食品工厂工艺设计.ppt

第三章 食品工厂工艺设计,了解食品工厂工艺设计的内容及其作用，熟悉工艺设计的方法和步骤。掌握产品方案、物料计算、设备选型、车间平面布置等工艺设计内容；熟悉工艺设计对非工艺设计和其他有关方面的要求。,第一节 概述,一、食品工厂工艺设计的内容 食品工厂工艺设计包括生产工艺设计、设备选择和管路设计、车间工艺布置等内容。生产工艺设计和车间工艺布置是工艺设计的两个重要内容。它们决定工厂的工艺计算、车间组成和生产设备选择等。,二、食品工厂工艺设计的步骤,食品工厂工艺设计重要是在由原料到各个生产过程中，设计物质变化及流向，包括所需设备的运用。具体步骤如下： （1）根据前期可行性调查研究，确定产品方案及生产规模。 （2）根据当前的技术，经济水平选择生产方法。 （3）生产工艺流程设计。 （4）物料衡算。 （5）能量衡算（包括热量、耗冷量、供电量、给水量计算）。 （6）选择设备。 （7）车间工艺布置。 （8）管路设计。 （9）其它工艺设计。 （10）编制工艺流程图、管道设计图及说明书等。,第二节 产品方案及班产量的确定,一、产品方案 产品方案即生产纲领，指食品工厂全年生产的品种、数量、生产周期、生产班次的计划安排。,在安排产品方案时，应尽量做到“四个满足”和“五个平衡”。 “四个满足”是： （1）满足主要产品产量的要求； （2）满足经济效益的要求； （3）满足淡旺季平衡生产的要求； （4）满足原料综合利用的要求。 “五个平衡”是： （1）产品产量与原料供应量平衡； （2）生产班次要平衡； （3）产品生产量与设备生产能力要平衡； （4）水、电、气负荷要平衡。 （5）生产季节性与劳动力要平衡;,二、班产量（年产量）的确定,年产量估算 Q=Q1+Q2-Q3-Q4 式中 Q新建厂某类食品年产量，吨； Q1本地区该类食品消费量，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；,全年工作日：250-300d 生产连续性强的工厂，24h，3班连续生产，连续性不强的工厂，每天1-2班，旺季3班,三、产品方案的编制,在编制产品方案时，班产量是最重要的依据，同时还需要产品生产品种、规格、包装方式等方面的依据，如饮料厂产品方案、罐头厂产品方案。,制订产品方案步骤,1.确定产品的种类及包装规格； 2.根据设计规模，结合各产品原料的供应量、供应周期的长短等实际情况，确定各种产品在总产量中所占比例及产量； 3.根据原料的生产季节及保藏时间确定产品的生产时间； 4.根据各种产品的设计产量，确定班次产量及生产班次数； 天产量=各产品生产规模/预计生产天数 班产量=天产量/班次 班产量的单位有：吨/班、公斤/班。,5.产品方案比较： （1）主要产品年产值的比较； （2）每天所需生产工人数的比较； （3）劳动生产率的比较（年产量t/工人总数） （4）每天工人最多最少之差的比较； （5）平均每人每年产量的比较（元/人年）； （6）季节性的比较； （7）设备平衡情况的比较； （8）水、电、汽耗量的比较； （9）组织生产难易情况的比较； （10）基建投资的比较； （11）社会效益的比较； （12）经济效益（利税元/年）的比较； （13）结论。 6.产品方案表达，可以是文字叙述的方式，也可以用图表表达的形式。,第三节 生产工艺流程设计,一、工艺流程和工艺流程设计： 1.工艺流程：就是各种产品生产所采用的方法、步骤和途径及其各环节必需的技术参数。 2.工艺流程设计：是确定生产过程的具体内容、顺序和组合方式，并最后以工艺流程图的形式表示出整个生产过程的全貌。,二、工艺流程图的绘制,工艺流程一般有两种表示方法：一种是用框图的形式表示，另一种是所谓的生产工艺设备流程图的形式。 框图的优点是步骤明确、易懂，能清晰显现工艺的原理，但缺点是不详细，一般多在科技论文叙述中予以采用。 工艺的设备流程图是一种直观性的表示方式，它以形象的图形、符号、代号表示食品加工设备、输送路线、控制仪表等、借以表达食品生产过程和物料流向。,（一）分类,1.工艺流程示意图 ； 2.工艺流程草图； 3.正式工艺流程图。,二、工艺流程设计步骤,1.工艺流程示意图设计 （1）确定生产方法和生产过程 （2）绘制工艺流程示意图 （3）进行工艺计算 （4）进行设备计算和选型 2.绘制工艺流程草图 （1）验证并优化工艺路线 （2）确定设备之间的立面连接位置 3. 绘制正式工艺流程图 。,果冻生产工艺流程图,生产工艺流程草图由五部分组成：,（1）物料流程； （2）图例； （3）设备一览表； （4）图鉴； （5）图框。,（1）物料流程 物料流程要求包括： 厂房各层地平线及标高； 设备示意图（设备外形尺寸须按比例画，（尺寸大小应适当相称且大致形似，还要画出设备各管口等）； 设备流程号； 画出设备的物料及水、汽、真空、压缩空气、冷凝剂等管线和流动方向； 管线上主要的阀门等； 必要设备及管道上的附件，如阻火器、管道过滤器、冷凝水排除器； 必要的计量控制仪表，如转子流量计、玻璃计量管、压力表、真空表、温度计等； 必要的文字注解，如废水的下水道、废料、废气及半成品、副产品的去向等。 物料流程的比例一般采用1：100。如设备过小或过大，则比例相应采用1：50或1：200。,（2）图例； 图例是将物料流程中画出的有关管线、阀门、设备附件、计量控制仪表等图形用文字予以对照。 (3)设备一览表 设备一览表的作用是表示出物料流程中所有设备的名称、数量规格、材料等。设备一览表是列在图签上部，由下往上写。它包括下列项目： 序号； 流程号（有的与序号合在一起）； 设备名称； 设备规格； 设备数量； 设备材料； 备注,（4）图签（标题栏） 图签的作用是表明图名、设计单位、设计、制图、审核人员签名、图纸比例尺、图号等。其位置一般在流程草图右下角，其尺寸依据机械制图中的标准。而设备一览表的长度需和图签长度取齐，这样显得整齐美观。 （5）图框（边框线） 图框采用粗线条，给整个流程图（包括流程图、图例、设备一览表和图签）以框界。幅面一般宽度依据机械制图中的标准。,某液态乳生产的工艺流程草图,3.正式工艺流程图的设计 作为正式的设计成果，工艺流程图将被编入设计文件，供上级部门审批和今后施工使用。,第四节 物料衡算,一、物料衡算的概念和意义 物料衡算是指：根据质量守恒定律，凡引入某一系统或设备的物料重量Gm，必等于所得到的产物重量Gp和物料损失量Gt之和，即：Gm=GP+Gt,二、物料衡算的方法和步骤,1弄清题意和计算的目的要求 2绘出物料衡算流程示意图 3写出生物反应方程式 4收集设计基础数据和有关物化常数 5确定工艺指标及消耗定额等 6选定计算基准 (1)以单位时间产品量或单位时间原料量作为计算基准。 (2)以单位重量、单位体积或单位摩尔数的产品或原料为计算基准。 (3)以加入设备的一批物料量为计算基准。,7.由已知数据，根据物料衡算式进行物料衡算 8校核与整理计算结果，列出物料衡算表 9绘出物料流程图,第四节 设备生产能力及选型,一、设备选型及设备设计的原则 食品工厂生产设备大体可分四个类型：计量和贮存设备；定型专用设备；通用机械设备和非标准专业设备。在选择设备时，要按照下列原则进行： （1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量。 （2）一般大型食品工厂应选用较先进的，机械化程度高的设备；中型厂则看具体条件，一些主要产品可选用机械化、连续化程度较高的设备；小型厂则选用较简单的设备。,（3）所选设备能充分利用原料，能耗少，效率高，体积小，维修方便，劳动强度低，并能一机多用。 （4）所选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料要不易腐蚀，不致对食品造成污染。 （5）设备结构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、压力、酸碱度等）。 （6）在温度、压力，真空度，浓度，时间、速度、流量、液位，计数和程序等方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式。,二、设备生产能力的计算,食品工厂所用设备的生产能力，有些一看铭牌就可知道，但有些设备的生产能力随物料、产品品种、生产工艺条件等而改变，例如流槽、输送带、杀菌锅等等。,第五节 劳动力计算,劳动力计算用于工厂定员、生活设施的面积计算和生活用水,用汽量的计算。 生产车间 男:女 =3:7 每班工人数(人/班)=劳动生产率(人工/t产品)班产量 全厂工人数为各车间所需工人之和。工厂劳动生产率高低,取决于原料新鲜度、成熟度、工人操作熟练程度及设备的机械化程度等。 设计中确定每一个产品的劳动生产率指标时,参照相似生产条件的老厂, 在编排产品方案时，用班产量来调节劳动力,使每班所需工人数基本相同。 对于季节性强的产品,在高峰期可以使用临时工,在平时正常产时, 基本工人数应该平衡。,第六节 生产车间工艺布置,生产车间布置是工艺设计的重要部分, 对建成投产后的生产和工厂整体性有很大影响。车间布置一经施工就不易改变, 在设计过程中必须全面考虑。工艺设计必须与土建、给排水、供电、供汽、通风采暖、制冷以及安 全卫生等方面取得统一和协调。,把车间的全部设备( 包括工作台等), 在一定的建筑面积内作出合理安排。,生产车间平面设计的任务,平面布置图 把屋盖(或楼盖)掀开往下看, 绘制设备的外型轮廓图。在图中表示各设备的安装位置。下水道、门窗, 各工序及各车间生活设施的位置, 出口及防蝇、防虫措施等。 剖面图 根据需要绘制生产车间剖面图。解决平面图中不能反映的重要设备和建筑物立面之间的关系, 以及设备高度、门窗高度等在平面图中无法反映的尺寸。,一、生产车间工艺布置的原则,(l) 要有总体设计的全局观点 满足生产的要求,从车间在总平面图上的位置, 与其他车间、部门间的关系, 以及发展前景等方面, 满足总体设计的要求。,(2)设备布置 按工艺流水线安排,特殊设备可按相同类型作适当集中,使生产过程占地最少、生产周期最短、操作方便。如果车间系多层建筑, 要有垂直运输装置，一般重设备最好设在底层。原料收发间应设有地磅。,(3)多品种生产 生产车间设备布置时, 应考虑多品种生产时能调动调整设备。注意设备相互间的间距和设备与建筑物的安全维修距离既要保证操作方便, 保证维修装拆和清洁卫生。,(4)运输畅通 生产车间与其他车间的各工序要相互配合, 保证各物料运输畅通, 避免重复往返。尽可能利用生产车间的空间运输，合理安排生产车间各种废料排出, 人员进出要和物料进出分开。,(5)生产卫生和劳动保护 必须考虑生产卫生和劳动保护。如卫生消毒、防蝇防虫、车间排水、电器防潮及安全防火等措施。,(6)采光、通风、采暖、降温 注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施。对散发热量、气味及有腐蚀性的介质, 要单独集中布置。对空压机房、空调房，真空泵房等既要分隔、又要尽可能接近使用地点，减少输送管路及管路损失。,(7)室外设备 能设在室外的设备, 尽可能设在室外。,二、生产车间布置的步骤与方法,工厂生产车间平面设计有两种情况, 一种是新车间平面布置；一种是对原有厂房进行平面布置设计。,(1)清理分类计算面积 整理好设备清单和生活办公设施等面积。,(2)全面分析 对设备清单进行分析分类,笨重、固定、轻、移动、公用、专用等等。笨重、固定和专用设备排布在车间四周靠壁；轻的、可移动的排在车间中部，调换设备比较方便。,(3)确定车间建筑物的结构形式、朝向和跨度 在计算纸上绘好生产车间的长度、宽度和柱子。,(4)确定生产流水线方向 按照总平面图, 确定生产流水线方向。,(5)分析比较 用硬纸将设备尺寸按比例缩小, 剪成方设备平面外形图, 在纸上进行排布，并排出多种不同方案,分析比较。,(6)进行比较原则 建筑结构的造价 管道安装 车间运输 生产卫生条件 操作条件 通风采光,通过分析各方案的优缺点, 综合评价, 选出最佳方案。而后把生活间、车间办公室等摆进去, 最后绘制出正式图。,三、生产车间对建筑、采光、通风、防虫等的要求,生产车间的建筑外形, 应根据生产品种、厂址、 地形等具体条件决定。一般所选的外形有: 长方形、“L”形、“T”形、“U”形等,以长方形最为多。,三、生产车间对建筑、采光、通风、防虫等的要求,车间的长度取决于流水线形式和生产规模。车间长度一般在 60m 以上, 车间的层高按房屋的跨度和生产工艺的要求而定, 一般以 46m, 平房则需酌量提高。不同性质的原料不在同一车间生产, 性质相同原料在同一车间内生产时，要适当隔。如办公室、化验室、生活间、工具间、保全间、空压机房、真空泵房、空调机房等等,需与生产工段分隔。在生产工段中原料预处理工段、热加工工段、仪表控制室、油炸间、杀菌间、包装间等均应分隔。,三、生产车间对建筑、采光、通风、防虫等的要求,(1)门 车间至少有两道以上的门, 分别为人和货及设备的出入口。人员出入口的门, 在正常情况下应能满足生产要求, 在紧急状态下应满足迅速疏散的要求。机器设备进出的门, 能让生产车间最大尺寸的机器设备通过。生产车间门的数量, 按生产工艺和车间的实际情况而进行设计。 门应设置防蝇、防虫装置, 如水幕、风幕、暗道或飞虫控制器（飞虫控制器为黑光灯型, 发蓝紫色光）。 1）塑料幕帘 2）软质弹簧门 3）上拉门 4)空洞门,(2)对排出大量水蒸气如油蒸汽的车间, 应特别注意排汽问题。,三、生产车间对建筑、采光、通风、防虫等的要求,（3）采光 工厂的生产车间基本上是天然照明采光。一般要求食工工厂生产车间的采光系数为 1/41/6 （查表）。窗一般分侧窗和天窗两大类。,（4）环境温度 生产车间最好有空调装置,三、生产车间对建筑、采光、通风、防虫等的要求,(5) 地坪 生产车间 常有腐蚀性介质的排出或有手推车冲击地坪, 使地坪受到破坏, 在设计时一方面应为减轻地坪受损而采取适当措施。 石板地面 混凝土地面 磁砖地面 塑料地面,三、生产车间对建筑、采光、通风、防虫等的要求,(6)内墙面 房屋内的墙面叫内墙面。食品工厂主厂房对内墙面卫生要求很高, 一般在内墙面的下部做 1.82.0m 高的墙裙。材料可用 150 X l50mm 的白瓷砖。 其余墙面和天棚可用耐化学腐蚀 的过氯乙烯油漆或六偏水性内墙防霉涂料。,（7）楼盖 楼盖是由承重结构、铺面、天花板、填充物等构成。,第七节 生产车间水、汽用量的估算,生产车间用水、用汽量是随产品种类和加工性质而差别较大。 水、汽用量计算方法有两种: 按“单位产品耗水、耗汽量定额” 估算和用计算的方法估算。后者用于产品优势明显，操作规范、工艺稳定，设备先进现代化的管理，水、汽用量用计算确定，计算复杂，容易出现矛盾。前者适合于一般企业，生产车间的水、汽用量采用估算方法（参照同类企业或主管部门的定额）。,一、用“单位产品耗水耗汽量定额”估算,以“单位产品耗水耗汽量定额”估算用水量和用汽量,尽管方法简便,但目前在我国尚缺乏具体和确切的技术经济指标。用“单位产品耗水耗汽量定额” 只能是粗略估算。,（一）耗水量估算,(1)调制产品和添加计量等需水量(W1)，根据工艺产量计算,(2)清洗原料或容器所需水量(W2),(3)产品冷却时所需用水量 (W3),(4)冷凝二次蒸汽所需水量 (W4),工厂生产车间用水用汽量可根据不同的产品、不同原料品种、不同地区, 再结合建厂单位的实际情况, 在设计时参考上述各表的数据或到相同类型、相同条件的工厂中收集有关水、汽的消耗定额作为设计的依据。但目前我国很多生物制品厂缺乏对各产品较准确的水汽消耗定额数据, 就不得不用计算的方法进行估算。但得到的理论数据往往比实际消耗的要低。,二、计算方法估算用水用汽量,（二）耗汽量估算,食品工厂载热体是饱和水蒸气和水, 容易取得,输送方便, 压力、温度与蒸汽量的控制都较容易, 无毒、具有较大的凝结潜热,对金属无显著的腐蚀性，价格便宜, 可直接和制品接触等优点。工厂广泛采用饱和水蒸气作为载热体。,每台设备在加热过程中所消耗的热量应等于加热产品和设备所消耗的热量、生产过程的热效应( 固体溶解、结晶融解、溶液蒸发等)、及对流和辐射损失到周围介质中去的热量之总和： Q=Q1 十 Q2 十 Q3 十 +Qn (J),第八节 管路计算与设计,管路系统是食品工厂生产过程中不可少的部分。水蒸汽、压缩空气、真空、煤气及流体物料,都要用管路来输送。啤酒厂、乳品厂、饮料厂等成套设备要用管路组成连续化生产作业线。必要进行管路设计和安装。,一、公称直径与常用管材,为设计、制造、安装和维修方便,而人为规定的一种标准直径。即管道和管路附件的公称直径（或公称通径）。用Dg表示。 若干情况下，管道实际内径等于公称通径。如阀门（管件连接）和铸铁管（压力变化不大）。一般情况下，公称通径既不是内径,也不是外径,而是与之相近数。煤气钢管和无缝钢管，外径固定（外径固定便于连接）,增加壁厚则减小内径。,通常有两种方法：即计算法、查表法。,二、管道附件,(一) 管件与阀门,1.管件 管路中除管子外,为满足工艺生产和安装检修的需要,管路中还有许多其他附件,如:弯头、三通、异径管、法兰、阀门等, 称这些构件为管路附件或管件和阀门，是组管路不可缺少的部件。,2. 阀门,用作调节流量、切断或切换管路及对管路起安全、控制作用的一类管件,通常称为阀门。根据阀门在管路中的作用不同,有截止阀、节流阀、止回阀、安全阀等区别。（10）,(1) 阀门产品型号 : 阀门产品型号, 由七个单元组成,(2)阀门选择:根据介质的性质、使用条件、参数选用.,(二)管道的连接,管路连接包括管道与管道的连接、管道与各种管件、阀件及设备接口等处的连接。比较普遍采用的有：法兰连接、螺纹连接、焊接及填料式连接等。,1.法兰连接 可拆式的连接。由法兰盘、垫片、螺栓和螺母等零件组成。 整体式法兰 、搭焊式法兰 、螺纹法兰 活动连接(10.1),(二)管道的连接,2.螺纹连接 管路中螺纹连接多用于自来水管路, 生活用水管路和机器润滑油管路中。这种连接方法可以拆卸、但没有法兰连接那样方便,密封可靠性也较低。,3.焊接连接 不可拆的连接结构,用焊接方法将管道和各管件、阀门直接连成一体的。这种连接密封非常可靠,结构简单,便于安装,但给清洗脸修工作带来不便。,(三)管道符号,管道符号包括管道中流体介质的代号,管路连接符号和管件符号等，表示方法分别见表。,(三)管道符号,三、管路的保温及标志,（一）管路的保温,管路保温的目的：使管内介质在输送过程中,不冷却、不升温。采用保温材料包裹管外壁的方法。,常用保温材料有毛毡、石棉、玻璃棉、矿渣棉、珠光砂、石棉水泥制品等。,管路保温层的厚度要根据管路介质热损失的允许值和保温材料的导热性能通过计算来确定。,(二)管路的标志,生产车间存在水、蒸汽、真空、压缩气和各种流体物料等管道。为区分各种管道和维修, 在管道外壁或保温层外面涂有各种不同颜色的油漆。油漆既可以保护管路外壁不受腐蚀,也可区别管道的类别,醒目标志显示管路输送的的介质,这就是管路的标志。利于生产中的工艺检查和避免管路检修中的错乱。,四、管路设计及安装,1.在进行管路设计时,应具有下列资料 (10.3),1）工艺流程图,2）车间平面布置图和立面布置图,3）重点设备总图,并标明流体进出口位置及管径,4）物料计算和热量计算（包括管路计算）资料,5）工厂所在地地质资料(主要是地下水值和冻结深度等),6）地区气候条件。,7）厂房建筑结构。,8）其他(如水源、锅炉房蒸汽压力和水压力等)。,2管路设计应完成下列图纸和说明书,1）管路配置图:管路平面图和重点设备管路立面图，管路透视图,2）管路支架及特殊管件制造图,3）施工说明, 施工中应注意的问题,各种管路的坡度,保温的要求,安装时不同管架的说明等,3.管路设计及安装的一般原则,正确的设计和敷设管道,可以减少基建投资、节约管材及正常生产。管道正常安装,使车间布置整齐美观,操作方便,检修的容易、经济合理、生产的安全。要正确地设计管道,必须根据设备布置进行考虑。,1）管道平行敷设, 无短管,少拐弯,无交叉, 整齐方便。,2）并列管道上的管件与阀件应分别错开安装。,3）在焊接或螺纹连接的管道上应适当配置一些法兰或活接,以便安装拆卸和检修。,4）管道应尽可能沿广房墙壁安装,管与管及管与墙间的距离,以能容纳活管接或法兰,以及进行检修为度。,5）管道离地的高度以便于检修为准, 通过人行道时,最低点离地不得小于2m, 通过公路时,不得小于4.5m,与铁路铁轨面净距不小于6m,通过工广主要交通干线一般标高为 5m,6）管道上的焊缝不应设在支架范围内,与支架距离不应小于200mm,管件两焊口间的距离亦同。,7）管道穿过墙壁时,墙壁上应开预留孔,过墙时,管外加套管。套管与管子的环隙间应充满填料,管道穿过楼板时亦相同。,8）管子应尽量集中敷设,在穿过墙壁和楼板时,更应注意。穿过墙壁或楼板间的一段管道内避免有焊缝。,9）阀件及仪表的安装高度要操作方便和安全。,10）坡度 气体及易流动物料的管道坡度一般为3/10005/l000,粘度较大物料的坡度一般为1%。,11）管道各支点间的距离 根据管子所受的弯曲应力决定,并不影响所要求的坡度。有关热损失和保温层厚度查表。,12）输送冷流体(冷冻水)管道与热流体(蒸汽)管道应相互避开。,13）管道应避免经过电机或配电板的上空和靠近这些装置。,14）上、下水管及废水管采用埋地敷设, 深度应在冰冻线以下。,15）地沟底层坡度不应小于2/1000。,16）地沟的最低部分应比历史最高洪水位高50Omm。,17）真空管道应采用球阀,以减少流体阻力小。,18）压缩空气可从空压机房送来, 真空由车间附近装置的真空泵产生, 缩短真空管道的长度和减少损失。,19）长距离输送蒸汽的管道应设置安装疏水器, 排除冷凝水。,20）陶瓷管脆性大,作为地干管线时,应埋设于离地0.5m。,4.管路布置图,表示车间内外设备、机器间管道的连接和阀件、管件、控制仪表的安装图。施工单位根据管道布置图进行管道、管道附件及控制仪表等的安装。 管路布置图是根据车间平面布置图及设备图来进行设计绘制, 包括管路平面图、管路立面图和管路透视图。,管路布置图设计程序是根据车间平面布置图,先绘制管路平面图,而后再绘制管路透视图。如系多层建筑,须按层次或按不同标高分别绘制平面图和透视图,必要时再绘制立面图,有时立面图还需分若干个剖视图来表示。剖切位置在平面图上用罗马字明显地表示出来。而后用剖面等绘制立面图。,管路平面图和管路透视图,