碳酸饮料工厂设计要点

窗体底端摘要 本设计介绍了碳酸饮料的市场情况，未来市场走向。进行了工厂选址、产品方案设 计、生产工艺及论证，并以可乐型碳酸饮料为例进行了物料衡算、水电用量的估算、设 备选型、劳动力估算、辅助部门设计。其中以生产工艺论证和车间布置为重点，对车间 门、采光、楼盖、地坪、内墙面、柱子进行了设计。并据此绘出了工艺流程图、生产车 间平面布置图、全厂布局图共 3 张。生产工艺采用先进技术和设备，使生产效率得到 了提高，同时减少了劳动力。车间和全厂的布局都符合 GMP 卫生管理体系和HACCP 质量管理体系。 关键词：碳酸饮料；工艺论证；车间设计 ABSTRACT This design contains the market conditions of carbonated drinks and the tone of the market in the future. Site selection of factory, the design of produce scheme, production technique and argumentation are all analyzed in this paper, furthermore, based on the example of carbonated drinks of cola type this paper elaborates the calculation of materials, the estimation of water and electricity consumption, the type selection of equipment, the estimation of labor force and the design of auxiliary department, with emphasis on production technique and plant arrangement. In this paper four design diagrams including process flow diagram, the floor plan of workshop, the sectional drawing of workshop and the layout diagram of the plant are plotted on the basis of the design of the door ofworkshop, delighting, floor system, ground, inside metope and pillar. With the advanced technique and equipment, the production efficiency is improved and the labor force is reduced. The layout of workshop and plant correspond with GMP management system. health care management system and HACCP quality， 四川理工学院学士学位设计 KEYWORDS: carbonated drinks； technology demonstration； the design of workshop 目录 目 录摘要 ABSTRACT 第 1 章 绪 论 6 1.1 碳酸饮料的现状 6 1.2 碳酸饮料的定义和类 2 1.3 碳酸饮料的负面影响 2 1.4 设计目的 8 1.5 设计依据 3 1.5.1 根据计划任务书规定的产品品种、质量、规模进行设计 3 1.5.2 主要设备的能力应与工厂规模相适应 3 1.5.3 合理的选择工艺流程和设备及设计指标 3 1.5.4 全面解决工厂生产、场外运输和各处物料储备的关系 9 1.5.5 注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展余地 4 1.5.6 合理考虑机械化、自动化装备水平 4 1.5.7 注意环境保护、减少污染 10 1.5.8 方便施工、安装、方便生产、维修 10 第 2 章 厂址选择和总平面设计 11 2.1 厂址选择 11 2.1.1 厂址选择应从以下几方面考虑 6 2.1.2 厂址选择报告的内容 7 2.1.3 结合而论，厂址选择的原则可归纳为如下几项 7 2.2 厂址选择说明 13 2.3 总平面设计 8 2.3.1 总平面设计的基本原则 8 2.4 总平面设计说明 10 第 3 章 碳酸饮料工厂工艺设计 17 3.1 产品方案的要求 17 3.2 班产量的确定 17 3.3 碳酸饮料生产工艺流程 18 3.3.1 工艺流程说明 19 3.3.2 碳酸饮料的质量指标 219 3.4 生产物料衡算 27 3.5 设备选型 28 3.5.1 水处理设备 28 3.5.2 暂存罐 29 3.5.3 不锈钢饮料泵 30 3.5.4 化糖罐 30 3.5.5 硅藻土过滤器 31 四川理工学院学士学位设计 3.5.6 糖浆调配罐 3.5.7 真空脱气罐 3.5.8 紫外线杀菌机 3.5.9 二氧化碳净化器 3.5.10 冷却-混合-碳酸化联合机 3.5.11 全自动冲瓶灌装旋盖机 3.5.12 全自动瓶盖印码机 3.5.13 单侧面加圆瓶贴标机 3.5.14 CIP 清洗系统 3.6 水电用量的计算 3.6.1 用水量计算 3.6.2 用电量计算 3.7 车间工艺布置 3.7.1 生产车间工艺布置的原则如下： 3.7.2 生产车间布置说明 3.7.3 劳动力计算 第 4 章 辅助部门设计 4.1 仓库 4.1.1 原料仓库 4.1.1 包装材料仓库 4.1.3 成品仓库 4.2 研发中心 4.2.1 研发中心的任务 4.2.2 研发中心的装备 4.3 品控中心 4.3.1 品控中心的任务 4.3.2 品控中心的组成 4.3.3 品控中心的装备 4.3.4 品控中心对建筑的要求 4.4 机修室 4.5 全厂生活设施 4.5.1 办公楼 4.5.2 食堂 4.5.3 更衣室 4.5.4 浴室 4.5.5 厕所 4.5.6 员工宿舍 4.5.7 配电房 4.5.8 污水处理站 第 5 章 食品工厂卫生 5.1 厂、库环境卫生 5.2 厂、库设施卫生 5.3 加工卫生 5.4 厂区公共卫生 31 31 31 32 32 33 33 33 33 29 29 35 35 35 35 37 38 38 38 38 39 39 39 39 40 40 40 40 41 41 41 41 42 43 44 39 39 39 45 46 46 46 47 47 目录 5.5 车间卫生 5.6 常见的消毒方法 5.6.1 漂白粉溶液 5.6.2 氢氧化钠溶液 5.6.3 过氧乙酸 5.6.4 蒸汽和热水消毒 5.6.5 紫外线消毒 第 6 章 全厂总平面布置 6.1 厂区面积确定 6.2 厂区道路 第 7 章 公共系统设计 7.1 给排水系统设计内容及所需的基础资料 7.1.1 设计所需基础资料 7.1.2 设计注意事项 7.2 排水系统 7.2.1 排水系统的组成 7.2.2 有关排水设计要点 7.3 消防系统 7.4 供电系统 7.4.1 设计所需基础资料 7.4.2 食品厂对供电的要求及措施 7.4.3 车间配电 7.4.4 供电系统说明 7.5 供汽系统 7.5.1 锅炉房在厂区的位置 7.5.1 锅炉房的布置 第 8 章 废水处理 8.1 碳酸饮料废水的主要来源 8.2 碳酸饮料废水的常用处理工艺及设施 第 9 章 结论 9.1 本设计的技术先进性与经济合理性 9.2 本设计存在的问题 参考文献 致 谢 47 48 48 48 48 49 49 50 47 47 52 52 52 53 53 53 53 49 49 55 50 55 56 51 56 56 58 53 53 61 56 56 62 63 第 1 章 绪论 第 1 章 绪 论 1.1 碳酸饮料的现状 2009 年受益于国家扩大内需政策的影响， 我国软饮料行业保持了较高的发展速度， 前 11 个月，各类软饮料生产 7453 万吨，预计全年产量能达到 8100 万吨，实现 25%以 上的增长，然而，随着居民消费结构的变化，市场对各种饮料的需求也发生着结构性改 变，其中，作为软饮料中的份额“老大”，碳酸饮料生产上也出现了改变，虽然表面上碳 酸饮料的市场容量比较平稳，但是占整个饮料大市场的百分比是逐年下滑的。 今年前 11 个月，碳酸饮料累计生产 1154.5 万吨，同比增长 11.3%，比软饮料总体 平均增长率低了近 14 个百分点。碳酸饮料在整个饮料生产中的占比也由 5 年前的 23% 下降到今年的 15%，份额下降了近 10 个百分点，各类新型饮料品种大行其道，特别是 新型果汁饮料、茶饮料对碳酸饮料的传统市场冲击较大。 碳酸饮料未来 5 年在中国市场的衰退已经无可挽回了， 各类生产企业为了适应市场 变化，在经营上也出现了一系列调整，可口可乐大力推出了自己的新型果汁饮料；百事 可乐又裁员又换标，目的当然很明显，想借此抢占可口可乐的市场分额。未来几年的可 乐大战，必定是精彩非凡，可惜国产品牌娃哈哈的非常可乐近几年悄无声息，新品咖啡 可乐也没有抢到多少份额。 从品牌格局上看，可乐市场三足鼎立的局面目前不会改变，而且各自市场份额在未 来 5 年也不会发生大的变化，基本都同质化了，对手的招数也都互相比较了解了。总体 是：可口可乐和百事可乐下不了乡，非常可乐进不了城。像崂山可乐等地方品牌短时间 难成大气候。 天府可乐如果能够顺利收回品牌所有权， 由中粮之类的超大型国企来运营， 有点希望成为地方强势品牌。雪碧比拼七喜，芬达对阵美年达，未来 5 年也都是维持目 前的品牌格局。 1 四川理工学院学士学位设计 1.2 碳酸饮料的定义和分类 碳酸饮料是在一定条件下充入二氧化碳气的制品， 是软饮料 （非酒精饮料） 的一种。 它的主要成分为糖、色素、甜味剂、酸味剂、香料及碳酸水等，一般不含维生素，也不 含矿物质。按照我国软饮料的分类标准，碳酸饮料（汽水）分为：果汁型碳酸饮料、果 味型碳酸饮料、可乐型碳酸饮料和其他型碳酸饮料。 1、 果汁型： 原果汁含量不低于 2.5%的碳酸饮料， 它除了具有相应水果所特有的色、 香、味之外，还含有一定的营养，有利于身体健康。如橘汁汽水、柠檬汽水等。 2、 果味型： 以食用香精为主要赋予香剂， 以食用着色剂着色， 原果汁含量低于 2.5% 的碳酸饮料，赋予一定的水果香型和色泽。如橘子汽水、菠萝汽水等。 3、可乐型：特指含有焦糖色、可乐香精或类似可乐果和水果香型的辛香、果香混 合剂的碳酸饮料。香气协调柔和，味感纯正、爽口，有清凉、刹口感，由于味道独特， 含有咖啡因的产品同时具有提神作用，人们对这类产品往往有自己的偏爱，尤其可口可 乐、百事可乐、非常可乐等知名品牌产品引导了消费方向。 4、其他型：除上述三种类型以外的碳酸饮料，如苏打水、盐汽水以及含有非果实 的植物提取或非果实的食用香精的碳酸饮料。如茶汁汽水等。 1.3 碳酸饮料的负面影响过量地喝碳酸饮料，其中的高磷可能会改变人体的钙、磷比例。研究人员还发现， 与不过量饮用碳酸饮料的人相比，过量饮用碳酸饮料的人骨折危险会增加大约 3 倍； 而在体力活动剧烈的同时，再过量地饮用碳酸饮料，其骨折的危险也可能增加 5 倍。 专家提醒，儿童期、青春期是骨骼发育的重要时期。在这个时期，孩子们活动量大。如 果食物中高磷低钙的摄入量不均衡，再加上喝过多的碳酸饮料，则要引起足够的重视。 因为它不仅对骨峰量可能产生负面影响，还可能会给将来发生骨质疏松症埋下伏笔。因 此，万事都得要有个“度”。一旦超过了这个“度”，再有丰富营养的食物也可能变成有害 物或多余物，对人体不利；其次，适时补充一定数量的钙，还可减轻体内钙磷比例 的失调。 2 第 1 章 绪论 1.4 设计目的毕业设计是经过大学四年学习， 并且掌握一定理论知识以后进行的一次综合性的练 习。 毕业设计是把理论和实践相结合，并在实践中加以应用，对食品工厂的设计有了一 定时间经验，同时毕业设计能够锻炼我们独立工作的能力，掌握查阅相关资料的一些方 法。 1.5 设计依据本设计是根据四川理工学院生物工程学院食品科学与工程教研室下达的毕业设计 任务书进行设计的，设计课题年产6000吨碳酸饮料车间工艺设计。 1.5.1 根据计划任务书规定的产品品种、质量、规模进行设计 计划任务书规定产品的规模往往有一定的范围， 设计规模在该范围之内或略超出该 范围，都认为是合适的；但如果限于设备选型，设计达到的规模略低于该范围，则应说 明原因，取得上级同意后，才能继续设计。 1.5.2 主要设备的能力应与工厂规模相适应 大型工厂应配备与之相适应的大型设备，否则将造成工艺线过多的现象。 1.5.3 合理的选择工艺流程和设备及设计指标 工艺流程和主要的设备的确定至关重要。工厂建成后，要想改变工艺流程和主要设 备十分困难。因此工艺流程的确定和主体设备的选择应慎重从事，须通过方案对比后确 定，并应尽可能考虑节省能源，采用安全可靠、技术先进成熟、经济合理的工艺流程和 设备。工艺设计的各项指标，如原料损失率、产品合格率等的选取，应切合实际。指标 3 四川理工学院学士学位设计 定得太高，投产后达不到设计要求。指标过于保守，造成人力、物力的浪费，经济上不 合理。因此，设计指标和工艺参数的选取也应力求先进、合理。 1.5.4 全面解决工厂生产、场外运输和各处物料储备的关系 由于工厂生产要求长期连续运转，而高混机、回转窑、熔炉和磨机等设备则需要一 定的时间进行计划检修；同时受各处复杂条件如场外运输等因素的制约，所以各种物料 都应有适当的储备。各种堆场、储库的容量，应满足各处物料存期的要求。储存期的确 定应使生产有一定的机动性，以利于工厂均衡连续地生产。但储存期也不要太长，以免 增加基建工程量和费用及占用工厂的流动资金。 1.5.5 注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展余地 工厂从设计到建成投产往往要好几年的时间，而生产技术却是向前发展的。因此设 备能力应能切实满足生产要求并留有余地。此外，应结合设计时的国内外未来时期对设 计产品需求情况的预测，以及当前国民经济发展的方针政策，考虑在设计中是否需要或 应留有多大的扩建余地。考虑工厂扩建的原则是：既要便于今后的扩建，使工厂扩建时 尽量不影响原有的生产，又要尽可能不增加当前建厂的占地面积和投资。 1.5.6 合理考虑机械化、自动化装备水平 机械化水平应与工厂的规模和装备水平相适应， 特别是连续生产过程中大宗物料的 装、运、卸，必须实现机械化。重大设备的检修、起重以及需要减轻繁重体力劳动的场 合，也应尽可能实现机械化。生产控制自动化，具有反应灵敏、控制及时、调整精确的 特点，是保证现代化连续性大生产安全稳定进行必不可少的手段。我国工厂生产的自动 化有自己的特点，目前不强调高度全盘自动化，而是注重讲求实效的局部自动化。如窑 炉、熔炉和各种成型设备等大型设备连续生产自动化等。 4 第 1 章 绪论 1.5.7 注意环境保护、减少污染设计应严格执行国家环境保护、工业卫生等方面的有关规定。对可能产生的污染应 采取相应的防治措施，确保工人在良好的环境下从事生产，保护广大职工的身体健康。 1.5.8 方便施工、安装、方便生产、维修 工艺布置应做到生产流程顺畅、紧凑、简捷。力求缩短物料的运输距离，并充分考 虑设备安装、操作、检修和通行的方便，以及其他专业对工艺布置的要求。 5 四川理工学院学士学位设计 第 2 章 厂址选择和总平面设计 2.1 厂址选择食品工业的布局，涉及一个地区的长远规划。一个食品工厂的建设，与当地资源、 交通运输、农业发展都有密切关系。在进行区域规划、选择厂址时，经常涉及的内容有 工程地质条件的优劣，厂区范围能否适应和满足总平面和安全距离的要求、自然灾害的 威胁程度与抵御能力，可能出现的次生灾害，“三废”的处理，与外部的联系及协作等。 厂址选择工作应当在当地城建部门的统筹安排下， 由筹建单位负责， 会同主管部门、 建筑部门、城市规划部门和区、乡（镇）等有关单位，经过充分讨论和比较，选择优点 最多的地址为建厂的地址。在选择厂址时，设计单位亦应参加。 2.1.1 厂址选择应从以下几方面考虑 1、食品工厂的厂址应设在当地的规划区内，以适应当地发展规划的统一布局，并 尽量不占或少占良田，做到节约用地。所需土地可按基建要求分期分批征用。食品工厂 应设在环境洁净，绿化条件好，水源清洁的区域。 2、食品工厂一般建在原料产地附近的大中城市郊区，个别产品为有利于销售也可 设在市区。这不仅可获得足够数量和质量新鲜的原料，也有利于加强食品企业对农村原 料基地生产的指导和联系，而且还便于辅助材料和包装材料的获得，利于产品的销售， 同时还可以减少运输费用。 3、所选厂址要有可靠的地质条件，应避免将工厂设在流沙、淤泥、土崩断裂层上。 在矿藏地表处不应建厂。 厂址应有一定的地耐力。 建筑冷库的地方， 地下水位不能过高。 4、厂区的标高应高于当地历史最高洪水位，特别是主厂房及仓库的标高更应高出 当地历史最高洪水位。厂区自然排水坡度最好在（48）?1000 之间。 5、所选厂址面积的大小，应能尽量满足生产要求，并有发展余地和留有适应的空 6 第 2 章 厂址选择和总平面设计 余场地。 6、所选厂址附近应有良好的卫生环境，没有有害气体、放射源、粉尘和其他扩散 性的污染源（包括污水、传染病医院等），特别是在上风向地区的工矿企业，更要注意 它们对食品厂生产有无危害。厂址不应设在受污染河流的下游。还应尽量避免在古坟、 文物、风景区和机场附近建厂，并避免高压线、国防专用线穿越厂区。 7、所选厂址应有较方便的运输条件（高速公路、铁路及水路）。若需要新建公路 或专用铁路时，应选最短距离为好，以减少投资。 8、有一定的供电条件。在供电距离和容量上应得到供电部门的保证。 9、所选厂址附近不仅要有充足的水源，而且水质要好（水质必须符合卫生部所颁 发的饮用水水质标准）。城市采用自来水，即符合饮用水标准。若采用江、河、湖水， 则需加以处理。若要采用地下水，则需向当地了解，是否允许开凿深井。同时，还得注 意其水质是否符合饮用水要求。水源水质是食品工厂选择厂址的重要条件，特别是饮料 厂和酿造厂，对实质要求更高。厂内排除废渣，应就近处理。废水经处理后排放。要尽 可能对废渣、废水做综合利用。 10、厂址最好选择在居民区附近，这样可以减少宿舍、商店、学校等职工的生活福 利设施。 2.1.2 厂址选择报告的内容 1、厂址的坐落地点，四周环境情况。地质及有关自然条件资料。厂区范围、征地 面积、发展计划、施工时有关的土方工程及拆迁民房情况，并绘制 1?1000 的地形图。 2、原料供应情况；废水排放情况。 3、水、电、燃料、交通运输及职工福利设施的供应和处理方式。 4、经济分析。对厂区一次性投资估算及生产中经济成本等综合分析。 5、选择意见。通过选择比较，经济分析，确认哪一个厂址符合条件。 2.1.3 结合而论，厂址选择的原则可归纳为如下几项 7 四川理工学院学士学位设计 1、厂址的位置要符合城市规划（供汽、供电、给排水、交通运输）等要求。 2、厂的地区要接近原料、燃料基地和产品销售市场，还要接近水源和电源。 3、具有良好的交通运输条件。 4、场地有效利用系数较高，并有远景规划的最终总体布局。 5、有一定的基建施工条件和投产后的协作条件。 6、厂址选择要利于三废处理。 2.2 厂址选择说明根据以上原则，本设计将厂址选择在南充市航空港工业集中区。 1、航空港工业集中区是省级经济开发区南充经济开发区的重要组成部分。初 步形成了机械电子、家具建材、丝纺服装和食品医药四大产业。园区现占地5平方公里， 远期规划面积40平方公里，又属高新技术开发区，符合国家发展的方针政策。 2、南充市航空港工业集中区位于南充市高坪区，环境良好，属嘉陵江中游，污染 较少。 3、南充市航空港工业集中区靠近高坪机场，有多条公交线路直达市区。南充市有 直达成都、重庆等周边大城市的高速公路和铁路，交通便利，地势平坦，位置优越。 4、南充夏天较炎热，碳酸饮料中的二氧化碳能带走体内的热量，给人清爽感，因 此会有良好的市场。 5、在南充快速发展的的今天，经济也突飞猛进的增长，人民生活水平提高了，因此会 有一定的消费群体。 2.3 总平面设计食品工厂的总平面设计，无论原料种类、产品性质、规模大小以及建设条件如何不 同，都是按照设计的基本原则结合具体情况进行的。 2.3.1 总平面设计的基本原则 8 第 2 章 厂址选择和总平面设计 食品工厂总平面设计，布置务必紧凑合理，节约用地。分期建设的工程，可一次设 计，分期建设，为长期发展留有余地。 2.3.1.1 总平面设计应符合工厂生产工艺的要求 1、主车间、仓库等应按生产流程布置，并尽量缩短距离。 2、全厂的货流、人流、原料、管道等的运输应有各自路线，力求避免交叉。 3、避免无聊往返运输，动力设施应靠近负荷中心，如变电站应靠近高压线网输入 本厂的一边，同时，变电站又应靠近工厂负荷中心。制冷机房应接近变电站，紧靠冷库。 罐头食品工厂肉类车间的解冻间应接近冷库，而杀菌等用蒸汽量大的工段应靠近锅炉 房。 2.3.1.2 食品工厂总平面设计必须满足食品工厂卫生要求和食品安全要求 1、生产区（各种车间和仓库等）和生活区（宿舍、食堂、浴室、商店和学校等）、 厂前区（传达室、医务室、化验室、办公室、俱乐部、汽车房等）、和生产区分开。 2、生产车间应注意朝向，一边采用南北向，保证阳光充足，通风良好。 3、生产车间与城市公路须有一定的隔离区，一般宽为 3050m，中间最好有绿化 地带阻拦尘埃。 4、根据生产性质不同，动力供应货运周转和卫生防火等应分区布置。同时，主车 间应与食品卫生有影响的综合车间、废品仓库、煤堆及有大量烟尘或有害气体排出的车 间间隔一定距离。主车间应设在锅炉房的上风向。 5、公用厕所要与主车间、食品原料仓库或堆场及成品库保持一定的距离，并采用 水冲式厕所，以保持厕所的清洁卫生。 6、总平面中要有一定的绿化面积，但不宜过大。 2.3.1.3 食品厂厂区道路和厂区建筑物布置的要求 9 四川理工学院学士学位设计 1、厂区道路应按运输量及运输工具的情况决定其宽度，厂区道路应采用水泥或沥 青路面，以保持清洁。运输货物道路应与车间保持一定的距离，特别是运煤和煤渣容易 产生污染。一般道路应设计成环形，以免造成堵塞。 2、厂区道路还应从实际出发考虑是否需要有铁路专用线和码头等设施。 3、厂区建筑物间距（指两栋建筑物外墙面相距的距离）应按有关规范设计。从防 火、卫生、防震、防尘、噪声、日照、通风等方面来考虑，在符合有关规范的前提下， 使建筑物间的距离最小。例如，建筑间距与日照关系，冬季需要日照的地区，可根据冬 至日太阳方位角和建筑物高度求得前栋建筑的投影长度，作为建筑日照间距的依据。不 同朝向的日照间距 D 约为 1.11.5H（D 为两建筑物外墙面的距离，H 为布置在前面 的建筑遮挡阳光的高度）。 4、建筑间距与通风关系：当风向正对建筑物时(即入射角为 0时)，希望前面的建 筑不遮挡后面建筑的自然通风，那就要求建筑间距 D 在 45H 以上。当风向的入射 角为30时，间距可采用 1.3H。当入射角为 60时，间距 D 采用 1.0H。一般建筑选用 较大风向入射角时，用 1.3H 或 1.5H 就可达到通风要求；在地震区采用 1.6H 或 2.0H。 5、厂区各建筑物布置也应符合规划要求，同时合理利用地质、地形和水文等的自 然条件。合理确定建筑物、道路的标高，保证不受洪水的影响，使排水畅通。 6、在坡地、山地建设工厂，可采用不同标高安排道路及建筑物，进行合理的竖向 布置。但必须注意设置护坡及防洪渠道，以防山洪灾害。 7、相互间有影响的车间，尽量不要放在同一建筑物里，但相似车间应尽量放在一 起，提高场地利用率。 2.4 总平面设计说明总平面设计的依据是设计任务书、厂址选择报告及生产工艺流程简图。结合厂址的 自然条件因地制宜，注意了经济技术性，节约用地，节省投资和留有发展余地。 由风玫瑰图看得，全年的主风向为静风少有北风，主要生产车间布置在全厂东西纵 向上的中心地带，形成生产区。生活区设在主风向的下风向，以免污染生产区的卫生， 锅炉房设在西南方向，既不会污染加工车间又不至于使能源输送距离加大，污水处理站 10 第 2 章 厂址选择和总平面设计 设在厂后区，对生产区的环境卫生没有影响。 这个总平面设计符合生产流程的要求。原料、半成品、成品的生产作业线顺直、短 捷，设有交叉和返回。建、构筑物的厂房布置分区划片，分为厂前区、能源区、生产区。 体现出各区功能分明、运输联系方便、建筑井然有序。厂前区的建筑基本上属于行政管 理及后勤职能部门等有关设施（食堂、车库、门卫等）。生产区包括主要车间厂房及其 原料、成品库。能源区包括动力车间厂房（水泵房、水塔、锅炉房等），生产区处在厂 址场地的中部，也是地形地质较好的地带。 全厂运输道路设置在各区片之间，主干道与大门通连。厂前区，主干道两侧设置绿 化设施，美化环境，动力车间靠近其服务的部门生产区。这样，最大限度的减少管路管 线的铺设、输送汽、冷、气、电的常年能量损失。且动力车间布置在厂区的下风向，以 免烟尘污染厂区和容易引起火灾。 辅助车间靠近为其服务的主车间厂房，分布在厂区的右侧。水塔分布在右侧靠中， 以便为生产提供大量用水。包装材料库设置在主车间一楼和二楼，接近包装车间。原料 库布置在主车间左侧， 为生产时运输节省成本。 厂前门右侧设置一个汽车库和自行车棚， 主要为车间工人停车用地，厂后区设计一个小车库，主要为成品运输车辆停车用。锅炉 房处在厂区右侧下方。主要为了靠近主车间的蒸煮间，可减少供汽的热量与压力损失。 有利于凝结水的回收及环境卫生。 行政管理和后勤部门的总体布置位集中在厂前区。因为其职能性质规定，对厂内方 便于全厂性的行政业务和生产技术管理，以及后勤服务，对外在建筑上适应城市规划、 市容整齐的要求。故设在工厂的大门处，临近两侧。首先，办公大楼正对着大门，并且 附以大型花池绿化及旁侧美化，体现了工厂的方位朝向。并且通风采光充足，其他福利 设施布置在厂前区左侧，如食堂、活动室、及运动场地等，作为生活区的一部分，方便 工人的生活。 全厂总平面布置采用区带式布置形式。在厂区划分的前提下，保证区域功能分明的 特点，以主要生产车间的定位布置，带起辅助车间和动力车间的逐一布置。这种布置形 式的特点是突出了主要生产车间的中心地带位置。全厂各区布置得比较协调合理。道路 网布置井然有序，绿化区面积得以保证。 11 四川理工学院学士学位设计 第 3 章 碳酸饮料工厂工艺设计 3.1 产品方案的要求在安排产品方案时，应尽可能做到满足主要产品产量的要求，满足原料综合利用的 要求，满足淡旺季节平衡生产的要求，满足市场供应以及提高经济效益的要求。努力做 到产品产量与原料供应量平衡，生产季节与劳动力需求相平衡，生产班次平衡，设备生 产能力平衡，水、电、汽负荷要平衡。在编排产品方案时，应根据计划任务书的要求及 原料供应情况，并结合各生产车间的实际利用率，计划好安排多少车间生产才能保证方 案的顺利实施。 3.2 班产量的确定班产量是食品工厂工艺设计中最主要的计算基准， 班产量的大小直接影响到设备的 配套、车间的布置和占地面积、公用设施和辅助设施的规格、大小及劳动力的定员等。 班产量的制约因素主要有原料的供应情况和市场销售情况、 配套设备的生产能力及运行 情况、延长生产期的条件（冷库及半成品加工措施）、产品品种的搭配以及工厂的自动 化程度。 表3-1产品方案 月份 天数 班产量 班次 日产量 月产量 果味型 果汁型 可乐型 （吨） （吨） （吨） （吨） （吨） 2 1 1 2 30 15 15 30 630 225 330 660 150 60 60 150 180 60 120 210 300 105 150 300 （天/月） （班/吨） 1月 2月 3月 4月 21 15 22 22 15 15 15 15 12 第 3 章 碳酸饮料工厂工艺设计 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 19 22 22 22 22 19 22 22 15 15 15 15 15 15 15 15 2 2 2 2 2 1 1 1 30 30 30 30 30 15 15 15 570 660 660 660 660 285 330 330 150 150 150 150 150 60 60 60 180 210 210 210 210 105 120 120 240 300 300 300 300 120 150 150 由上表可知，每年实际工作日按250天计算，符合国家规定。每月按4周计算，除去 周末 8 天，实际工作日为 22 天，由于 2 月份有春节，则生产 15 天，1 月放元旦一 天，则生产 21 天，5 月和 10 月因也有法定节假日故生产 19 天。碳酸饮料在夏季和 春节期间销量较好，故每天生产 2 班。其余几个月为淡季，每天生产 1 班。 3.3 碳酸饮料生产工艺流程碳酸饮料的生产工艺流程有两种，一种是配好调味糖浆后，将其灌入包装容器，再 灌装碳酸水（即冲入二氧化碳的水），称现调试；另一种是将调味糖浆和碳酸水定量混 合后，再灌入包装容器中，称预调式。本设计根据一次灌装工艺流程进行设计。 预调式工艺流程（一次灌装）见图 3-1。 饮用水 水处理 脱气 暂存 CO2气 调味剂、香精等 砂糖 溶解 暂存 过滤 糖浆调和 定量调和机 带冷却的混合机 瓶 洗净 空瓶检查 装瓶机 轧盖机 制品检查 成品 13 四川理工学院学士学位设计 图 3-1 预调式工艺流程 现调试工艺流程（二次灌装）见图 3-2。 CO2气 饮用水 水处理 冷却 混合机 冷却 灌浆机 装瓶机 轧盖机 混匀机 成品 图 3-2 现调试工艺流程 制品检查 调和剂、香精等 砂糖溶解 过滤 糖浆调和 瓶 洗净 空瓶检查 3.3.1 工艺流程说明 3.3.1.1 饮料用水的水质要求和处理 水是饮料生产中的重要原料之一，水质的好坏，直接影响成品的质量。因此，饮用 水的处理非常重要。 （1）天然水源中的杂质，按其微粒分散的程度，大致可分为三类：悬浮物、胶体、 溶解物质，见表 3-2。表 3-2 天然水源中杂质的分类和处理方法 杂质微粒/mm 10 ?7 10 分类 特征 识别 常用处理 方法 真溶液 透明 电子显微镜 离子交换 混凝、澄清、过滤 胶体 光照下浑浊 超显微镜 悬浮物 浑浊 肉眼可见 普通显微镜 自然沉降、过滤 10 ?6 10 ?5 10 ?4 10 ?3 10 ?2 10 ?1 1 14 第 3 章 碳酸饮料工厂工艺设计 （2）饮用水的水质要求 饮料用水首先必须符合我国生活饮用水卫生标准（GB 5749）,见表 3-3。 3.3.1.2 原糖浆的制备 （1）糖的溶解 把糖溶解于水中，一般称为原糖浆或单糖浆。必须采用优质砂糖，溶解于一定量的 水中，制成预计浓度的糖液，再经过滤、澄清后供用。其所用水亦必须用纯良的水，其 水质可与装瓶用水相同。 溶解方法有冷溶法与热溶法。配制短期内饮用的饮料的糖浆可采用冷溶法；零散饮 料，纯度要求较高，或要求延长贮藏期的饮料，最好采用热溶法。 热溶法的优点是： 1、能杀灭附于糖内的细菌； 2、可分离出凝固糖中的杂物； 3、溶解迅速，在较短时间内可生产大量糖浆。 冷溶法的优点是节约燃料。 15 四川理工学院学士学位设计 表 3-3 生活用水卫生标准 项目 色 浊度 臭和味 肉眼可见物 PH 总硬度（以碳酸钙计）mg/L 铁/(mg/L) 锰/(mg/L) 铜/(mg/L) 锌/(mg/L) 挥发酚类（以苯酚计）mg/L 阴离子合成洗涤(mg/L) 硫酸盐/(mg/L) 氯化物/(mg/L) 溶解性总固体/(mg/L) 标准 色度不超过 15 度，并不呈现其它异色 不超过 3 度，特殊情况不超过 5 度 不得有异臭、异味 不得含有 6.58.5 450 0.3 0.1 1.0 1.0 0.002 0.3 250 250 1000 感官性状和 一般化学指 标 氟化物/(mg/L) 氰化物/(mg/L) 砷/(mg/L) 毒理学指标 硒/(mg/L) 汞/(mg/L) 镉/(mg/L) 铬(六价)/(mg/L) 铅/(mg/L) 银/(mg/L) 硝酸盐（以氮计）/(mg/L) 氯仿/(g/L) 四氯化碳/(g/L) 滴滴涕/(g/l) 六六六/(g/L) 细菌总数/(个/mL) 总大肠菌群/(个/L) 1.0 0.05 0.05 0.01 0.001 0.01 0.05 0.05 0.05 20 60 3 1 5 100 3 在与水接触 30min 反应不低于 0.3mg/L. 16 第 3 章 碳酸饮料工厂工艺设计 细菌学指标 游离余氯 集中 式给水除出厂水应符合上述要求外，管网 末梢 水不应低于 0.05mg/L 总放射性/(Bq/L) 放射性指标 总放射性/(Bq/L) 0.1 1 （2）糖浆过滤 砂糖加水溶解后，必须进行过滤，滤法有自然过滤和加压过滤两种。 自然过滤采用锤形厚绒布滤袋，内加纸浆滤层，操作极简单。但滤速流量太慢，不 适用于一般工厂，大部分工厂采用加压滤法。 加压过滤采用不锈钢板框压缩设备，每块滤板上配有细帆布，糖液经溶化后，加纸 浆为助滤剂，用泵加压通过滤板，反复通过，先形成滤层，去除杂质得到澄清透明的糖 浆备用。助滤剂是用造纸原料经粉碎成浆状，于糖溶化后加入，其加入量为每 1m 过滤 面积，约用 1Kg 纸浆原料。用离心泵加压，其压力不超过 117.6kPa(1.2kgf/cm )。 一般操作压力在 58.8kPa(0.6kgf/cm )左右。如采用 2.5m 的过滤面积的过滤设备， 65Bx 浓度的糖浆流量为 2.5t/h。如果压力超过 117.6kPa 及流量降低时，应停止操作， 重新更换新的纸浆及滤布。 该操作必须在规定卫生条件下进行。 更换下来的纸浆经清洗、 干燥后可重复使用。 如果生产中采用质量较差的砂糖，则会导致饮料产生絮凝物、沉淀物，以致产生异 味等，还会使装瓶时出现大量泡沫，影响生产速度。因此较差的砂糖必须采用活性炭的 净化处理。处理方法为：将糖用活性炭加入热糖浆中，添加时用搅拌器不断搅拌。活性 炭用量须视糖及活性炭的质量而定，一般用量为糖的质量 0.5%1%之间。活性炭与糖 溶液接触 15min，温度保持在 80.为了避免活性炭堵塞过滤器面层，在通过过滤器前 加一些助滤剂（如硅藻土），用量为糖质量的 0.1%。过滤时活性炭和助滤剂吸附在过 滤面层，糖浆反复通过过滤器，达到过滤出来的糖液纯净透明为度。过滤设备也采用不 锈钢板框压滤器。 2 2 2 2 17 四川理工学院学士学位设计 3.3.1.3 糖浆的配合 原糖浆（加甜味剂）加防腐剂加酸味剂果汁香精色素水（碳酸水） （1） 防腐剂 防腐剂的作用，是防止食品生产中受到细菌的污染而造成腐坏，但要首先保证产品 生产过程的卫生，才能期待防腐剂所产生的效果。 饮料中常用的防腐剂是苯甲酸钠，配制浓度为 25%，即一份苯甲酸钠加三分温水 溶解成溶液，经过滤，贮存于清洁容器中备用。在软饮料中使用量低于 0.1%。 （2） 酸 酸被使用于饮料中，以产生酸味，调整糖的甜味，并突出或补充相关联的香味。 1、柠檬酸 由于它是柑橘水果的一种天然组成部分，因此适用于橘子味碳酸饮料。工厂一般常 用 50%的柠檬酸溶液。 2、酒石酸 酒石酸是从葡萄酒生产的副产品中取得的，它比柠檬酸要酸一些，主要用来制备葡 萄香味饮料。和柠檬酸用法相同，也溶化成 50%的溶液。 3、磷酸 由于磷酸的浓度高， 价格便宜， 所以它是最经济的酸化剂。 使用于碳酸饮料时， 25% 碳酸溶液差不多相等于 50%柠檬酸溶液。主要用于可乐型饮料中。 4、乳酸 乳酸由乳糖所制得，是无色浓稠溶液，味较温和。一般使用量与柠檬酸相同。 （3） 甜味剂（糖精钠） 糖精钠为无色呈结晶体，因系钠盐，故易容于水。它的甜度通常与其质量的 300 500 倍蔗糖相等。我国规定最大的使用量为成品的 0.015%。 （4） 果汁 许多水果汁被广泛用于碳酸饮料中，使用最广的要属柑橘类的汁。果汁可分澄清和 浑浊的。现柑橘类果汁都用浑浊状的，在加工果汁时必须将榨出的果汁立即进行瞬时巴 氏杀菌，以破坏其中果胶酶的活性。以免破坏浑浊度。为了节约一般采用浓缩汁，如真 空离心浓缩。 18 第 3 章 碳酸饮料工厂工艺设计 （5） 色素 由于消费者需要饮料外观应与原果或植物色调相似，因而需要使用各种着色剂，以 吸引消费者。 碳酸饮料中使用的着色剂可分为两类：天然色素和法定食用色素。 天然色素有虫胶色素、红花黄、辣椒红、焦糖色、红曲米、胡萝卜素、叶绿素、 姜黄、甜菜红等九种。 人造色素有柠檬黄、日落黄、苋菜红、胭脂红、靛蓝等五种。 （6） 香精 香精在饮料中是不可缺少的原料，可分为水溶性香精和乳化香精。 3.3.1.4 碳酸化 碳酸饮料最为重要的性质是发泡性， 发泡程度是由饮料中溶解的二氧化碳量决 定的。水或调配好的饮料吸收碳酸气，即二氧化碳和水混合的过程称为碳酸饱和作 用或碳酸化作用。 影响碳酸化作用的因素： （1） 二氧化碳在碳酸饮料中的作用 1、清凉作用：喝汽水实际上是喝一定浓度的碳酸，碳酸在腹中由于温度升高、压 力降低，即进行分解。当二氧化碳从体内排出时，就把体内的热带出来，起到清凉作用。 2、阻碍微生物的生长，延长汽水的货架寿命：二氧化碳能致死嗜氧微生物，并由 于汽水中的压力能抑制微生物的生长。国际上认为 3.54 倍含气量是汽水的安全区。 3、突出香味：二氧化碳在汽水中逸出时，能带出香味，增强风味。 4、有舒服的刹口感：二氧化碳配合汽水中其他成分，产出一种特殊的风味，各个 不同品种需要不同的刹口感，有的要强烈，有的要柔和，所以各个品种的含气量不同。 如：橙汁汽水，含气量（容积倍数）为 1.52.5；可乐汽水，含气量为 3.54；柠檬汽 水，含气量为 3.54。 （2）二氧化碳在水中的溶解度 在一定压力和温度下，二氧化碳在水中的最大溶解量叫作溶解度。这时气体从液体 中逸出的速度和气体进入液体的速度达到平衡，叫作饱和。未达到最大溶解量的溶液叫 19 四川理工学院学士学位设计 作不饱和溶液。 二氧化碳在液体中的溶解量依下列因素而定： 1、气液体系的绝对压力和液体的温度。 2、二氧化碳气的纯度和液体中存在的溶质的性质。 3、气体和液体的接触面积和接触时间。 （3）饮料中空气的影响 二氧化碳在液体中的溶解度与液体中存在的溶质的性质和二氧化碳的纯度有关。 纯 水较含糖或含盐的水更容易溶解二氧化碳。二氧化碳气中的杂质则阻碍二氧化碳的溶 解。 最常见的影响碳酸化的因素是空气。 空气不仅影响碳酸化的效果， 而且对产品来说， 能促进霉菌和腐败菌的生长，并能氧化香料使风味遭到破坏。 空气的主要来源：（1）二氧化碳气不纯；（2）气路有漏隙；（3）水中溶解氧、 气泡；（4）抽水管线有漏隙；（5）糖浆中的溶解氧、气泡；（6）糖浆管线以及配比 器管线中空气的窝存；（7）混合机内及管线中的空气。 水中的空气可以用脱气机处理。 3.3.1.5 瓶的预处理 （1）卸垛 卸垛就是将空瓶或空罐从箱子或托盘移入链道中。 玻璃瓶线的卸瓶机利用真空吸附 装置，通过吸爪夹住瓶子，把瓶子从箱子中取出送至链道上。这一过程，需要对玻璃瓶 进行预检，以挑出碎瓶、不能清洗的脏瓶及杂瓶等。塑料瓶线、易拉罐线的卸瓶机主要 针对托盘包装产品，利用升降装置，将载有空瓶的托盘升至与平台一致的水平位置，通 过推动装置，将同一层内的空瓶移到链道，完成输送工作。 （2）洗瓶 玻璃瓶因属回收包装，故瓶内较脏，采用去污能力较强的火碱清洗，一般火碱浓度 为 2%3.5%，碱液温度为 5560，接触时间为 1020min。若烧碱浓度在 4%以 上或温度超过 77时，将对玻璃瓶有损害。玻璃瓶的清洗目前普遍采用的是混合洗液 法，即在烧碱中加入烧碱（6/4），使之更易洗净，加入磷酸钠以改进硬水的结垢，避免 PET 瓶及易拉罐由于 硬水使洗出的瓶壁产生污垢； 加入葡萄糖酸钠以利去瓶口铁锈等。 20 第 3 章 碳酸饮料工厂工艺设计 采用密封包装，污染很小，只需使用含氯量（310）10? 的软化水瞬间冲洗即可，冲 洗压力保持在 0.20.4kPa。 洗瓶的方法分为浸泡、喷射、刷洗三种。 6 3.3.2 碳酸饮料的质量指标（1）感官指标 1、色泽和透明度：无色、澄清、透明（加色素的汽水应符合该品种应有之色泽）； 混汁型汽水应具有一定的浑浊感。 2、外观：瓶内外清洁，