日处理100吨鲜奶的液态奶学士学位论文.docx
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日处理100吨鲜奶的液态奶学士学位论文
东北农业大学学士学位论文
日处理100吨鲜奶的液态奶
生产车间的设计
所在院系：
食品学院
所学专业：
食品科学与工程
研究方向：
乳品加工
NortheastAgriculturalUniversityBachelorDegreeDissertationSN:
A02040194
DesignofDairyPlantwith100TonsFreshMilkProcessPerDay
Candidate:
ZhaoYadong
Supervisor:
PanWenbiao
College:
FoodCollege
Major：
FoodScience&Engineering
Specialty：
DairyScience
NortheastAgriculturalUniversity
Harbin·China
May,2008
摘要
随着社会的进步，国民经济的增长，乳业的发展贯穿于社会的发展历史之中，在人类食品中占有特殊的地位，它对人类健康和增强身体素质的重要价值逐渐被国民重视。
本项目拟设计日处理100吨鲜奶，可同时生产酸奶、巴氏杀菌奶、UHT奶三种产品的液态乳生产车间。
本文对产品方案的制定，工艺流程的设计，车间的平面设计进行了讨论，利用autoCAD制作出车间的工艺流程图和平面布置图；同时对乳制品加工过程中的物料平衡进行计算，并据此实施设备选型和水电汽平衡的估算。
本设计中，收奶采用全自动收奶脱气计量一体机，然后将鲜奶储存于六台32吨的室外奶仓。
车间采用两台巴氏杀菌机和一台超高温杀菌机，可进行巴氏杀菌奶（85℃，15S）、酸奶（95℃，300S）、UHT高温奶（137℃，5S）的杀菌，设计六台发酵罐进行酸奶的发酵，同时装置五台保温储奶罐作为产品灌装前的缓冲装置，然后对三种不同产品分别进行灌装。
车间物料管道和设备的清洗全部实行CIP，采用QJD01系列CIP清洗系统。
关键词：
工艺设计平面设计AutoCAD制图
DesignofDairyPlantwith100TonsFreshMilkProcessPerDay
Abstract
Alongwiththeprogressofsocietyandthegrowthofnationaleconomy,Dairydevelopmentwentthroughinthedevelopmentofthesociety.Itoccupiedaspecialpositioninthemankind'sfood.Nowdaysthedaiyproducts'importantvaluetomankind'sgradually.
Afluiddairyplantthatandtheshop-floordiagramwereanalysied,thentheflowchartandshop-floordiagramweredrewwiththesystemoftheautoCAD.Materialbalance,deviceselectionandelectricitybalanceinthedairyprocesswereincludedinthetext.
Theautomaticmilk-acceptionsystemwasequipedinthedesignwithwhichmilkwasadoptedinsixoutdoor-keepingtankswhosevolumeis32tons.ThemilkwassterilizedwithtwopasteurizerandaUHTsterilizerdividely.Themilkwasfermentedinsixfermentationtankswhosetemperaturecouldbesetted.Atlast,theproductswerefilledindifferenttypesbythreeautomaticfillers.ThecleaningofthepipelineandthedeviceswerefinishedbyautomaticQJD01CIPcleaningsystem.
Keywords:
thetechniquedesignshop-floordiagramAutoCAD
目录
摘要I
AbstractII
1前言1
1.1酸奶营养价值1
1.2UHT奶营养价值2
1.3巴氏杀菌奶营养价值2
1.4主要研究内容3
2乳品工厂的设计4
2.1项目建设目标与规模4
2.2项目建设任务与内容4
2.3液体乳加工生产线项目工艺设计4
2.3.1产品设计及班产量的确定5
2.3.2工艺流程设计5
2.3.2.1预处理及巴氏杀菌乳工艺流程5
2.3.2.2酸牛乳工艺流程5
2.3.2.3UHT灭菌乳工艺流程5
2.3.3工艺论证和说明5
2.3.3.1原料乳的净化5
2.3.3.2原料乳的冷却5
2.3.3.3原料乳的贮存6
2.3.3.4预热6
2.3.3.5均质6
2.3.3.6杀菌6
2.3.3.7发酵剂的扩培生产6
2.3.3.8接种发酵7
2.3.3.9巴氏杀菌乳灌装7
2.3.3.10UHT奶灌装7
2.3.3.11酸奶灌装7
2.4车间物料平衡计算7
2.4.1瓶装奶生产线7
2.4.2利乐砖生产线8
2.4.3杯装奶生产线8
2.5生产设备的选择8
2.5.1设备选择原则8
2.5.2生产设备的选型9
2.5.2.1主要设备的生产能力及选型9
2.5.3工厂设备安装与调试18
2.6乳品车间平面布置19
3公用系统及辅助设施的设计20
3.1乳品工厂仓库的设计20
3.1.1原料仓库的设计20
3.1.2包装材料库的设计20
3.1.3成品库的设计21
3.2食品工厂供电22
3.2.1供电要求及相应措施22
3.2.2负荷计算22
3.2.3供电系统22
3.3工厂水汽估算22
3.3.1用水量估算22
3.3.2用汽量估计23
4结论24
参考文献25
致谢26
1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。
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。
1.1酸奶营养价值
定义：
酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳粉）的乳中（杀菌乳或浓缩乳），由于在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的作用下进行乳酸发酵制成的凝乳状产品，成品中必须含有大量的、相应的活性微生物。
酸乳的营养价值与其原料直接相关，酸乳具有其原料所提供的有营养价值（通常来自于部分脱脂乳、脱脂乳和全脂乳）；也与其特有的加工方法（控制发酵）和所含活菌紧密相关，使酸乳具有独特的营养价值。
（1）极好生理价值的蛋白质
由于在发酵过程中，乳酸菌产生蛋白质水解酶，使原料乳中部分蛋白水解，这使酸乳与一般乳相比含有更多的肽和丰富的、比例更合理的人体必需氨基酸，从而使酸乳中的蛋白质更易被机体合成细胞时所利用，具有更好的生化可利用性。
发酵过程中，原料乳的酸化使其酪蛋白凝结，结果使酸乳的蛋白质比牛乳中的蛋白质在肠道中释放速度更慢、更稳定，从而使蛋白质分解，在肠道中充分发挥作用。
（2）更多易于吸收的钙质
通常酸乳中固体含量是大于牛乳中的，故含有较多的钙质。
事实上酸乳属于钙密度最高的食品（钙密度代表每一千卡食品中钙的含量）。
发酵后，原料乳中的钙被转化为水溶形式，更易被人体吸收利用。
一般而言，酸乳中含钙量为140～165mg100g。
（3）维生素
酸乳中主要含有B族维生素和少量脂溶性维生素（用脱脂乳粉生产的酸乳除外）。
而酸乳中维生素含量主要取决于原料乳，其所用菌株种类也影响维生素含量，如B族维生素作为乳酸菌生长于增殖的产物。
1.2UHT奶营养价值
超高温灭菌是指温度和时间分别为135～142℃,2～5s的条件下,对牛奶进行灭菌处理的一种工艺,它能杀死产品中的微生物。
在过去的三十年里，UHT奶正以100%的增长速度占领着西欧一半的牛奶消费市场。
目前，发达国家对牛奶的人均年消费量为107公斤，而我国的人均乳品消费仅为9.7公斤，远未达到世界人均消费水平。
因此可以相信，在进一步推广瞬间超高温灭菌（UHT）技术之后，我国的乳品市场将有更加广阔的前景。
UHT加工处理技术能够缓解我国奶源地域分布不均的问题。
从我国奶源的区域分布上看，主要集中在东北、华北、西北。
南方和沿海经济发达地区奶源很少。
如果没有瞬间超高温灭菌技术（UHT），受到牛奶保鲜期短的问题，拥有优质奶源的地区很难将牛奶运往南方牛奶消费大的市场。
采用超高温瞬间灭菌技术（UHT）解决了液态奶运输、储存、保鲜难的问题，目前发达国家已普遍采用这一技术进行鲜奶加工：
将牛奶加热至超过137℃，仅保持几秒便迅速降至常温，然后在密封无菌条件下，用六层纸铝塑复合无菌材料灌装、封盒而成。
有人担心，牛奶经过高温消毒，所含的营养成分会被破坏，其实大可不必有这样的顾虑。
牛奶中的细菌在瞬间高温下全部被杀死，而大多数有益物质在短暂的高温下损失甚微。
它最大限度地保持牛奶的营养成分，又杀灭了细菌，解决了保鲜难的问题，使人们可以更方便、放心地享用营养、美味的牛奶。
1.3巴氏杀菌奶营养价值
巴氏灭菌法是一种湿热灭菌法。
通常，我们是在85℃或更高温度下加热15秒（高温短时间处理）。
巴氏奶采用“巴氏杀菌法”，杀菌温度只有72-85℃，这种温度可以保证杀死牛奶中可能含有的致病微生物而不破坏乳球蛋白和大部分的活性酶等活性物质，最大限度地保存牛奶中的营养，这些活性物质能够最有效最大极限地促进人体对营养成分的吸收。
与常温奶相比，常温奶的加工温度高达137℃，这种温度自然可以消灭所有的致病微生物,但同时也会破坏牛奶中原有活性酶、乳球蛋白、钙和维生素,大大降低了人体对牛奶中的各种营养成分的吸收。
有些常温奶里还含有防腐剂,长期饮用对人身体不利。
所以巴氏奶的消费是以后液态奶消费的主导产品。
1.4主要研究内容
本文只研究了系统的项目规划中的前三个阶段，即：
概念阶段、研究阶段、设计阶段，而第四个阶段即实施阶段没有探讨。
其中涉及到的主要内容有发展研究、总体规划、方案设计、设施布置等。
本文对项目规模和建设内容作了总体规划，并对液体乳加工生产的工艺方法、产品结构、产量和设备进行了设计，从而为厂区布置时确定面积，设施布置提供依据。
陈述了项目平面布置设计的方法，并进行了优化布置；同时对工厂公用系统及辅助设施进行了设计。
2乳品工厂的设计
2.1项目建设目标与规模
根据目前乳制品人均消费量低，市场空间大的特点，在未来十内，液体乳乳制品市场年均增长为30%左右。
按此测算，结合产品构和发展规划，本项目生产规模应满足未来5-10年公司适应市场的变化和需要。
因此，项目总体设计按2班制日最大加工能力100吨鲜奶，年产3.6万吨定位。
各种产品配置能力分别为:
保鲜瓶装奶：
20T天
杯装酸奶：
40T天
利乐砖UHT奶：
40T天
各品种规模设计的依据：
（1）瓶装奶：
保鲜瓶装奶是一个传统产品，用来包装巴氏消毒奶，日产量为20T，玻璃瓶装奶是最早期的保鲜奶包装形式，具有成本低，性质稳，对奶质无不良影响的优点，传统的订奶户比较认同这种包装，但它不利于运输携带，因此订户的数量比较稳定，其市场幅度增长有限，考虑到市场需求的少量长，按照20T的生产能力一次配置到位。
（2）杯装奶：
塑杯包装也是一个传统的包装形式，适合于酸牛乳，非常受市场欢迎，按照40T的生产能力一次配置到位。
（3）利乐砖UHT奶：
利乐砖纸盒装UHT奶是近年来市场上发展非常迅速的一种中高产品，由于其产品质量好、饮用方便卫生、包装形式新颖、符合绿色环保食品等优点正越来越受到广大消费者的喜爱。
但此包装设备技术含量高，价格高。
2.2项目建设任务与内容
本项目建设任务是设计鲜奶深加工生产线，使其形成日加工液体乳制品100T的生产能力。
主要建设内容如下:
（1）建设厂房，安置各种设备及管线。
（2）建设原料仓库、成品库、包材库。
（3）配套公司的供电等其他公用系统。
2.3液体乳加工生产线项目工艺设计
项目的工艺设计是依据项目的总体规划目标，结合运用专业的设计技术进行的实现项目总体规划目标的工艺途径，本部分内容综合运用了现代乳品工程技术，对项目进行了合理的工艺设计，工艺设计决定了产品品种、数量、工艺途径（设施、设备、时间）等，是工厂布置的输入条件。
2.3.1产品设计及班产量的确定
根据目前产品的销售情况和对近期市场的预测，产品主要为巴氏杀菌乳、酸牛乳和UHT灭菌乳，确定日生产量为：
巴氏杀菌乳20吨，酸牛乳40吨，UHT灭菌奶40吨。
对于乳品生产工厂，一般采用2班工作制，每天工作时间16小时，除去清洗时间1.5小时，实际工作时间按14.5小时计，各产品产量为巴氏杀菌乳1.38吨小时，酸牛乳2.76吨小时，UHT灭菌奶2.76吨小时。
2.3.2工艺流程设计
2.3.2.1预处理及巴氏杀菌乳工艺流程
收奶——净乳——脱气（0.08Mpa）——计量——冷却（4℃）——贮存——平衡槽——均质（60℃，25Mpa）——巴氏杀菌（85℃，15s）——灌装（4℃）——装箱——入库（4℃）——检验（37℃保温试验等）——出厂
2.3.2.2酸牛乳工艺流程
冷藏鲜奶——平衡槽——均质（60℃，25Mpa）——巴氏杀菌（95℃，300s）——加发酵剂（MYE93，0.2％）——发酵（43℃，3.5h至PH3.8-4.2）——搅拌——冷却（20℃）——暂存罐——灌装（18℃）——装箱——入库（4℃）——检验（37℃保温试验等）——出厂
2.3.2.3UHT灭菌乳工艺流程
冷藏鲜奶——平衡槽——均质（60℃，25Mpa）——超高温灭菌（137℃，5s）——灌装（18℃）——装箱——入库（4℃）——检验（37℃保温试验等）——出厂
2.3.3工艺论证和说明
2.3.3.1原料乳的净化
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。
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。
2.3.3.2原料乳的冷却
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。
2.3.3.3原料乳的贮存
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32吨的室外奶仓。
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。
2.3.3.4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℃。
2.3.3.5均质
均质是指对脂肪球进行机械处理，使脂肪球呈均匀一致分散在乳中。
经均质后乳有以下优点：
（1）风味良好、口感佳。
（2）使产品不产生脂肪上浮现象。
（3）有利于人体对脂肪的消化吸收。
均质采用二级均质，即物料连续通过两个均质头，将粘在一起的小脂肪球打开。
较高的温度均质效果较好，但温度过高会引起乳脂肪、乳蛋白的变性，通过大量的试验表明，均质温度采取55-80℃，均质压力18-25MPa效果最好，若温度降低后再均质，不仅降低了均质效果，而且有时会使脂肪球形成乳油粒。
本设计中均质采用60℃，一级均质压力20MPa，二级均质压力7MPa。
2.3.3.6杀菌
巴氏杀菌是为了使乳中的病原菌，尤其是耐热性较强的结核菌都被杀死。
本设计中巴氏杀菌乳杀菌采用85℃，15s，而酸奶采用95℃，300s。
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℃，5s。
2.3.3.7发酵剂的扩培生产
（l）乳酸菌的生长可分为四个阶段:
①缓慢期，这是牛乳接种后立即进入的阶段，菌种活性受阻碍是由于微生物在新的培养基中须调整并适应。
②对数期，此阶段菌种表现出最大活力，即只要生长条件适宜，菌种翻代时间最短。
③稳定期，对数期到达一确定点后，由于缺乏营养和代谢物质的积累，如乳中乳酸导致活性菌数恒定，即菌的死亡和生成得到平衡。
④衰亡期，主要由于不适宜的生长条件，活菌数开始下降。
（2）制备工作发酵剂的方法:
本工厂发酵剂将采用直投式发酵剂继代一次用于生产。
2.3.3.8接种发酵
用转子泵将工作发酵剂打入经杀菌并冷至43℃的乳液中，在发酵中恒温发酵至需要的酸度PH3.8-4.2。
2.3.3.9巴氏杀菌乳灌装
灌装前在平衡罐中贮存时间不能超过2小时，平衡罐、灌装机、包装材料要经过相应的杀菌处理，灌装时计量准确，封口可靠，成形完好，打码清晰。
灌装温度控制在4℃以下，灌装后立即进入2至6℃冷库贮存。
2.3.3.10UHT奶灌装
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。
2.3.3.11酸奶灌装
灌装必须计量准确，封口可靠，成形完好，打码清晰，灌装的同时要随时观察酸奶的组织状态和控制酸度，成品进入2~6℃冷库贮存。
2.4车间物料平衡计算
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，据此即可计算出全年主要物料、包装材料的采购运输和仓储容量。
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。
2.4.1瓶装奶生产线
表2.1瓶装奶生产线所用原辅材料计算表
名称
规格
单位
单位产品的消耗
日耗量
备注
原料乳
kgT
1000kg
20T
损耗2%计算
玻璃瓶
220ml
瓶T
4550
91000
铝铂
kgT
4kg
80kg
塑周转箱
30瓶
只T
152只
3040只
2.4.2利乐砖生产线
表2.2利乐砖生产线所用原辅材料计算表
名称
规格
单位
单位产品的消耗
日耗量
备注
原料乳
kgT
1000
40吨
损耗2%计算
稳定剂
kgT
0.5
20kg
纸盒
220ml
盒T
4550盒
182000
吸管
支包
1支
182000
纸箱
20盒
盒只
228只
9120只
2.4.3杯装奶生产线
表2.3杯装奶生产线所用原辅材料耗算
名称
规格
单位
单位产品的消耗
日耗量
备注
原料乳
kgT
940
40吨
损耗2%计算
蔗糖
kgT
60
2.55吨
稳定剂
kgT
0.5
21.28kg
塑杯
140ml
杯T
7150
304255
吸管
支杯
1支
304255
纸盒
8杯
盒T
894盒
38032盒
2.5生产设备的选择
合理的选择生产设备可以充分发挥设备的生产效率，节省投资，提高产品质量，生产设备选择不当可能既浪费投资，又达不到预期的产品质量;设备的选择还会影响基建的投入和设施的布置。
2.5.1设备选择原则
生产设备选择的一般原则有：
（1）选择设备要满足生产工艺技术及工艺流程要求；
（2）选择设备要符合GMP规范的有关条例要求；
（3）选择在行业中处于国内领先水平的设备；
（4）动力设备考虑到节能、低耗、无污染。
《食品卫生通则》（CACRCPI一1989）以及《食品企通用卫生规范》（GB14881一1994）中还对食品企业的设备选择有专门的规定，是设备选择必须遵循的行业性法规。
它主要对设备的卫生方面有特别的要求，选择设备时必须严格遵守。
2.5.2生产设备的选型
根据设备选择的原则，工艺计算中的要求，选择设备。
具体设备一览表见附表1。
2.5.2.1主要设备的生产能力及选型
设备一：
双联过滤器
双联过滤器全部采用SUS304优质不锈钢制造，是由两只圆柱体组成，内外抛光0.4um，顶部装有压力表，排气阀，适用于去除鲜奶、糖液、饮料、口服液等液体中肉眼看不见的固体杂质的净化。
两只过滤器交替使用，可在不停机的情况下更换滤网，适于长期连续生产。
表2.4技术参数
规格
0.35㎡
流量
10TH
外形
1520×550×1200
滤网规格
120目
生产厂家
上海雅程仪器设备有限公司
设备二
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