20T班液态纯牛奶车间工艺流程设计Word下载.docx
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首先，根据国内外市场资源和动态，结合产品自身特点，提出建厂设计说明书；
其次，确定产品方案并进行物料恒算，同时进行工艺设计，根据工艺要求和计算结果进行设备选型，选型要符合设备选型原则；
再次，对厂区平面布置进行设计，对各生产工序进行劳动力计算，进行劳动定员；
另外，对生产车间进行水、电、汽的估算。
最后，本设计还做了必要的技术经济分析，通过AutoCAD表现食品工厂设计布局，绘制生产车间平面图、工艺流程图，编制较为完整的设计说明书，为我国乳制品的加工工业的发展做出贡献。
设计采用超高温消毒牛奶加工工艺及无菌包装是目前国际先进的牛奶加工技术，其可以保持牛奶的原色、原味及营养成份，保存期可在六个月以上。
关键词：
纯牛奶；
杀菌方式；
工厂设计
20T/班液态纯牛奶车间工艺流程设计
前言
牛奶是天然营养食品，含有人体需要的几乎所有营养物质。
奶业的发展关系到改善人民食物结构、提高生活质量、增强身体素质，因此，世界各国，特别是发达国家都非常重视奶业的发展。
近年来，我国政府也己充分认识到奶业发展的重要性，并将其列入农业类重点鼓励和扶持发展的产业。
1998年2月，国务院批准实施由农业部、卫生部、国家计委、国家科委等11个部门共同制定的《中国营养改善行动计划》，该计划将发展奶业作为一项重要内容；
2000年初国务院批准公布的《当前国家重点鼓励发展的产业、产品的技术目录》中，同样把奶业列为农业类重点鼓励和扶持发展的产业；
2000年底国家发布了“学生饮用奶计划”；
农业部结合“十五”计划和“2001—2010年我国食物与营养发展纲要”，研究制定和实施奶业发展规划，各地方都根据自己的实际情况，制定奶业发展计划，实行科技兴牧，保证乳品的生产和奶源供应。
牛乳被称为人类的“液体面包”和“白色血液”，营养丰富，钙磷比例恰当，对预防儿童和老人缺钙症极为重要。
牛乳同时也是维生素的重要来源，对促进儿童的身体和智力发育有着良好作用。
多年来，许多国家积极扩大本国的乳产品生产和消费。
日本战后通过实施“一杯牛乳强壮一个民族”行动，极大地改善了国民的身体素质，儿童平均身高已超过我国。
现在，越来越多的人已经认识到，乳业的发展是关系着提高全民健康水平和提高中华民族身体素质的大事。
人民的营养状况也是衡量一个国家经济和科学文化发达程度的标志。
正因为乳在人类进步与社会发展中的重要地位，世界卫生组织早已将人均乳产品消费量作为衡量一个国家人民生活水平的主要指标。
目前，我国乳产品的年人均占有量仅约lOkg，大大低于100kg的世界平均水平，与发展中国家的近50kg也相差5倍多。
乳产品已成为我国人均占有量大大低于世界平均水平最为突出的大宗农产品;
因此，大力宣传科学的营养观，提高人民的乳产品消费水平，已成为全社会健康持续发展为战略需要。
在乳品市场飞速增长的过程中，液体乳加工企业数量也迅速发展，截止2004年底，全国共有乳品企业1500多家，其中90%以上都是中小企业。
因为当初乳品生产进入的门槛较低，所以，很多厂家是通过有限的资金和简单的设备投入建成的。
建厂设计时大多是凭借一些经验和简单的模仿，在工艺技术、设施布置、产品结构等方面存在很多不合理的地方，生产成本高、生产效率低、产品技术含量低、产品质量差。
国家质检总局也以法规的形式颁布，从2004年7月起乳品行业需实施QS（食品质量安全市场准入制度），不符合要求的企业必须进行技术改造。
着眼于未来乳品市场必将是价格、质量等多元化竞争，本设计即是对中小液体乳生产企业的规划设计进行探讨。
1.
班产量的确定
1.1班产量的确定
班产量的确定是食品工厂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，车间的布局和占地面积，公用设施和辅助设施的规格，大小，及劳动力的定员等。
班产量的制定因素主要有原料的供应情况和市场销售情况，配套设施的生产能力及运行情况，延长生产期的条件，产品品种的搭配及工厂的自动化程度。
由于此生产车间建于武汉附近，根据市场，物价，以及多方面的考虑，决定将这个班产确定为20t。
本设计报据市场情况具有灵活性大、投入少、风险小等优点，适合纯牛奶市场的竞争状况。
2.生产工艺流程的论证
2.1设计指导思想
大力发展畜牧业，调整畜牧业结构，突出发展奶类生产，积极推进乳业产业化进程，提高牛乳在国民膳食中的比重，是我国十五期间农业发展的总体思路和指导方针。
近年来我国乳制品的生产、加工和消费得到了很快的发展，乳业的发展，尤其是乳产品加工业的发展已成为国家重点扶持的产业。
随着近年来人们生活水平的不断提高,健康生活、优质生活、享受生活的意识催动下，国内消费者对健康饮品、食品的需求越来越强烈，消费欲望不断增长的大背景下，乳制品的市场前景是十分乐观的也是充满了无限商机的。
本次设计的主要目的是液态纯牛奶生产车间工艺流程的设计、工艺设备的布置以及厂房的设计工艺流程的设计。
设计依据工艺的合理性：
既要求所设计的工艺能够正常的投入生产，生产后的产品质量稳定，可靠；
工艺的选择性，经济性：
工艺要由先进的设备组成，以便于操作管理，在符合工艺和生产能力的条件下，尽可能的降低成本；
生产能力与规模：
设计的生产能力20
吨/班。
2.2纯牛奶的工艺流程确定及论证
根据以上的设计思想，纯牛奶的生产工艺流程如下：
原料乳
验收
脱气
净乳
冷却
暂存
标准化
预热
均质
UHT灭菌
贮存罐
无菌灌装
冷藏
2.2.1原料乳验收
选择合适的供应商，确定原料来源，分别按照原材料的检验标准进行检验，检验合格后方可使用。
工厂化验员严格按照要求亲自从奶车上采样，准确进行检测。
感官检测要求不得有肉眼可见杂质，原料奶进厂温度不得高于10℃，滴定酸度14～18℃T.75％（体积分数）酒精试验阴性，滋气味正常，细菌指标合格（菌落总数≤5.0×
105cfu／ml），亚硝酸盐、铵盐、尿素、盐、碱、糖、淀粉、双氧水、抗生素等有害物质不得检出。
原料乳成分要求，主要理化指标，微生物要求及检测。
原料乳成分的要求见表2-1
表2-1原料乳成分的要求
名
称
指
标
蛋白质
3.0%
脂肪
3.2%
干物质
11%
原料乳主要的理化指标和检测方法见表2-2
表2-2原料乳主要的理化指标和检测方法
项目
指标
检测方法
相对密度（20℃/4℃）
1.028～1.032
按GB/T5409检验
≥3.2
≥3.0
按GB/T5413.1检验
非脂乳固体
≥8.3
酸度
≤20
杂质度
≤4
按GB/T5413.30检验
原料乳主要的微生物要求及检测方法见表2-3。
表2-3
原料乳主要的微生物要求及检测方法
菌落总数
≤500000
平皿细菌总数计算法
美兰还原褪色法
2.2.2脱气
牛乳刚刚被挤出后含5.5％～7％的气体，经过贮存、运输和收购后，一般其气体含在10％以上，而且绝大多数为非结合的分散气体。
这些气体对乳品加工的影响很大，所以脱气是很有必要的，去除原料乳中所带有的异味，使原料奶有良好的品质。
2.2.3净乳
原料乳验收后必须净化。
其目的是去除乳中的机械杂质并减少微生物的数量，可以采用过滤净化或离心净化等。
简单的粗滤是在受乳槽上装有过滤筛网并铺上多层纱布进行。
进一步过滤则采用双联过滤器，滤布应经常清洗灭菌。
脱除乳中毛、泥土等机械杂质及其表面微生物，脱出一部分体细胞及气体。
本方案采用的是离心净乳机净化。
离心净乳是利用乳在分离钵强大离心力的作用，将大量的机械杂质留在分离钵内壁上，而乳被净化。
使用离心净乳机可以显著提高净化效果，有利于提高制品质量。
离心净乳机还能将乳中的乳腺体细胞和某些微生物除去，净乳机放在粗滤之后，冷却之前。
本设计中牛乳先经过双联过滤器，然后再经过净乳机，从而实现原料乳的净化。
2.2.4冷却
经过净化的原料乳立即冷却到4℃左右，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四个阶段，即抗菌期、混合微生物期、乳酸菌繁殖期、酵母和霉菌发育期。
在抗菌期内，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。
在本项目中，冷却使用板式热交换器，将原料乳迅速冷却到4℃以下泵入贮乳罐中储存。
2.2.5暂存
为了保证工厂连续生产的需要，必须有一定的原料乳的贮存量，在该项目中，为保证连续生产以及储料的需要，贮奶设备选择6个60吨的奶仓。
室外奶仓配有适当的搅拌机构，定时搅动液体，防止脂肪上浮，造成原料乳的成分分布不均匀。
2.2.6标准化
标准化的目的是保证产品中含有规定的脂肪含量，但每个国家间标准变化很大。
通常低脂乳含脂率为1.5％，常规乳为3％，但也有含脂率低到0.1％或0.5％的[9]。
2.2.7预热
原料乳在均质之前进行预热的目的有：
（1）初步杀死大部分的细菌和致病菌，使杀菌更彻底，以保证食品的安全性，提高成品的贮藏性。
（2）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。
（3）控制乳的温度在55℃-65℃，使均质效果更好。
根据以上几点，确定牛乳的预热温度为60℃。
2.2.8均质
所谓均质，就是借助均质机的剪切力和压力作用使牛乳高速通过狭缝，在湍流与气穴的联合作用下打碎乳中的脂肪球，是脂肪球的平均直径变小，数目变多，表面积增加，从而增大脂肪球的相对密度，以减缓脂肪球的上浮趋势。
均质处理不仅增加了牛乳的稳定性，还使牛乳更易消化吸收，提高了乳的营养价值，并改善了口感。
在生产中均质是将乳中脂肪球在强力的机械作用下破碎成小的脂肪球。
目的是为了防止脂肪的上浮分离；
提高微粒聚集物的稳定性；
并改善牛乳的消化、吸收程度。
均质可以是全部的也可以是部分的。
牛奶全部均质后，通常不发生脂肪球絮凝现象，脂肪球相互之间完全分离。
相反的，将稀奶油部分均质时，就有可能发生脂肪球絮凝现象。
因此，在部分均质时稀奶油的含脂率不应超过12%。
通常在巴氏杀菌前进行，以使二次污染的程度降至最低。
因为乳脂酶仍然存在，均质后乳应立即进行巴氏杀菌处理。
均质温度为60—65℃，均质压力为15—22兆帕。
经均质的原料乳制成的乳粉，冲调后复原性更好。
总之，均质处理改变了牛乳的化学和物理结构，其主要影响是：
①使脂肪分布均匀，不形成乳脂层；
②改善牛乳色泽和风味，提高产品感官价值；
③在酶凝固干酪生产中，加快凝固过程；
④降低乳脂肪的氧化敏感性；
⑤使牛乳易受光线的影响，产生一种“日照味”；
⑥降低了蛋白质的热稳定性。
因此在灭菌乳生产过程中，均质必须在最后阶段进行，否则高温灭菌时蛋白质有可能凝聚，从而导致牛乳包装过程中的蛋白质沉淀[9]。
2.2.9UHT灭菌
超高温瞬时灭菌是指物料在连续流动的状态下通过热交换器加热至135—137℃，在这一温度下保持一定的时间可以达到商业无菌的水平。
超高温瞬时灭菌方式的出现，大大改善的灭菌乳的特性，不仅使产品从颜色的味道上得到了改善，而且提高了产品的营养价值。
因此，本设计中UHT乳的采取的灭菌条件为137℃，4s。
原奶或调配好的原料由暂存缸进入UHT灭菌机进行灭菌,灭菌工序包括原料乳的预热,均质,UHT保温灭菌,并根据杀菌机的结垢情况进行中间清洗或最终清洗。
以上操作均在一个板式式换热器和均质机组成的密闭系统中,按设备预先设定好的程序连续进行。
经超高温灭菌后的物料被直接送给无菌灌装机进行灌装。
2.2.10无菌灌装
无菌灌装设备包括灌装机灭菌、包材灭菌、无菌输送、无菌灌装、封合成型、打印生产日期等。
灌装机灭菌、包材灭菌、灌装、封合成型、打印生产日期均由自动灌装机在机器内自动完成。
包材通过特定温度、一定浓度双氧水达到灭菌效果。
灌装机灭菌按设定程序进行，以达到灭菌效果。
灌装必须确保在无菌条件下进行，计量准确，封口可靠，成形完好，喷码清晰。
灌装温度控制在20℃以下，正常灌装时按千分之一比例随机抽样置于37℃条件下做保温实验。
成品进入2—6℃冷库贮存。
采用利乐无菌包装和瓶装灌装设备。
利乐无菌包装的产品的保存期可在六个月以上，既能保持原有的丰富营养成分，又可以避免变质，方便食用。
2.2.11
CIP清洗
UHT灭菌乳生产所用设备自原料乳收购工序起，至无菌灌装封合工序止，均采用CIP清洗方式进行清洗消毒，清洗程序由中央控制室控制。
包括水洗、碱洗、酸洗、水洗。
CIP清洗装置作为不分解生产设备，又可用简单操作方法安全自动清洗系统，几乎被引进到所有的食品饮料及制药等工厂使用。
CIP清洗装置不仅能清洗机器，而且是还能控制微生物繁殖的清洗方法。
CIP清洗装置有以下优点：
能使生产计划合理化及提高生产能力；
与手洗相比较，不但没有因作业者之差异而影响清洗效果，还能提高其产品质量；
能防止清作业中的危险，节省劳动力；
可节省清洗剂、蒸汽、水及生产成本；
能增加机器部件的使用年限。
设备计算与选型
3.1工艺设备配置方案
通过物料平衡计算，可确定单位时间内生产过程主要原辅材料的需求量以及水、蒸汽、能源等流量与耗量。
物料衡算的另一目的是依据计算数值，经济合理地选择生产设备，并进行车间的工艺布置和工序劳动力的安排等。
3.2设备配置衡算
3.2.1计算
a.日生产能力
40吨/天（一年按300天记）
b.年生产能力
12000吨/年
c.日收鲜奶
1.01×
40吨/天=40.4吨（平均每吨产品耗奶1.01吨）
3.2.2标准化计算
选用质量优良的原料乳必须进行逐车逐批验收，验收时对原料乳进行嗅觉、味觉、外观、尘埃、温度、酒精、酸度、比重、脂肪、蛋白质、全乳固体、细菌数等进行严格检验，必须符合下列要求：
（1）采用健康母牛挤出的新鲜自然乳汁。
（2）不得使用产前十五日内胎乳和产后七天内的初乳。
（3）具有新鲜牛乳的滋味和气味，不得有外来异味。
（4）酸度不超过200T。
（5）要求乳脂肪>
3.1,蛋白质>
2.9,非脂乳固体>
8。
（6）不得使用任何化学物质和防腐剂。
3.2.3原料乳成分
表3-1原料乳成分
乳脂肪
乳糖
灰分
水分
3.6％
3.2％
4.7％
0.7％
87.8％
8.6％
注:
非脂乳固体（%）=
蛋白质（%）+
乳糖（%）+灰分（%）。
3.2.4产品成分
表3-2
产品成分
非乳脂固体
27％
3％
70％
乳脂肪（F）与非脂乳固体（S）之比（R）
原料乳：
R0＝F0/S0＝3.6%/8.6%＝0.4186
成品：
R＝F/S＝27%/30%＝0.3857
标准化的方法：
由于R0＞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，所以要把部分原料乳进行分离，分离出的脱脂乳要加入原料乳中使它达到标准乳要求，而分离的稀奶油则另用容器贮存。
稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算
设定：
当预热温度为40℃时，脱脂乳含脂肪汽
F1=0.01%；
稀奶油含脂肪
F2=40%
a.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%
b.稀奶油中非脂乳固体：
S2＝100-F2/100-F1×
S0＝100-40/100-0.01×
8.6%＝5.16%
c.每吨原料乳应添加的脱脂乳（M1）:
M1＝F0-R×
S0/R×
S1-F1×
1000＝82.50kg
d.标准乳成分
脂肪含量：
F标＝1000×
3.6%＋M1×
0.01%/1000＋M1＝3.3%
非脂乳固体：
S标＝F标/R＝8.6%
表-3.3
标准乳成分
3.3%
8.6%
88.1%
制（M1）脱脂乳需要分离原料乳（G）
设：
分离（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
可知：
M2＝8.14kgG＝90.64kg
十吨原料乳值得标准乳（G1）去除的稀奶油（G2）
标准乳：
1090.64/1082.50＝1000/G1G1＝9925.4kg
去除稀奶油：
G2＝10000-G1＝74.6kg
3.2.5
十吨原料乳的物料衡算
已知：
Mo=10000kg
原料乳经预处理-冷却-贮存（损失率按0.5%计算）
M0--经标准化—9225.4kg；
M1=9925.4×
（1一0.5%）=9875.8kg
标准化乳经输送、冷却、贮存（损失率按住2%计算）
M2=M1×
（1一0.2%）=9875.8×
（1一0.2%）=9856.0kg
3.3设备计算与选择
3.3.1设备选择的总体原则
设备选型应符合工艺要求，它的依据是物料衡算。
设备选型的好坏是保证产品质量的关键，体现生产水平的标准，它为动力配电、水、汽用量计算提供依据。
对于生产中关键设备除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑备用设备。
若几种产品都需要的共同设备，应按处理量最大的品种所需的台数确定。
一般后道工序设备的生产能力要略大于前道，以防物料积压。
3.3.2选择设备的原则
从设备的设计选型上，可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性。
因此在设备的工艺设计和选型时应考虑如下原则:
（1）保证工艺过程实施的安全可靠。
（2）经济上合理，技术上先进。
（3）投资省，耗材料少。
（4）运行费用低，水电汽消耗少。
（5）操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可靠，减轻工人劳动强度，实施机械化和自动化方便。
（6）结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备。
（7）考虑生产波动与设备平衡，留有一定余量。
（8）考虑设备故障及检修的备用。
3.3.3设备选型
3.3.3.1物料缸
用于原物料的暂存，收购的鲜奶经过物料缸再流向磅秤进行称重，因为用于物料
暂存，所以选择公称体积是
1000L
的物料缸。
RP9G6
型物料缸为开启式圆柱形夹层容器，配有锚式搅拌器。
其主要技术参数：
公称体积/L：
1000
加热面积/㎡：
4.0
工作压力/kPa：
150
搅拌器转速/r·
min-1：
32.5
搅拌器电机型号：
A1-7134T2,550W
外形尺寸（长×
宽×
高）/㎜：
1900×
1280×
2100
设备净重/㎏：
980
3.3.3.2ZHNG
型立式贮奶缸
班生产量为20t，为了保持生产的连续性，三台供生产，另一台备用，且节约占地面积。
所以
a）
选用四台
ZHNG-80
型贮奶缸作为原料缸，其主要技术参数：
体积/L：
8000
缸体内筒直径/㎜：
2300
搅拌桨转速/r·
112
外形尺寸：
Φ2392×
2167
电动机型号：
JO3-802
电动机功率/kW：
1.1
电动机转速/r·
1500
b）
选用两台
ZHNG-40
型贮奶缸作为配料缸，其主要技术参数：
4000
1720
61
Φ1890×
2193
c）
选用一台
ZHNG-55
型贮奶缸作为缓冲缸，其主要技术参数：
5500
1910
Φ2010×
2650
3.3.3.3
板式热交换器
选用常用的板式热交换器两台。
换热器分三个热交换部分，分别为预热、冷水降
温、冰水降温。
整个管路中物料流量为2000L/h。
Q=GCP（T2-T1）
式中
G＝2000L/h
T2＝60
T1＝5
注：
乳的比热随其浓度组成而变，其浓度越高固形物含量越高时，其比热越小，其范围为
3.34～3.97。
为了计算的方便取
CP=3.87kJ/kg·
℃，
得
Q＝2000×
3.87×
（60－5）＝4.257×
105kJ/h
Q1=KA1△tm1
K=13320
△tm1=（T2-t1）（T1-t2）/ln[（T2-t1）/（T1-t2）]得
A1＝4.6
㎡
所以选择
BP2-d-5
型。
型板式热交换器主要技术参数为：
生产能力/L·
h-1:
2000
换热总面积/㎡：
牛乳进口温度/℃：
热水进口温度/℃：
90
消毒乳出口温度/℃：
60
蒸汽消耗量/㎏·
220
外形尺寸/㎜：
1409×
753×
1404
3.3.3.4
均质机
高压均质机是一种超细粉碎乳化匀浆设备，它利用高压条件下的混悬液，通过一个可调节的限流缝隙过程中失压、膨胀、爆炸、剪切和高速撞击等综合效应将在液体中的颗粒和油滴粉碎成很小尺寸，直径
0.1～0.2um，同时建立理想的乳化液或分散液。
这个过程集超声波粉碎机、胶体磨、球磨机、射流机等功能原理于一体。
产品的稳定性、一致性、混合性、易吸收性、营养值、保质期、口味等都可在均质中得以实现。
上海东华高压均质机厂生产的3022
型均质机有发热少、效率高、占地面积小、
设备运转费用低等优点。
其主要技术参数为：
最高压力/MPa：
30
电动机功率：
22kW
1300×
1060×
1350
3.3.3.5UHT
RP6L型套管式超高温瞬时杀菌机是宁波食品设备制造有限公司开发研制生产的，该设备具有同类国际领先水平。
它是采用间壁热交换加热牛乳以达到杀菌效果的装置。
热交换的过程是在同心套管中进行，套管盘成螺旋状。
该设备结构紧凑，占地面积小，生产能力大，传热效率高，杀菌效果好。
选用
RP6L-20
型国产套管式超高温瞬时杀菌机的主要技术参数：
处理能力/L·
2000（双泵）
蒸汽压力/kPa：
<
800
高温保持时间/s:
1～3s
物料温度/℃：
进
4～16℃，出
60～65℃
灭菌温度/℃：
115～135℃
-1
电动机：
Y90L-4
型
功率
2.2/kW·
台
外型尺寸/㎜：
1314×
924×
1650
设备重量/㎏：
395
3.3.3.6包装设备
TBA/3
型利乐无菌包装机,采用特别研制的包装材料，能保证包装的产品在常时间贮存六个月以上，既能保
持良好的品质和原有的丰富营养成分，又可以避免变质，方便食用。
所有的包装材料是以纸卷形式。
主要技术参数：
包装容量/mL：
250、500
生产能力：
3600
包/h
功率/kW：
13
4170×
3755×
5420
3.3.3.7CIP
清洗
CIP
是
CleaningInPlace（就地清洗）的简称。
其定义为：
不用拆开，即可用高
温、高浓度的清洗液，对装置加以强力的作用，把食品的接触面洗净的方法。
装置要求管道具有对产品有安全性、容易检查、螺纹牙不露于产品上、接触
产品的内表面研磨得完全光滑
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