年产5000吨冰淇淋工厂设计.docx

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年产5000吨冰淇淋工厂设计

渤海大学本科毕业设计（论文）

年产5000吨冰淇淋车间设计

IceCreamPlantDesignofAnnualOutput5000Tons

学院（系）：

化学化工与食品安全学院

专业：

食品科学与工程

学号：

0915****

********

入学年度：

2009

********

完成日期：

2013年5月27日

渤海大学

BohaiUniversity

摘要

本论文进行了年产5000吨冰淇淋车间设计，初步对冰淇淋车间设计做出了说明，并绘制了设计图纸2X，工厂总平面设计和车间工艺流程设计。

首先介绍了冰淇淋的定义、分类与行业标准，同时对冰淇淋的工艺流程做详尽阐述；然后通过区域调研进行厂址选择、厂区总平面设计和车间工艺流程设计；再次，对冰淇淋加工过程进行物料衡算、设备选型、能量与水电汽的衡算；最后设定企业管理组织架构，实施环境保护规划并进行污水处理，并对冰淇淋工厂的总投资、回收期盈亏平衡进行估算与分析。

通过估算可知，本项目每班可产冰淇淋9吨，总投资1205万，年利润1230万元，厂区总面积3000m2，资金回收期约为1.5年，当生产利润率为11.54%时即可达至盈亏平衡点。

本项目符合可持续发展的原则，最大程度地节约了能源。

同时，有效促进了地方经济发展，解决部分下岗工人的就业的问题，是具有较高附加值和投资回报率的项目。

关键词：

冰淇淋；工艺流程；车间设计

IceCreamPlantDesignofAnnualOutput5000Tons

Abstract

Thisstudydesignedanicecreamfactoryofanannualoutputof5000tonsicecream,preliminarilyexplainedthedesignofanicecreamfactory,andthenmade2drawingsofit:

architecturedesignofthefactoryanddesignoftheworkshopoperationprocess.

First,thisstudyintroducedthedefinition,classificationandindustrystandardoficecream,meanwhile,expoundedtheoperationprocessoficecream;thencarriedoutthesiteselectionandarchitecturedesignofthefactorythroughregionalresearch.Thirdly,madethematerialbalancecalculation,equipmentselection,energyandwatervaporbalancecalculationontheicecreammanufactureprocess;finally,setthemanagementstructure,madeaplanforenvironmentalprotectionandsewagetreatment,andanalyzedthetotalinvestmentandthepaybackperiodoftheicecreamfactory.Theresultshowedthattheprojectcanproduce9tonsoficecreamperclasswithatotalinvestmentof12.05million,theprofitfortheyearof12.05millionYuan,plantareaof3000m2,annualprofitof12300000Yuan,andthepaybackperiodwasabout1.5years,whentheproductionprofitmarginsof11.54%totheBEP.

Thisprojectwasinaccordancewiththeprincipleofsustainabledevelopmentandlargelysatisfiedtheenergysavingrequest.Atthesametime,effectivelypromotedthedevelopmentoflocaleconomy,solvedtheemploymentproblemoflaid-offworkers,whichwasaprojectwithhighadded-valueandhighrateofreturn.

.

KeyWords：

Icecream；ProcessFlow；PlantDesign

引言

冰淇淋属于冷冻饮品类，以其美观、冰凉、快乐与甜蜜的特点，越来越受到消费者的喜爱，其主要原料有水、奶粉、油脂、糖，其中含脂量约为10%—12%，蛋白质含量约为8%，砂糖含量约为16%—20%。

冰淇淋的营养成分为牛奶的2.8—3倍，在人体内的消化率可达95%以上，高于肉类、脂肪类的消化率。

它具有调节生理机能、保持渗透压和酸碱度的功能，若再加入消费者需要强化的不同物质，可弥补日常饮食中的不足，使营养均衡[1]。

我国冰淇淋产业正在迅猛发展，据国家统计局和中国餐饮协会市场调研统计数据显示，2009年我国冰淇淋产销量突破28亿kg，实现销售额400亿元以上。

2011年国内冰淇淋产销量达到了348.39万t，人均消费量2.48kg。

累计销售额超过了791亿元人民币。

我国冰淇淋产业正在以9%左右的增长率迅猛发展着。

在冰淇淋业界有句话，“亚洲冰淇淋看中国，中国冰淇淋看东北，东北冰淇淋看XX”。

中国最大的冷饮市场不是在炎热的XX、XX，而是在东北。

在中国，夏季全国普遍高温，各地气温都很高，南北地区对冷饮的需求不相上下，但在冬季，东北的冷饮消费量却远远大于其他地区。

这是因为农村的火炕、城市的暖气，使得室内外温差有几十度，外面冰天雪地，室内却温暖如春。

室内空气干燥使得东北地区在冬季对冷饮也有着强烈的市场需求。

因此，东北地区一年有两个冷饮销售旺季。

目前，东北市场冰淇淋销量占国内市场总额的13%，而XX是其中最重要的区域市场之一。

本设计是从我国目前冷冻饮品工业发展状况和市场经济形势出发，认真贯彻食品工业的各项指标，对多家冷饮企业进行实地考察，将厂址拟建在XX省XX市辉山经济开发区。

除对生产工艺、设备进行了科学合理的布置外，还紧紧围绕工艺实际需要在劳动组织、辅助部门、公用系统、环境保护等方面进行了合理的设计，使得整厂各环节紧凑、合理，可以发挥最高的工作效率。

本设计可为冷饮企业建立新厂提供参考。

1冰淇淋概述

1.1冰淇淋定义

以饮用水、乳和/或乳制品、食糖等为主要原料，添加或不添加食用油脂、食品添加剂，经混合、灭菌、均质、老化、凝冻、硬化等工艺制成的体积膨胀的冷冻饮品[2]。

1.2冰淇淋分类

1.2.1全乳脂冰淇淋

主体部分乳脂含量为8%以上（不添加非乳脂）的冰淇淋。

（1）清型全乳脂冰淇淋

不含颗粒或块状辅料的全乳脂冰淇淋，如奶油冰淇淋，可可冰淇淋等。

（2）组合型全乳脂冰淇淋

主体部分为全乳脂冰淇淋，且所占10%质量比率不低于50%，与其他冷冻饮品和/或其他食品组成的全乳脂冰淇淋，如巧克力脆皮奶油冰淇淋、蛋卷奶油冰淇淋等。

1.2.2半乳脂冰淇淋

主体部分乳脂含量大于等于2.2%的冰淇淋。

（1）清型半乳脂冰淇淋

不含颗粒或块状辅料的半乳脂冰淇淋，如香草半乳脂冰淇淋、桔味半乳脂冰淇淋、香芋半乳脂冰淇淋等。

（2）组合型半乳脂冰淇淋

主体部分为半乳脂冰淇淋，且所占质量比率不低于50%，与其他冷冻饮品和/或其他食品组成的半乳脂冰淇淋，如脆皮半乳脂冰淇淋、蛋卷半乳脂冰淇淋等。

1.2.3植脂冰淇淋

主体部分乳脂含量低于2.2%的冰淇淋。

（1）清型植脂冰淇淋

不含颗粒或块状辅料的植脂冰淇淋，如豆奶植脂冰淇淋、可可植脂冰淇淋等。

（2）组合型植脂冰淇淋

主体部分为植脂冰淇淋，且所占质量比率不低于50%，与其他冷冻饮品和/或其他食品组成的植脂冰淇淋，如巧克力脆皮植脂冰淇淋、夹心植脂冰淇淋等[3]。

1.3冰淇淋行业标准

根据冷冻饮品冰淇淋的行业标准SB/T10013-2008，冰淇淋的感官要求、理化指标、卫生控制指标分别见表1.1，1.2，1.3。

表1.1感官要求

项目

要求

清型

混合型

色泽

具有品种应有的色泽

具有品种应有的色泽

形态

形态完整，大小一致，不变形，不软榻，不收缩

形态完整，大小一致，不变形，不软榻，不收缩

组织

细腻爽滑润，无明显粗糙的冰晶，无气孔

具有品种应有的组织特征

滋气味

滋味可调，有乳脂或植脂香味，香味纯正

具有应有的滋味和气味，无异味

杂质

无肉眼可见外来杂质

无肉眼可见外来杂质

表1.2理化指标

项目

指标

全乳脂

半乳脂

植脂

清型

组合型

清型

组合型

清型

组合型

非脂乳固体/%

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

总固形物/%

30.0

30.0

30.0

30.0

30.0

30.0

脂肪/%

8.0

8.0

6.0

5.0

6.0

5.0

蛋白质/%

2.5

2.2

2.5

2.2

2.5

2.2

膨胀率/%

10-140

10-140

10-140

10-140

10-140

10-140

注：

1）组合型产品的各项指标均指冰淇淋主体部分；2）非脂乳固体含量按原始配料计算。

表1.3卫生质量控制指标

项目

指标

总砷（以As计）/（mg/L）

≤0.2

铅（Pb）/（mg/L）

≤0.3

铜（Cu）/（mg/L）

≤5.0

菌落总数/（cfu/mL）

≤25000

大肠杆菌/（MPN/100mL）

≤450

致病菌（指沙门氏菌、志贺氏菌和金黄色葡萄球菌）

不得检出

2冰淇淋工艺论证与影响因素

2.1工艺流程

原料→混合→杀菌→均质→冷却→老化→调和→凝冻→灌装→硬化→装箱→贮藏

2.2工艺论证

2.2.1原料混合

食用油脂需先加热熔化或将其切割成小块后再使用，明胶需预先加两倍冷水浸泡，软化后再使用。

底料预处理完毕后，再按顺序依次倒入配料罐，搅拌均匀。

通过搅拌混合可强化热交换，提高杀菌效率[4]。

2.2.2杀菌

巴氏杀菌：

杀菌温度78℃，保温20—30min。

2.2.3均质

均质温度为65—77℃，均质压力分为二级：

一级均质压力为15—20MPa，通过高压，切碎料液中脂肪球；二级均质压力为5MPa，防止脂肪球再聚集，提高料液粘度[5]。

2.2.4冷却

均质后的料液温度为60℃左右，瞬时冷却至4℃，防止出现脂肪球上浮，酸度增高等现象。

2.2.5老化

老化温度控制在4℃，老化时间为12h，通过老化可使料液中的蛋白质、脂肪及稳定剂充分融合，改善冰淇淋的组织结构。

2.2.6调和

向老化罐中加入食用香精、食用色素进行调香、调色。

转速：

30r/min。

2.2.7凝冻

凝冻段是影响冰淇淋质量优劣的重要工序。

将老化好的浆料泵入凝冻机进行搅刮，同时加入清净空气使急速冻结，由液体转变成微冰晶化的半固态，即凝冻状态。

凝冻温度为-3—-10℃，凝冻机出料温度约为-2.4℃[6]。

2.2.8灌装

用标杯装线生产，出料温度-4.2—-6.6℃。

2.2.9硬化

被凝冻过的冰淇淋料被送入-40℃的速冻隧道以保证快速冷冻。

2.2.10装箱

人工装箱与封箱。

2.2.11贮存

贮存温度控制在-18℃以下，避免挤压变型，坚持先进先出原则。

3车间平面设计

3.1厂址的选择

本设计建厂地址为XX省XX市沈北新区辉山经济开发区。

3.1.1区域简介

XX辉山经济开发区位于沈北新区东部，占地1098平方公里，人口40万。

目前入区企业已经达390家，构筑了乳品加工、粮油加工、畜禽加工、果蔬（饮料）加工、生物制品加工等五大主导产业，是全国最的农产品加工业示X基地。

3.1.2区域优势

（1）区位优势

　　新区地处东北亚中心地带、环渤海经济圈的核心地区、东北城市群枢纽重地，素有东北地区“陆上门户”之称。

（2）生态优势

　　区内辉山、帽山、七星山钟灵毓秀，辽河、蒲河、长河奔流不息，水面积率8%，绿化率40%。

（3）科教优势

　　由XX大学、XX师X大学等6所大学组成的沈北大学城，由XX装备技术学院、XX金融职业学院等12所高职院校组成的XX高职城，由东北育才、XX二中等16所名校组成的名高中城，构筑了基础教育、职业教育和高等教育互补的教育体系，每年可培育各类人才5万人以上；诸多科研院所、重点试验室、博士后流动站，具有一流的科技创新能力，为区域发展提供了人才保证和智力支持。

　　（4）体制优势

　　新区是国家批准的第三个行政新区，是XX省唯一一家综合配套改革试验区，被授权在行政管理、经济管理、社会管理、科技创新、土地管理、金融创新、对外开放、农村综合改革等方面先行先试，现已成为东北最佳的投资服务区。

3.2厂区总平面设计

3.2.1厂区总平面设计原则

安排工厂整体走向时需考虑风向，车间分布轴应与主导风向垂直，以保证车间自然通风良好，运送原料的道路和锅炉房应在厂区的下风侧，避免造成二次污染[7]。

食品工厂以生产为主要目的，因此以生产车间为中心，其他各建构筑物均围绕着生产车间布局。

3.2.2总平面设计的内容

总平面设计包括平面布置和竖向布置两个部分，当地面比较平坦开阔时，可以只做平面布置。

拟建厂于沈北新区，地势平坦，只需做平面布置。

（1）生产车间

生产车间是原料消耗和产品生产的地方，是能耗最大和人流物流最集中的地方。

建设时需靠近原料库，应配备洗手间、更衣室、风淋间、洗靴池等。

（2）仓库

仓库根据生产的不同，可以分成不同的仓库，冰淇淋生产时需要两种仓库，一种是原辅料仓库，另一种是冷库，原辅料仓库需要靠近生产车间，而冷库需要靠近包装车间。

（3）辅助车间

包括研发室、化验室、机修车间、垃圾站等。

（4）供能车间

为了保证水电气的供应，冰淇淋工厂设置了锅炉房、配电室。

（5）综合楼

冰淇淋工厂建设的综合楼，负责销售、后勤、财务、调度等行政工作。

（6）员工生活区

包括员工宿舍、食堂、娱乐室。

（工厂总平面设计见附件1）

3.3车间布置

生产工序的安排要做到冷、热分开，生、熟分开，干、湿分开，成品、半成品分开。

按生产线安排设备，防止交叉，浪费资源。

（车间工艺流程设计见附件2）

4物料衡算与设备选型

物料衡算在工艺设计中是一项既细致又重要的工作。

物料衡算包括该产品原料和包装材料的计算。

通过物料衡算，可以确定各种主要物料的采购量，并对生产过程中所需的设备和劳动力定员的需要量提供计算依据[8]。

4.1班产量的确定

工作日及其生产班次如下表4.1。

表4.1工作日及其生产班次

年产量（t）

工作日（天）

班次（班）

5000

300

2

班产量5000÷300÷2=8.33t。

损失率按2%计，产品合格率按95%计，实际班产量9t。

生产前后需清洗设备，每次按1.5h计算，则有效生产时间为9h/班，产量为1t/h。

4.2冰淇淋配方

冰淇淋配方如下表4.2。

表4.2冰淇淋配方

成分

含量（kg/t）

白砂糖

120

饴糖

120

果葡糖浆

70

全脂奶粉

30

椰油

40

麦芽糊精

20

乳清粉

15

明胶

4

香精

1

食用色素

0.02

加水至

1000

4.3物料衡算

冰淇淋的生产原料物料衡算如表4.3。

表4.3原料物料衡算

成分

班用量（kg）

全年用量（t）

白砂糖

1080

648

饴糖

1080

648

果葡糖浆

630

378

全脂奶粉

270

162

椰油

360

216

麦芽糊精

180

108

乳清粉

135

81

明胶

36

21.6

香精

9

5.4

食用色素

0.18

0.108

饮用水

5220

3132

4.4设备选型

4.4.1生产流程

原料→配料罐→板式换热器→高压均质机→板式换热器→老化缸→凝冻机→灌装机→速冻隧道→冷库

4.4.2设备选型原则

（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量；

（2）选用先进、机械化程度高的设备；

（3）充分利用原料，能耗少，效率高，体积小；

（4）应符合卫生要求，选用不锈钢材料的设备；

（5）根据单位时间产量和设备生产能力确定所需设备；

（6）经济上合理。

4.5设备选型表

冰淇淋生产需用到如下设备，详见表4.4。

表4.4设备选型

设备名称

型号

技术参数

功率（kW）

外形尺寸（mm）

生产厂商

单价

（万元）

台数

配料罐

1500L

1.1

1350×1200×1940

东顶

机械XX

0.89

2

板式换热器

BP2-J-3

2000L/h，3m2

1007×384×1545

XX市盐官

正浩过滤器材厂

0.55

1

25MPa均质机

jj1.5/25

1500L/h，25MPa

11

1130×754×1120

XX市安次区

汇通机械厂

8.00

1

氟利昂

制冷压缩机

6FVW7B半封闭式

154000kJ/h

4.21

31×42×317

XX市宇州冷冻设备XX

0.30

2

老化罐

BW-TANK

1000L，36r/min

0.75

Φ1000×1220

XX强忠

机械XX

0.95

2

1000L冰淇淋凝冻机

V3-1000

1000L

28.25

15000×2000×1200

常熟威玛

机械XX

18.80

1

冰淇淋

灌装机

LG-3F

5400个/h

2.25

4.4×0.9×22

XX

冷饮食品设备厂

11.90

2

冷冻隧道

AFS-2.0

8000个/h

50

XX

东北大学机械厂

20.00

1

冷库

216m³

8

6000×6000×6000

15.00

1

锅炉

WNS-YQ

2t/h

XX永兴锅炉

集团XX

5.40

2

5能量衡算

以生产1000kg冰淇淋为衡算标准，进行能量衡算（不计加工损失），能量衡算式如下：

（5.1）

式中

——消耗能量kJ

——原料处理量1000kg

——料液的比热取4.187kJ／kg·K

——料液入口与出口的温差K

5.1热量衡算

5.1.1配料阶段

原料混合时，为保证混合均匀，要将其加热至45℃，则这一阶段需要加入的热量为：

5.1.2杀菌阶段

原料经混合后，要加热到70℃进行巴氏杀菌，则这一阶段需要加入的热量为：

5.1.3总热量衡算

在整个生产过程中，加入的总热量为：

，根据经验，在过程中热量损失为15%，故总热量为：

5.2冷量衡算

5.2.1冷却阶段

均质后的混合料，要迅速冷却至4℃以下，以适应老化的需要。

这一过程所用的冷量为：

5.2.2凝冻阶段

混合料在冷却老化后，置于凝冻机内，使温度降至-5℃，得到冰淇淋的雏形。

这一过程需加入的冷量为：

5.2.3硬化阶段

经凝冻后，冰淇淋处于半流体状，须经凝冻-25℃处理，便于运输和储藏。

这一阶段所需的冷量为：

1000×CP×[-5-（-25）]=83740kJ

5.2.4总冷量衡算

在整个过程中，加入的总冷量为：

。

根据经验，能量损失为15%，则实际冷量为：

6人员配置及公用辅助工程

6.1人员配置

人员配置如下表6.1与6.2：

表6.1生产车间人员配置

岗位

人数

职责

车间主任

2

负责整个工艺流程正常进行

化验员

4

负责产品质量检测

操作工

10

负责线上生产

运输工

6

成品运输

机修工

2

设备维修

电工

2

电力维修

保洁员

4

清洁车间

总计

30

表6.2非生产人员配置

岗位

人数

职责

厂长

1

全厂事务

副厂长

1

管理销售

秘书

1

协助厂长

研发

5

新品开发

财务

2

财务核算及经济分析

人事

2

员工资料及人员进出

门卫

2

进出人员及车辆

后勤

3

为职工提供生活服务

总计

17

6.2公用工程

6.2.1生活设施

（1）食堂

能同时容纳32人，共八X餐桌，每X桌子配四个座位。

（2）宿舍

每间宿舍6人，一共6间宿舍。

（3）浴室

男浴室5个水位，女浴室10个水位。

6.2.2供电工程

食品工厂的供电系统一般包括：

全厂的变配电工程，厂区的供电工程，使内外的照明工程。

供电电压一般低压采用380/220V三相四线制，高压采用10kV。

生产车间环境湿度大，所以电器设备应按热带的条件选择，要能防水汽，防腐蚀，尽可能集中放置。

厂区外线采用低压电缆，保证供电安全。

车间照明电源要求与动力线分开，车间及原料库设置防虫灯。

6.2.3供水工程

清洗用水采用自来水。

储水设施为封闭式，防止污染储水池；储水设备定期清洗、消毒；清洗用水为经活性炭过滤器处理的自来水锅炉用水为经过软化处理的自来水。

6.2.4排水系统

食品工厂的排水量较大，主要为生产废水、生活污水和雨水。

生产车间应设有明沟，将污水排到室外，室外排水管采用埋地暗管。

冰淇淋工厂的废水基本符合环保要求，所以排水管网汇集了排出的生产废水、生活污水和雨水后，可借助重力作用通过排水管直接排入厂外公共下水道。

6.2.5采暖工程

锅炉房为全厂供暖，在生产车间配有通风机和排气系统。

6.2.6供汽工程

工厂内设有锅炉房，提供杀菌、加热等生产用蒸汽，锅炉燃料为煤炭。

6.2.7制冷工程

工厂内设有制冷站，用于生产过程中冷却介质的制备和冰淇淋成品的冷藏。

6.3辅助工程

6.3.1化验室

化验室设置在生产车间入口处，随时对原料、半成品及成品进行理化指标控制、感官评定以及微生物的检验。

化验室常用仪器及设备见下表6.3所示。

表6.3化验室常用仪器及设备

设备名称

型号

数量

比色计

JGB-1

1台

阿贝折光仪

37W

1台

普通电子天平

TG602

1台

生物显微镜

L3301

1台

手持糖度计

TZ-62

1台

高压蒸汽消毒器

卧式

1台

超级恒温器

DL-501

1台

超净工作台

1台

调温电炉

2个

冰箱