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碳酸饮料工厂设计

碳酸饮料工厂设计

碳酸饮料工厂设计1、产品方案···········································22、生产工艺流程设计···································33、工艺计算············································84、工艺设备一览表·····································155、概算···············································166、附件···············································18本设计本着“经济上合理，技术上先进”的原则，结合市场需求，尊重客观事实。

1产品方案1.1生产规模及建设时间碳酸饮料厂年产量为1.0×104t厂建设采取统一的规划布局，规范化建设，科学化管理，规模化生产，一体化经营，完全采用现代化企业管理模式将逐渐形成规模。

厂区总占地面积15000，建筑面积5000m2。

1.2主要原料的规格本工艺采用符合我国标准GB5749-2006的优质饮用水。

1.3生产品种及数量生产品种为。

年产量1.0×104t。

采用500mL瓶装生产。

设计淡季日产量为20t，旺季日产量为60t。

1.4产品质量及标准GB191包装储运图示标志GB4544塑料瓶GB4789.1～4789.28食品卫生检验方法微生物学部分GB6543瓦楞纸箱GB10344碳酸饮料标签标准GB4987—91碳酸饮料质量标准质量特征：

（1）产品色泽与品名相符，果汁，果味汽水具有新鲜水果近似的色泽或习惯承认的颜色，可乐型汽水应有焦糖色泽，同一产品色泽一致，无变色现象。

（2）香气与滋味具有本品应有的香气，柔和协调，酸甜适口，有清凉感，不得有异味。

（3）外观形态澄清透明，无沉淀。

2生产工艺流程设计2.1工艺流程图2.2工艺要点2.2.1原糖浆的制备碳酸饮料的生产中，简单糖浆的配制与净化是保证碳酸饮料成品质量的关键之一，生产可乐糖浆必须选择优质白糖，国产一级白糖或进口白糖，要求白糖质量无色，无味，无臭，结晶均匀，无杂质。

糖浆的作用有：

²提供稠度而有助于传递香味²提供能量和营养价值²饮料厂来说，从卫生和浓度控制的观点出发，糖浆的制备是重要的。

²将糖溶解于水后的溶液，一般称为原糖浆。

必须是优质砂糖，溶解于一定量的水中，制成预计浓度的糖液，再经过滤、澄清后备用。

²砂糖→称量→糖的溶解→糖浆过滤→杀菌→冷却²溶糖方式：

间歇式和连续式。

（1）间歇式：

Ø间歇式又分为冷溶和热溶Ø冷溶：

配制短期内饮用的饮料糖浆。

采用装搅拌器的容器，把糖和水正确配准，在室温下进行搅拌，待完全溶化，过滤去杂即成。

一般45－65%（要存放1天必须是65%）。

冷溶法生产须有严格的卫生控制措施，但可以节省燃料。

Ø热溶：

要求延长贮藏期的碳酸饮料。

热溶能杀灭糖内细菌；分离出凝固糖中的杂质；溶解迅速，短期内可生产大量糖液。

Ø一般采取不锈钢的双层溶糖锅，并备有搅拌器，锅底部有放料管道。

Ø蒸汽加热溶解Ø热水溶解：

国内厂家多采取热水溶解的方法，即边搅拌边把糖逐步加入到热水中溶解，然后加热杀菌、过滤、冷却。

（2）连续式：

Ø连续式：

指糖和水从供给到溶解、杀菌、浓度控制和糖液冷却均连续进行。

Ø糖、水计量→混合→热溶解→脱气、过滤→糖度调整→杀菌、冷却→糖液Ø生产效率高，全封闭，全自动操作，糖液质量好，浓度差异小，但设备投资大。

国外自动控制程度较高，多用此法。

溶糖注意：

²温度对溶解度的影响：

如100℃溶解83%糖，0℃时，约溶解64%的糖，有19%糖不溶解而析出。

²糖浆浓度测定：

糖度计、比重计、波美表法²糖浆过滤：

对于高质量优质砂糖制备的糖浆，采取不锈钢丝网、帆布、棉饼、板框等方式。

²净化：

针对质量较差的砂糖，会导致饮料产生凝结物、沉淀物，甚至异味；装瓶时出现大量泡沫等；或者对一些特殊的饮料如白柠檬汽水，对糖浆色度要求很高，一般要求净化处理：

加入0.5－1％活性炭到热糖浆中，一边添加一边搅拌，活性炭与糖液接触15min，温度保持80℃，通过过滤器前加入0.1%硅藻土，避免活性炭堵塞过滤器面层。

2.2.2糖浆调配调合糖浆（果味糖浆或加香糖浆）指根据产品技术要求，配合好各种原辅料，可直接灌装的糖浆。

糖浆调配时的投料顺序依据：

（1）调配量最大的先调入，如糖液；

（2）配料间容易发生化学反应的间开调入，如酸和防腐剂；（3）粘度大，易起泡的原料较迟调入、如乳化剂、稳定别；（4）挥发性的原料最后调入，如香精、香料。

投料顺序与前处理：

Ø原糖浆：

测定其浓度及需要的容积Ø防腐剂：

称量后温水溶解Ø甜味剂：

温水溶解后加入Ø酸味剂：

50％Ø果汁（乳化、稳定剂）Ø色素Ø香精Ø加水到规定容积2.2.3碳酸化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。

提高CO2的利用率方法：

Ø选用性能优良的灌装设备，在不影响操作和检修的前提下，尽量缩短灌装与封口之间的距离；Ø经常对设备进行检修，提高设备完好率，减少灌装封口时的破损率（包括成品的）；Ø尽可能提高单位时间内的灌装、封口速度、减少灌装后在空气中的暴露时间，减少CO2的逸散；Ø使用密封性能良好的瓶盖，减少漏气现象2.2.4碳酸饮料的灌装一次灌装：

早期的操作是将糖浆和处理水按一定比例加到二级配料罐中搅拌均匀，再经冷却、碳酸化后灌装。

需要大容积的二级配料罐，且卫生难以保证。

目前，对于大型的连续化生产线多采取定量混合方式：

把处理水和调合糖浆以一定比例作连续的混合，压入碳酸气后灌装。

常在混合机内配冷却器。

多采用同步电动混合机。

优点是糖浆和水的比例准确，灌装容量容易控制；当灌装容量发生变化时，不需要改变比例，产品质量一致；灌装时糖浆和水的温度一致，气泡少，CO2气的含量容易控制和稳定；产品质量稳定，含气量足，生产速度快。

缺点是设备复杂，混合机与糖浆接触，洗涤和消毒不方便，不适合带果肉碳酸饮料。

灌装的质量要求：

Ø达到预期的碳酸化水平Ø保证糖浆和水的准确比例Ø保证合理的和一致的灌装高度Ø容器顶隙应保持最低的空气量Ø密封严密有效Ø保持产品的稳定性（过度碳酸化、存在杂质、存在空气、灌装温度过高或温差较大等导致不稳定）2.2.5碳酸饮料常见质量问题

（一）、碳酸饮料的质量要求a、感观指标：

（１）均匀度:

没有分层现象。

（２）瓶盖:

不漏气，不带锈。

（３）商标:

端正，与内容一致。

（４）透明度:

呈现产品所应有的颜色，澄清透明，无杂质。

（５）口味:

无异味，具有成品应有的芳香味或酒精香味。

（６）泡沫:

倒入杯内，泡沫高2cm以上，持续时间2min以上。

b、理化指标：

（１）二氧化碳:

为容积的2.5~4倍。

（２）糖精:

不得检出。

（３）酒精量:

0.5%以下。

（４）重金属:

铜（以Cu计）≤10mg/kg铅（以Pb计）≤1mg/kg砷（以As计）≤0.5mg/kgc、微生物指标：

（１）菌落总数:

≤100个/ml。

（２）大肠杆菌:

≤5个/ml。

（３）致病菌:

不得检出。

d、保质期：

三个月不沉淀变质3、工艺计算3.1、物料衡算产品配方碳酸饮料（100kg成品）原料名称配料量所占百分比白砂糖10kg10%磷酸130g0.13%香精150g0.15%焦糖色素2g0.002%苯甲酸钠20g0.02%糖浆总共20L浓度42.5°Bx班产量的确定班产量100吨瓶装1.25L班产瓶数80000瓶物料衡算（100吨=100000kg）砂糖20000×10%=2000山梨酸钾20000×0.02%=2磷酸20000×0.13%=26香精20000×0.15%=30焦糖色素20000×0.002%=0.4一些相关的数据（班产量需料量）需用糖浆20000L浓度42.5°Bx每瓶注量0.25L糖浆用糖用水量的计算欲制白利度为56BXº的糖浆1000l，按照白利度是指重量百分率的概念。

白利度为56时，其相对密度（在20时）为1.265，就是说此糖液1000l的重量为1265kg,此1265kg糖液中56%为糖（708.4kg）,水为44%（556.6kg）。

每千克糖的需水量应按下公式计算：

56：

44=1：

XX=0.7857kg即每1千克糖需水为0.7857千克才可配成白利度为56BXº的糖液。

如需要其他白利度浓度的糖液及所需该白利度糖液体积数，均可按以上公式推算得出。

每瓶加水1L总用水80000×1L=80000kg/班对于42.5°Bx糖液的相对浓度为1.42糖浆总重为20000L×1.42=28400kg需水28400×57.5%=16330kg每班总用水量80000+16330=96330kgCO2理论需要量的计算Ø根据气体常数1mol气体在0.1MPa、0℃时为22.41L,因此1molCO2在T℃时的体积:

uVmol＝（273+T）/273×22.41（L）Ø则：

G理＝V汽×N/Vmol×44.01Ø式中：

G理为CO2理论需要量；V汽为汽水容量（L）（忽略了汽水中其它成分对CO2溶解度的影响以及瓶颈空隙部分的影响）；N为气体吸收率即汽水含CO2的体积倍数；44.01为CO2的摩尔质量（g）；Vmol为T℃下1molCO2的容积ØCO2的利用率Ø二氧化碳的实际消耗量在碳酸饮料生产中比理论需要量大，因为生产过程中二氧化碳的损耗很大。

Ø装瓶过程中损耗为40～60％，即实际上二氧化碳的用量为瓶内含气量的2.2～2.5倍；采用二次灌装时，用量为2.5～3倍。

物料衡算表：

物料名称年耗kg砂糖20000磷酸39苯甲酸钠3香精45焦糖色素0.6辅助材料皇冠盖：

皇冠盖=瓶数+破损率其中破损率也为1%皇冠盖数为80000+80000×1%=80800个商标纸每瓶一张共80000张包装箱纸箱个数=瓶数/（个/箱）=80000/20=4000箱3.2热力衡算3.2.1耗汽量计算①糖浆制备过程蒸汽耗量生产用最大蒸汽压力2.0kg/cm2（绝对压力）自来水平均温度18℃溶糖用水平均温度50℃清洗用水平均温度80℃溶糖用水耗热量Q1Q=GC（t2－t1）式中G=2000kgC=0.98kcal/kg℃t1=18℃t2=50℃Q=72000×1×（50－18）=2304000kj②洗瓶机用汽量D1=jN式中j──经验数据，15～32㎏/1000瓶hN──瓶数以千瓶为单位，按照定型生产能力N=3.00D1=32×3.00=96㎏/h③巴氏灭菌机用汽量式中j──经验数据，160㎏/瓶hD2=160×3.00=450㎏/h3.2.2耗冷量计算板式冷却机耗冷量在一个小时内，200kg糖浆从100℃冷却至18℃Q=GC（T2—T1）=16072kJ3.3供水衡算①溶糖用水100kg糖浆与添加剂混合原料大约需用水量500kg溶糖用水量=1800×400/100=7200kg时间设为0.5h，故：

每小时最大用水量=7200/0.5=14400kg/h②调配筒洗刷用水一般溶糖机及设备洗刷用水每溶糖一个生产周期，用水约4t，用水时间为1h故洗刷最大用水量=4/1=4t/h③贮糖筒洗涤用水每天冲刷贮糖筒一个，用水为2t，管路及地面冲刷用水1t，冲刷时间为1h，最大用水量为=2＋1=3t/h④刷瓶机用水每天使用4桶，冲洗一次，共用水4t，冲刷时间为40min，则最大用水量=4×60/40=6t/h⑤过滤机用水过滤机3台，每台冲刷一次，用水3t，使用时间为1.5h，则，最大用水量=3×3/1.5=6t/h⑥洗瓶机用水洗瓶机最大生产能力为3000瓶/h，冲洗每个瓶约需水1.5L，则用水量=3000×1.5=4500L/h每班生产7h计，总耗水量=4500×7=31500L⑦装瓶机用水每冲洗一次，用水2.5t，每班冲洗一次，每次0.5h，最大用水量=2.5/0.5=5t/h⑧杀菌机用水杀菌机每个瓶耗水量1L算用水量=3000×1=3000L/h3000×7=21000L/班⑨其他用水包括冲洗地板、管道冲刷、洗滤布等，每班需用水10t，设用水时间为2小时，则每小时用水量=10/2=5t/h3.4主要设备选择设备选择原则：

满足工艺要求，保证产品质量和产量。

技术上先进，经济上合理，能充分利用原料，能耗小，效率高，体积小，维修方便，劳动强度低，并能一机多用。

符合食品卫生要求，易清洗，装拆与食品接触的材料不易疾蚀，不致造成对食品的污染。

设备结构合理，可适应各种特定的工作环境，如温度压力酸度等。

在温度，压力，真空，浓度，时间，速度，流量，液位，计数和程序等方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式。

选择设备应注意事项：

据多个品种，单位小时产量确定必要设备若不同时生产若干品种，按生产量最大来确定台数。

了解实际生产能力，并考虑备用机器台数以保证生产顺利进行。

几种主要设备可查有关目录或专用设备表。

对非标准专业设备要自己设计。

在选择各种设备之前，应该先根据市场的实际情况预测工厂的销售量，从而确定生产能力，并根据生产能力计算主要设备的性能参数。

在生产线上，灌装机是最主要的核心设备，其速度最慢，其他设备要根据灌桨机的类型来选型，速度要大于灌装机的速度。

因此，选择适当的灌装机是设备选型的关键。

本设计是年产1万吨碳酸饮料的工厂设计，根据该产量，来进行设备选型。

（1）灌装机的选型每年12个月，其中2个月为饮料的淡季可进行设备大修保养工作，一年生产300天，每天生产14h小时，设备工作10小时。

塑料瓶（1.25L）装碳酸饮料生产线上灌装机的生产能力及设备选型20000t/3000h=6.7t/h即为6700L/h瓶子容积为1.25L，则6700L/1.25L=5360瓶/h或90瓶/min所以应选灌装能力大于等于5360瓶/h的设备。

灌装机：

型号：

HW40-40-10生产能力：

10000瓶/h尺寸：

7000×36000mm灌装拧盖机：

型号：

YGK5010能力：

6000瓶/h（1.25L）尺寸：

3290×2870×3410mm

（2）水处理设备的选型水处理能力为10t/h，根据实际经验还有各种损耗，如次品的用水量、清洗各种机器，设备的用水，化糖用水等。

若估计理论用水量：

实际用水量为1：

2.3，则实际用水量为10×2.3=23t/h。

所以应选水处理能力大于等于23t/h的设备。

超滤机：

出水量：

0.5-30t/h活性炭过滤器：

型号：

φ2000能力：

31.4t/h高度：

6430mm（3）糖处理设备的选型按糖浆：

水为1：

5计算所需糖浆量为10t/h÷6=1.67t/h,当糖浆温度为20℃，60°Bx时，查表知其密度为1．28544kg/L,糖浆的相对密度大约为77.188kg砂糖/100kg糖浆，因此砂糖处理量为1.67t/h×0.77188=1.28t/h.所以选取的糖处理设备为大于等于1.28t/h的设备。

溶糖机：

型号：

RPJ-G2000尺寸：

1980×1590×2980mm混合机：

型号：

YPH10能力：

10t/h尺寸：

3000×2000×3000mmYPH10混合机结构特点本机适用于外冷式的含气饮料的混合，主要由脱气罐、混合系统和碳化系统、CIP清洗系统组成。

主要参数生产能力7t/h混合精度≦2%％工作温度2含量4.0GV耗电量10.1kw外形尺寸3000＊2000＊3000mm重量3000kg（4）二氧化碳处理设备的选型饮料生产能力为10t/h，换算为二氧化碳的量为10t/h×1.98g/L×3.5容积倍数=69.3kg/h,其中1．98为二氧化碳的相对密度，3.5为二氧化碳的容积倍数。

又因为二氧化的收获率为50%，因此实际二氧化碳量为138.6kg/h,所以应选择处理能力为大于等于138.6kg/h的二氧化碳处理设备。

二氧化碳净化器：

型号：

EQJ-300处理能力：

300kg/h尺寸：

3400×2000×2513mm（5）洗瓶设备刷瓶主机：

型号：

QSP-8000能力：

2000-8000瓶/h尺寸：

4200×1400×1300mm4、主要设备材料明细表设备名称规格型号生产能力数量金额尺寸灌装机HW40-40-1010000瓶/h110万77000×36000mm灌装拧盖机YGK50106000瓶/h220万3290×2870×3410mm活性炭过滤器：

φ200031.4t/h33万6430mm溶糖机RPJ-G20001.28t/h46万1980×1590×2980mm混合机：

YPH1010t/h315万3000×2000×3000mm二氧化碳净化器EQJ-300300kg/h24万3400×2000×2513mm刷瓶机QSP-80002000-8000瓶/h24万4200×1400×1300mm5、概算5.1工程费用5.1.1主要生产项目和辅助生产项目生产车间、仓库、5.1.2公用设施工程项目宿舍楼、办公楼、餐厅5.1.3生活福利、文化及服务性工程项目体育场5.2其它工程和项目费用

（1）土地征用费：

略

（2）建筑场地整理费，青苗赔偿费：

10万元（3）建设单位管理费：

10万元（4）联合试车费：

10万元（5）生产职工培训费：

10万元（6）办公及生活用具购置费：

10万元（7）工器具及生产家具购置费：

10万元（8）施工单位转移费：

10万元（9）大型临时设施费：

10万元（10）冬雨季施工增加费：

10万元（11）远征工程费：

10万元（12）工程设计费：

10万元5.3饮料企业的规模设计饮料企业规划设计的核心是确定年销售量和年目标利润,然后求得资本金年利润率,以此确定该项目的可行性。

通过市场调研和预测,应该计算出该市场的饮料年销量和本企业饮品在该市场的占有率。

然后计算出本企业饮品的年销售量、零售价、出厂价和年目标利润。

公式如下:

本厂饮品年销量=该市场饮品年销量×本厂市场占有率本厂年目标利润=本厂饮品年销量×（出厂单价-单位变动成本）-固定成本。

5.4饮料机械能力的配置根据饮料企业的年销售总量,便可以确定配置何种生产能力的饮料生产线。

可使用如下公式计算出生产线每小时的生产能力:

生产线能力（Ｔ/ｈ）=年销售总量（吨）/时（日）×生产日数（年）×0.75注:

0.75为机械效率值根据以上饮料机械设备的配置和车间、厂房、厂区的规划设计等,应该计算出固定资金的投入量。

使用以下公式可计算出固定资金年利润率:

定固定资金年利润率=年目标利润额/固定资金额×100%流动资金及其他投入资金也可初步计算出来,这样就可知道投入的资本金总额,结合测算出的本厂年目标利润,即可计算出资本金年利润率。

公式如下:

资本金年利润率=年目标利润额/资本金总额×100%投资者可根据资本金利润率和其他经济指标,进行综合分析、评价,以决策是否创建该饮料厂。

5.3水电汽衡算1．水：

车间用水除了饮料需用水外，还有次品的用水，清洗各种机器设备的用水，化糖用水等估计理论用水量，实际用水量为230t/班。

2．电：

用于设备的电量估计约为50kw/h用于车间照明和其他设施为50kw/h共需100kw/h100kw/h*7h=700kw3．汽：

本车间用汽有两个方面：

（1）化糖:

每小时500L

（2）洗瓶:

300L/h（3）共需:

800L/h则800*7=5600L6、附件6.1年产10000t碳酸饮料生产线6.2年产10000t碳酸饮料生产车间平面布置图6.3年产10000t碳酸饮料厂区总平面图参考文献[1]无锡轻工业学院,食品工厂设计基础[M],1987年出版，北京:

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