年产吨发酵豆奶工厂设计.docx
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年产吨发酵豆奶工厂设计
年产2000吨发酵豆奶饮料工厂设计
[摘要]本论文主要进行年产2000吨发酵豆奶饮料工厂设计。
针对年产2000吨发酵豆奶饮料工厂进行了车间平面设计、产品方案及工艺论证、设备选型、物料衡算、企业组织等研究与设计。
并绘制了工艺流程图（1张）、生产车间设备平面布置图（1张）、总平面布置图（1张）。
[关键词]发酵发酵豆奶工厂设计
FactoryDesignofProducttingZymo-beanmilkBeverage2000TonEveryYear
[Abstract]Thispapermainaboutfactorydesignofproducttingzymo-beanmilkbeverage2000toneveryyear.Carriedoutworkshopplanedesign、productprogramandtechnologydemonstration、equipmentlectotype、materialscalculation、businessorganizationforfactoryofproducttingzymo-beanmilkbeverage2000toneveryyear.Anddrewaprocesschart、asiteplanofworkshopequipment、anassemblesiteplan
[Keyword]fermentzymo-beanmilkfactorydesign
1引言
豆奶是一种营养丰富、工艺简便的传统饮品，深受人们的喜爱。
豆奶含有丰富的营养成分，如蛋白质、脂肪、磷脂以及多种微量元素等，此外，还含有维生素B1、B2等，确是一款较好的营养饮品。
长期以来，由于豆奶一直处在乳制品和豆浆的夹缝中生存，如何让豆奶这颗老树发新芽，如何让这一中国传统产品枝繁叶茂，这对豆奶能否继续生存、发展下去起到一个极为重要的作用。
而发酵型豆奶饮料，解决了豆奶市场上的这一难题，为豆奶发展开辟了一条崭新的道路。
发酵豆奶具有口感好，风味独特，植物蛋白含量丰富等特点，是豆奶市场上的新贵，是酸性饮料中的新宠。
1.1产品优势
1）、比普通豆奶的优势：
发酵豆奶不同于普通豆奶，它是以大豆为主要原料发酵而成的，与豆奶相比，营养成分有较大增加。
发酵酸豆奶由于乳酸菌的发酵作用，使大豆蛋白更易于人体吸收。
经发酵后的豆奶产生了大量的有益菌体及其代谢物质，如某些乳酸菌还能形成B族维生素，弥补了豆奶中B族维生素的不足、分解了大豆中的有害酶、消除豆腥味、减少了胀气成份的寡糖含量、具有乳酸发酵的清香风味等。
2）、成本上的优势：
成本优势是给企业带来利润的前提之一。
乳酸菌发酵型酸奶是一种深受消费者喜爱的大众化保健饮品，其通常是以鲜奶或奶粉经过乳酸发酵而成，而发酵型酸豆奶则是以大豆蛋白为主要原料，经乳酸菌发酵而成，这就决定了酸豆奶在成本上比用鲜奶或奶粉为原料发酵的酸奶要低的多。
3）、营养价值上的优势：
在口感和外观上，酸豆奶与普通牛奶乳酸菌酸奶几乎没有什么差别，而且这种乳酸豆奶具有酸味柔和、改善胃肠、促进消化、降低血脂、预防动脉硬化、抗疲劳、抗肌体内腐败菌孽生的特点。
发酵型酸豆奶还是一种营养价值很高的营养饮品，其蛋白质中的氨基酸比例模式非常接近牛奶，但胆固醇含量却极低，具有高蛋白、低脂肪的特点，对改善人体内部结构有较大的好处，是一款老少皆宜的高营养性饮品。
4）、产品竞争上的优势：
目前市场上的乳酸菌奶品种繁多，品牌也极多，但通常都是以鲜牛奶或奶粉发酵而成，且销量也大多集中在蒙牛、光明、伊利等几个大的品牌上，可以说是竞争比较激烈。
而发酵型酸豆奶则是市场上新兴的产物，具有生产成本低、营养价值高、不含胆固醇等特点，而且大豆还是我国主要农作物之一，完全拥有有利资源的保证。
可以看出，酸豆奶的开发，为豆奶的发展开辟出了一个更为广阔的市场空间，而且市场前景十分可观。
以大豆代替牛奶开发饮料，满足人们对蛋白质的需要，引导人们健康消费，这是一个客观的发展趋势，意义重大。
2车间平面设计
根据发酵豆奶生产的工艺要求，结合实际生产情况，需要以下建筑或构建物。
2.1原料仓库
专门建设原料仓库，面积150m2，用做大豆、乳粉、白砂糖等原料的储存，仓库内部具体布置根据实际情况。
2.2生产车间
生产车间是的主要加工车间，在此车间的主要生产流程：
原料经初步处理以后，然后进行原料标准化、配料（加蔗糖或其他原料）、过滤、预热、均质、杀菌、冷却、接种（发酵剂）、培养发酵、冷却。
其中发酵是耗能和最影响发酵豆奶生产质量的主要因素，是主要的加工区域，算上设备本身的占地面积和设备间的距离以及设备与墙体间的预留距离，还有生产车间中部工人活动范围，总面积300m2。
2.3成品仓库
主要用作灭菌豆奶的短期存放，面积70m2。
2.4冷藏库
与主要生产车间比邻，是存放加工、包装后的发酵豆奶产品的区域，按照冷库设计的要求使用材料和安排布局，整个冷库分成两个区域，中间有门连通，根据实际需要使用冷库。
采用双冷库设计可以有效降低能耗、便于管理，实际运行成本可以大大降低。
设计库容量为70t，正常情况每平米可以存放1.2t～1.8t产品，总面积70m2，小冷库20m2，大冷库50m2。
2.5制冷车间
制冷车间近邻冷藏车间，靠近配电动力中心和维修中心，水泥地面加厚，面积30m2。
2.6包装车间及包装材料库
包装车间地坪加高到与低温库标高一致，在加工车间相同的建筑要求之上，增加吊顶，墙壁四周并外加隔热材料，并有专用门通向包装材料库，包装完毕后直接入库。
面积约80m2。
2.7化验室
在办公大楼一侧，用于进行产品的原料和产品的质量检验，面积60m2。
2.8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，避免交叉污染，总面积30m2。
2.9配电室、机修车间
靠近主动力中心，面积100m2。
2.10预留地及废水处理区
预留空地由环保部门设计废水处理池，面积300m2。
2.11总平面布置原则
1）以方便生产为前提，符合车间生产程序，避免原料、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。
2.11.1总平面设计说明
1）厂区主要建筑物：
办公楼、仓库（高温、低温）、生产车间、包装车间，按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料的往返运输。
2）考虑旺季生产的紧张，所设计的冷藏库为70m2可以放置70t产品，用来贮存产品。
3）办公室（办公、化验室、会议室）在人流出口附近，距离车间较近，方便管理，又与物流避免交叉。
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：
厂区主干道为8000mm宽，非主要道路为6000mm宽，交叉路口半径10000mm，两旁均种植黄杨秋、雪松等。
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）全厂面积：
2000m2筑物占地面积：
1100m2露天堆场面积：
100m2。
3工艺流程及工艺操作特点
3.1工艺流程
消毒后鲜乳，接混合发酵菌稳定剂乳化剂
↘↘↙
挑选大豆→发芽处理→磨浆→脱渣→冷却→纯豆乳→发酵→调配→均质→装罐→
热处理→成品
3.2工艺操作特点
1）发芽处理:
大豆用温水浸泡膨胀，放入发芽装置里发芽，温度25℃左右，发芽二天，取出放入pH7.5～7.8的弱碱液内浸泡2h。
脂肪氧化酶是大豆产生腥味的主要原因，大豆经发芽处理后其自身含有的脂肪氧化酶受到一定程度地钝化，因而部分去除了大豆乳的豆腥味。
发芽后大豆蛋白质中使人产生胀腹感的棉子糖等物质消失，植酸降解，更多的磷、铁等无机盐释放出来，维生素含量增加，其中核黄素增加2～3倍、硫胺素增加3～4倍。
2）磨浆：
用磨浆机将发芽的大豆磨成浆体，在进料的同时添加5倍水，二次磨浆分离，浆液经过120目筛过滤，去除豆渣。
3）煮沸：
进一步去除豆乳中挥发性豆腥味,使抗胰蛋白酶和大豆凝血因子变性失活,同时达到杀死杂菌的目的,冷却后即成纯豆乳。
4）混合发酵菌剂制备方法
培养基制备：
检验合格的脱脂乳，分装在试管里，置于高压灭菌锅中，120℃灭菌15～20min。
菌种选择与活化：
选择产酸能力强，发酵风味好的嗜热链球菌（S.t）和保加利亚乳杆菌（L.b），混合比例1∶1为佳。
将乳酸菌在培养基中进行3～4次接种纯培养。
发酵菌剂制备：
取脱脂乳100ml于三角瓶中，20℃灭菌15～20min，冷却至40℃左右时，接种上述已活化的S.和L.菌种进行纯培养，43℃温箱培养48h，取出置4～5℃温度下保存待用。
5）接种与发酵：
温度43℃,发酵时间7h。
为了改善发酵豆乳的口感,接种时加入5%的蔗糖。
6）调配：
调配口感：
因发酵豆奶饮料在贮存期间，蛋白质容易发生絮凝作用而产生沉淀；且发酵豆奶所含脂肪易发生上浮现象，影响产品质量和外观，故需加入适量的稳定剂和乳化剂。
随着纯豆乳所占比例上升（纯豆乳：
鲜奶）,发酵豆乳中蛋白质沉淀程度加大,口感渐次,但香味逐渐突出。
纯豆乳占调配奶的比例控制在60%左右为佳。
稳定剂的选择:
海藻酸丙二醇酯（PGA）、羧甲基纤维素钠（CMC2Na），添加量分别为0.3%和0.2%，混合使用，产品三个月不发生沉淀现象。
乳化剂的选择:
大豆中脂肪含量为20%，由于单靠油和水是不易得到稳定的大豆乳，必须加入乳化剂，使互不相溶的大豆脂肪均匀分散于水中，成为稳定的乳状液，从而阻止脂肪上浮。
经研究，使用如下乳化剂效果明显：
单甘酯0.005～0.01%+脂肪酸蔗糖酯0.01%
7）均质：
调配后的发酵豆奶进行二次高压均质，使饮料保持较好的均匀稳定性，均质后经过脱气机脱气。
第一次均质时要求温度较高，所得制品口感非常好。
但要注意温度不可过高，否则易杀死全部乳酸菌。
经研究62℃较适宜，只能使部分S.菌种失活，L.菌种则能抵抗75℃、20～30min的加热。
采用25～30MPa的高压处理，所得制品细腻爽口。
8）热处理：
发酵豆奶饮料经过热处理后，部分嗜热链球菌失活。
在酸性条件下（PH4～5）杂菌对热的抵抗性明显减弱。
热处理温度为62℃,时间为20min。
[2]
3.3产品质量标准
1感官指标：
呈均匀的乳状液，具有清香纯净的乳酸味，不得有豆腥味和杂质。
2理化指标：
可溶性固形物（%）≥10（以折光计）；总酸（%）0.75～0.9（以乳酸计）；总糖（%）≥5；蛋白质（%）≥1.5；脂肪（%）≥1；砷（mg/kg）≤0.5；铅（mg/kg）≤1；铜（mg/kg）≤10。
3微生物指标：
细菌总数:
（个/ml）≤100；大肠菌群:
（个/100ml）≤3；致病菌不得检出。
4车间布置与结构
4.1车间布置
1）对设备进行平面布置时，充分考虑专用设备和通用设备，使能共用的设备尽量共用，并根据需要适当添加设备。
2）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。
3）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。
4）由于发酵豆奶产品的后发酵温度比较低，为保证产品的质量，在发酵培养之后的后发酵车间温度控制在2～6℃，以4℃为好。
车间尽量密闭，内墙面设置隔热保温层，减少能耗。
5）为便于运输以及减少劳动量，将发酵库和后发酵库构建在一起，包装车间经过包装的产品通过传送带直接传送到后发酵库。
6）更衣室位于车间入口处，工人先更衣，经洗手、消毒后方能进入车间。
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、胶鞋等统一规范，开始工作前有专人检查并记录。
4.2车间建筑特点
门：
车间采用双扇折叠门，各个门尺寸根据需要而定。
窗：
铝合金推拉窗户，窗下离地1500mm，窗户尺寸3000mm×2000mm。
地坪：
采用水磨石地面。
排水：
墙壁靠墙两内侧开始300mm宽水沟，深300mm，地面为圆弧，便于清洗。
每隔20000mm设置一个穿墙的出水管道。
墙壁：
除特殊的隔热需要外，墙壁内墙铺设白磁砖至3m高。
通风：
排气扇通风，增加通风量。
采光：
Ⅰ、窗户采光；Ⅱ、屋面采光板。
照明：
满足车间照明，单位容量一般为6～8W/㎡。
5物料计算
根据工厂设计规模、产品方案，通过物料平衡计算，可确定单位时间生产过程中主要原辅料的需求量以及水、蒸汽、能源等流量与耗量，据此就可以计算出全年主要物料、包装材料的采购运输和仓储容量。
同时通过物料衡算，还可以根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各工序劳动力的安排，也是进行经济分析不可缺少的根据。
5.1工艺经济指标及基础数据
为平衡每月生产的产量，避免出现部分月停产，部分月加工任务过于繁重，结合主要加工发酵豆奶的品种成熟时间情况，初步安排产品生产方案如表5-1：
表5-1产品生产方案
指标名称
指标
指标名称
指标
生产规模
2000吨/年
磨浆浆液损失率
1%
生产天数
250天/年
饮料含糖量
9%
发酵周期
72小时
发酵菌液添加量
4%
日产量
8吨/天（杯装（100ml）2吨，瓶装（300ml）6吨）
检样损失系数
0.6%
出浆率（豆：
浆）
1：
14
罐装浆液损失率
0.8%
表5-2配料配方
序号
配料名称
添加比例
1
多聚磷酸盐
0.015%
2
乳酸、柠檬酸
0.32%
3
稳定剂
0.5%
4
水
稳定剂的50倍
5
乳化剂
0.02%
6
糖
水的9%
5.2物料数据计算
以1吨大豆（原料量）为计算基准进行计算。
1）1吨大豆出浆：
（14-14×1%）×103kg=13860kg
2）暂存时需加糖：
13860kg×9%=1247.40kg
此时豆液重：
13860+1247.4=15107.4kg
3）发酵时需加入发酵菌液：
15107.4×4%=604.296kg
发酵时豆液重：
15107.4+604.296=15711.696kg
4）除去0.6%的检样损失，调配时豆液重：
15711.696-15711.696×0.6%=15617.426kg
5）调配时，各配料加入量如表5-3
表5-3配料加入量
序号
配料名称
添加量/kg
1
多聚磷酸盐
15617.426×0.015%=2.343
2
乳酸、柠檬酸
15617.426×0.32%=49.976
3
稳定剂
15617.426×0.5%=78.087
4
水
78.087×50=3904.356
5
乳化剂
15617.426×0.02%=3.123
6
糖
3904.356×9%=351.392
合计
4389.277
6）调配后浆液重：
15617.426+4389.277=20006.703kg
7）减去罐装损失，1吨大豆可生产饮料量：
20006.703-20006.703×0.8%=19846.649kg
5.2.1年产2000吨大豆发酵饮料所需原料、辅料量
年产2000吨大豆发酵饮料所需原料、辅料量如表5-4
表5-4原料、辅料量
物料名称
物料量/kg
每日物料量/kg
大豆
100772.68
403.09
糖
161114.56
644.46
多聚磷酸盐
236.11
0.94
乳酸、柠檬酸
5036.22
20.14
稳定剂
7869.04
31.48
乳化剂
314.71
1.26
发酵菌液
60896.53
243.59
所需包装容器数量约：
奶杯：
（2×1000000）/100=20000个
奶瓶：
（6×1000000）/300=20000个
6设备选型
6.1设备选型的依据
物料计算是设备选型的依据，选择设备时要注意四点：
1）根据每一品种单位时间（h或min）产量的物料平衡情况和设备生产能力来确定所需设备的台数。
2）几个生产中的关键设备，除按实际生产能力所需台数的设备外，还应考虑备用设备。
3）以便后道工序的生产能力要略大于前道，不至于生产能力不够，导致物料积压。
4）选择设备应考虑下列原则
a.满足工艺要求，保证产品的质量和产量。
b.应选用较先进，机械化程度较高的设备。
c.充分利用原料，能耗少，效率高，体积小，能一机多用。
d.应符合卫生要求，故而多应用不锈钢材料。
e.有合理的自动控制系统,控制温度、压力和真空度，时间、速度、流量等工艺参数。
6.2设备概况
6.2.1主要设备一览表
主要设备如表6-1
表6-1主要设备
序号
设备名称
生产能力
规格型号
尺寸
数量
单位
101
浸泡槽
10t
1000×2000
2
个
102
磨浆机
5t
1000×1500
2
个
103
过滤器
1500L/h
TYY-200
1000×1500
2
台
104
蒸煮锅
10t
φ2000×3000
1
个
105
奶泵
5t
Y/1-12
150×400
20
台
106
冷却缸
5t
φ1600×3000
2
台
107
缓冲罐
5t
φ1200×3600
1
个
108
发酵罐
12t
φ2000×3600
3
个
109
搅拌贮奶罐
5t
φ1600×3000
1
个
110
均质机
5t
GJJ-Q5000-P40
1500×1000
2
台
111
真空脱气机
5t
ZGJZ-03A
φ1600×3000
1
个
112
灌装机
26000盒/时
DASB-6
50000×19000
1
台
6.2.2辅助设备
1）调配系统
高速搅拌配料罐，采用优质不锈钢制造，360°清洗头，聚胺脂发泡工艺保温，有开启式和封闭式等多种结构。
采用国外技术生产的高剪切搅拌头，工作时高速剪切物料，同时产生极强的湍流，能将稳定剂如CMC、明胶、卡拉胶等冷水（25°C）化成均匀的胶体。
在生产发酵豆奶时，是溶解稳定剂、白糖强有力的工具。
可实现冷配料，显著的提高生产效率、降低能耗。
特别是生产调配型酸奶溶稳定剂和加酸酸化时，使用本设备的高剪切和强烈搅拌，可冷配料、快速加酸酸化，节约能源、避免酪蛋白沉淀。
2）塑杯全自动灌装封口机
本机适用于各种规格塑杯的全自动充填封口的专用设备。
自动落杯、定量灌装、机械手吸盖、二次封口、提杯、推杯、输送等一系列工序自动完成。
适用于酸奶、牛奶、色拉果汁饮料和其它制品。
本机电器及气动元件采用德国、日本等国际知名产品。
本机结构为进口不锈钢，符合食品级卫生标准。
3）冷库制冷机
型号：
6FS
生产厂家：
岳阳制冷设备总厂
4）CIP型分体式就地清洗机
产品产地：
江苏
简单介绍：
CIP型分体式就地清洗机-是食品.医药企业自动化清洗管道.容器等设备的专用设备。
本设备在引进消化国外先进技术基础上研制而成的。
是食品.医药企业自动化清洗管道等设备的专用设备。
5）巴氏杀菌机
简单介绍：
巴氏杀菌机适用于鲜奶、果汁饮料、酒类等热敏感性液体的加热、杀菌、保温和冷却等工艺要求。
本设备具有热回收高，节能降耗，结构紧凑，操作简单，维护方便等特点。
控制方式：
半自动控制、全自动控制（PLC控制，触摸屏显示）设备主要配置：
物料泵、平衡桶、热水系统、温度控制及记录仪、电器控制系统等。
生产能力：
0.5～20t/h杀菌温度：
85～95℃保温时间：
15～30s、适用于鲜奶、果汁饮料、酒类等热敏感性液体的加热、杀菌、保温和冷却等工艺要求。
本设备具有热回收高，节能降耗，结构紧凑，操作简单，维护方便等特点。
控制方式：
全自动控制（PLC控制，触摸屏显示）
设备主要配置：
物料泵、平衡桶、热水系统、温度控制及记录仪、电器控制系统等。
6）水处理设备微孔膜筒式过滤器
产品产地：
浙江温州
简单介绍：
此产品借鉴国外先进技术，按FDA和GMP标准制造，过滤器材质为优质进口不锈钢（304、316L）。
其特点是体积小、重量轻、使用方便、过滤面积大、堵塞率低、过滤速度快、无污染、热稳定性及化学稳定性好。
此过滤器能除绝大部分微粒，所以广泛应用于精滤和除菌工艺。
滤筒有1芯、2芯、5芯、11芯、13芯、15芯；折叠式滤芯长度有10"、20"、30"、40"；滤芯材质有聚四氟乙烯、聚砜、尼龙、聚丙烯、醋酸纤维；过滤孔有0.1um、0.22um、0.45um、1um、3um、5um、10um、30um、60um，分疏水性（适用于气体）和亲水性（适用于液体）滤芯，可根据需要选。
[5]
7辅助部门设计
7.1冷库
本冷库设计为一高温库、低温库两个，高温库供没有来得及加工的大豆备用储藏，温度为0℃～10℃，低温库为储藏加工成品，库温为－18℃以下。
低温冷库为主要冷库，设计容量为70t，面积为50m2，采用钢结构大棚，顶部为平顶，高4000mm，设计为一层，外包金属彩瓦，库温－18℃。
设计依据
1）GBJ-S4《冷库设计规范》；
2）商业部设计院《冷库制冷设计手册》；
3）ZBJ73043-1990《组合冷库技术条件》；
4）ZBX99003-86《装配式冷藏库》；
5）现行国家有关标准、规范及规程。
依据参数
1）境温度：
30℃；
2）制冷系统蒸发温度：
T0=－18℃（低温冷库）T0=4℃（高温冷库）；
3）制冷系统冷凝器：
Tk=40℃。
库体说明
1）平顶、两层结构，采用金属大棚，屋顶采用软木或泡末材料；
2）库体采用=150mm聚氨酯保温板，其内、外表面采用上海宝山钢铁公司生产的0.5mm镀锌涂塑彩钢板，库板连接采用凹凸槽结构，内偏心锁连接，两面板链采用密封膏密封，密封性能好，库板连接锁具有分别在两块板上的钩盒和锁具组成，高强度塑料制作，在库板成型时，一并嵌入板内发泡，用随冷库一起提供的专用工具将其顺时针转动就可以将两快板紧紧连接在一起。
地坪绝缘——由于承受荷载，低温库采用软木，高温库采用炉渣；
冷库门绝缘——采用聚苯乙烯泡沫塑料。
3）在绝缘层的高温侧，设隔汽层，低温侧选用渗透阻小的材料，以排除或多或少存在于绝缘材料的水分；屋顶隔汽层采用三毡四油，外墙和地坪采用二毡三油。
制冷系统说明
对加工车间中的速冻机，采用和速冻隧道一体的速冻机。
冷库以及其余用冷均采用制冷压缩机统一供应。
从经济和全厂场地方面考虑，本工厂制冷采用氨制冷压缩机，因为氨有良好的热力学性质、价格便宜等优点。
高温库采用氟利昂制冷机，根据需要单独运行。
7.2包装材料库
包装材料库两个，采用四面砖墙，内部2000mm白瓷砖。
周围墙壁开300×300cm窗户，增强采光效果，地面采取和加工车间一样的配置，增加防潮措施。
本厂包装材料库紧靠包装车间，一侧紧挨厂区道路，有通向库外和包装材料库的两个独立的门，便于包装材料的运入和运出。
7.3化验室
用于对抽查产品进行感官评定、理化检测、微生物检测,是保证产品质量必不可少地过程，将化验
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