合国卫生组织所建议的相近【1】，因此，有“植物肉”、“绿色牛乳”之美誉【2】。此外，大豆中不含胆固醇，故有降血脂的作用;其中具有的维生素、无机盐等营养物质，又使大豆具有辅助治疗糖尿病、缺铁性贫血，避免动脉硬化和防治肿瘤等功能，有资料显示大豆产品的消费是与癌症与心血管疾病成反比的【3】。1.2 大豆酸乳的营养价值由于大豆酸乳中的大豆、鲜牛奶等经乳酸发酵成分有很大的变化。它既能发挥大豆的营养功能，又能清除大豆中的抗营养因子，使大豆蛋白质的消化率得到明显提高，营养效果更趋于完善。（1）大豆酸奶中的蛋白质经乳酸发酵 ,变成氨基酸 ,与同类型产品相比 ,大豆酸奶发酵前后氨基酸含量增长11倍 ,而一般酸奶仅增长 4 倍 ,并具有丰富的必需氨基酸 ,营养价值提高【4】。(2)大豆酸奶中的脂肪、胆固醇由于使用大豆为重要原料,对照同类产品,前者其含量明显下降，一般酸奶脂肪为1%3% ,而大豆酸奶脂肪仅0.63 %；并且发酵后脂肪球变小,低档脂肪酸和必需脂肪酸含量增长 ,有助于消化吸取【5】。(3) 大豆酸奶中的乳糖约有30 %转化为多种有机酸(如甲酸、柠檬酸、乙酸等),它能增长酸奶的独特风味克制有害微生物的繁殖，增进胃液分泌和胃肠蠕动 增进机体对钙、磷、铁的吸取【6】。（4）发酵酸豆乳饮料具有较多的 Ca，Fe，Zn 等微量元素。此外益生菌发酵过程中，豆浆中的植酸含量减少了 50%，低聚糖、脂肪氧化酶等抗营养因素分解，从而提高了产品中 Fe，Zn，Ca等营养素的生物运用率，肠涨气现象和豆腥味明显减少，口感风味改善，使大豆蛋白更易被人体消化吸取【1】。1.3 发酵酸豆乳饮料的保健功能大豆酸奶具有较强的抗菌活性，可克制有害菌的生长（据研究证明大豆酸奶中的乳清可使绿脓杆菌、伤寒杆菌、福式痢疾杆菌完全不生长，对大肠杆菌有很强的克制作用），而使有益菌如嗜酸杆菌、双歧杆菌占优势，嗜酸杆菌会产生有机酸、过氧化氢及抗生素物质，双歧杆菌具有避免便秘、避免及治疗细菌性下痢、维持肠道菌群平衡、合成VB等功能，并且它还可以运用其他细菌不能运用的低聚糖类【1】。(2)研究证明，饮用酸豆乳能使血清中胆固醇含量减少，这是由于乳酸菌可在肠道内吸附、繁殖，从而干扰了小肠壁对胆固醇的吸附。也有人觉得是微生物细胞吸取了胆固醇，通过微生物代谢将胆固醇转化为胆酸及胆汁酸而排出体外【1】。（3）酸豆乳中具有多种抗氧化物质（如SOD等），具有防衰老和延年益寿之功能。SOD及其他抗氧化物质能清除机体中的自由基，避免它使生物细胞膜受损、酶反映活性下降，能起到防衰老，延年益寿的作用【5】。因此，在老龄化社会即将到来之际，酸豆乳饮品作为老年人食品更具意义。（4）豆乳饮料中具有丰富的卵磷脂和矿物质，长期饮用豆乳类饮料有助于治疗缺铁性贫血。同步酸豆乳具有优质的蛋白质和维生素，对恢复肝细胞活力、保护肝脏是最佳的食品。1.4 发酵酸豆乳饮料有关原则发酵酸豆乳饮料的感官规定参照植物蛋白饮料 豆奶（豆浆）和豆奶饮料原则【7】见表1-1。表1-1 感官规定项目规定外观气味与滋味具有反映产品特点的外观及色泽，容许有少量沉淀上浮，无非正常可见外来杂质具有豆奶以及所添加辅料应有的气味和滋味，无异味发酵酸豆乳饮料的理化指标参照植物蛋白饮料 豆奶（豆浆）和豆奶饮料原则【7】见表1-2。表1-2 理化指标项目指标总固形物蛋白质脂肪2.0 g/100mL1.0g/100g0.4 g/100g卫生规定：脲酶活性、总砷、铅、铜及菌落总数、大肠杆菌、霉菌和酵母、致病菌（沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌）按GB 16322的规定执行。食品添加剂和食品营养强化剂应符合GB 2760及GB 14880的有关规定。1.5 国内外酸豆乳的研究现状在许多国家，将大豆作为食品已有几种世纪之久，不经发酵而食用的大豆食品重要有豆浆、豆腐等，作为霉菌发酵的有酱、腐乳和纳豆等。但是在东方，大豆食品的乳酸菌发酵却未受到人们的注重，甚至研究工作者也没有予以应有的注意。在国内，大豆作为发酵制品重要是通过发酵后作为调味品，而对乳酸菌发酵大豆制品的研究与国外的研究相比，起步较晚。早在1934年和1937年国际上就有有关发酵酸豆乳饮料的报道。1940年，对酸豆乳中的乳酸菌培养进行了第一次系统的研究。1970年Yama等运用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵开发了酸豆乳饮料，研究觉得以大豆蛋白为原料制造酸凝乳或乳酸饮料无需特殊菌种，添加某些氨基酸就可以掩蔽大豆特有的豆腥味。BunooMA等人在生产豆乳酸奶时分别加入2.5%果糖、淡炼乳、脱脂奶粉，就水苏糖浓度、风味、质量参数与未发酵豆乳进行了比较，豆腥味明显减少。巴西Suodz.Gce等人对具有10%牛奶的10种不同风味的酸豆奶进行了感官评估，觉得都可以接受。vagras，L.H.M.等人对混有5.0%豆乳粉、3.7%乳清粉、硫酸钙和水的大豆乳清酸奶(Syoawhyeygohurt)的产品货架期进行了研究，其工艺流程是:加3.5%脱脂奶粉，10%糖及0.5%明胶，加热至95保温5分钟后冷却，混合接种3%酸奶发酵剂，41培养45小时，在515温度下可保存35天【4】。目前，对发酵酸豆乳饮料的研究重要集中在如下几种方面：（1）改善发酵豆乳饮料的风味，消除豆腥味及苦涩味，清除有害因子。解决的措施重要有：通过添加风味剂，如果料、果汁、香料等，加于掩盖；通过菌种的新组合加于实现；通过某些添加剂，阻断不良风味物质的产生。（2）增强发酵酸豆乳饮料的稳定性。重要解决的措施重要有：通过添加乳化剂和增稠剂；添加螯合剂；均质，通过减小颗粒的粒径，减缓沉淀的发生【1】。目前国内外的文献资料大多以大豆为重要原料，经浸泡、磨浆、杀菌、接种乳酸菌、发酵等工序加工制成酸豆乳。发酵酸豆乳的菌种，可以从自然发酵的酸豆乳中分离筛选也可以从生产酸牛奶已知菌种中挑选适合豆乳发酵的菌种。由于后一种措施简朴易行，效果可靠，为多数人们所采用。目前使用较多的菌种为乳酸菌，大多觉得采用1:1比例的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌风味最佳。在豆乳中接种的乳酸菌可把豆乳中的己醛等碳基化合物转化为有机酸而除去豆腥味。乳酸菌产生的蛋白质分解酶可以使蛋白质降解从而有助于消化和吸取。此外，大豆中虽然具有一定量的糖类物质，但大多是不能被乳酸菌所运用的低聚糖和高聚糖，而可被乳酸菌运用的糖类含量较少，且在大豆解决过程中尚有大量流失，而糖类又是乳酸菌重要的碳源物质，且对于产品具有重要的影响，因此必须添加适量糖类。糖类的应用因所用的菌种的不同而异，当采用混合菌种发酵时，最佳是多种糖类并用同步要注意添加量的控制。虽然说对发酵酸豆乳饮料已有快一种世纪的研究，然而目前国外已有的某些工业化酸豆奶产品与一般酸奶相比，产品颜色较黄，质地较硬，在风味、香气和口感上不及一般酸奶。1.6 发酵酸豆乳的发展前景目前世界上食品的潮流正向植物型食品系列发展，低脂肪、高蛋白食品越来越受到消费者的欢迎。欧美各国争先生产多种豆制品系列，其中酸豆奶最为流行 如，利乐包1000mL豆奶比1000mL酸奶好销，且价格高，在消费者心目中，酸豆奶比酸牛奶高档；法国超市中酸奶没有礼盒包装而酸豆奶多为礼盒包装；在东南亚地区和日本等国家，豆奶和酸豆奶也有广阔的市场【8】。由此以豆奶、酸豆奶挂帅的植物蛋白饮料发、展前景良好。在国内虽然发酵型酸豆乳行业才刚刚起步，然而发酵型酸豆乳是以大豆蛋白为重要原料，经乳酸菌发酵而成，这就决定了酸豆奶在成本上比一般酸奶要低的多。目前市场上的乳酸菌奶品种繁多，品牌也极多，但一般都是以鲜牛奶或奶粉发酵而成，且销量也大多集中在蒙牛光明伊利等几种大的品牌上，可以说是竞争比较剧烈，而发酵型酸豆奶则是市场上新兴的产物，具有生产成本低、营养价值高和不含胆固醇等特点，这些都为酸豆奶进入市场打下了坚实的基本【8】。虽然说目前国内的发酵酸豆乳行业还存在某些问题，如：（1）公司规模小、产品品种少、经济效益差；（2）资源综合运用率低、挥霍严重、导致环境污染；（3）产品加工深度、精度不够，难于抵挡国外产品的冲击；（4）产品技术含量低，制约国内产品向高档化、系统化发展；（5）生产公司对产品的市场投入很小，对豆奶品牌及其营养价值的宣传较少，严重制约着豆奶业的发展【9】。但是我们坚信随着国内“大豆行动筹划”的实行，人们消费意识的提高，食品科学高新技术的广泛应用，酸豆奶生产与消费的这些问题将逐渐缓和，豆奶将成为国内21世纪的新型产业。1.7 设计的立题意义大豆来源于国内，以其高蛋白、高矿物质、低胆固醇而深受人们的爱慕。酸豆乳饮料是以大豆、牛奶为基料 ,添加一定量的有益菌进行发酵 ,经科学组方调制而成 ,它所具有的蛋白质被一定限度分解后 ,易于被人体消化吸取 ,并且对健美和减肥大有益处，受到广大消费者的爱慕。而国内的而国内的大豆产业刚刚兴起，行业竞争能力还比较弱,加工生产方式也远远满足不了人们对大豆食品的卫生、营养、保健的规定,也难以参与经济全球化条件下的市场竞争。而发酵酸豆乳饮料作为大豆深加工产品中的高档品，是国家大豆行动筹划的具体实行，是大豆产业积极迎接全球化市场竞争的体现。因此为贯彻国家大豆行动筹划，振兴大豆产业,提高产品科技含量,增强国内大豆深加工产品市场竞争力,满足市场需求，从事这个课题的设计具有积极的社会意义和现实的经济意义。1.8 设计的立题目的通过本次设计争取达到一下目的：(1)巩固大学四年所学的有关内容，并使它扩大化和系统化；(2)培养计算技能及应用所学理论知识分析问题和解决问题的能力；(3)熟悉食品工厂工艺设计的基本环节和措施；(5)熟悉掌握查阅参照资料及使用图表、手册的能力；(6)培养从工程技术观点出发考虑和解决工程实际问题的能力,为即将走上社会,进入公司打下坚实基本.1.9 设计内容本次设计需要内容有：（l）根据所给定的生产规模以及原料特点、产品质量规定等因素，通过查阅大量文献资料，拟定发酵酸豆乳饮料车间生产方案；（2）选择并拟定发酵酸豆乳饮料车间生产工艺流程，拟定工艺参数指标及操作阐明；（3）根据质量守恒定律进行车间的物料计算；（4）能量计算（热量、耗冷量、耗电量、给水量计算）；（5）设备的选型和计算，拟定生产设备的规格和台数；（6）生产车间布置设计；（7）根据前期工作，绘制生产工艺流程图、生产工艺设备布置图等。 第二章 设计方案的拟定2.1 年产量 新建食品厂的年产量按下式计算： Q=Q1+Q2-Q3-Q【10】 （2-1）式中：Q新建食品厂某类食品年产量（吨）； Q1本地区该类食品年销售量（吨）Q2本地区该类食品年调出量（吨）；Q3本地区该类食品年调入量（吨） Q4本地区该类食品原有厂家的年产量（吨）又有： Q=Q旺+Q中+Q淡 【10】 （2-2）在本课题设计中，年产量已经给定，为20kT/a。2.2 生产班制及有关计算 在本设计方案中，考虑到原料供应、设备检修等其她因素，全年的生产日数一般为300天左右，一般不少于250天。在本设计中，一年工作日定为280天。每天2班，每班8小时。则有平均日产量 Q日= （2-3）式中：Q年产量；T年工作日。班产量 班吨/班 （2-4）式中：Q日平均日产量（吨/日）；Q班班产量（吨/班）； n生产班次 k设备不均衡系数，可取0.70.8,本设计中取0.75。2.3 产品方案的拟定2.3.1 产品配方 发酵酸豆乳饮料用的大豆必须颗粒饱满，无虫蛀无霉变，蛋白质含量为2128%【11】；酸豆乳饮料中白砂糖、柠檬酸的添加量为12.4%和0.2%时，口感最佳；大豆中脂肪含量高，由于单靠油和水是不易得到稳定的大豆乳，因此必须加入乳化剂【12】，选用配方中的复合稳定剂及符合乳化剂比例，酸豆乳饮料具有较好的稳定性【13】（具体配比见配方）。添加香精，可以提高产品风味，同步可以在容许的范畴内减少公司成本。选用的产品配方如下：脱皮后大豆（2.67%）、水（82.028%）、发酵菌液（0.9%）、全脂乳粉（1.002%）、白砂糖（12.4%）、香精（0.05%）、SE-15(0.08%)、MG(0.07%)、PGA(0.20%)、CMC-Na(0.4%)、柠檬酸（0.20%）2.3.2 生产工艺流程及操作规程准备工作：生产开始时，生产车间内所用设备、器具、工作台面、地面用清水冲洗35min，再用紫外灯消毒15min；生产结束后，采用CIP清洗程序：清水冲洗4min；用1%碱液（NaOH）70循环冲洗12min；用温水冲洗14min；0.8%酸液（HCl）65循环冲洗6min；85热水冲洗至洗出液无色呈中性（PH值为67）【5】。预解决工段：.全脂奶粉常规性检查：将12%全脂乳粉复原（粉水比为1：7）后进行酸度、比重抗生素等理化指标的测定。.大豆的预解决：筛选颗粒饱满的大豆用85的0.2%碳酸氢钠溶液浸泡1个小时（溶液量为干大豆质量的3倍）。其目的是软化大豆组织构造、减少磨耗和磨损、提高胶体分散限度和悬浮性，增长得率。一般将大豆浸泡于三倍的水中，待其吸水量约为自身重量的两倍即可。采用高温浸泡，温度控制在8085，时间为051小时。碱性不能过大，否则会使蛋白质变性，也会给豆奶带来碱味，且对色泽有影响。一般pH在7.8左右。选用8085热烫半小时的工艺条件较适合，在此条件下胰蛋白酶克制剂活性残留仅为10.6%，而蛋白质含量与总固形物含量分别为32.7g/L和 6.54%【14】。而温度过高，蛋白质含量等会下降，温度过低，则酶活性无法充足克制。大豆热烫后沥干可以在4冷藏室内贮存【5】。大豆热磨制浆：用湿大豆重量8倍的水，加热至85，热水磨豆。采用热水浸泡法和热磨法可以省去大豆的脱皮操作，并且可以钝化甚至清除大豆中酶的活性，从而清除豆腥味。脱臭：在豆乳的生产过程中，尽管采用了一系列的灭酶措施，但在豆乳中仍然不可避免的具有某些异味成分，它们有大豆自身带进的，也有在磨浆工序中产生的。脱臭的作用就是要最大限度地消除豆乳中的异味物质。也有资料表白经脱臭后的豆乳，可以与多种赋香物质较好的调和，易于加香【14】。混料：混料工序中，运用豆浆的热量化糖。过滤：运用150目的滤网过滤加糖豆浆，滤除豆浆中的固体微粒。配料均质：均质是一种使液体分散体系（悬浮液或乳化液）中的分散物（构成分散相的固体颗粒或液滴）微粒化、均匀化的解决过程，其目的是减少分散物的尺寸，提高分散物分布的均匀性，提高液态食品的悬浮（或沉降）稳定性，从而改善食品的感官品质。本设计中，将复原乳，豆浆以3：7比例混合定容。定容后用高压均质机均质，使混合浆口感更细腻。均质压力为22MPa，均质温度为70【5】。杀菌、冷却：食品杀菌是食品加工的一种重要环节，食品杀菌的措施有物理杀菌和化学杀菌两大类。由于化学杀菌存在化学残留物等影响，现代食品的杀菌措施重要为物理杀菌法。杀菌措施中，按杀菌温度分，有巴氏杀菌法、高温短时杀菌法和超高温瞬时杀菌法；根据杀菌设备所用热源不同，可分为直接蒸汽加热杀菌设备、热水加热持续杀菌设备、火焰持续杀菌设备及照射杀菌设备等。；根据杀菌设备的形态不同，可分为板式杀菌设备、管式杀菌设备及釜式杀菌设备。均质过的混合浆用管式换热器杀菌，杀菌温度为108，保温时间为10min。杀菌后，立即将浆液泵入接种缸，迅速冷却至43。豆乳经热解决后会产生有益于乳酸菌生长的物质，杀菌条件越强烈，产生的促生长物质越多，但加热条件过度会严重破坏豆乳中营养成分，特别是维生素，结合豆乳加工时已经进行了热烫解决，因此杀菌条件可以合适削弱。选用108，保温时间为10min工艺条件下，酸豆乳状态和风味都比较好【6】。接种：取出已经回温的生产发酵剂，按产量的3%进行接种，接种时应将发酵剂的凝块打碎，并不断搅拌，接种后需搅拌5min，以上均为无菌操作。发酵菌种为保加利亚乳杆菌（Lb）和嗜热链球菌（St）【15】，两者比例为1：1，其因素是采用该工艺下发酵出来的豆乳凝乳好，乳清少，且风味较好。接种量过低，产酸易受到克制且不稳定，易形成对菌种不良的生长环境，乳酸菌得不到足够的生长；接种量太大，产酸过快，酸度上升过快，凝乳过快，会给酸豆乳的风味和组织状态带来缺陷。生产发酵剂在使用前置于冷库中保藏，待使用前用发酵液罐回温到适合温度接种，接种温度为40左右【16】。发酵：接种后的料液，泵入43恒温的发酵罐中，恒温发酵3小时。发酵终点产品酸度为7075T，成品外观凝固【5】。理论上，37、40、43下发酵的酸豆乳，在外观、质构和风味上差别不大，但考虑到生产方面因素，采用43发酵大豆酸乳，可以缩短发酵时间，节省生产成本【4】。混料：发酵完毕后的半成品，先在发酵罐中破乳，之后用料泵泵入混料罐中。同步加入乳化剂、稳定剂、白砂糖等事先配好的辅料进行混料。最佳调配顺序为先将糖、水、稳定剂充足混合，再加入到酸豆乳中，最后进行调酸【17】。调酸调香：调配好的浆液泵入调配罐中，用柠檬酸，香精进行调酸调香。均质：调配好的料液用高压均质机进行均质。均质压力为30Mpa【18】，温度40，采用二次均质。均质次数越多，均质效果越好，但是通过两次均质后，再均质效果不会有明显该观，因此采用两次均质【5】。杀菌：用管式杀菌机杀菌，杀菌温度为95，保温时间为15min。由于发酵酸豆乳饮料属于酸性饮料，采用常压杀菌，即可以保证酸豆乳的风味，又可以使产品稳定性最佳。由于温度越高，杀菌时间越长时，蛋白质变形越多，同步产生不快乐的蒸煮味，特别在酸性条件下将会加剧【4】。灌装：本灌装工艺采用中温灌装。后解决工序：后解决工序重要涉及对坏瓶等的检查，贴标，包装，成品理化指标检查等环节。最后合格成品进入仓库暂存。发酵酸豆乳饮料生产工艺流程见图2-1：杀菌冷却调配过滤热烫除杂暂存脱臭磨浆混料生产发酵剂高压均质接种发酵白砂糖全脂乳粉复原干大豆调酸、调香高压均质杀菌冷却中温灌装包装仓库混料乳化剂、稳定剂图2-1 发酵酸豆乳饮料生产工艺流程图 发酵酸豆乳饮料生产工艺流程的控制点详见附图2的PID图。第三章 物料衡算3.1重要工艺技术经济指标及基本数据 结合第二章中的设计方案，通过参照有关资料，得出发酵酸豆乳饮料车间工艺技术经济指标见表3-1：表3-1 工艺技术经济指标指标名称指标指标名称指标生产规模日产量发酵菌液添加量灌装浆液损失率过滤损失干大豆废豆率干大豆吸水比20kT/a71.43T/d3%（相对成品）0.8%【10】1.5%【10】4.92%【10】1：1.2生产天数磨浆浆液损失率检查损失系数发酵损失其她工艺损失大豆杂质含量280d/a1%【10】0.6%【10】1.6%【10】0.1%1.27%3.2 物料平衡计算本车间平均日产量为71.43T/d。因此在物料恒算时，以日产量为基准。（1） 成品后解决前物料量：Q1=Q日（1-0.6%） =71.430.994=71.8511T（2） 灌装前物料量：Q2=Q1（1-0.8%）=71.85110.992=72.4305T（3） 杀菌前物料量：Q3=Q2（1-0.1%） =72.43050.999=72.5030T（4） 均质前物料量：Q4=Q3（1-0.1%） =72.50300.999 =72.5756T（5） 调酸、调香前物料量：Q5=Q4（1-0.1%）=72.57560.999=72.6482T 柠檬酸加入量：Q柠=Q50.20% =72.64820.20% =0.1453T 香精加入量：Q香=Q50.05% =72.64820.05%=0.0363T（6） 混料前物料量：Q6=（Q5- Q柠- Q香）（1-0.1%） =（72.6482-0.1453-0.0363）0.999 =72.5391T MG加入量：QMG=Q60.070%=72.59310.070%=0.0508TPGA加入量：QPGA=Q60.20% =72.59310.20% =0.1451T CMC-Na加入量：QCMC=Q60.40% =72.59310.40%=0.2902T SE-15加入量：QSE-15=Q60.08% =72.59310.08%=0.0580T水加入量：Q水=Q60.20% =72.593159%=42.7981T 白砂糖加入量：Q白=Q610%=72.593110%=7.2539T（7） 发酵前物料量：Q7=（Q5- Q水- Q糖- QMG- QPG- QCMC- QSE）（1-1.6%） =21.94300.984 =22.2998T（8） 接种前物料量：Q8=Q7（1-0.1%）=22.29980.999=22.3221T 发酵菌液添加量：Q菌=Q83% =22.32213%=0.6697T（9） 杀菌冷却却前物料量：Q9=（Q8- Q菌）（1-0.1%） =（22.3221-0.6697）0.999 =21.6741T（10） 均质前物料量：Q10=Q9（1-0.1%） =21.67410.999 =21.6958T（11） 调配前物料Q11=Q10（1-0.1%） =21.69580.999=21.7175T 由于M复原乳：M豆浆：M白砂糖=3:7:1.2 因此有：Q复原乳=Q11（3/11.2）=21.7175（3/11.2） =5.8172T Q豆浆=Q11（7/11.2）=21.7175（7/11.2）=13.5734T Q白砂糖=Q11（1.2/11.2）=21.7175（1.2/11.2）=2.3269T A由于全脂乳粉料水比为1：7，因此有： Q乳粉=Q复原乳（1-0.1%）（1/8） =5.8230（1/8） =0.7279T Q水=Q复原乳（1-0.1%）（7/8） =5.8230（7/8） =5.0951TB.糖液的质量为：Q糖液=Q白砂糖（1-1.5%） =2.32690.985 =2.3623T因此制作豆乳时需要添加的白砂糖质量为：Q糖=Q糖液（1-0.1%） =2.36230.999 =2.3647TC过滤前豆浆量：QA=Q豆浆（1-1.5%） =13.57340.985 =13.7801T 脱气前豆浆量:QB =QA（1-0.1%） =13.78010.999=13.7939T 湿大豆+水的质量：QC=QB（1-1%）=13.79390.99=13.9332T由于磨豆时，湿大豆与水的质量比为1：8，因此湿大豆的质量为：Q豆=QC（1/9）=13.93329=1.5481T Q水=QC（8/9）=13.933289=12.3851T由于干大豆的吸水比为1：1.2，因此筛选后的大豆质量为：Q干豆=Q豆（1/2.2）=1.54812.2=0.7037T因此每天需要的干大豆(筛选前)的质量为：0.7037（1-6.19%）=0.7501T 通过上述计算，得出发酵酸豆乳饮料生产车间物料用量表如下：表3-2 年产20kT发酵酸豆乳饮料生产车间物料用量表物料名称年需要量（吨）日需要量（吨）干大豆全脂乳粉白砂糖水柠檬酸香精MGPGACMC-NaSE-15发酵菌液210.028203.8122693.20816877.92440.68410.16414.22440.68281.25616.24187.5160.75010.72799.618660.27830.14530.03630.05080.14510.29020.05800.6697第四章 设备选型食品工厂所用设备分为：专业设备：指原料分级机、果蔬去皮机、饼干成型机等专门为某些食品生产而配备的专业性较强的设备；通用设备：指泵、风机、电动机等通用机电产品；非原则设备：指操作台面、贮存罐等即不属于专业设备，也不属于通用机电产品的某些特殊设备。食品生产设备设计与选型的原则：保证工艺生产过程的正常和安全运营；操作费用低，耗水、耗电、耗气等较少；技术先进，经济合理，操作以便；设备清洗以便，耐用，易维修；设备构造要紧凑，尽量实现机械化和自动化操作，减轻工人的劳动强度；考虑生产波动和设备平衡，要保存一定的余量和备用设备；尽量减少噪声，符合环保规定。食品生产设备设计选型的内容：设备所承当的工艺操作任务和工作性质，工作参数等的拟定；不同型号设备的特点和性能评价；设备生产能力的拟定；设备台数的拟定；设备重要尺寸的拟定等。4.1本设计波及设备及部分设备简介本车间工艺设计中所设计的设备涉及：滚筒式分级机、带式输送机、夹层锅、大豆磨浆机、双联过滤器、调配罐、高压均质机、杀菌机、接种罐、发酵罐、缓冲罐、混料罐、灌装机等设备。4.1.1 滚筒式分级机滚筒式分级机涉及进料斗、滚筒、滚圈、摩擦轮、铰链、收集料斗、机架、传动系统等部件。滚筒式分级机工作原理：当滚筒等速转动时，物料在筒内，由于摩擦力的作用，而被外举一定高度，然后由于重力的作用，则沿筒壁向下滚动，这样物料一边进行筛分，一边沿着倾斜的筛面逐渐从加料端移向卸料端，细粒则通过筛孔进入筛下，粗粒在筛筒的末端被收集。滚筒式分级机特点：工作转速低、持续运转、操作平稳，可安装在建筑物的高层；筛孔易堵塞、筛分效率低、筛面的运用率不高，只有1/81/6的筛面参与工作（可用于青豆、蘑菇等的分级）【19】。4.1.2 带式输送机带式输送机广泛用于食品工厂的持续输送机械中，常用于块状、颗粒状及整件物料的水平或倾斜方向的运送。许多加工过程的设备如拣选操作线、灌装线、持续干燥机、持续速冻机等均采用带式输送装置。带式输送机的重要构件有环形输送带、驱动轮、张紧装置及机架等。装卸料装置和托辊为辅助机械，与否设立因实际使用场合而定。带式输送机的工作原理是，绕在两滚筒（或齿轮）上的输送带在驱动滚筒（或齿轮）的作用下借助于其与驱动滚筒间的摩擦力（或张力），产生持续运动，输送带又依托其与物料及物料间的摩擦力将物料从一端输送到另一端。带式输送机既可以沿水平方向输送，也可以一定角度斜向输送【19】。4.1.3 夹层锅夹层锅又叫二重锅、双重釜，是一般食品工厂中的常用设备，通用性强，除用作预煮外，还可以化糖，配备调味料和熬煮某些浓缩产品。常用的有可倾式夹层锅和固定式夹层锅两种。夹层锅重要涉及冷凝水排出管、填料盒、锅体、排水阀、进汽管、压力表、倾复装置、安全阀、排料阀等部件。4.1.4 管式杀菌机管式杀菌机为间接加热杀菌设备，是由加热管、前后盖、器体、旋塞、高压泵、压力表、安全阀等部件构成。工作过程为：物料用高压泵送入不锈钢加热管内，蒸汽通过壳体空间后将管内流动的物料加热，物料在管内来回多次后达到杀菌所需要的温度，保持一定期间后成品排出。若达不到规定，则由回流管回流重新进行杀菌操作。管式杀菌机的构造特点：加热器由无缝不锈钢环形管制造，没有密封圈和死角，因而可以承受较高的压力；在较高的压力下可产生强烈的湍流，保证了制品的均匀性和具有较长的运营周期；在密封的状况下操作，可以减少杀菌产品受污染的也许性。4.1.5 高压均质机均质设备可根据使用的能量类型和均质机构的特点分为压力式和旋转式两大类。压力式均质设备一方面使料液获得高压能，液体的高压能在机内转化为动能，使料液中的分散物受到流体力学上的剪切作用、空穴作用和撞击作用而得到破碎，这种类型的常用设备有高压均质机和超声波乳化器等。旋转均质设备由转子与定子系统构成，直接将机械动能传递给受解决的介质，是以剪切作用为主的均质过程，胶体磨是典型的旋转式均质设备。此外，搅拌机、乳化磨也属于旋转均质设备范畴。由于高压均质机均质后的物料具有更好的稳定性，因此本设计中选用高压均质机。高压均质机的基本构造涉及：控制面板、传动机构、均质阀、气缸组、压力表、电动机、机壳等部分。高压均质机可用来加工许多食品，不同产品应用均质机进行解决，最重要的是选择合适的均质工作压力。实际的均质压力应按产品的配方、需要的产品货架寿命以及其他指标决定。有些产品通过一次均质解决还达不到规定，要对物料进行反复均质，或者采用双级均质阀进行解决。此外，虽然高压均质机的出料仍然有较高压头，但它的吸程有限，一般供料容器的出口位置应高于高压均质机进料口，否则需使用离心泵作为启动泵用。高压均质机在使用中应避免浮现半途断料现象，否则会浮现不稳定的高压冲击载荷，会使均质设备受到很大损伤。正位移泵的吸程有限，因此进料前必须有一定的正压头，才不至于浮现断料现象。此外，物料夹入过多空气也会引起同样的冲击载荷效应，因此有些产品均质前要先进行脱气解决。4.2 设备操作时间及流量的拟定第二工段设备操作时间：大豆磨浆机操作时间25min；清洗时间6 min；其他时间5 min。混料罐进料时间36 min；搅拌时间5 min；出料时间36 min。调配罐进料时间36 min；搅拌时间5 min；出料时间36 min。高压均质机物料逗留时间7 min。杀菌机物料逗留时间35 min。第三工段设备操作时间：接种罐进料时间36 min；搅拌时间5 min；出料时间36 min；清洗50 min。发酵罐进料时间60 min；发酵时间3 h；出料时间60min；清洗50 min。第四工段设备操作时间：混料罐进料时间20 min；搅拌时间5 min；出料时间20 min；清洗50 min。调配罐进料时间20min；搅拌时间5 min；出料时间20 min；清洗50 min。高压均质机（采用二次均质）物料逗留时间14min。杀菌机物料逗留时间30 min。第五工段：二次杀菌时间7 min；冷却时间40 min。注：物料在管道中的流动时间及在少量持续生产的设备中的时间共记为30 min。由于车间是两班持续生产，即16h持续生产，因此由上述设备操作时间可以得出设备可以持续开机时间为6h，因此可以得出管道中的物料流量。第二工段管道中的物料流量：在混料工序之前，物料的最大流量为：qm1=13.79396=2.3T/h在配料工序之前，物料的最大流量为：qm2=（13.7939+2.3623）6=2.7T/h从调配工序之后，物料的最大流量为：qm3=21.71756=3.6T/h第三工段管道中的物料流量：第三工段物料的最大流量为：qm4=22.32216=3.7T/h第四工段管道中的物料流量： 在配料工序前，物料的最大流量为：qm5=72.53916=12.08T/h 在调配工序后，物料的最大流量为：qm6=72.64826=12.11T/h4.3 第一工段设备选型4.3.1滚筒式分级机设备选型滚筒式分级机的工艺设计计算：、滚筒式分级机的工艺参数：、一般滚筒的倾斜角度35；、筒径与长度的比值1：46；、筒面上的筛孔的正三角形排列；、筒的转速1015转分，一般不超过30转分，在本工艺设计中取10转分；、筛孔直径可根据原料状况和分级规定而定【9】。由于通过滚筒式分级机分级后的大豆可以贮存。因此其可全天生产，而不用考虑到后续工段的解决需要。由于本车间16小时持续生产，考虑每天的准备工作等时间，每天实际开机时间为14.5小时。则所选滚筒式分级机的解决能力为： G=Qhk=750.114.50.75 =68.97kg/h注：Q每天大豆解决量；h设备工作时间，k设备运用率因此选用滚筒式分级机的规格参数见表4-1：表4-1 滚筒式分级机规格参数型号生产能力T/h配用功率KW外形尺寸mm台数TFJ-10.5-1.50.35400070015001台4.3.2 带式输送机设备选型带式输送机为滚筒式分级机的附属设备，重要为了人工挑选大豆中也许存在的杂质。根据滚筒式分级机的解决能力及其宽度，在本设计中选用带式输送机的规格为：SIJ650/210S型号【20】，具体型号见表4-2：表4-2 带式输送机规格参数型号带宽mm带速m/s输送长度m功率kWSIJ650/210S6500.03354.3.3 夹层锅设备选型经查阅，干大豆的密度为750kg/m3【10】；每天需要热烫的大豆量为703.2kg；水的密度设定为1000 kg/m3，而热烫时大豆与水的比例为1：3，则每天漂烫物料的体积为：V=703.2750+703.231000 =3.05 m3由于浸泡后的大豆可以冷藏备用，因此夹层锅可以全天生产而不用考虑后续工段的解决需要。由于本车间16小时持续生产，考虑每天的准备工作等时间，每天实际开机时间为14小时。大豆热烫时间为1小时，则每天可以热烫13批。则夹层锅的所需容积为：G=3.05130.75 =0.32 m3根据所需要的解决能力，所选夹层锅的型号为QG400，台数1台，具体型号参数见表4-3：表4-3 夹层锅规格参数型号设备容积L搅拌速度r/min电机功率kw锅体内径深mmQG4000.400360.7510006804.4 第二工段设备选型4.4.1 大豆磨浆机设备选型 大豆磨浆机为间歇式操作设备，每天工作时间为6h，设备的操作周期为36min。则每天磨浆机可以解决的批次为：N=60.6=10批 则每批需要解决的物料量为：G=13.933210=1.4吨/批 考虑到设备运用系数（取0.80），则所选磨浆机的解决能力为：G=1.40.80=1.75吨/批 而大豆磨浆机工作周期为36min，因此所选磨浆机的解决能力为：G=1.75（3660）=2.92T/h 则选用800型浆渣自分磨浆机，所需要的台数为4台，具体型号见表4-4：表4-4 浆渣自分磨浆机规格参数型号产量kg/h功率kW转速r/min砂轮直径mm滤网（目）8009505.428008001004.4.2 暂存罐设备选型一批物料的质量为M=13.793910=1.38T，考虑到设备的填充系数（取0.7），则暂存罐的容量为：V=1.380.7=2T，因此选用2T的暂存罐。物料流量为qm1=2.3T/h，则将一批料从暂存罐中泵出的时间为：T=1.382.3=0.6h考虑到设备的清洗时间，因此选用3个暂存罐，具体型号参数见表4-5：表4-5 暂存罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm材料213501500SUS304不锈钢4.4.3 真空脱气罐设备选型 物料流量为qm1=2.3T/h，取设备的运用系数为0.75，则真空脱气罐的解决能力为：G1= qm10.75=3T/h，因此选用TQ-3型真空脱气罐，具体型号参数见表4-6：表4-6 真空脱气罐规格参数型号生产能力T/h配用功率kW真空度MPa外形尺寸mTQ-332.8-0.080.09061.50.932.24.4.4 混料罐选型一批物料量M=（13.7801+2.3623）10=1.62T，考虑到设备的填充系数，因此选用2T的混料罐，具体型号参数如下表：物料流量qm2=2.7T/h，则将一批料泵入（或泵出）混料罐的时间为：T=（13.7801+2.3623）102.7=0.6 h考虑到搅拌时间，设备的清洗时间，因此选用3个混料罐，具体型号参数见表4-7：表4-7 混料罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm搅拌转速r/min搅拌功率kW2130015001502208134.4.5 双联过滤器设备选型物料流量为qm2=2.7T/h，取设备的运用系数为0.75，则双联过滤器的解决能力为：G2= qm20.75=4.8T/h，因此选用ZHP-H25型双联过滤器，具体型号参数见表4-8：表4-8 双联过滤器规格参数型号过滤面积m2流量T/h外形尺寸mm材料ZHP-H250.2559003201100SUS3044.4.6 调配罐设备选型一批物料量M=21.717510=2.1717T，考虑到设备的填充系数，因此选用3T的混料罐。物料流量qm3=3.6T/h，则将一批料泵入（或泵出）调配罐的时间为：T=2.17173.6=0.6 h考虑到搅拌时间，设备的清洗时间，因此选用3个调配灌，具体型号参数见表4-9：表4-9 调配罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm搅拌转速r/min搅拌功率kW31550170016026010154.4.7 高压均质机设备选型物料流量为qm3=3.6T/h，约为3.6m3/h,考虑到设备运用率，因此选用GJJ-Q-4500-P25型均质机，具体型号参数见表4-10：表4-10高压均质机规格参数型号流量l/h最大压力MPa额定压力MPa配用功率kW外形尺寸mmGJJ-Q-4500-P2545002520371350110013604.4.8 管式杀菌机设备选型物料流量为qm3=3.6T/h，取设备的运用系数为0.75，则管式杀菌机的解决能力为：G3= qm30.75=4.8T/h，因此选用SJ-5型管式杀菌机，具体型号参数见表4-11：表4-11 管式杀菌机规格参数型号解决能力T/h蒸汽压力MPa出料温度外形尺寸mmSJ-550.080.096609561512504.4.9 贮奶罐设备选型选用1T的贮奶罐1台。罐容积1m3,罐体直径1050mm，罐体高度1200mm，具体型号参数见表4-12：表4-12 贮奶罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm材料110501200SUS304不锈钢4.5 第三工段设备选型4.5.1 种子罐设备选型一批物料量M=22.322110=2.24T，考虑到设备的填充系数，因此选用3T的接种罐。物料流量qm4=3.7T/h，则将一批料泵入（或泵出）接种罐的时间为：T=2.243.6=0.6 h考虑到搅拌时间，设备的清洗时间，因此选用3个种子罐。罐容积3m3,罐体直径1550mm，罐体高度1700mm，具体型号参数见表4-13：表4-13 种子罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm搅拌转速r/min搅拌功率kW31550170016026010154.5.2 发酵罐设备选型由于本工艺流程为持续生产，因此选用5T的发酵罐，设备填充系数为0.80，物料流量qm4=3.7T/h，则将物料泵入（或泵出）发酵罐的时间约为1 h。考虑到发酵时间，设备清洗时间，因此选用FJ-5型系列发酵罐6个具体型号参数见表4-14：表4-14 发酵罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm搅拌转速r/min搅拌功率kW5150044801607.54.5.3 发酵液罐由于发酵液添加量为总量的3%，因此选用容量为100kg的发酵菌液罐1个，具体型号参数见表4-15：表4-15 发酵液罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm材料0.15500550SUS304不锈钢4.6 第四工段设备选型4.6.1 混料罐设备选型由于本工艺流程为持续生产，因此选用5T的混料罐，设备填充系数为0.8。物料流量qm5=12.08T/h，则将物料泵入（或泵出）混料罐的时间T=412.08=0.33h考虑到搅拌时间，设备清洗时间，因此选用5个混料罐，具体型号参数见表4-16：表4-16 混料罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm搅拌转速r/min搅拌功率kW5180016026010154.6.2 配料罐设备选型配料罐具体选型同上面的混料罐设备选型，选用5个5T的配料罐，具体型号参数见表4-17：表4-17 配料罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm搅拌转速r/min搅拌功率kW5180016026010154.6.3 均质机设备选型物料流量为qm5=12.08T/h，约为12.08m3/h,因此选用GJJ-Q-15000-P25型均质机，具体规格参数见表4-18：表4-18 高压均质机规格参数型号流量l/h最大压力MPa额定压力MPa配用功率kW外形尺寸mmGJJ-Q-15000-P25150002520721350165011004.6.4 管式杀菌机设备选型物料流量为qm5=12.08T/h，取设备的运用系数为0.75，则管式杀菌机的解决能力为：G3= qm50.75=15.1T/h，因此选用SJ-16型管式杀菌机，具体规格参数见表4-19：表4-19 管式杀菌机规格参数型号解决能力T/h蒸汽压力MPa出料温度外形尺寸mmSJ-16160.080.0966095500061512504.6.5 辅料罐设备选型辅料添加量与酸豆乳的比例为7：3，因此选用5T的辅料罐3个具体规格参数见表4-20：表4-20 辅料罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm搅拌转速r/min搅拌功率kW5180016026010154.7 第五工段设备选型4.7.1 灌装机设备选型物料流量为qm5=12.08T/h，约为12.08m3/h。运用500ml的饮料瓶装，则一小时可以灌装12.08106500=24160瓶。因此选用江苏新美星五合一超干净（中温）灌装系统,型号为RXXGF-Series型。该系统重要构成部分涉及：CIP/SIP系统，全自动理瓶机，风送系统，人工上瓶/自动卸瓶系统，空瓶杀菌系统，喷淋冷却系统，贴标/套标系统，自动传播系统，空气净化系统。其生产能力为500036000瓶/小时。外形尺寸为1100046002400。4.7.2 包装机设备选型本工艺设计选用BS4020型热收缩膜包装机。其包装材料：POF PVC PP；电源功率：200V/50Hz，5.5kW；输送速度：不不小于6米每秒；温度调节：可调；烘道宽度：400；烘道高度：200；外形尺寸：1100530470；重量50公斤【20】。4.7.3 其她设备选型为了保证车间的热水、清水的供应，在车间布置一种5T的热水罐，具体参数见表4-21：表4-21 热水罐规格参数容积m3罐体直径mm罐体高度mm材料51800SUS304不锈钢4.8 CIP清洗系统选型 CIP清洗系统具有如下长处：（1）能使生产筹划合理化及提高生产能力；（2）与手洗相比较，不仅没有因作业者之间的差别而影响清洗效果，还能提高其产品的质量；（3）能避免清洗作业中的危险，节省劳动力；（4）可节省清洁剂、蒸汽、水及生产成本；（5）能增长机器部件的使用年限；（6）CIP清洗装置分手动、半自动及全自动三种供顾客选择【18】。本设计中选用固定式CIP清洗系统，其重要技术参数见表4-22：表4-22 CIP清洗系统规格参数型号酸罐容积碱罐容积水罐容积操作温度泵输送量蒸汽压力LH4B1m31m31m3608010T/h0.5MPa4.9 泵设备的选型4.9.1 泵的选择原则（1）流量：设计食品工厂的装置时，要留有一定