日处理35吨原料乳的乳粉生产车间设计

食品科学与工程专业食品工厂设计课程设计说明书题目：日处理35吨原料乳的乳粉生产车间设计学生姓名 无言玫瑰 学 号 88888888 专 业 食品科学与工程 班 级 乳品工程二班 指导教师 * 学 部 食品与环境工程学部 目 录第1章 产品方案及班产量的确定1第2章 工艺流程确定及要点说明22.1 全脂加糖乳粉的工艺流程设计及要点说明22.1.1 全脂加糖乳粉的工艺流程22.1.2 全脂加糖乳粉的工艺要点说明32.2 婴儿配方乳粉的工艺流程设计及要点说明92.2.1 婴儿配方乳粉的工艺流程92.2.2婴儿配方乳粉的工艺要点说明9第3章 物料衡算113.1 产品的营养成分指标及标准化计算113.1.1 全脂加糖乳粉的配方设计及标准化计算113.1.2 婴儿配方乳粉的配方设计123.2 物料衡算133.3 物料平衡表16第4章 生产车间设备选型174.1 主要设备选型及设计174.1.1 原料乳冷却器的选择174.1.2 脂肪标准化设备的选择184.1.3 配料罐的选择184.1.4 巴氏杀菌机组的设计184.1.5 浓缩设备的选择204.1.6 干燥设备的选择214.2主要设备一览表21第5章 热量衡算245.1 加热部分热量衡算245.1.1 预处理杀菌阶段245.1.2 真空浓缩阶段245.1.3 喷雾干燥阶段245.1.4 总耗热量255.1.5 每小时需要蒸汽量255.2 冷却部分热量衡算255.2.1 原料乳冷却阶段255.2.2 杀菌后冷却阶段255.2.3 总耗冷量25- 1 -2食品工厂设计课程设计说明书第1章 产品方案及班产量的确定本乳品车间的设计规模是日处理35吨原料乳，考虑到原料供应、市场需求等因素，计划生产两种产品，即全脂加糖乳粉和婴儿配方粉，生产全脂加糖乳粉的日处理量为5.974吨，生产婴儿配方乳粉的日处理量为29.026吨。全脂加糖乳粉采用400g铝塑复合膜袋包装，婴儿配方乳粉采用1000g金属罐包装。由于牛奶属于不耐贮存食品，故基本上全年都可以生产，不分淡旺季。本设计暂定每周工作六天(周一至周六)，并考虑到国家法定节假日照常休息，设备检修、突发事件等引起的停产天数，计划全年生产300天，年处理量为1.05万吨，即需处理成全脂加糖乳粉为1792.2吨/年，婴儿配方粉为8707.8吨/年，才能满足产量要求。生产班次为两班制，每班工作12小时，扣除清洗时间，每班有效生产时间为10小时，即：生产全脂加糖乳粉的日处理量为2.987吨/班，生产婴儿配方乳粉的日处理量为14.513吨/班。终上设计如下：表1-1产品及产量的确定产品类型全脂加糖乳粉婴儿配方粉日处理原料奶量/吨5.97429.026注：也可根据需要做适当的调整。第2章 工艺流程确定及要点说明2.1 全脂加糖乳粉的工艺流程设计及要点说明2.1.1 全脂加糖乳粉的工艺流程原料乳验收过滤及净化（20）冷却 4贮存4预热55标准化预热65均质20MPa,4MPa杀菌85/15s真空浓缩45%喷雾干燥流化床冷却35筛粉、半成品检验成品检验包装30成品入库、准备出厂化糖适量乳溶解热风165废气80旋风分离器废气排空塑料袋抽空充氮密封图2-1全脂加糖乳粉的工艺流程图2.1.2 全脂加糖乳粉的工艺要点说明2.1.2.1 原料乳的收购与运输牧场冷却和贮存牛乳刚挤下的温度约为37，虽然从健康牛刚挤出的奶不带细菌，挤奶时即使特别注意卫生，仍不可保证牛乳中不含细菌。再加上牛乳中丰富的营养物质，正是繁殖细菌的最好培养基。因此为了使挤下的牛乳能立即冷却到4，需要在牧场收奶站设立冷却装置。运输奶的运输是乳品生产的重要环节，在运输过程中必须注意以下几点：a.防止奶在途中温度升高，特别要注意在夏季运输途中往往温度很快升高，因此运输时间应安排在夜间或早晨。b.保持清洁，运输时所用的容器或奶槽车必须保持清洁卫生，并加以严格杀菌，当原料乳运至工厂卸下后，就要及时清洗。c.防止震荡，容器必须装满并盖严，防止运输过程中因震荡而引起的脂肪分裂。d.缩短途中时间，按路程计算时间，尽量缩短中途停留时间，以免鲜奶变质。2.1.2.2 原料乳的验收验收基本规章要求：生产无公害鲜牛乳的奶牛饲养管理方式应符合(NYT5049)的要求。生产无公害乳制品的原料奶要求符合(NY 50452001)标准的规定。原料乳验收必须符合国家食品安全国家标准生乳（GB 19301-2010）规定的各项要求（详见表2-1、表2-2），严格地进行感官检验、理化性质检验和微生物检验。如不能立即加工，需贮存一段时间，必须净化后经冷却器冷却至46，再打入贮槽进行储存。牛乳在储存期间要定期搅拌和检查温度及酸度。要注意生产乳粉的牛乳，在送到乳粉加工厂之前，不允许进行强烈的，超长时间的处理。这样的热处理会导致乳清蛋白凝聚，影响奶粉的溶解度和滋气味。表2-1 生乳理化指标项 目指 标检验方法冰点a,b/（）-0.5000.560GB 5413.38相对密度/（20/4）1.027GB 5413.33蛋白质（g/100g）2.8GB 5009.5脂肪（g/100g）3.1GB 5413.3杂质度（mg/kg）4.0GB 5413.30非脂乳固体（g/100g）8.1GB 5413.39酸度/（T）牛乳b1218GB 5413.34羊乳613a挤出3h后检测b仅适用于荷斯坦奶牛表2-2 微生物限量项目限量CFU/g(ml)检验方法菌落总数2106GB 4789.22.1.2.3 称重计量奶秤(重量法)：计量范围可为0250kg或0500kg，又叫磅奶槽，秤量后打开阀门牛乳流入受奶槽，受奶槽起到了缓冲作用。奶秤计量较为精确，适用于收奶量较小时的计量，目前在国内外广泛使用该方法。流量计(体积法)：换算关系为(重量=容积X比重)，在进入流量计前需要先用脱气罐脱气。本设计主要采用重量法，在收奶量较大时使用流量计法。奶站对各牧场生产的原料乳进行收购，计量用具采用奶秤与流量计相结合。储奶采用4个10t室外储罐，具有一定的灵活性，采用倒罐方式进行净乳操作，可减少对收奶过程的干扰。2.1.2.4 过滤及净化考虑到杂质来源、杂质颗粒大小以及所处地点的具体条件，我们把过滤主要分成以下三个阶段，把杂质由大到小逐步除去。纱布过滤。主要是除去牛乳中混有的粗杂质。将消毒过的纱布折成24层让牛奶流过，一般是扎在奶桶口或受奶槽上，凡是将牛奶从一个地方送至另一地方，从一个容器到另一容器，都需用纱布进行基本的过滤。但要注意纱布要严格消毒。管内过滤器。安装在物料管内，利用不锈钢丝网去除牛乳中较细杂质。通常选用的是双联式过滤器，它一般用在原料乳称重完后流往换热器冷却的管路中，其体积小，价格低，效率高。离心式净化机净化。除去牛乳中及细微的杂质，如空气中的尘埃、细胞鳞片以及牛乳中卵磷脂、上皮细胞、白血球等。本设计采用在标准化过程中使用三用离心分离机同时进行净化。2.1.2.5 冷却贮存经过净化的原料乳立即冷却到46，以抑制细菌的繁殖。乳中的微生物的数量随着贮存时间的长短和温度高低而变化。牛乳挤出后微生物变化可以分为五个阶段，即抑菌期、乳链球菌期、乳酸杆菌期、真菌期、衰亡期。在抑菌期内，乳中含有抑制微生物繁殖的抗菌物质，使细菌的繁殖受到抑制。但抑菌期的长短与贮存温度有关，如表2-2所示：表2-2抗菌期的长短与贮存温度的关系12贮存温度/()-100510253037抗菌期/(小时)240483624632在本设计中，冷却使用板式热交换器，将原料乳迅速冷却到5以下泵入贮乳罐中保持4储存。2.1.2.6 预热标准化（1）预热预热不仅有助于控制产品的微生物质量，同时也是控制乳粉功能特性最关键的一个步骤,预热是乳粉加工过程中受热温度最高的一步，在这一过程中大多数乳清蛋白变性可以采用各种热交换器进行预热。（2）标准化我国标准要求牛乳中的脂肪含量不应低于3.1%，原料乳中的脂肪、蛋白质和非脂乳固体含量随乳牛的品种、地区、季节和饲养管理等因素不同有很大的差异，因此必须对原料乳进行标准化，调整原料乳脂肪、蛋白质和非脂乳固体的关系，使其比例符合制品的要求。根据国家食品卫生标准规定，只要使奶粉中脂肪含量不低于26即符合标准化要求。由于乳在干燥成奶粉后仅仅除去了奶中的水分，而脂肪与无脂干物质含量的比例基本不变，所以只要把原料乳中的脂肪和无脂干物质的比例调整到奶粉所要求的比例，就能生产出合格的奶粉。这种调整原料乳中脂肪与无脂干物质的比例使之符合奶粉指标要求的过程，称为原料乳的标准化。全脂加糖奶粉的标准化主要是对原料乳的脂肪含量和蔗糖添加量进行调整，使之达到成品的标准要求。脂肪标准化是将原料中的脂肪含量与无脂干物质之比（R2）调整到等于乳粉中脂肪含量与无脂干物质之比（R1），蔗糖标准化是将乳中的蔗糖含量与乳干物质之比调整到等于乳粉中蔗糖含量与乳干物质之比。工艺操作过程是先进行脂肪标准化后在进行蔗糖标准化，脂肪标准化采用分离机进行，当R2R1时，要从原料乳中分离一定质量的稀奶油，使R2=R1，当R2R1时，要从原料乳中分离一些脱脂乳，使R2=R1。脂肪标准化后要在标准化乳中添加蔗糖，添加量通过蔗糖标准化计算得出，但按国家规定标准，加糖乳粉中蔗糖含量应在20%以下。加入方法是将蔗糖用一定量的标准乳溶解后加入标准化乳中。2.1.2.7 预热均质均质是指对脂肪球进行机械处理，使标准化时混合原料乳，如添加稀奶油或脱脂乳及蔗糖形成一个均匀的分散系。经均质后乳有以下优点：（1）风味良好、口感佳。（2）使产品不产生脂肪上浮现象。（3）有利于人体对脂肪的消化吸收。均质前需要对乳进行预热，较高的温度均质效果较好，但温度过高会引起乳脂肪、乳蛋白的变性，通过大量的试验表明，均质温度一般在6070为佳，本工艺采用65。均质压力18-25MPa效果最好，若温度降低后再均质，不仅降低了均质效果，而且有时会使脂肪球形成乳油粒。均质可以均质采用二级均质法，即第一级均质采用较高的压力（20MPa），目的是目的是通过对脂肪球进行机械处理，使它们呈较小的脂肪球均匀一致的分散在乳中，第二级使用低压（4MPa），目的是分散已破碎的小脂肪球，防止黏连，形成均匀的乳浊液。对于乳粉的加工来说，将牛乳进行均质化处理以后，生产的乳粉品质具有较大稳定性，经均质的浓缩乳在干燥时，在全脂乳粉中游离脂肪含量减少。2.1.2.8 热处理杀菌这里杀菌的目的主要是杀死如结核杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、李斯特菌等病原菌，及进入乳中潜在的病原菌、腐败菌，以保证乳粉的安全和质量，提高成品的贮藏性，抑制酶的活性，以免成品产生脂肪水解，酶促褐变等不良现象，同时可保证沸点进料，使浓缩过程稳定进行，提高蒸发速度和增加生产产品种类的灵活性，可随意调整产品品种。一般认为，高温杀菌可以防止或延迟乳脂肪的氧化，但高温长时加热会使部分不稳定蛋白质变性，从而降低了产品溶解度，加之，乳清蛋白中含有巯基，热处理时易使制品产生蒸煮味，此外当牛乳在被加热到100以上时，容易发生褐变，这将会严重影响牛乳成分，也会使产品颜色加深。为使乳清蛋白质变性程度不超过5%，并且减弱或避免蒸煮味，又能到达杀菌抑酶目的，本工艺采用高温短时杀菌方法，即85/15s。由于杀菌后的牛乳不能全部浓缩喷粉，所以采用板式热交换器杀菌后，冷却到46，返回冷藏罐暂存，随时取用，进行浓缩。2.1.2.9 真空浓缩所谓浓缩，就是用加热的方法，是牛乳中的一部分水分汽化，并不断的除去，从而是牛乳中的干物质含量提高。为了减少牛乳中营养成分的损失，现均使用真空浓缩的方式，由于牛乳处于密闭状态，避免了外界污染，可保证乳粉的卫生量。真空浓缩的原理：在821kPa减压状态下，采用间接蒸汽加热方式，对牛乳进行加热，使其在低温条件（60左右）下沸腾，使牛奶中部分水分不断汽化并排出，从而牛乳中干物质含量由12%提高到50%，达到浓缩的目的。原料在干燥之前，先经真空浓缩除去70%80%的水分，可节省加热蒸汽和动力消耗，相应的提高了干燥设备的能力，降低成本，同时浓缩也可以提高乳粉的质量。通常采用减压（真空）浓缩，原料乳浓缩的程度直接影响乳粉的质量，特别是溶解度。浓缩乳的质量要求达到浓度与温度稳定，粘稠度一致，具有良好的流动性，无蛋白质变性沉淀现象，总菌数指标符合卫生标准。一般要求原料乳浓缩至原体积的1/4，乳干物质达到45%左右，浓缩后的乳温一般为4750，这时的浓乳浓度应为波美1416，比重为1.0891.100。乳粉的浓缩设备要选用蒸发速度快，连续出料、节能降耗的蒸发器。现在常用的蒸发器为双效降膜式、多效降膜式（二效、四效、五效、七效）等蒸发器，有列管式、板式、离心式、刮板式蒸发器等。本工艺采用三效降膜式蒸发器，蒸发温度为一效蒸发温度6872；二效蒸发温度为5762;三效蒸发温度为4652。在浓缩的过程中，也起到了脱气的作用：牛乳刚挤出后含气体557，经过贮存、运输、泵送以后，一般气体含量在10以上，而且绝大多数为非结合的分散气体，它们对牛乳加工起到破坏性作用。特别是对于乳粉的加工来说，通过脱气可排除一部分奶腥味以及其他异味，这样可大大改善最终产品的感官效果。浓缩结束，浓缩乳应进行过滤，一般采用双联过滤器。2.1.2.10 干燥喷雾干燥的目的是为了除去液态乳中的水分，使产品形成固态。防止成品腐烂变质，实现较长时间贮存，减少体积和重量，便于运输，扩大供应范围。还可以在干燥同时改变食品的风味或者形状等。浓缩后的乳打入保温罐内，立即进行干燥。干燥直接影响乳粉的溶解度、水分、杂质度、色泽和风味等，是乳粉生产中的最重要的工序之一。浓缩后的乳打入保温罐内，立即进行干燥。干燥直接影响乳粉的溶解度、水分、杂质度、色泽和风味等，是乳粉生产中的最重要工序之一。本工序采用压力式喷雾干燥，具体流程如图2-2所示：进风空气过滤加热喷雾干燥浓缩乳出粉气粉分离排风图2-2 喷雾干燥工艺流程具体工艺条件为：喷雾压力20.024.0Mpa，物料温度7072，喷嘴孔径1.02.0mm，进风温度165175，干燥室温度7585，排风温度7580，乳粉水分不超过5.0%。2.1.2.11 出粉与冷却喷雾干燥室内的乳粉温度较高，粉温可达60，要求迅速连续地卸出及时冷却，用10-20左右的冷空气将乳粉一边冷却一边振动。以免受热时间过长，会使全脂乳粉的游离脂肪增加，而严重影响乳粉的质量，在保藏中容易引起脂肪氧化变质，乳粉的色泽，滋气味，溶解度同样会受影响。所以，在喷雾干燥以后，出粉和冷却也是重要的环节。乳品工业常用的出粉机械有螺旋输送器、鼓型阀、涡旋气封阀和电磁振荡出粉装置等。先进的生产工艺，是将出粉、冷却、筛粉、输粉、贮粉和称量包装等工序联接成连续化的生产线。出粉后应立即筛粉和晾粉。使制品及时冷却。喷雾干燥乳粉要求及时冷却至30以下。目前一般采用流化床出粉冷却装置。2.1.2.12 筛粉与晾粉乳粉过筛的目的是将粗粉和细粉（布袋滤粉器或旋风分离器内的粉）混合，并除去乳粉团块、粉渣，也使乳粉均匀、松散、便于晾粉冷却。采用机械振动筛，网眼4060目。晾粉过程中，不但使乳粉的温度降低，同时乳粉表现密度可提高5%，有利于包装。目前多采用流化床出粉冷却装置。先将常温气流经过冷却除湿后再用于冷却乳粉，可以冷却至18以下。而且避免乳粉在输送管道中互相摩擦以致破碎。其中部分微粒可在流化床上予以分离，使制品颗粒大小均匀。在筛粉和晾粉完成后，需要对半成品乳粉进行检验，具体检验方法见2.1.2.14。2.1.2.13 包装当乳粉贮放时间达到要求后，开始包装。目的在于防止污染和氧化，使成品能保持较久，便于运输与携带。这是乳粉生产的最后一道工序，包装质量直接影响到乳粉的保藏性及商品外观。采用充氮包装，包装要求称量准确、排气彻底、封口严密、装箱整齐、打包牢固。每天在工作之前，包装室必须经紫外线照射30min灭菌后方可使用。包装室配置空调设施，使室温保持在2025，乳粉冷却到28以下，相对湿度75%。凡直接接触乳粉的器具要彻底清洗，烘干灭菌。操作者的工作服、帽、鞋要求清洁，经过消毒；穿戴要整齐；双手洗净消毒后进人操作。包装材质为塑料铝箔复合袋，由于偏聚二氯乙烯的阻隔水、气性能优良，故选它作为奶粉的包装材料。规格400g。2.1.2.14 装箱入库装箱入库工序包括产品装入外箱、装上运输车送至仓库等。箱体平整、美观、打包带对称均匀。包装好的乳制品贮藏在温度不高于15，空气相对湿度不高于85%的仓库内。2.1.2.15 检验合格出厂成品由检验员根据GB 196442010要求进行检验，对产品进行有关感官、理化、污染物限量（GB 2762）、真菌毒素限量（GB 2761）、微生物限量进行检测。检验合格方可出厂。此外，需要建立在线检测技术，在线检测有利于企业质量检验人员对产品质量进行跟踪,并及时调整。检验方法包括化学法、物理法和微生物的快速检测，这就要求企业及科研人员较好的掌握乳制品在线检测技术及设备的开发。2.1.2.16 CIP清洗牛乳加工操作结束后，应及时对设备进行清洗。清洗方法根据不同设备的特性而有所不同。如收奶和贮奶系统可用清水清洗；分离机及杀菌设备先用清水冲洗，继用碱液循环清洗，最后再用清水清洗。必要时还需要用酸液清洗。无论酸洗还是碱洗前后均需用清水清洗，两者不可混合。每次开工生产前，还需要清水按加工程序进行冲洗与设备杀菌，然后由牛乳顶走清水，投入正常生产。具体要求如下：清洗液原料： 氢氧化钠：浓度30%，相对密度1.328。 硝酸：浓度30%，相对密度1.18。清 洗 液： 氢氧化钠：浓度2%，温度6070。 硝酸：浓度1%，温度5060。2.2 婴儿配方乳粉的工艺流程设计及要点说明2.2.1 婴儿配方乳粉的工艺流程婴儿配方乳粉的工艺流程如图2-3所示。2.2.2 婴儿配方乳粉的工艺要点说明婴儿配方乳粉的预处理同全脂乳粉，只有一些个别的工艺条件有所不同，这里只对不同之处加以说明。（1）采用40左右经过预处理的原料乳在高速搅拌缸内溶解乳清粉、糖等配料，以及维生素和微量元素，然后在与预处理的原料乳搅拌混匀；（2）混合后的物料预热到65，在线加入脂肪部分；然后进行均质，均质压力20MPa，4MPa；（3）杀菌温度采用85，15s;（4）浓缩工艺要求与全脂加糖奶粉相同，浓缩终点浓度为45%，但物料的出口温度要求保持5560，此时为18B。（5）喷雾干燥进风温度为155165，排风温度为8085，塔内负压196Pa。（6）包装方法同样采用充氮包装，但包装容器采用采用金属罐，规格1000g。 原料乳验收过滤及净化（20）冷却、贮存（4）预热45混合均质均质65，20MPa，4MPa杀菌85/15s真空浓缩45%喷雾干燥冷却35筛粉及半成品检验成品检验包装30成品入库热风（165）脂肪成分乳清、乳糖、营养素适量溶解废风（80）旋风分离器废气排空原料乳热不稳定维生素图2-3婴儿配方乳粉的工艺流程第3章 物料衡算3.1 产品的营养成分指标及标准化计算3.1.1 全脂加糖乳粉的配方设计及标准化计算3.1.1.1 全脂加糖乳粉的配方设计根据国家食品安全标准乳粉（GB 19644-2010）中对理化指标（如表3-1所示）的要求，并结合当地原料乳质量及实际情况，设计本全脂加糖奶粉营养成分指标，详见表3-2。表3-1 乳粉理化指标项目指标检验方法乳粉调制乳粉蛋白质/（%）非脂乳固体a的34%2GB 5009.5脂肪b/（%）26.0-GB 5413.34复原乳酸度/（T）牛乳18-GB 5413.34羊乳714-杂质度/（mg/kg）16-GB 5413.30水分/(%)5%GB 5009.3a非脂乳固体（%）=100%-脂肪（）-水分（）仅限与全脂乳粉表3-2 全脂加糖乳粉营养成分指标表项目每100g含量蛋白质（%）24.48脂肪（%）26.00蔗糖（%）10.0011.00水分（%）2.003.1.1.2 全脂加糖乳粉的标准化计算根据原料乳指标要求及全脂加糖乳粉的营养成分指标要求，对全脂加糖乳粉的脂肪和蔗糖进行标准化计算：（1）基础数据：原料乳（M）1000kg、脂肪含量（F2）为3.5%、无脂干物质（SNF2）为8.3%，全脂加糖乳粉含水量2.0%，蔗糖10.0%，脂肪（F1）26.0%，分离出去的稀奶油含脂肪率（F4）为40%，脱脂乳中脂肪含量（F3）为0.1%。（2）计算过程求R1、R2由于R2R1时，要从原料乳中分离一定质量的稀奶油。脱脂乳中无脂干物质（SNF3）稀奶油中无脂干物质（SNF4）分离稀奶油量（C）乳粉中蔗糖与乳干物质之比（E）标准化乳中乳干物质含量（Ts）标准化乳中蔗糖的配比率（Q） (即100kg标准乳中需加蔗糖1.34kg)总加糖量（G）根据标准化计算可知，1000kg原料乳可以制得含糖标准化乳1012.8kg,其总干物质含量为12.95%。3.1.2 婴儿配方乳粉的配方设计根据国家食品安全标准婴儿配方食品（GB 10765-2010）中对蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素及矿物质的要求，并结合当地原料乳质量及本企业实际情况，设计本婴儿配方乳粉营养指标，详见表3-3。表3-3 婴儿配方乳粉营养成分指标表营养成分每100g含量营养成分每100g含量营养成分每100g含量水分/（g）2.5维生素B2/（g）550.0铜/（g）380蛋白质/（g）18.61维生素B6/（g）220.0镁/（mg）35脂肪/（g）20.06维生素B12/（g）2.0铁/（mg）8.0碳水化合物/（g）53.6维生素C/（g）50.0锌/（mg）5.0灰分/（g）3.5烟酸/（g）5000锰/（g）35.0维生素A/（IU）1300.0叶酸/（g）25.0钙/（mg）340.0维生素D/（IU）300.0泛酸/（g）18000.0磷/（mg）300.0维生素E/（IU）20.0生物素/（g）10.0碘/（g）100.0维生素K1/（g）28.0钠/（mg）100.0氯/（mg）350.0维生素B1/（g）450.0钾/（mg）460.0硒/（g）30.0根据上述营养指标及国标对食品添加剂和营养强化剂添加要求，设计婴儿配方食品的配方，见表3-4。表3-4 婴儿配方奶粉配方表物料名称牛乳乳清粉棕榈油三脱油奶油蔗糖维生素混合物矿物质混合物每吨投料/(kg)3260382565664590.26415.986注：牛乳要符合生乳收购标准，即：蛋白质2.8%，脂肪3.1%，非脂乳固体8.1%；乳清粉中水分2.5%，脂肪1.2%，奶油中脂肪含量82%；维生素混合物包括：维生素A 5g、维生素D 0.12g、维生素E 60g、维生素K1 0.28g、维生素B1 4.5g、维生素B2 5.5g、维生素B6 2.2g、维生素B12 0.02g、维生素C 0.5g、烟酸 5.0g、叶酸 0.25g、泛酸 180g、生物素 0.1g；矿物质混合物包括;钠 1000g、钾 4600g、铜 3.8g、镁 350g、铁 80g、锌 50g、锰 0.35g、钙 3400g、磷 3000g、碘 1g、氯 3500g、硒 0.3g。3.2 物料衡算根据物料守衡定律，以产品配方和工艺流程为基础，选择班产量（全脂加糖乳粉班产量为8吨/班，婴儿配方乳粉为9.5吨/班）为计算基准，进行物料衡算，计算过程略，计算结果见物料平衡图，即：图3-1、图3-2。原料乳验收（2987kg）净乳（2987kg）0.1%损失（3.1kg）冷却、贮存（2983.9kg）预热、脂肪标准化（2983.9kg）1.69%稀奶油（50.4kg）蔗糖标准化（2933.5kg）白砂糖（39.3kg）+1.34%预热均质杀菌（2972.8kg）损失（3 kg）0.1%浓缩（2969.8kg）水分（2103.2kg）70.82%干燥（866.6kg）0.18%54.08%水分（468.7kg）冷却筛分（396.4kg）损失（0.4kg）0.1%检验包装（396kg）包材（990个铝塑）装箱（990袋）瓦楞纸箱（99个）成品入库（99箱）损失（1.5kg）图3-1 全脂加糖乳粉物料平衡图注：运输包装采用瓦楞纸箱，每箱10袋。原料乳验收（14513kg）净化（14513kg）0.1%损失（14.5kg）冷却、贮存（14498.5kg）混合均质（14498.5kg）溶解水（4071.36kg）乳清粉（1700.66kg）蔗糖（262.67kg）维生素（1.18kg）矿物质（71.17kg）棕榈油（249.31kg）三脱油（249.31kg）奶 油（284.93kg）预热均质杀菌（21389.1kg）浓缩（21389.1kg）干燥（9505.3kg）冷却筛分（4454.5kg）包装（4450kg）装箱（4450罐）成品入库（445箱）55.56%水分（11883.8kg）53.0%0.14%水分（5037.8kg）损失（13kg）包材（4450个金属罐）瓦楞纸箱（445个）损失4.5kg0.1%图3-2 婴儿配方乳粉物料平衡图注：运输包装采用瓦楞纸箱，每箱10罐。 3.3 物料平衡表根据每个产品的物料衡算结果，产品方案及全年生产安排的要求，计算原辅料及包装材料的消耗情况，结果见表3-5。表3-5 全脂加糖乳粉与婴儿配方粉物料衡算表项目全脂加糖乳粉婴儿配方粉吨耗量日耗量年耗量吨耗量日耗量年耗量原料新牛乳7535.3kg5.974t1792.2吨3261.35kg290.26t8707.8吨辅料乳清粉382kg3401.32kg1020.40吨棕榈油56kg498.62kg149.59t三脱油56kg498.62kg149.59t奶油64kg569.86kg170.96t蔗糖13.16kg78.6kg23.58t59kg525.34kg157.60t维生素混合物0.264kg2.36kg708kg矿物质混合物15.986kg142.34kg427.02t包材铝塑复合膜332袋1980袋59.4万袋金属罐1000个8900个267万个瓦楞纸箱34个198个5.94万个100个890个26.7万个第4章 生产车间设备选型4.1 主要设备选型及设计4.1.1 原料乳冷却器的选择由于全脂加糖乳粉与婴儿配方粉前处理工艺基本相同，所以，两个产品的全处理设备放在一起选择。根据工艺要求，要将原料乳从20冷却到4，本设计选择板式热交换器进行原料乳的冷却，冷却介质为冰盐水（-5），流量为原料乳的二倍，根据物料衡算结果可知，每班需要冷却原料乳17.5吨（生产全脂加糖乳粉的原料乳需要量为2.987kg/班，生产婴儿配方粉的原料乳需求量为14513kg/班），为保证生产的连续性，选择两台生产能力为5吨/h的板式热交换器。设计参数：牛乳流量G=5000kg/h，盐水流量为牛乳的二倍，t1=20,t2=4,t3=-5,原料乳比热（C乳）=3.93KJ/kg,盐水比热（C盐）=3.35KJ/kg。换热器传热板拟选用Bp2-D-65型波纹板，具体参数：板的工作面积（f）=0.2m2，两板间间隙（h）=0.0028m，板厚（）=1.2mm，液流部分宽度（b）=0.27m，牛乳在板间的流速（v）为0.25m/s左右。现设计换热器的换热面积（F），板片数量（Z），流程（i）及组合方式。计算盐水出口（终了）温度t4确定平均换热温差tm注：因为，故用算术平均值。确定传热量Q计算换热板的组合流道数m取m=8，修正牛乳流速确定传热面积F、板数Z、流程i及组合方式 (取传热系数K=4018.56KJ/m2h) 取i=2程由于，盐水流量是水的2倍，所以，取盐水流道为牛乳流道的2倍，盐水流速等于牛乳流速，即盐水流道（m）为16。组合方式为：，需要板片33片。4.1.2 脂肪标准化设备的选择脂肪标准化设备选用碟片式分离机，在线控制稀奶油的含脂率和稀奶油的分出量，以达到脂肪标准化的目的。根据物料衡算结果可知，每班有24.32吨原料乳（生产全脂加糖乳粉需要标准化的原料乳为2933.5kg/班，生产婴儿配方粉配料后需要净乳的原料乳为21389.1kg/班）需要进行标准化或净乳，为了保证生产的连续性，选择2台生产能力为15吨/h的碟片分离机。4.1.3 配料罐的选择配料罐只要功能是将配料与标准化乳进行混合。根据物料衡算记过可知，每班需要混合24.36吨原料（生产全脂加糖乳粉需要混合的物料为2969.8kg/班，生产婴儿配方乳粉需要混合的物料为21389.1kg/班），为了保证生产的连续性，选择1个5吨的配料罐、2个15吨的配料罐。4.1.4 巴氏杀菌机组的设计根据工艺要求和物料衡算结果（每班需要杀菌的原料乳为24.36吨），选择2台生产能力为5吨/h的巴氏杀菌机组。该巴氏杀菌机共4段，即：第一预热段、第二预热段、杀菌段、冷却段。设计参数：牛乳流量G=5000kg/h，牛乳的起始温度t1=9，牛奶经第一预热段（第二余热回收段）后的温度t2=55,牛乳经第二预热段（第一余热回收段）后的温度t3=65,杀菌温度t4=85,牛乳最终冷却温度为12，热水起始温度t热=90,热水流量与牛乳流量相同，冷却水温度t冷=4，冷却水流量为牛乳的2倍，牛乳的比热（C乳）=3.93KJ/kg,热水喝冷水的比热（C水）=4.19KJ/kg。换热器传热板拟选用Bp2-D-65型波纹板，具体参数：板的工作面积（f）=0.2m2，两板间间隙（h）=0.0028m，板厚（）=1.2mm，液流部分宽度（b）=0.27m，牛乳在板间的流速（v）为0.25m/s左右。现设计换热器的换热面积（F），板片数量（Z），流程（i）及组合方式。 确定计算必须的起始和终了温度a. 杀菌后牛乳经第一余热回收段后的温度t5t5=t4-(t3-t2)=85-(65-55)=75b. 杀菌后牛乳经第二余热回收段后的温度t6t6=t5-(t2-t1)=75-(55-9)=29c. 热水离开设备出口时的温度t热d. 冷水离开设备出口时的温度t冷确定平均温度差tma. 第一预热段（第二余热回收段）注：因为，故用算术平均值。b. 第二预热段（第一余热回收段）c. 杀菌段d. 冷却段注：因为，故用几何平均值确定传热量Qa.第一预热段（第二余热回收段）b.第二预热段（第一余热回收段）c.杀菌段d.冷却段计算换热板的组合流道数m取m=8，修正牛乳流速选取传热系数K预热段：K1=5504.6KJ/m2h,杀菌段：K3=8204.6KJ/m2h，冷却段：K4=4772KJ/m2h。确定传热面积F、板数Z、流程i及组合形式根据公式、计算各段的传热面积F、板数Z、流程i及组合形式，结果如下：a.第一预热段（第二余热回收段）F1=8.21m2,Z1=46,i1=3 组合方式为b.第二预热段（第一余热回收段）F2=1.785m2,Z2=16,i2=1 组合方式为c.杀菌段F3=8.55m2,Z3=46,i2=3 组合方式为d.冷却段F4=5.89m2,Z4=31,i4=2由于，盐水流量为牛乳流量的2倍，所以，取盐水流道为牛乳流道的2倍，盐水流速等于牛乳流速，即：盐水流道（m）为16。 组合方式为这样整个巴氏杀菌机组的配置如下：+4.1.5 浓缩设备的选择（1）全脂加糖乳粉的浓缩设备选择根据加工工艺要求，需要将标准乳中70%左右的水除掉，同时又保证产品中的营养成分最大程度的保留，所以本工艺选择真空浓缩。真空浓缩是在低温下使水分沸腾，可避免热敏性营养损失；而且，真空浓缩对奶粉颗粒的屋里形状有彰显影响，乳经浓缩后，喷雾干燥时，粉粒粗大，具有良好的分散性和冲调性，能迅速复水溶解。另外，真空浓缩热效率高节能。由于本设计的生产规模大，所以选择三效降膜蒸发器，该蒸发器是利用真空系统降低水蒸气的沸点，并将第一效水分蒸发产生的蒸汽作为二效的热源，而二效产生的二次蒸汽又被作为三效的热源，牛乳经过三效的蒸发达到所需的浓度，这样可以大大节省能源。根据本设计的规模及物料衡算结果，生产全脂加糖乳粉在浓缩过程中每班需要蒸发水分2101.2kg，所以选择1台蒸发能力为500kg/h的三效降膜蒸发器。每一效的蒸发温度分别为72、62、52。（2）婴儿配方乳粉的浓缩设备选择同全脂加糖乳粉一样，选择三效降膜蒸发器，对配料后的原料乳进行真空浓缩，由于，配料后原料变浓，浓度达到20%左右，所以每吨原料乳蒸发掉的水分比全脂乳粉要小得多，根据物料衡算结果，生产婴儿配方乳粉在浓缩过程中需要蒸发水分11883.8kg，所以选择一台蒸发能力为1500kg/h的三效降膜蒸发器。每一效的蒸发温度分别为72、62、52。4.1.6 干燥设备的选择（1）全脂加糖乳粉的干燥设备选择根据工艺要求，要将浓缩后的浓奶中剩余水分除去，制成干粉，同时又要最大程度的减少产品种营养成分的损失，并要保证产品具有良好的分散性和冲调性。又考虑到本设计规模较大，所以选择喷雾式干燥设备来完成本工艺过程。该设备具有干燥速度快、物料受热时间短、干燥温度低，乳粉质量好，工艺参数可调、容易控制质量，卫生质量好、产品不易污染，产品呈松散状态、不必粉碎，机械化自动化程度高等优点。根据本设计的规模及物料衡算结果，生产全脂加糖乳粉在干燥过程中每班需要蒸发水分468.7kg，制得乳粉396.4kg，所以选择1台蒸发能力为600kg/h的压力式喷雾干燥设备。喷雾压力20.024.0MPa，物料温度7072，喷嘴孔径1.02.0mm,进风温度165175。干燥室温度7585，排风温度7580。（2）婴儿配方乳粉的干燥设备选择同样选择压力式喷雾干燥设备对婴儿配方乳粉进行干燥，根据本设计的规模及物料衡算结果，生产婴儿配方乳粉在干燥过程中每班需要蒸发水分5037.8kg、制的乳粉9505.3kg，所以选择一台蒸发能力为600kg/h的压力式喷雾干燥设备。喷雾压力20.024.0MPa，物料温度7072，喷嘴孔径1.02.0mm,进风温度155165。干燥室温度7080，排风温度8085，塔内负压196Pa。4.2 主要设备一览表根据上述选择以及物料衡算结果，并考虑到技术先进可靠，经济合理等因素，对所有生产设备进行选择，详见表4-1 （主要设备一览表）。表4-1 主要设备一览表序号设备名称名称规格及技术数据数量101AB奶槽车20T2102AB奶泵20T/h,自吸，杨程24m2103AB双联过滤器15T/h,120目2104AB脱气罐15T/h2105AB流量计15T/h2106AB离心净乳机15T/h2107AB板式冷却器5T/h，6.5m22108AB奶仓20000L2201 AC配料罐5T/15T1/2202A高速搅拌缸100kw2203 A板式杀菌机组5T/h1204 A均质机15T/h,25MPa2205A暂存罐5T/15T1/2206A三用分离机15T/h2301A三效蒸发器500kg/h/500kg/h1/1302A高压泵2T/h2401A喷雾干燥塔600kg/h1501 AB立式冲淡包装机60包/分1502听式包装机25-55听/分2601ACIP系统10T/h1第5章 热量衡算5.1 加热部分热量衡算5.1.1 预处理杀菌阶段牛乳流量为5000kg/h，原料乳由9预热到55，再由55预热到65，这两部分是用杀菌后的热牛奶作为热交换介质进行的，所以，没有蒸汽消耗，这里就不做计算了。这样只有杀菌段需要消耗蒸汽，这段是将65牛乳加热到85进行杀菌，所需热量：5.1.2 真空浓缩阶段12牛乳经过蒸发器的冷凝系统预热后，温度升高到29后，进入蒸发室，一效蒸发温度为72。其他参数：蒸发前牛乳量 F=24361.9kg/班（物料衡算结果） 蒸发量 V=13987kg/班 浓缩奶产量 P=10371.9kg/班如采用单效蒸发浓缩需热量：采用三效蒸发浓缩，设蒸汽经济性为e=2.5，真空浓缩需热量：按每班有效生产时间为10h计算，则每小时需要热量：5.1.3 喷雾干燥阶段水分蒸发量：W=5506.5kg/班（按物料衡算结果）进风温度：165排风温度：80空气耗量：喷雾干燥阶段所需的热量为：按每班有效生产时间为10h计算，则每小时需要热量：5.1.4 总耗热量在加热过程中，需要蒸汽提供的总热量为：根据经验，在过程中热量损失为15%，故总热量为：5.1.5 每小时需要蒸汽量整个车间的加热系统均采用压力为（绝对）的饱和水蒸气作为热源，查汽化热Lv=2071.5KJ/kg，故加热所需蒸汽总量D为：即：每小时需要压力为（绝对）的饱和水蒸汽2.06吨。 5.2 冷却部分热量衡算5.2.1 原料乳冷却阶段采用板式换热器讲原料乳从20冷却到4，流量为5000kg/h。则每小时需要冷量为：5.2.2 杀菌后冷却阶段采用板式换热器将杀菌后经过两段热回收段的牛乳从29冷却到12，流量为10000kg/h。则每小时所需冷量为：5.2.3 总耗冷量在整个过程中加入的总冷量为：26