年产8000吨猕猴桃浓缩汁蒸发器设计于明光.docx

1、年产8000吨猕猴桃浓缩汁蒸发器设计于明光山东理工大学食品工程原理课程设计题目：年产8000吨浓缩猕猴桃汁生产艺设计-蒸发浓缩设备选型论证学 院：农业工程与食品科学学院专 业： 食品科学与工程 学生姓名： 于明光（14110302097） * * 课程设计（论文）时间：二零一六年7月二日 七月十五日 共 两周摘 要本设计介绍了一种年产8000吨的浓缩猕猴桃汁的生产工艺设计，详细讲述了浓缩猕猴桃汁的生产工艺，包括浓缩猕猴桃汁的生产工艺流程选择及论证、物料衡算以及生产线设备设计及选型，并对猕猴桃汁浓缩部分进行了详细的计算。本生产工艺以新鲜优质桃为原料，经过清洗、挑选后，采用物理的方法如压榨、浸提、

2、离心等方法制造出风味良好营养丰富的浓缩猕猴桃汁，可供冷冻冷藏、稀释饮用等，具有广阔的应用前景。关键词：浓缩猕猴桃汁，工艺流程，设备选型，蒸发浓缩摘 要 目 录 第一章 引 言 1第二章 工艺流程及工艺要点 22.1 工艺流程 22.2 工艺要点 2第三章 相关计算 53.1 设计及操作条件 53.2 求解量 53.3 计算 53.4 蒸发器主要尺寸计算 9第四章 设备选型 124.1 设备选型要点 124.2 设备选型列表 15第五章 产品质量标准 165.1 感官指标 165.2 理化指标 165.3 微生物指标 16结束语 17参考文献 18致 谢 19附：蒸发器设备图第一章 引言猕猴桃（

3、Actinidia chinensis Planch），也称奇异果，狐狸桃、藤梨、羊桃、木子、毛木果、麻藤果、杨汤梨等，果形一般为椭圆状，早期外观呈绿褐色，成熟后呈红褐色，表皮覆盖浓密绒毛，不可食用，其内是呈亮绿色的果肉和一排黑色或者红色的种子。因猕猴喜食，故名猕猴桃；亦有说法是因为果皮覆毛，貌似猕猴而得名，是一种品质鲜嫩，营养丰富，风味鲜美的水果。禁忌人群:脾虚便溏者、风寒感冒、疟疾、寒湿痢、慢性胃炎、痛经、闭经、小儿腹泻者不宜。适宜人群:一般人群均可食用。尤适宜便秘者、癌症患者、高血压患者、冠心病患者、心血管疾病患者、食欲不振、消化不良者、航空、高原、矿井等特种工作人员。基本介绍:猕猴桃是

4、猕猴桃科植物猕猴桃的果实。其功效与作用:1.降低胆固醇食用其外皮为最佳地选择。奇异果中所含纤维，有三分之一是果胶，特别是皮和果肉接触部分。果胶可降低血中胆固醇浓度，预防心血管疾病。2.促消化它含有的膳食纤维不仅能够降低胆固醇，而且可以帮助消化，防止便秘，清除体内有害代谢物。3.降血脂抑制胆固醇在动脉内壁的沉积，从而防治动脉硬化，可改善心肌功能，防治心脏病等。4.防癌抑肿瘤常吃烧烤食物能使癌症的发病率升高，因为烧烤食物下肚后会在体内进行硝化反应，产生出致癌物。而猕猴桃中富含的维生素C作为一种抗氧化剂，能够有效抑制这种硝化反应，防止癌症发生。5.增强体质猕猴桃亦是滋补强壮之品，其中的营养物质可明显

5、提高肌体活性，促进新陈代谢，协调肌体机能，阻断致癌物质，增强体质，延缓衰老。 营养价值:1.猕猴桃含有丰富的碳水化合物，维生素和微量元素。尤其是维生素C、维生素A叶酸的含量较高。维生素C的含量是苹果的十倍左右。被誉为“维生素C之王”。2.猕猴桃外皮含有丰富果胶。3.猕猴桃属低脂低热量水果，还有丰富的叶酸、膳食纤维、低钠高钾等。4.猕猴桃中含有多种氨基酸，像麸氨酸及精氨酸这两种氨基酸可作为脑部神经传导物质、可促进生长激素分泌。5.果肉中黑色颗粒部分，有丰富的维生素E。6.世界上消费量最大的前26种水果中，猕猴桃最为丰富全面。猕猴桃果实中的Vc、Mg及微量元素含量最高，猕猴桃由于较重香蕉及柑桔含有

6、的钾而位居榜首。以新鲜优质猕猴桃为原料，经过清洗、挑选后，采用物理的方法如压榨、浸提、离心等方法制造出风味良好营养丰富的浓缩猕猴桃汁。浓缩猕猴桃汁营养丰富、风味良好，无论在营养还是风味上，都十分接近天然猕猴桃。因此开发浓缩猕猴桃汁具有广阔的应用前景。在国际上兴起的引用果汁的潮流中，卫生安全，营养丰富的无菌包装浓缩猕猴桃汁也就应运而生。浓缩猕猴桃汁可大大节约储藏运输成本，且营养损失少，无污染，复原后与新鲜的原汁原味基本相同，且有纯正的猕猴桃口感。第二章 工艺流程及工艺要点2.1 工艺流程猕猴桃新鲜原料选果催熟分配流槽挑选整理汇集料斗刮板运输清洗和去皮灭菌破碎果胶酶分解过滤分离超滤澄清过滤离心分离

7、脱气和均质芳香回收调和二效蒸发浓缩杀菌灌装检查成品2.2 工艺要点2.2.1 原料制汁桃子要求酸味和涩味适当，香味浓，汁液丰富，取汁容易，酶褐变不明显。原料桃子要健全完好且成熟度适宜。2.2.2 选果、清洗和去皮质量要求：选取具有良好的风味和芳香，色泽稳定，酸度适中，并在加工和贮存过程中仍然保持这些优良品质并且液汁丰富，出汁率较高的桃子，加工过程中要剔除烂果、霉变过、病虫果以及枝、叶 等，以充分保证最终产品的质量。洗涤：通过清洗可以去除果蔬表面的尘土、泥沙、微生物、农药残留以及携带的枝叶等。通常的清洗方法是浸洗，喷洒或两者相结合。去皮：经优选的桃子用5%碱液（99 ）热浸或喷洒30秒后进行去皮

8、（或者采用100蒸汽烫23分钟）后立即喷洒凉自来水或浸泡在凉自来水中。2.2.3 防色处理去皮后的桃子立即用抗坏血酸溶液或柠檬酸溶液处理，以防变色。从而以保证果汁原有色泽。2.2.4 破碎为了提高出汁率，在榨汁前要进行破碎。破碎的桃块要大小适宜且均匀。果块过于小，在榨汁时，桃块中的果汁很快的被榨出，果渣被压实，内部果汁流出使通道被堵塞，出汁率降低。如果破碎后的果块太大，压榨时出汁率也会降低。破碎时，果快最好在34mm。应尽量避免物料与空气的接触，以防止果肉的褐变。破碎的方法有热破碎法和冷破碎法，生产中一般采用热破碎法。因为适当加热可改变果肉细胞通透性，使果肉软化，果胶水解，降低果汁黏度，利于果

9、汁分离，也利于色素和风味物质渗出，并能抑制酶的活性。2.2.5 榨汁榨汁是获取原汁的主要方法，也是一个关键工序。破碎后的桃子被均匀的铺放在两条带之间，当两条带绕过转筒时，物料受到压力，压力逐渐增加，榨出的桃汁通过带孔和转筒上的孔流至下面的集液盘。由于桃中果胶量较多，在榨汁前应进行果胶酶处理，以利于果胶的分解，提高出汁率。果胶酶的用量应根据桃原料的果胶含量来确定，一般在0.3%0.4%左右，酶解温度为40，处理时间为2h。2.2.6 澄清、过滤和离心分离生产澄清果汁时，必须进行澄清处理，通过物理化学或机械方法除去果汁中含有的混浊物质或易于引起混浊的各种物质。果蔬汁中的混浊物主要来源于以下几个方面

10、：a果蔬汁中的酚类物质与其它物质相互作用形成的悬浮物；b含淀粉较多的果蔬在制汁时，淀粉进入到汁液中，加热时形成凝胶夹带杂志颗粒；c果蔬汁中含有的蛋白质；d果蔬汁中含有的果胶类物质；e果蔬汁中含有的金属离子如Fe3+等。果蔬汁经过澄清后必须进行过滤，通过过滤把所有沉淀出来的混浊物从果蔬汁中分离出来，使果汁澄清。2.2.7 脱气和均质脱气的目的在于除去或脱去果汁中的氧气。因此，存在于果实细胞间隙中的氧气、氮、和呼吸产生的二氧化碳等气体，在果汁加工过程中能以溶解态进入果汁中或留在果肉微粒和胶体的表面，同时由于果肉与大气接触的结果，更增加了气体含量，因此制得的果汁中必然存在多量的氧，氮和二氧化碳等气体

11、。脱除氧气可以降低或避免果汁成分的损耗，降低果汁色泽和风味的变化，避免悬浮粒吸附气体而漂浮于液面，以及防止装罐和杀菌时产生泡沫等。均质的目的是使果蔬汁中的悬浮果肉颗粒进一步破碎细化，大小更为均匀，同时促进果肉细胞壁上的果胶溶出，果胶均匀分布于果蔬汁中，形成均一稳定的分散体系。2.2.8 芳香回收生产桃浓缩汁是须进行芳香回收。桃的挥发性成分中，含有低沸点的醇、脂、羰基化合物等，故容易从果汁中蒸发分离含有芳香成分的蒸汽，经精馏塔浓缩得到的天然香精一般使用200倍浓度。如果有腐败果混入的话，回收的香精中有名显得腐臭感，选果时必须特别注意。2.2.9 浓缩将混合后的桃浆转入真空蒸发器中蒸发浓缩，将桃浆

12、浓缩至商品所需浓度为止。桃原浆通常含可溶性固形物815，必须经浓缩排除大量水分，才能达到制品所需求的60的浓度。浓缩方法有使用开口浓缩锅的常压法和使用真空浓缩锅的真空法两种，以真空浓缩法的制品质量较好。即在减压的条件下使桃汁中的水分迅速蒸发，浓缩时间很短，能很好地保存果蔬汁的质量。2.2.10 灌装和杀菌桃汁的包装与杀菌是产品得以长期保存的关键。在进行杀菌时，一方面需要杀死桃汁中的致病菌和钝化桃汁中的酶，同时要考虑产品的质量如风味、色泽和营养成分以及物理性质如黏度、稳定性等不能受到太大的影响，因此杀菌温度和杀菌时间是两个重要参数。果汁的灌装方法有热灌装、冷灌装和无菌灌装等种。热灌装是将果汁加热

13、杀菌后立即灌装到清洗过的容器内，封口后将瓶子倒置1030min，对瓶盖进行杀菌，然后迅速冷却至室温。使用玻璃瓶时，要对瓶子预热。若使用塑料瓶，先将果汁冷却40以下，再进行灌装封口。若灌装后杀菌，是先将果汁输入瓶内并封口，再放入杀菌釜内用90温度杀菌1015min。也可装入回转式杀菌设备中，以85的温度杀菌5min。以上两种方法是目前常用的方法。热灌装比较简单，但由于灌装过程中易受到污染，货架寿命较短。但灌装后杀菌较彻底，货架寿命较长，只是要求容器能承受高温。第三章 相关计算3.1 设计及操作条件原料完成液流量：P=18吨/天=750 kg/h原料固形物：x0=10% 浓缩液固形物：x1=60%

14、传热系数：K1=1000W/(m2K),K2=900 W/(m2K)桃汁密度： 1=1050kg/m3，2=1300 kg/m3加热管：选取直径383mm，长为L=3m的热扎无缝钢管液体高度：H = 2m进料口流速：u=1.5m/s原料液许可温度：90加热蒸气：P1=70 Kpa，对应温度T1=89.9二次蒸汽：P|1=10 Kpa,对应温度T1=45.33.2 求解量1. 总蒸发量；2. 第一效加热蒸汽消耗量；3. 蒸发器传热面积；且满足最大与最小传热面积间的相对偏差不超过3%。3.3 计算3.3.1 估计各效蒸发量和完成液的浓度（1）总蒸发量F=Px1/ x。=7500.6/0.1=450

15、0 kg/h W=F(1- X0X1)=4500（1-0.1/0.6）=3750 kg/h（2）各效蒸发量在蒸发过程中，总蒸发量为各蒸发量之和，因逆流加热，各蒸发量可按总蒸发量的平均值估算，即 W1:W2=1:1 W1= W2=3750/2=1875 kg/h（3）完成液浓度F x0=(F-W1)x2所以x2=0.16,x1=0.63.3.2 估计各效溶液的沸点和有效总温差 （1）估计各效压力根据各效间压力降相等，则总压力差为P=P1-P|k=70-10=60kpa各效间的平均压力差为 Pi=P/2=60/2=30kpa由各效的压力差可求得各效蒸发室的压力，即P/1=70-30=40kpa 查

16、表得T1=75.0, 1=2312.2kJ/kg已知冷凝器的压强P|k=10 Kpa，对应温度TK=45.3设因流动阻力而损失的温度差为1，故第二效二次蒸汽温度T2=46.3查出相应参数P=10.25 kpa，r2=2387.9 kJ/kg（2）各温差损失计算 由于溶液沸点升高引起的温差损失 由公式=0.0162（T+273）2a/得： 第一效：1/=0.0162（T1/+273）2a/1/（ =0.0162（75+273）20.25/2312.5=0.21 =2.4（当溶液浓度为0.16时，查表对应取a=0.25） 第二效：2=0.0162（T2/+273）2a/2/ =0.0162（46.

17、3+273）23/2387.9 =2.07（当溶液浓度为0.6时，查表对应取a=3）所以：=1/+2=0.21+2.07=2.28 由于液柱静压效应引起的温差损失/ 根据估算条件，在第一效蒸发器溶液浓度X2=0.16,查得桃汁的密度1=1050kg/m3, 在第二效器溶 液浓度=0.6，查得桃汁的密度2=1300kg/m3 根据流体静力学方程，液层的平均压力为Pm=P+pgh/2 由公式Pm=P+pgh/2得： 第一效：Pm1= P/1+1gh/2=40+10509.812/(2103) =50.3kpa1=50.3 KPa时，查得纯水的沸点tm1=81.31/= tm1-T11=81.3-7

18、5=6.3第二效：Pm2= P2+2gh/2=10.25+13009.812/(2103) =22.75kpaPm2=22.75 KPa时，查得纯水的沸点tm2=61.82/= ta2- T21=61.8-46.3=15.5所以：/=1/+2/=6.3+15.5=21.8 由于流动阻力引起的温差损失/取效间蒸汽因流动阻力而降低1，故 /=21=2所以蒸发装置的总的温差损失为： +/+/=0.21+21.8+2=24.01(3) 各效料液的温度和有效总温差第一效：t1= T1/+1/+1/=75+0.21+6.3=81.51;同理：第二效：t2=T2/+2+2/=46.3+2.07+15.5=6

19、3.87 ;设阻力损失为1;则第二效加热蒸汽温度为：T2=T1/-1=75-1=74 查表得相对应的汽化热为r2=2311.5kJ/kg所以，各效的有效温差为t1=T1-t1=89.9-81.51=9.71 t2=T2-t2=74-63.87=10.13 所以总有效温度差为：=t1+t2=9.71+10.13=19.843.3.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发量的估算第i效的热量衡算式为 Qi=Dii=(FCp0-W1Cpw- W2Cpw- Wi-1Cpw)(ti-ti-1)+Wi/由于蒸发器的热损失 需考虑热利用系数，对于一般溶液的蒸发，热利用系数可取=0.98 假设溶液为沸点进料，则t1=t0

20、纯水的比热容可取Cpw =4.183kJ/kg. 物料的比热容可取3.855kJ/kg. 第一效的热量衡算Q1=D1r1=(FCp0-W2Cpw)(t1-t2)+ W1r1/第二效的热量衡算D2r2=FCp0(t2-t0)+ W2r2/代入数据Cp0=41830.9+8570.1=3.848 kJ/kg. D12283.20.98=(45003.848- W24.183) （81.51-63.87）+ W12312.2W12311.50.98=2387.9W2. 又 W1+W2=3750联立式可得：D=2061 Kg/h W1=1921 Kg/h W2=1829 Kg/h3.3.4 蒸发器传热

21、面积的估算 任意一效的传热面积为 Si=Qi/Kiti各效传热量为Q1=D1r1 Q2=D2r2=W1r第一效采取强制循环，传热系数取K1=1000W/m2.k 第二效采取自然循环，传热系数取K2=900 W/m2.k所以：S1= Q1/K1t1=20612283.21000/（36009.711000）=134.62 m2S2= Q2/K2t2=19212321.51000/(90010.133600)=135.86 m2 相对误差为： 1-S1/S2=0.9% 3%, 误差在允许范围内，符合要求。3.4 蒸发器主要尺寸计算3.4.1 加热管的选择和管数加热管选用383mm的不锈钢管取加热管

22、长度为：L=3m n=S/d0L对于第一效蒸发器所需钢管数 n1= S1/d0L=134.62/(3.140.0383)=376对于第二效蒸发器所需钢管数 n2= S2/d0L=135.86/(3.140.0383)=3803.4.2 加热室直径及管排列加热室的内径取决于加热管的和循环管的规格、数目及在管板上的排列。加热管在管板上的排列可按三角形式排列，对于383mm的管可取管心距为t=70mm管束中心线上的管数Nc=1.1所以Nc1=21 Nc2=21可采用下式初步估计加热室内径， 即 DI=t(Nc-1)+2b 其中b=(1-1.5)d0 取b=1.5 d0则 Di1=Di2=70（21-

23、1）+21.538=1514mm1550mm取加热室高度h=5m，加热室体积V=0.785 D2h所以第一效蒸发器加热室体积V1=0.7851.5525=9.43 m3第二效蒸发器加热室体积V2=0.7851.5525=9.43 m33.4.3 进料口的设计及计算由F=qv. =Au ，A=0.785d2 所以d=31.7mm=32mm3.4.4 循环管的设计及计算根据经验，取循环管截面积为加热管总截面积的0.8第一效蒸发器A1=0.80.785di2n1=0.80.7850.0322376=0.2418 m2D1=0.5550m选用5559mm的无缝钢管为循环管第二效蒸发器A2=0.80.7

24、85d22 n2=0.80.7850.0322380=0.2444 m2D2=0.5579m 选用5589mm的无缝钢管为循环管3.4.5 分离室的设计及计算取分离室的高度H=5 m ,P1/=40kpa, 1=0.24975kg/m3， W1=1921 Kg/h P2=10.25 kpa 2=0.06956 kg/m3 W2=1829 Kg/h二次体积流量：V1=1921/（0.24975X3600）=2.137 m3/sV2=1829/(0.06956 X3600）=7.304 m3/s取允许的蒸发强度VS为1.5 m3/（m2. s）因为 0.785DIH=V/ VS故分离室直径为：DI

25、=（ S）0.5所以D1=0.852m D2=1.575m所以分离室直径为1.6 m第四章 设备选型4.1 设备选型要点4.1.1 选果机选用江苏科威机械有限公司生产的GXJ型滚杠喷淋选果机。该设备适用于球形或长圆形果蔬的选果挑选或分级。4.1.2 清洗机选用江苏科威机械有限公司生产的CXJ型冲浪式清洗机。该设备在气泡、冲浪、提升、喷淋等联合工作下，具有洗洁净高、节能节水、设备稳定可靠等特点。适用于果蔬原料的清洗；冲洗水经过过滤后循环使用；自带提升、方便联线。 4.1.3 破碎机选用锯齿式破碎机。这种破碎机破碎室由一高速回转的人字形打击板和一个固定的齿刀筒构成，锯齿刀由特种硬质钢材制成，安装在

26、固定筒的下半部分缝隙内，可根据原料成熟度不同更换不同的刀具，一般新鲜的或较硬的果实用细刀具，过熟或绵软的果实用粗刀具。工作时，桃进入破碎室后，被打击板抛向齿刀筒壁，并沿筒壁做圆周运动，被锯齿刀切割而破碎。4.1.4 榨汁机选用江苏科威机械有限公司生产的水果榨汁机。该机适用于压榨果蔬汁液该设备主要特点是：螺旋推进挤压；全自动完成浆果、仁果及蔬菜类果蔬榨汁、排渣工序；与物料接触部分为优质不锈钢制造。4.1.5 过滤机选用江苏科威机械有限公司生产的ZGJ型振动式过滤机。该设备适用于各种果蔬汁及喊有纤维颗粒液体的过滤。果蔬汁由进料口均匀的分流欲过滤网上，由于倾角的存在及滤筛振动，滤渣自动排出，并由另配

27、的螺杆泵回前道工序，果蔬汁由饮料泵入下道工序。4.1.6 杀菌机选用浙江宁波食品设备制造总厂生产的超高温瞬时杀菌机。该设备适用于鲜乳、果汁、饮料、酱油、豆浆、酒类、棒冰及冰淇淋等液体无聊的瞬间灭菌，也可用于液体药料的灭菌，既能保证杀菌完成彻底，又能保护营养成分不被破坏。4.1.7 冷凝器将浓缩液进行冷却是为了减少微生物的再次污染。选用板式换热器,因为其传热系数高，其传热系数可高达7000W/()，比管式换热器高24倍。结构紧凑，节省材料。板式换热器1体积获得的传热面积可达250。适应性好。通过增、减换热片或改变其排列组合，可以达到改变其换热面积和生产能力的目的。热能利用率高。采用板式换热器一般

28、可回收热能80左右。板式换热器的造价便宜，而且能大量节约冷却水。易实现自动化连续生产，便于清洗。4.1.8 离心分离机选用广州市大昭食品机械工程有限公司生产的卧式离心分离机。该设备是利用惯性离心力进行固-液、液-液或液-液-固相离心分离的机械设备，用高速旋转的转鼓产生离心力把固体颗粒截留并自动卸出，液体经转鼓过滤分离出来，从而达到液固分离目的。4.1.9 调和罐选用温州贝诺机械有限公司生产的调和罐，该设备有节能、耐蚀、生产能力强、清洗方便 、结构简单等优点，主要用于奶品和食糖、饮料、食糖及其他元素和各种药物在调合后进行搅拌均匀作用。是制造乳品、饮料、制药厂家不可缺少的设备。4.1.10 真空脱

29、气机真空脱气法是利用气体在液体内的分压成正比的原理，进行真空脱气，液面上的压力逐渐降低，溶解在饮料中的气体不断逸出，直至降低至饮料的蒸汽压时，达到平衡状态，这时所有的气体被脱除。达到平衡所需要的时间取决于溶解的气体逸出速度和气体排至大气的速度。脱气机的脱气效果受真空度、饮料的温度、饮料喷出表面积和脱气时间等因素影响。为充分脱气应注意以下几点：（1）真空设备的真空度应维持在90.7-93.3kPa；（2）料液应加热到45-75。4.1.11 灌装封盖机选用上海龙宏包装机械有限公司龙宏牌ZG系列全自动直线灌装生产线。ZG系列全自动直线灌装机优点是：1适用于各种类型的瓶子灌装，该机集欧洲先进国家技术

30、，采用灌装缸定量原理，灌装量连续可调，具有功能齐全，能耗低，投资规模较小的特点。 2该机优点是设计新颖，灌装精度高，结构紧凑，整机自动化程度高，适应性强，操作方便，安全可靠，占地面积小等，可广泛应用于食品、饮料、医药、乳品、化工等领域，对有粘度有泡沫的液体更为适合。4.1.12 浓缩蒸发器多效降膜真空蒸发浓缩装置是近年发展起来的一种新型蒸发浓缩技术，具有蒸发速度快、蒸发强度高、能源利用率高、温度低、停留时间短、性能好等优点，特别适于轻工、食品、医药、精细化工等行业高浓度、热敏性物料的蒸发浓缩过程。该设备选择来自黑龙江达方浓缩干燥设备有限公司技术参数，如表4-1表4-1 黑龙江达方浓缩干燥设备有限公司技术参数产品名称双效降膜式蒸发器产品型号RNGM02-3150额定蒸发量3150kg/h蒸汽耗量1730kg/h冷却水耗量30/h装机容量17.1kw外形尺寸6.04.510m4.2 设备选型列表表4