年产3000吨全脂乳粉工厂设计.docx
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年产3000吨全脂乳粉工厂设计
年产3000吨全脂乳粉工厂设计
学生姓名：
刘宇航
学号：
20134024310
班级：
13设计3班
指导教师：
李玉清
所在学院：
工程学院
专业：
机械设计制造及其自动化
中国·大庆
2016年10月
1工程论证
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、枯燥等加工工艺除去大局部水分而制成的粉末状产品。
1.2国内乳粉行业生产现状
目前，国内已有大小乳粉生产厂500多家。
乳粉的种类很多，根据乳粉原料和加工方法的不同，可以将乳粉分为以全脂乳粉、全脂甜乳粉、脱脂乳粉、婴儿配方乳粉、中小学生乳粉、中老年乳粉、孕妇乳粉、免疫乳粉、降糖乳粉和营养强化乳粉等等，几乎涵盖了所有年龄段和人群。
其中全脂甜乳粉占总量的一半左右，全脂乳粉和脱脂乳粉的生产量也较大，而其他配方乳粉的生产量那么较小。
乳粉厂选址于江苏省镇江市新区。
镇江新区位于长江下游南岸，镇江市的东郊。
地理位置东经119°45’，北纬32°11’。
总面积为218.9平方公里。
镇江新区的行政管理机构是镇江新区管理委员会，代表镇江市政府对新区的工作实施统一领导和管理。
新区下辖丁岗、大路、姚桥三个镇和大港、丁卯两个街道，总面积218.9平方公里。
苏南地区地处长江三角洲，长江三角洲是拉动中国经济开展的三驾马车之一，也是中国区域经济实力最强的地区之一；该地区以占全国2.2%的陆地面积，6.4%的人口，创造了全国22.1%的国内生产总值；24.5%的财政收入；28.5%的进出口总额。
目前，长江三角洲已进入工业化中期阶段，资金、科技、人才积聚已到达快速开展水平。
镇江市属北亚热带季风气候的温暖亚带，四季清楚，温暖湿润，热量丰富，雨量充分，宜于多种作物的生长繁育，镇江市盛行为东北到东偏南向风，其平均风速偏大，常年平均3.4风速米?
秒，上半年风速比下半年大，冬末春初〔2－4月〕为全年最大。
镇江新区地处中国沿海沿江“T〞型产业布局的结合点，位于万里长江与京杭大运河十字黄金水道的交汇处，正处在华东地区的中心区域。
作为苏南地区唯一临江的省辖市开发区，镇江新区位于中国历史文化名城、古城镇江的东郊，东临上海、西接南京、北与扬州隔长江相望，处于上海经济圈和南京都市圈的交叉辐射范围内。
具有依托城市和港口的双重优势，区位交通优势十分独特。
未来5-10年，随着镇江港口的扩建和多条国家级交通主动脉的陆续建成，镇江新区将坐拥长江中下游的亿吨大港，成为华东地区的陆路联运中心和具有战略地位的交通枢纽。
目前，镇江的乳粉市场主要为外来进口，外乡区域自产自销的乳粉产品比拟少，所以本产品销路即为镇江市现辖京口、润州、丹徒三区以及代管的句容、丹阳、扬中三市。
乳品厂原料为牛奶，在制定方案时必须综合考虑人们的生活、消费习惯，季节，奶源，销售等具体因素。
乳粉是一个淡旺季销售不太明显的产品，但仍然会随着消费者的需求及天气变化等产生一定的淡旺季销售差距。
综合考虑并且根据销售市场需求，定年产量为6000吨。
2工艺流程
〔设备流程图见附图一〕
原料乳验收——预处理——预热、均质、杀菌——真空浓缩——喷雾枯燥——出粉冷却——过筛——包装——检验——成品
原料乳的质量将直接影响成品质量的好坏，故必须严格控制其质量。
原料乳应符合无公害生鲜牛乳的生产技术标准〔NY-5054-2001〕，同时各项指标〔感官指标、理化指标和微生物指标〕要结合中国规定生鲜牛乳验收的条件。
原料乳必须新鲜，不能混有异常乳，比重应为1.028～1.032（20℃），酸度不超过20°T，含脂率不低于3.1%，乳固体不低于11.5%。
杂菌数不超过20万个/毫升。
合格牛奶要进行过滤和净化等处理。
原料乳的净化：
原料乳经过净乳机净化后可除去大量的乳泥、脱落的乳房上皮组织等物，到达高度纯洁的目的。
原料乳的标准化：
标准化后的原料乳脂及与非脂乳固体之比应等于成品中脂肪与非脂乳固体之比。
原料乳的均质：
均质时一般压力控制在14～21Mpa，温度控制在60℃为宜。
二级均质时，第一级压力为14～21Mpa，第二级均质压力为350Mpa左右。
均质后脂肪球变小，从而可以有效地防止脂肪的上浮，并易于消化吸收。
目的是杀死乳中微生物和破坏酶的活性，同时可提高牛乳的热稳定性和乳粉的香味。
牛乳常见的杀菌方法有很多，具体应用时可根据产品本身特性选择不同的方法。
一般采用高温短时间杀菌法，或超高温瞬时间杀菌法。
假设使用片式或管式杀菌器，通常采用的杀菌条件为80～85℃、保持30秒钟，或95℃，保持24秒钟。
假设用超高温瞬时杀菌装置，那么为120～150℃，保持1～2秒钟。
原料乳经杀菌后，应立即进行真空浓缩。
一般浓缩至原料乳体积的1/4左右，即乳固体含量45%左右。
浓缩的方法有：
自然蒸发和沸腾蒸发，分为常压蒸发和减压蒸发。
由于牛乳属于热敏性物料，浓缩宜采用减压法。
浓缩设备，一般小型乳品厂多用单效真空浓缩锅，较大型的乳品厂那么都用双效或三效真空蒸发器，也有采用片式真空蒸发器的。
浓缩结束，浓缩乳应进行过滤，一般采用双联过滤器。
枯燥是乳粉生产中很关键的一道工序，将直接影响最终产品的质量好坏。
喷雾枯燥的方法有很多，应根据需要具体选择。
先将过滤的空气由鼓风机吸进，通过空气加热器加热至130～160℃后，送入喷雾枯燥室。
同时将过滤的浓缩乳由高压泵送至喷雾器或由奶泵送至离心喷雾转盘，喷成10～20微米的乳滴与热空气充分地接触，进行强烈的热交换和质交换，迅速地排除水分，在瞬间完成蒸发，枯燥。
随之沉降于枯燥室底部，通过出粉机构不断地卸出，及时冷却。
最后进行筛粉和包装。
2.2.5出粉、冷却
喷雾枯燥室内的乳粉要求迅速连续地卸出及时冷却，以免受热过久，降低制品质量。
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。
喷雾枯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。
乳粉冷却后应立即用马口铁罐、玻璃罐或塑料袋进行包装。
根据保存期和用途的不同要求，可分为小罐密封包装、塑料袋包装和大包装。
需要长期保存的乳粉，最好采用500克马口铁罐抽真空充氮密封包装，保藏期可达3～5年。
如果短期内销售，那么多采用聚乙烯塑料袋包装，每袋500克或250克，用高频电热器焊接封口。
小包装称量要求精确、迅速，一般采用容量式或重量式自动称量装罐机。
大包装的乳粉一般供给特别需要者，也分为罐装和袋装。
每罐重12.5千克；每袋重12.5千克或25千克。
3物料衡算
年产量为3000吨,全年按250天计算，每天2班。
那么q班×2×250〕=8吨/班
每班工作4小时，那么每小时产量为1吨/时
我国标准要求牛乳中的脂肪含量不应低于3．2％，但由于奶牛的品种、泌乳期、季节、饲料以及喂养条件的不同，使原乳中的脂肪含量可能不符合国家标准，所以需要在加工前将它标准化。
标准化的具体计算方法：
〔1〕检测原料乳中的各项指标（特别是原料乳的脂肪含量和水分含量）。
〔2〕根据我国全脂乳粉质量标准规定，确定所要生产乳粉的各项指标的具体数值。
〔3〕根据标准化原那么，判断是提出还是参加稀奶油才能满足要求。
脂肪含量过高：
将原料乳离心别离取出一定的脂肪，再将脱脂乳剩下的原料乳中。
脂肪含量过低：
将原料乳中参加一定量的稀奶油，使它到达标准化要求。
〔4〕根据温度等条件确定脱脂乳与稀奶油的脂肪含量以及非脂干物质含量。
注：
一般要求在别离时把稀奶油含脂率控制在40％左右，这样有利于各种乳制品的标准化工作，此外如果稀奶油浓度过高也会影响到乳的别离效果以及机器的寿命，因此以40％含脂率为宜。
〔5〕最后根据公式即可求得原料乳所需要提出或是参加稀奶油的质量。
原料乳成分表
乳脂肪
蛋白质
乳糖
水分
灰分
非乳脂固体
3.6%
3.2%
4.7%
0.7%
87.8%
8.6%
注：
非乳脂固体〔%〕=蛋白质〔%〕+乳糖〔%〕+灰分〔%〕
产品成分表
乳脂肪
水分
非乳脂固体
27%
3%
70%
标准乳成分
乳脂肪
水分
非乳脂固体
3.3%
88.1%
8.6%
3.2.3乳脂肪（F）与非脂乳固体（S）之比（R）
原料乳R0=F0/S0
标准化的方法：
由于R。
>_R，说明原料乳中的脂肪含量偏高，需要标准化使之平衡。
原料乳中的脂肪含量过高，所以要把局部原料乳进行别离，别离出的脱脂乳要参加原料乳中使它到达标准乳要求，而别离的稀奶油那么另用容器贮存。
设定：
当预热温度为40℃时
脱脂乳含脂肪E=0.01％
稀奶油含脂肪F2=40％
脱脂乳中非脂乳固体：
S1=[（100-F1）/〔100-F0〕]×S0=[（100-0.01）/（100-3.6）]×8.6%=8.92%
稀奶油中非脂乳固体：
S2=[（100-F2）/〔100-F1〕]×S0=[（100-40）/（100-0.01）]×8.6%=5.16%
3.3.5每吨原料乳应添加的脱脂乳（M1）
M1=[（F0-R×S0）/（R×S1-F1）]×××8.92-0.01）]×
脂肪含量：
F标=（1000×3.6%+M1×0.01%）/（1000+M1）
=〔1000××0.01%）/（1000+82.50）=3.3%
非脂乳固体：
S标=F标/R=3.3%/0.39=8.6%
3.3.7制（M1）脱脂乳需要别离原料乳（G）
设：
别离（Gkg）原料乳可得到（M1kg）脱脂乳和（M2kg）稀奶油根据脂肪含量守衡可知：
G×F0=M1×F1+M2×F2
且G=M1+M2
那么M2=M1×[（F0-F1）/（F2-F0×[（3.6-0.01）/（40-3.6）]=8.14kg
那么需要别离原料乳：
G=M1+M2=82.50+8.14=90．64kg。
3.3.8一吨原料乳可制得标准乳（G1）去除的稀奶油（G2）
1,那么G1
去除的稀奶油：
G2=1000一G1=1000-992．54=7．46kg。
一吨原料乳中含脂肪量：
m0=M0×F0=1000×3．6％=36kg
一吨原料乳别离后得到标准乳中的脂肪含量：
m1=G1×F标=992．54x3．3％=32．75kg。
一吨原料乳脱去稀奶油中的脂肪含量：
m2=G2×F2=7．46x40％=2．98kg。
结论：
m0≈m1+m2，计算正确
查阅资料得
各流程的损失率为：
过滤——0.05%净乳——0.05%
杀菌——0.05%均质——0.1%
过筛——0.5%
水分蒸发率为：
浓缩——48%
喷雾枯燥——75%
设原料量为W吨/时，那么
W〔1-0.05%〕〔1-0.05%〕〔1-0.1%〕〔1-0.05%〕〔1-48%〕〔1-75%〕〔1-0.5%〕=2
（1）
〔2〕取过滤的损失率为0.05%，那么经过滤后的质量为
×
〔3〕取净乳的损失率为0.05%，那么经净乳后的质量为
×
〔4〕取均质的损失率为0.1%，那么经均质后的质量为
×
〔5〕取杀菌的损失率为0.05%，那么经杀菌后的质量为
×
〔6〕取浓缩的水分蒸发率为48%，那么经浓缩后的质量为
×
×
〔8〕取过筛的损失率为0.5%，那么经过筛后的质量为
×〔1-0.5%〕=2吨
具体物料衡算流程图如下：
↓
↓-0.05%
↓-0.05%
↓
↓
↓-0.1%
↓
↓-0.05%
↓-48%
↓-75%
↓
↓-0.5%
包装2吨/时
↓
成品
4设备选型
根据物料衡算得，假设想生产2t/h的乳粉,那么原料量为15.5t/h，那么按一天8小时工作计，那么一天贮奶量为124t/d，经计算需要119040.3495L/d（密度约为1.04g/ml）。
选用上海瑞派公司的BPC-30型的贮奶罐4个，其主要参数为：
工程
技术指标
设备名称
BPC系列室外储罐
厂家介绍
上海瑞派机械
设备型号
BPC-30
罐体总高（mm）
7850
罐体外径（mm）
2700
进出口径（mm）
51
电机功率（kW）
公称容积（L）
30000
设备重量〔kg）
3720
根据物料衡算得，假设想生产2t/h的乳粉,那么原料量为15.5t/h，即14880L/h。
选用安达市天宏乳品机械制造生产的RZGC05-5000型配料罐3个，其具体参数如下：
工程
技术指标
设备名称
配液罐
设备型号
RZGC05-5000
设备容积
5000L
工作压力：
内胆
常压
工作压力：
夹套
≤
电机功率
设备高度
4200
直径
1500
根据物料衡算得，假设想生产2t/h的乳粉,那么原料量为15.5t/h，即14880L/h。
选用江阴顶红机械设备生产的5000L平衡罐3个，其具体参数如下：
工程
技术指标
公称容积（L）
5000
工作压力
试验压力
搅拌器转速
36r/min
加热面积〔m2〕
物料进出口〔DN〕
40
根据物料衡算得，假设需要生产2t/h的乳粉,那么原料量为15.5t/h，可以选用郑州玉祥机械设备的双联过滤器，其主要参数如下：
工程
技术指标
过滤面积〔㎡〕
过滤温度〔℃〕
≤100
使用压力MPa
进口管径
G2＂
出口管径
G2＂
外形尺寸mm（长×宽×高）
1300×500×1300
根据物料衡算得，假设想生产2t/h的乳粉,那么原料量为15.5t/h，即14880L/h。
选用江苏巨能机械的DHN550型的净乳机，其主要参数如下：
工程
技术指标
机型
DHN550
处理量〔L/h〕
15000
进口压力〔Mpa〕
出口压力〔Mpa〕
电机功率〔kw〕
22
质量〔kg〕
2300
外型尺寸〔mm〕长×宽×高
1950×1500×1960
根据物料衡算得，均质量为15.485t/h。
选用上海申鹿SRH4000型均质机，其具体参数如下：
工程
技术指标
规格型号
SRH4000-30
柱塞根
3
额定流量升/小时
4000
最大工作压力MPa
30
连续工作压力Mpa
24
电源〔KW〕
40
重量〔Kg〕
1800
外形尺寸L×W×H（m）
×1×
根据物料衡算得，假设想生产2t/h的乳粉,那么原料量为15.5t/h，即14880L/h。
选用上海宣辰机械设备BR0.05型板式换热器，其具体参数如下：
规格
单片换热面积㎡
板片尺寸㎜
500×168
板片厚度㎜
角孔直径㎜
38
接管直径㎜
28
波纹形状
人字形波纹
平均板间距㎜
可组合换热面积㎡
0.5～5
最大允许使用压力Mpa
0.4～2
最高允许使用温度℃
一般120～160℃特殊可达250℃
传热系数W/㎡℃
2000～6000
根据物料衡算得，真空浓缩量为t/h，经计算浓缩蒸发量为×1000×48%=7421.76kg/h,选用江苏科威机械生产的SJN3-8000型三效外循环真空蒸发器，其具体参数如下：
工程
技术指标
型号名称
SJN3-8000
蒸发量KgH2O/h
8800
耗气量Kg/h
2200
外形尺寸〔L×W×H〕m
9×3×5
循环耗水量T/h
40
蒸发温度一效℃
85～90
蒸发温度二效℃
70～75
蒸发温度三效℃
55～65
真空度一效Mpa
～
真空度二效Mpa
～
真空度三效Mpa
～
浓缩比重
～
蒸汽压力Mpa
～
×75%=6.03t/h，即蒸发水分量为6030kg/h。
选用常州市至尊机械设备生产的LPG6500高速离心喷雾枯燥机，其具体参数如下：
工程
技术指标
型号
LPG6500
入口温度℃
140-350自控
出口温度℃
80-90
喷雾形式
高速离心雾化器〔机械传动或无极变频调速可供选择
水分蒸发量kg/h
6500
雾化器转速rmp
11000-12000
雾化盘直径mm
根据工艺要求确定
电加热最大功率kw
根据工艺流程、场地条件及用户要求确定
干粉回收率%
同上
占地长度、宽度m
同上
喷头吊装高度m
同上
塔体高度m
同上
塔体直径m
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。
该喷雾枯燥设备带有流化床装置。
根据物料衡算得，筛粉量为t/h，选用安达市天宏乳品机械制造生产的S49-A-单层式筛粉机2台，其具体参数如下：
工程
技术指标
设备名称
吊悬式筛粉机
厂家介绍
安达市天宏乳品机械制造
生产能力
1000Kg/h〔奶粉〕
筛网规格
20目
电机功率
50Kg/台
设备特点
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
根据物料衡算，包装量为2t/h，最终选用25kg每袋大包装。
选用河南郑州长宏机械供给的DZ500-T台式真空包装机4台，其具体参数如下：
工程
技术指标
电源电压
220V50Hz
功率
900w
热封功率〔>5s）
真空室最低绝对压强
1KPa
热封条有效尺寸
500×12mm
每室热封条数
2
真空泵排气量
20m3/h
包装速度
1-3次/分
真空形式及材质
不锈钢真空室
真空室尺寸〔L×W×H〕
520×520×975mm
外形尺寸〔L×W×H〕
750×600×530mm
外包装尺寸〔L×W×H〕
750×670×660mm
5总平面及车间布置
5.1生产车间〔车间布置图见附图二〕
根据全脂乳粉生产的工艺要求，结合实际生产情况，需要以下建筑或构建物。
5.1.1原料仓库〔室外贮奶罐〕
用于新鲜牛乳的贮存，共有三个罐，每个罐容积30000L。
〔1〕生产流程车间
根据具体的生产工艺流程可分为前期操作车间，包括：
收奶间、预处理间、混料间、化油间等。
主车间包括主车间1〔进行均质、净乳、杀菌等工艺流程〕，主车间2〔进行浓缩、喷雾、筛粉工艺〕，包装间紧邻主车间2，以便直接进行成品包装。
〔2〕辅助车间
包括：
检验室、水处理间、CIP、原辅料库、包材库、周转箱暂存间、洗箱间等。
〔3〕常温库和冷库
与主要生产车间比邻，是存放加工、包装后的乳产品的区域。
应按照冷库设计的要求使用材料和安排布局。
〔4〕公共设施
包括：
配电间、更衣室〔位于进入各个车间的必经之地，分左右男女更衣室，不同工段的工人可以分别从不同更衣室进入不同的生产车间，防止交叉污染〕、办公室、值班室等。
〔1〕设计排水沟尽量位于经常排污、排水设备的下面，保证车间排水通畅、每个排污口要安装防鼠网。
〔2〕设备与设备、设备与墙壁之间均要留出适当的空隙，不但可以保证操作方便，而且便于维修和清洗。
〔3〕更衣室位于车间入口处，工人先更衣，经洗手、消毒前方能进入车间。
为保证产品质量和车间卫生，工人进入车间必须保证工作服、工作帽、口罩、手套、胶鞋等统一标准，开始工作前有专人检查并记录。
5.3总平面布置根本原那么〔总平面布置图见附图三〕
〔1〕以方便生产为前提，符合车间生产程序，防止原料、半成品、人流的交叉污染。
〔2〕全建筑物采取南北朝向，利于通风、采光。
〔3〕配电房、锅炉靠近生产车间，减少能源消耗，锅炉房处于厂西北角，使生产车间处在其上风位置。
〔4〕通盘考虑全厂布置，填平补齐，力求合理、经济，并充分考虑全厂扩大生产。
5.4总平面设计说明
〔1〕生产区：
包括成品库、生产车间、污水处理间、机修间等，设置时尽量缩短距离，防止物料的往返运输以方便生产。
〔2〕生活间：
包括煤场、锅炉房、食堂、浴室、职工宿舍楼、机动车停车场、非机动车停车处、办公楼、研发中心、质检中心等。
〔3〕应在适宜位置设置公共厕所，经考虑在生产区和生活区各设置一个公厕。
〔4〕绿化情况：
在厂房四周，各种建筑空地与预留地种植草坪。
〔5〕厂区道路：
厂区主干道与非主要道路应留有足够的空间以便人流和物流经过；
〔6〕厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水龙头和灭火器。
〔7〕设置了三个大门：
正大门〔人流〕，物料进口、物料出口〔以便奶罐车等进入〕，每个大门都配有值班室。
总结
拿到的设计任务后,就开始查找相关资料,自己定下了相对熟悉并且资料较丰富的全脂乳粉工厂设计题目。
然后再根据背景资料和相关数据文献对自己所选的题目进行配方和工艺设计,包括物料衡算,根据相关的参数进行设备选型和绘制主要设备图纸。
在此过程中,通过对各种文献和资料的查阅,丛中学到了对重点的把握度和该如何解决问题分析问题,如何更好的利用书本资源和网络资源,和如何更好地与同学和老师讨论分析问题,较高效率地完成所布置的任务。
经过这次课程设计，我们发现，工厂设计不同于我们以往做的任何一次课程设计，它对于实践要求很高，而很多时候我们的只是仅限于书本理论，拿到现实生产过程中根本不可行或是不完善，这也让我充分认识到，书本知识必须要付诸于实践才能真正的学习到知识。
最后非常感谢陈老师的悉心指导和耐心纠正。
参考文献:
[1]马海乐主编，?
食品机械与设备?
，中国轻工业出版社，2006
[2]伍建新主编，?
乳品技术装备?
，中国轻工业出版社，2000
[3]王如福主编，?
食品工厂设计?
，中国轻工业出版社，2009
[4]郭本恒主编，?
乳粉?
，化学工业出版社，2003
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