年产吨全脂乳粉工厂设计

年产 xx 吨全脂乳粉工厂设计目录1.设计任务书32.设计说明书的主要技术规格52.1 项目概52.2 原材料及产品72.3 生产流程简82.4 原材料、动力（水、电、汽、气）消耗定额及消耗量142.5 设备的选232.6存在的问题及建292.7 设计参考文293.设计结果评304.小组成员及分315.附表格及图315.1 车间主要设备一览5.2车间主要物料衡算5.3 车间动力衡算图 （水、蒸汽、压缩空气、热量、冷量等）5.4 生产工艺流程5.5 车间平面布置1、设计任务书项目名称：年产 10000t 乳粉项目工艺设计 1.1 建设规模、产品方案生产方法和工作制度1.建设规模：年产100001。2产品方案：本项目仅生产全脂乳粉。产品应满足 GB19644-2022的要求。参考GB5410-1999，如有相同条款，以 GB19644-2022 为准。3生产方法：以新鲜优质牛乳为原料，经标准化、杀菌、并经 真空浓缩、喷雾干燥后所获得的产品。4.工作制度：年工作日按300d计，其中浓缩工段及喷雾干燥工段均按四班三运转进行。1.2 建设地点为南方某市其气候条件为：年平均气温：15.3C历年平均最高气温：38C历年平均最低气温：-14.2C 最热平均相对湿度：85%最冷平均相对湿度：75%年平均气压：1016.5mP夏季平均气压： 1004.5mP年均风速：3.6m/年均降落量：1025.6mm 日最大降水量： 219.6mm1.3 达到的技术经济指标标准化原料乳固形物含量 11.6%；浓缩操作应去除原料乳中 70%-80%的水份、每蒸发1kg水份蒸汽消耗不高于0.4kg;喷雾干燥的热效率不低 于 50%、产品的含水量不高于 2.5%。吨产品其主要的原料及动力消耗为：1.鲜牛乳 9.09 吨 2.水:50 吨 3. 蒸汽:5.26 吨1.4 设计要求就该乳粉车间进行工艺设计，要求完成：1确定合理的工艺路线，提供工艺流程示意图；2进行工段的工艺 计算，包括物料、热量、水、压缩空气耗量等平衡计算，并提供相应的工艺计算平衡图；3对标准设备及 非标设备的数量进行计算，选定标准设备型号并就至少一种非标设备的结构进行简单的结构计算，提供所需设 备的一览表并至少提供一种非标设备的总装图。4绘制带控制节点的工艺流程图；5绘制车间设备布置图；6编 写初步设计说明书。2.设计说明书 2.1 项目概述2.1.1 产品介绍乳粉，就是以新鲜牛乳为原料，或者以新鲜牛乳为主要原料，添加一 定数量的植物或动物蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等配料，经杀菌、浓 缩、干燥等加工工艺除去大部分水分而制成的粉末状产品。2.1.2 中国乳 制品行业发展现状及前景中国乳制品行业起步晚，起点低，但发展迅速。特别是改革开放以来 奶类生产量以每年两位数的增长幅度迅速增加，远远高于1%的同期世界 平均水平。中国乳制品产量和总产值在最近的 10 年内增长了 10 倍以上， 已逐渐吸引了世界的眼光，但同时，中国人均奶消费量与发达国家相比， 甚至与世界平均水平相比，差距都还十分悬殊。令人鼓舞的是，近两年政 府出台了一系列有利于乳业持续快速发展的政策，中国乳制品行业正面临 增长方式的转变，以市场化、法制化、规范化的不破坏资源生态的生产方 式，从源头抓起，从整个乳业产业链抓起，以现代的营销观念，迎接新一 轮高品质发展周期的到来。中国乳品消费在逐步扩大，但目前成规模的消费市场还远没有形成。 中国许多人还没有喝牛奶、食用乳制品的习惯，尤其是农村市场还远没有 打开，还有相当部分的人因经济条件所限消费不起，消费习惯的培养还需 要一个过程。乳企须研究中国乳业发展的规律，找到一个比较合理的增长 速度，加强乳业发展的计划性。纵观以往喧嚣的中国乳制品行业，其焦点一直围绕在价格战、奶源战 资本战、圈地战、广告战、口水战等方面，但2007 年竞争的话题显然已 转移到以产品创新、工艺创新为代表的研发大战。各个乳制品企业推出的新品无一不注重科技含量，也更加侧重功能性。中国 乳业已进入了新的竞争阶段。针对国内消费观念逐渐成熟、从“有奶喝” 转为“喝好奶”的需求日益强烈，竞争也上了一个新台阶，从低端的价格 大战走向高端的技术、产品比拼；从原始的广告战、价格战变为对行业健 康、长远发展具有促进作用的差异化竞争。随着中国乳业的迅速发展，产品结构发生很大的变化，已成为技术装 备先进、产品品种较为齐全、初具规模的现代化食品制造业，随着中国人 民生活水平的逐渐提高，乳制品消费市场会不断扩大并趋于成熟，中国将 成为世界上乳制品消费最大的潜在市场。2.2 原材料及产品(包括中间产品)的主要技术规格2.2.1原材料技 术规格色泽为乳白色或稍带微黄色的均匀胶体流体，略带甜味和牛乳的特有标准化0.875%，均质0.1%，杀菌0.05%，浓缩48%， 喷雾干燥75%，过筛0.5%。设每天所需原料量为w(t/d)，则W（1-0.05%）（1-0.05%）（1-0.875%）（1-0.1%）（1-0.05%）（1- 48%）（1-75%）（1-0.5%）=1000/300解得W=260.3t/d （1）每天所需原料乳的质量为261 t/d（2）取过滤的损失率为 0.05%，则经过滤后的质量为 261 某（1- 0.05%） =260.87t/d（3）取净化的损失率为0.05%,则经净乳后的质量为 260.87某（1-0.05%） =260.74t/d（4）2.4.2中算得标准化的损失率为 0.875%,则经均质后的质量为260.74 某（1-0.875%） =258.46t/d （4）取均质的损失率为 0.1%，则 经均质后的质量为258.46某（1-0.1%） =258.20t/d（5）取杀菌的损失率 为 0.05%，则经杀菌后的质量为 258.20 某（1-0.05%） =258.07t/d（6） 取浓缩的水分蒸发率为 48%,则经浓缩后的质量为 258.07 某（1-48%） =134.20t/d（7）取喷雾干燥的水分蒸发率为 75%，则经喷雾干燥后的质量为 134.20 某（1-75%） =33.55t/d（8）取过筛的损失率为 0.5%，则经过筛后的质量为 33.55 某（1- 0.5%）=33.38t/d2.4.2 动力（水、电、汽、气）消耗定额及消耗量2.4.2.1 水平衡计算：原料乳在净化后的应立即冷却到510C，以抑制细菌的增长，保持 乳的新鲜度。冷却在板式换热器中进行：设：原料乳进口温度：T1=20C，出口温度：T2=10C；冷水进口温度：11=0C，出口温度：12=4C:已知：W乳=258.2t/d=10.76t/h，C 乳=3.894kJ/（kg C），C 水=4.20kJ/（kg C）, 则：冷却水用量为：W1=C乳某G(T1-T2)/C水(tl-t 2)=3.894 某 10.76 某(20-10) / (4.20 某(4-0)=25.0t/h 所以：换热器 的用水量25.0t/h2.4.2.2空气用量计算：基本参数：已知：干燥设备的处理量为：M0=134.20三24=5.592t/h喷雾干燥塔内水分含量：52%-2%设定：喷雾干燥室蒸发量 W=4500kg/h。0水的比热：CP4.187kJ/kgC,乳粉干物料比热：CP 干 2.09kJ/kg0C，145C t70C，入出浓缩乳进料温度：，离开喷雾干燥塔温度：浓缩乳含水量：52%,喷雾干燥产品含水量：2%,新鲜空气温度：15.3C，新鲜空气相对湿度：80%。喷雾干燥部分 比容计算：【表9】设计参数参数温度T/C相对湿度/%湿度rm/(kg水/kg干空 气)焓 H/kJ/kg 新鲜空气 15.3800.01149 热空气 15000.011182 废气 80120.035176 公式：v4.641030.622m2731 (单位：m3/kg)新鲜空气比 容：v0=4.64 某 10-3 某(0.622+0.011)某(273+15.3)=0.847m3/Kg热空气比容：v1=4.64 某 10-3 某(0.622+0.011)某 (273+150)=1.24m3/Kg废气比容：v2=4.64 某 10-3 某(0.622+0.035)某(273+80)=1.08m3/Kg干燥室内空气的平均比容：(v1+v2)/2=1.16m3/Kg绝干空气用量 L二W/(rm2-rml)=4500/(0.035-0.011)=187500kg/h 需要 新鲜空气的体积：V0=L某v0=187500某0.847=158812.5m3/h热空气体积： VI二L某vl=187500某1.24=232500.00m3/h干燥过程热空气用量 VopLvopl87500 某 1.16=217500.00m3/h 废气容积：V2=(L+W)某 v2=(187500+4500)某 1.08=207360m3/h2.4.2.3 消耗蒸汽量衡算：物料进口温度：94C，物料出口温度：45C进料浓度：11.9%，出料浓度：48%原料液处理量：M=258.07三24=10.76 t/h【表 10】三效降膜式蒸发器各效参数项目蒸发温度/C真空度p/kPa加热蒸汽温度T/C物料进口温度11/C 物料出口温度12/C出料浓度某/ (%) I效70698194702111效 578370705730111效 459057574548 水分总蒸发量：W二M 某(1-某 0三某 3)=10.76 某(1-11.9%三48%) =8.10t/h 各效消耗蒸发量W1=M 某 (1-某 0三某 1 )=10.76 (1-11.9三21) =4.663t/hW2=(M-W1)某(1-某 1三某 2) = (10.76-4.663)某(1-2130)=1.829t/hW3=(M-W1-W2)某 (1-某 2三某 3) = (10.76-4.663-1.829)某 (1- 3048)=1.601 t/h2.4.2.3 热量衡算 1.预热从 6C加热到 75C, 15minQ1=MCp(t2-11)=10.76 某 103 某 4.187 某(75-6)=3.109 某 106kJ/h2. 杀菌条件：杀菌条件：85C,15Q2=MCp(t3-t2)=10.76 某 103 某 4.187 某(85-75)=4.51 某 105kJ/h3.浓缩蒸发水分所需热量【表11】不同温度水蒸汽的热焓R (生蒸汽)R0R1R2R3蒸汽温度/C热焓 /kJ/kg164.72071.5812307.9702331.3572366.5452389.5Q1=W1 某 H1=4.663 某 103 某 2331.3=1.087 某 107kJ/hQ2=W2 某H2=1.829 某 103 某 2366.5=0.433 某 107kJ/hQ3=W3 某 H3=1.601 某 103 某 2389.5=0.386 某 107kJ/h4.干燥带入热量计算：热空气带入热量 已知：热空气温度为150,焓 H1=182kJ/kg；每小时绝干空气用量：L=187500kg/h则：Q1=L某H1=187500某 182=3.41 某 107kJ/h物料带入热量已知：物料5592kg/h，物料比热:Cp=4.187kJ/(kgC),浓缩乳进料 温度：45C则:Q2=G 某 Cp 某 t 入=5600 某 4.187 某 45=0.1055 某 107kJ/h所以：带入总热量：Q入二Q1+Q2=3.41某107+0.1055某107=3.51某 107kJ/h带出热量计算：(1)废气带出热量已知：废气温度为80C,焓H2=176kJ/kg则：废气排出量是进风量 和水分蒸发量的总和：Q1=(L+W)某 H2(187500+4500)某 1.23 某 105 某 176=3.38 某107kJ/h乳粉带出热量：所以：带出总热量Q出二Ql+Q2=3.38某107+2.05某105=3.40某 107KJ/h热损失计算：损失率二（Q 入-Q 出）/Q 入二（3.51 某 107-3.40 某 107） /3.51 某 107=3.1%2.4.2.3 耗冷量计算：1.预处理冷藏耗冷量：根据物料衡算可知，原料乳的量为：G=261 t/d又知：原料乳从15.3C下降到6C,工艺要求在1h内完成，则所需 耗冷量为：Q1=Gc（t1-t2）/T=216 某 3.894 某（15.3-6） /1=7822 某 103kJ/h 根据设计结果，一共 有10个贮乳罐，则每个罐原料乳耗冷量为：Qf=Q1/10=7822某 103/10=782.2 某 103kJ/h相应的冷冻介质（2C的冷水，出口温度为85C）耗量为： M1=Q1/c（t2-11 ）=5022 某 103/4.18 某（85-2）=22.67 某 103kJ/h2.浓缩后 冷却耗冷量：将60C的原料乳浓缩后，放入45C左右。恒温箱保存。耗冷量为： Q2=G 某。（t1-12）=5600某3.5 （60-45） =294某103kJ/h3.喷雾干燥后冷却耗冷量：将60C左右的奶粉降温至30C左右，干燥后的奶粉质量约为341， 所以此时耗冷量为：Q3=G 某 c（t1-t2）=1400 某 2.09 某（60-30）=87.78 某 103kJ/h2.5 设备 选型2.5.1 贮奶罐根据物料衡算得，若想生产 33.34t/d 的乳粉,则原料量为 261t/d， 经计算需要250961.54L/d(密度约为1.04g/ml)。选用上海瑞派公司的 BPC-30 型的贮奶罐 9 个，其主要参数为：【表 12】项目名称型号罐体总高(mm)罐体外径(mm)进出口径(mm)电机功率(kW) 公称容积(L)设备重量(kg)技术指标 BPC 系列室外储罐BPC-3078502700512.23000037202.5.2 配料罐根据物料衡算得，若想生产 33.34t/d 的乳粉,则原料量为 261t/d， 经计算需要250961.54L/d(密度约为1.04g/ml)。选用安达市天宏乳品机 械制造有限公司生产的 RZGC05-5000 型配料罐 6 个，其具体参数如下： 【表 13】项目设备型号技术指标 RZGC05-5000设备容积内胆工作压力夹套电机功率设备高度直径5000L 常压W0.2MPa2.2kw420015002.5.3 过滤器根据物料衡算得，若想生产33.34t/d的乳粉，则原料量为261 t/d, 经计算需要250961.54L/d。，可以选用郑州玉祥机械设备有限公司的双 联过滤器，其主要参数如下：【表 15】项目过滤面积（）过滤温度（）使用压力MPa进口管径出口管径外形尺寸mm（长某宽某高）技术指标 0.75W1000.2G2” G2 ”1300某500某13002.5.4 净乳机根据物料衡算得，若想生产33.34t/d的乳粉，则原料量为261 t/d, 经计算需要250961.54L/d。选用江苏巨能机械有限公司的DHN550型的净 乳机，其主要参数如下：【表 16】项目机型技术指标 DHN550处理量（L/h）进口压力（Mpa）出口压力（Mpa）电机功率（kw）质 量（kg）外型尺寸（mm ）长某宽某高150000.050.1-0.52223001950某1500 某19602.5.5 均质机根据物料衡算得，均质量为10.875t/h。选用上海申鹿SRH4000型均 质机，其具体参数如下：【表 17】项目规格型号柱塞根额定流量升/小时最大工作压力 MPa 连续工作压 力Mpa电源（KW）重量（Kg）外形尺寸L某W某H（m）技术指标 SRH4000-303400030244018001.5 某 1 某 1.52.5.6 板式换热杀菌器根据物料衡算得，若想生产34t/d的乳粉，则原料量为261 t/d，即 250961.54L/d。选用上海宣辰机械设备有限公司BR0.05型板式换热器， 其具体参数如下：【表18】规格单片换热面积板片尺寸伽板片厚度mmBR0.050.05500 某 1680.8角孔直径血接管直径血波纹形状平均板间距血可组合换热面积最大 允许使用压力Mpa最高允许使用温度C传热系数W/tfr3828 人字形波纹3.80.550.42一般120160C特殊可达250C200060002.5.7 三效蒸发浓缩器根据物料衡算得，真空浓缩量为10.875t/h,经计算浓缩蒸发量为 10.875某1000某48%=5220kg/h,选用江苏科威机械有限公司生产的SJN3-8000 型三效外循环真空蒸发器，其具体参数如下：【表19】项目型号名称蒸发量(KgH20/h)耗气量(Kg/h)外形尺寸L某W某H(m) 循环耗水量(t/h)蒸发温度(C)真空度(Mpa)一效二效三效一效二效三效技术指标 SJN3-8000880022009 某 3 某 540859070755565-0.02- 0.04-0.05-0.06-0.08-0.091.251.40.050.09浓缩比重蒸汽压力 Mpa2.5.8 喷雾干燥根据物料衡算得，喷雾干燥量为134.20t/d,则喷雾干燥每小时蒸发 的水分为134.20三24某75%=4.20t/h,即蒸发水分量为4200kg/h。选用 常州市至尊机械设备有限公司生产的 LPG4500 高速离心喷雾干燥机，其具 体参数如下：【表20】项目型号入口温度C出口温度C喷雾形式水分蒸发量kg/h雾化器转 速 rmp 雾化盘直径 mm 电加热最大功率 kw 干粉回收率%占地长度、宽度 m 喷头吊装高度 m 塔体高度 m 塔体直径 m技术指标 LPG4500140-350 自控80-90高速离心雾化器(机械传动或无极变频调速可供选择)450010000-11000 根据工艺要求确定根据工艺流程、场地条件及用户要求确定同上同上同上同上6注：水份蒸发量与物料特性，含固量及热风进出口温度有关。用度可 根据当地能源选定加热方式，根据物料特性选择收尘，除尘方式。该喷雾 干燥设备带有流化床装置。2.5.9 筛粉机根据物料衡算得，筛粉量为33.55t/d即1.4t/h，选用安达市天宏乳 品机械制造有限公司生产的S49-A-单层式筛粉机2台，其具体参数如下: 【表21】项目设备名称厂家介绍生产能力筛网规格电机功率设备特点技术指标吊悬式筛粉机安达市天宏乳品机械制造有限公司1000Kg/h （奶粉）20 目 50KW适用于乳粉及其它粉状物料的筛选,筛细不筛粗，块状及颗粒状的物料适合用振动筛进行分级2.5.10包装机根据物料衡算，包装量为33.38t/d即1.4t/h，最终选用25g每袋小 包装。选用河南郑州长宏机械有限公司供应的DZ500-T台式真空包装机 10台，其具体参数如下：【表22】项目电源电压功率热封功率（5）真空室最低绝对压强热封条有效尺 寸每室热封条数真空泵排气量包装速度真空形式及材质真空室尺寸（L某 W某H）外形尺寸（L某W某H）外包装尺寸（L某W某H）技术指标 220V50Hz900wl.2KWlKPa500 某 12mm220m3/hl-3次/分不锈钢真空室520某520某975mm750某600某530mm750 某 670 某 660mm2.6 存在的问题及建议由于奶牛的品种、泌乳期、季节、饲料以及喂养条件的不同，原乳中 的脂肪含量可能不符合国家标准，所以在加工之前必须标准化。生产过程 中，不同的设备也会有不同的加工效果，必须通过计算选出合适的设备， 而不是随意的选择，就比如说我们在考虑贮奶罐的时候考虑到场地的局限 所以容量相对相对较大的设备，减少罐数量。但是在设计过程中，由于时 间的限制，我们没有能够很透彻的研究，而且我觉得我们缺少实践经验， 所以有些地方还有漏洞。1.李建强，乳品加工技术，中国轻工业出版社，1994；2.郭 本恒，乳粉，化学工业出版社，2003；3.张裕中，食品加工技术装备，中国轻工业出版社，1999； 4.武建，乳制品生产技术，中国轻工业出版社，2002；5.涂建国 食品工厂设备，中国轻工业出版社，1991；6.顾瑞霞，乳与乳制 品工艺学，中国计量出版社，2006；7.马海乐，食品机械与设备，中国轻工业出版社，2006；8. 伍建新，乳品技术装备，中国轻工业出版社，2000；9.王如福， 食品工厂设计，中国轻工业出版社，2022；3.设计结果评述本设计主要是对年产10000吨的全脂乳粉的生产，进行了生产工艺流 程的设计，生产工艺的一些参数计算，同时进行了工厂车间布局的设计以 及生产设备的选型，在此过程中也参考了国内其他乳粉工厂的相关设施。 在设计过程中我们按照工艺的顺序，从原材料的规格参考国家标准进行设 定，到整个生产过程中的物料、热量、用水、耗冷进行了具体的计算。由 于对具体设备的参数不不够了解，在设计中没有对工厂车间的管道和线路 进行选型和设计。工艺设计的过程中我们尽量做到设计合理，流程简单， 安全系数高，但未对生产质量控制进行严格的分析。在整个设计中，我们 虽然没有对具体的污染参数进行计算，但是在厂区设计，车间布局，设备 选型中，我们也尽量考虑到了环境的保护和三废的排放及处理，但是实际 效果有待重新考察。对于车间的采光要求以及通风要求，由于能力有限， 未能进行具体的设计，但是在施工过程当中必须要考虑到。4.小组成员及分工成员：5.附表格及图纸3.1 车间主要设备一览表 3.2 车间主要物料衡算图3.3 车间动力衡算图（水、蒸汽、压缩空气、冷量、真空量等）3.4 生产工艺流程图 3.5 车间平面布置图