年产3000吨苹果醋生产车间设计.docx
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年产3000吨苹果醋生产车间设计
年产3000吨苹果醋生产车间设计
摘要
本设计主要是进行年产3000吨苹果醋工厂设计。
基于我国苹果醋贸易现状与行业发展情况，借鉴国外苹果醋行业经验，设计了年产3000吨苹果醋的工艺体系。
本设计从产品需求、地理环境、生产技术等各项条件出发，对3000吨苹果醋项目进行了车间平面设计，并对产品方案、生产工艺、设备选型、物料衡算、工厂卫生、企业管理等方面进行了研究。
本设计将本着节约原则，尽量减少成本，获取最大利益。
关键词：
苹果醋；工厂设计；工艺设计；物料衡算；设备选型
ADesignofanannualoutputof3000tonsofapplecidervinegarfactory
Major:
bioengineeringauthor:
ZhangQinInstrctor:
ZhangDaWei
Abstract
Thisdesignismainlycarriedoutanannualoutputof3000tonsofapplecidervinegarfactorydesign.InChinabasedonthetradestatusandindustrialdevelopmentofvinegarapple,drawinglessonsfromforeignvinegarappleexperience,designingaprocesssystemwithanannualoutputof3000tonsofapplecidervinegar.Startingfromthedesignofproductdemand,geographicalenvironment,productiontechnologyandotherconditions,for3000tonsofapplecidervinegartotheneedsoftheproject,wecarriedoutintheworkshopofgraphicdesign,andtheproductscheme,productionprocess,equipmentselection,materialbalance,enterprise,planthealthandsoon.Intheresearch,thedesignwillbebasedontheprincipleofconservation,reducingcost,obtainingthebiggestbenefit.
Keywords:
applecidervinegar;plantdesign;processdesign;materialbalance;equipmentselection
1绪论
概述
苹果醋的价值
“一日一苹果，医生远离我”,苹果是世界上“四大水果”之一，味甘性凉，无毒，具有生津解渴，益脾止泻，和胃逆降的功效，苹果中富含有多种营养物质，具有很好的食疗作用，苹果中富含维生素，果胶，矿物质，糖类等不仅可满足人体的营养需求，还具有减肥，美容，降血脂的功效，苹果中富含的纤维和微量元素对儿童生长发育有益，现苹果已成为世界公认的“健康水果”[1]。
我国是苹果种植大国，苹果种植面积广，品种繁多，由于气候适宜苹果树生长，因此每年都有大量的水果出产，但由于气候变化、采收情况和储藏条件等多种因素影响，大量的过世应保存不当而腐烂，造成了很大的浪费，果农经济损失严重，为了提高果农种植积极性和经济收入，我们有必要对苹果进行深加工。
食醋在我国具有久远的历史，作为一种很好的保健饮品，它的作用在当今社会受到了越来越多人的关注和推崇，也使其具有了很广泛的应用领域，传统的食醋以粮食为原料发酵而来，口味单一，且具有刺激性，不适合直接饮用，为了迎合大众口味，使食醋的效用更好的发挥，人们研发出了果醋，果醋不仅具有食醋的酸度，还具有水果香味，可作为饮品直接饮用，同时也是一种很好的调味品。
苹果制成苹果醋后仍具有很好的营养价值，且口感较好，采用微生物发酵技术将苹果制成醋，可将粮食发酵缺乏的微量元素保留在饮品中，从而增加了醋的营养价值，也提高了醋的食疗功效，果醋就地取材，消化了当地很大部分了水果资源，避免造成水果浪费，且节省了粮食，降低了制醋成本，增加果农收入，具有很好的经济效益和社会效益。
苹果醋的市场贸易需求
世界上苹果产量很大，其中每年有20%的苹果用来深加工。
随着苹果醋的营养价值和保健功效不断地被发掘，人们对苹果醋的认同加深，因苹果醋生产成本低、工艺简单，且功效显著，现已成为果醋市场上的主打饮品，其在国际市场上越来越畅销，现在已占据很大的市场，尤其实在国外，欧美、日本等一些发达国家，苹果醋的市场已经渐趋成熟，国外的苹果醋生产业也具有一定的规模，其中以日本为最，因苹果醋具有很好的减肥和美容功效，其在日本女士之间很受欢迎，可以说是推崇备至。
苹果醋不仅是很好的保健饮品，它还是很好的调味品，果醋的水果香味代替了传统食醋的刺激气味，使得很多西餐和海鲜食品有了更好的口味，因而，随着西餐业的和海鲜食品餐饮的不断发展，苹果醋的需求量也越来越大。
将在国际市场掀起苹果醋销售狂潮。
国内苹果醋行业发展现状
我国苹果种植面积大，每年都造成很大的浪费，早在2002年，我国的很多饮料加工企业与养生保健企业先后进军国内保健饮品市场，并在国内市场中掀起了一段苹果醋销售热潮，但由于国人对醋停留在调味品的认识阶段，且对醋的风味停留在传统食醋的认识阶段，不了解苹果醋的功效，对苹果醋不能接受，因而使得当时的苹果醋销售业绩并不理想，国内众多企业铩羽而归，且损失惨重。
苹果在我国种植面积广，已达到250万hm²，每年都有很好的产量，这就为苹果醋生产提供了很大的原料出产基地，加上国内廉价的劳动力，这就为我国苹果醋市场的成长和发展提供了很好的外部条件。
近几年来，我国的绿色食品市场呼声渐高，人们对绿色食品有了新的认识，尤其是对纯天然饮品和纯天然绿色保健品的消费增多，国内的苹果醋系列产品也逐渐的进入人们的视线，收到了消费者的关注，消费者对其的功效有了一定的了解，且不再固守陈见，对苹果醋系列饮品有了一定的消费，国内的苹果醋消费市场已初步形成，并在不断地发展扩大。
本课题研究的意义
苹果醋采用微生物发酵，将苹果中原有的营养物质和微量元素导入苹果醋中，使鲜食苹果的营养价值保留了下来，因而，苹果醋具有了很好的保健功能，市场上的饮品以果汁和碳酸饮料为主，碳酸饮料中含有大量柠檬酸，易引发高血压和心血管疾病，且长期饮用碳酸饮料会影响身体发育。
果汁饮料受到制作工艺的影响，在制作过程中水果中的营养成分大部分流失或被破坏，失去了水果原有的营养价值也疗养功效。
而水果经过微生物发酵产生的果醋则很好地避免了这些问题，在发酵中，微生物将水果中原本具有的维生素、微量元素等营养物质导入到果醋中，使其很好的保留了下来，从而使得果醋产品具备了鲜食水果的保健功效。
苹果因其丰富的营养物质和很好地保健功效在众多水果中占有重要的位置，苹果醋饮品保留鲜食苹果的大部分营养价值和疗养功效，在果醋饮品中占据了主导地位，人类日常饮食中摄入的钠钾远不能满足机体需求，体内钠钾离子失调会引发高血压，而苹果醋饮料中含有能抑制高血压的丰富的钙离子和钾离子，因而，苹果醋饮料不仅能解渴，还具有很好的保健功效，苹果醋中含有抗氧化物质，可以消除皮肤细胞中沉积的色素和废物，起到美颜功效，同时，苹果醋还具有减肥、解除疲劳的功效。
所以，苹果醋是一款集营养、保健与疗养一身的新型饮料，在不断推崇绿色健康食品的今天，苹果醋注定会得到社会各界人士的青睐，将具有很大的发展空间和消费市场。
本课题的研究内容
本次毕业设计的内容是年产3000吨苹果醋的工厂设计，设计内容包括：
厂址的选择和平面布局设计，苹果醋生产工艺设计（物料衡算、设备选型、生产车间工艺布置、劳动力计算），生产辅助部门设计（原料接收处理车间、化验室、仓库），生活设施设计，环境工程设计。
设计原则
本次设计严格按照国家现行的节能政策、指令以及相关标准，合理利用资源，减低耗能，提高经济效益，结合项目特点，因地制宜，选用节能高效的设备，本着节约原则设计建筑，并尽量保证生产机械化、自动化。
设计的技术经济指标以达到或超过国内同类型工厂生产实际平均水品为宜，合理利用新技术，积极创新，对产品质量严格控制达到国家标准，并根据目前市场状况对产品的外包装、运输等环节进行合理安排。
2厂址选择
厂址选择
本苹果醋加工厂位于昌吉州呼图壁县，在昌吉市西北部。
南邻准噶尔盆地、北临秀丽的天山、东临S201省道、西与西四环相接，进入高速公路仅为4公里。
呼图壁县位于天山北麓中段，气候适宜，周边呼图壁河和雀尔沟河围绕，林木种植非常发达，尤其是果树种植面积在国内居于前列，果品产量均很高，为昌吉州及周边地区提供了丰富的水果资源。
县内及周边有很多小中型的农副产品加工厂，主要加工各种果汁果酱。
将厂址选在呼图壁县，可解决原料问题，且呼图壁县交通运输发达，未成品运输提供了良好的便利条件。
厂址选择在呼图壁县东南角，该厂地势较高，可防御洪水。
从设计任务书可知该厂的电力、燃料、生产用水都有充足的供应。
厂区周围有良好的卫生环境，厂区附近没有有害气体、放射性源粉尘和其他扩散性污染源。
厂址不在受污染河流的下游和传染病医院附近旁。
本厂生产的苹果醋饮料销往乌鲁木齐与昌吉州等大、中城市。
另外，利用交通便利的优势销往国内打、中城市，主要以甘肃、陕西为主。
气温
年平均气温：
℃
年最高温度：
℃
年最低温度：
℃
湿度
年平均相对湿度：
65%
夏季相对湿度：
69%
冬季相对湿度：
58%
大气压
年平均气压：
737mmHg
最热月平均气压：
743mmHg
最冷月平均气压：
758mmHg
风荷载
瞬时最大风速：
（地面以上10米）30m/s
风载荷：
40kg/m²
年主导风向：
西南风
夏季主导风向：
东北风
冬季主导风向：
西南风
3工艺设计
苹果醋发酵工艺概述
苹果醋有很多种发酵方法，主要区别在于所用原料种类，各企业在设计工艺时可根据当地季节因素，原料供应情况和企业生产综合效益来选取适合企业的酿造方式[2]。
（1）以新鲜苹果为原料，直接将苹果打浆发酵，得到符合符合标准的苹果醋。
（2）以浓缩苹果汁为原料，发酵得到苹果醋，可直接饮用，液体澄清，风味良好。
（3）以苹果渣为原料，发酵制醋，实现废物利用。
（4）利用苹果酒直接发酵制醋，生产周期大大降低，但成本较高。
生产工艺流程的选择
生产工艺流程选择的原则
1、因地制宜，结合工厂选址地点及原料供应运输情况选取合适工艺流程。
2、结合企业实际情况和当地经济结构，优先选取机械化、自动化流水线作业。
3、秉承节约原则，选用低耗能设备。
4、注重经济效益，选取投资少，成本低，产品收率高的生产工艺。
5、严格按照国家规定食品质量标准和食品卫生标准制定生产流程。
生产工艺的确定
因本设计选择的厂址在新疆昌吉州，昌吉州处于天山北坡，农林业发展较好，苹果种植业发达，因此，昌吉州有很多农副产品加工工厂，在新疆苹果生产有很强的季节性，秋季苹果出产量大，价格较为便宜，但在另三季，因苹果保鲜投入较大，花费较高，导致苹果价格较国内其他地区都高出很多，不适合投入工业生产，而加工后的浓缩苹果汁，易于保藏，价格较为稳定，通过调查计算，选用苹果汁作为苹果醋发酵原料的全年投入成本较之鲜食苹果作为原料的成本要低，因此本设计采用浓缩苹果汁作为发酵原料的苹果醋发酵工艺。
生产工艺流程图
图1苹果醋生产工艺流程图
产品方案确定及生产时间安排
产品生产时间安排
考虑到苹果成熟期及苹果保藏时间较长，本产品生产不具有明显的季节性，因而产品不分淡季和旺季。
预计全年生产天数为300天，工厂全天制运作，分四班制，每天运转三班次，每班工作八小时。
产量确定
年产量：
3000吨，属于小型食品加工厂；
班产量：
每班次平均产量约吨；
每小时生产能力：
吨；
日产量：
约为吨
材料
主要原料
（1）新鲜的浓缩苹果汁，主要理化指标有：
糖度：
71±1；酸度—%；透光度≧97%；色值：
65—78%；吸光度＜；浊度:
＜
（2）酵母，选用湖北安琪酵母股份有限公司出产的安琪耐高温高活性酿酒酵母，特点是耐高温42℃，繁殖能力强，能够抑制发酵过程中其他杂菌的生长，多应用于酿制白酒和醋的生产中，用法：
先进行酵母活化复水，按照发酵料液的1‰—2‰添加。
（3）醋酸菌干粉，先进行活化，按照料液的15%—20%添加。
（4）纯净水，自来水经过离子交换器转变成纯净水用于苹果醋生产。
辅料及其作用
辅料有苹果香精，蔗糖和蜂蜜。
不同批次生产的苹果原醋经过其酸度鉴定后，根据其不同的品质，选取最佳的辅料配比方案，使苹果醋具有很好的口感[3]。
工艺要点
调整浓缩苹果汁的糖度
在发酵前，先要对浓缩苹果汁原料进行调配使其最终糖度控制在10%左右，还原糖的含量要保持在%以上，酸度要保持在%以上。
杀菌、冷却
将经过调配的的原料用板式热交换器加热到60-70℃，杀死原料中的杂菌，然后，进行冷却，冷却后温度保持为25℃。
酒精发酵
对发酵罐进行空消，接入消毒后的无菌苹果汁原料，按照2‰的比例接入活化后的酵母菌悬液，搅拌均匀后，进行密闭发酵48-72h，发酵温度保持为25-35℃，待发酵液中的酒精度达到%左右，糖度降低到%以下时，终止发酵。
酒精发酵分为以下三个时期:
发酵前期：
接入活化酵母的这段时期为发酵前期，在这一时期，酵母的快速繁殖，进行有氧呼吸，发酵前期的长短与酵母菌的接种量呈反比关系，接种量越大，发酵前期越短，反之则越长。
主发酵期：
酵母菌经过发酵前期的快速繁殖，发酵液中的氧气含量大大减少，酵母菌开始进行厌氧呼吸，即酒精发酵开始，在此过程中，发酵液中的糖分下降，酒精度增加，发酵液温度应控制在30-34℃之间。
主发酵期的长度与发酵液中的含糖量呈正比，含糖量越高，主发酵期越长，反之，则越短。
发酵后期：
酵母菌经过前两个时期后，活力明显下降，且发酵液中的酒精含量过高，糖分较低，抑制了酵母菌的生长，在这个时期酵母菌易发生自溶现象，所以应降低发酵温度。
醋酸发酵
在有氧条件下，酒精氧化成醋酸的过程叫做醋酸发酵，酒精发酵过后，对发酵液进行过滤，除去死掉的酵母细胞，将处理过的发酵液经由无菌泵输送到醋酸发酵罐，向发酵液中接入10%—15%的醋酸菌发酵48h，发酵温度为30—42℃，在整个发酵过程中应不断地搅拌，通入无菌空气，保持发酵所需氧气。
醋酸发酵分为三个时期：
发酵前期:
前期为醋酸菌的适应阶段，菌种生长缓慢，需氧量较小，应减小通风量，将发酵温度保持在35℃左右。
发酵中期：
醋酸菌生长活力增大，生长快速，菌种数大量增加，需氧量较大，应加大通风量，发酵温度保持在36-38℃.
发酵后期：
醋酸菌繁殖量加大，醋酸菌分泌的氧化酶量增加，催化乙醇于氧反应生成乙酸，反应温度维持在35℃，以测定发酵液中的酸度不再上升为宜。
调配
经过醋酸发酵过滤后，得到的产品为苹果原醋，只能作为调味品，要作为饮料在口感风味上不符合顾客需求，所以测定原醋酸度后，根据不同品质，选择最佳调配配比，对苹果原醋进行调配。
影响苹果醋风味的主要是饮料中的糖度，酸度，以及其中的芳香性物质的含量。
为满足顾客要求，在原醋中加入蔗糖、蜂蜜、等辅料调整其糖度和酸度，饮料的芳香性也需加入苹果香精进行调配[4]。
灌装
将经过调配的混合饮料进行高温杀菌后，趁热进行灌装、排气、封口，用于灌装的瓶子和瓶塞要进行消毒灭菌。
冷却
灌装后的产品进行淋水冷却，冷却至室温，待干燥后，贴上标签。
灯检
灌装后的产品，在放入包装箱前要进行灯检，灯检的目的是检查包装瓶中的饮料是否含有杂质。
陈酿
新发酵出来的苹果醋饮料口感比较寡淡，为使，苹果醋饮料更加醇香，一般在会进行陈酿，陈酿过程中，乙酸经过进一步氧化转变成乙醛，增加饮料的芳香性，且饮料的色泽也会加深。
一般是将饮料放入密闭玻璃瓶中进行陈酿。
产品质量标准
感官指标
色泽：
浅黄色。
香气：
具有苹果香气，较为浓郁。
滋味：
具有一定的酸味，有苹果滋味。
形态：
呈透明状液体，长时间放置会有一定的沉淀。
杂质：
无肉眼可见的漂浮物。
理化指标
可溶性固形物：
≧%（20°折光法测定）
总酸：
—L
砷：
≤kg
铅：
≤kg
铜:
≤5mg/kg
食品添加剂按照GB2760的规定执行。
微生物指标
菌落总数≤100cfu/ml
大肠杆菌≤6MPN/100ml
不能含有致病菌。
检验方法
感官理化指标检验按GB/T10972中的有关规定检验。
微生物指标检验按照，中的有关规定检验。
重金属指标按照GB/，GB/，GB/中的有关规定检验。
菌落总数、大肠杆菌群按照，中规定的方法检验。
讨论
通风与醋酸发酵
醋酸杆菌属于好氧微生物，因此在发酵过程中需要大量的氧气，所以，通风量大小对醋酸发酵有很大的影响。
发酵前期，菌种处于适应期，后期，菌种活性降低，因此，在发酵前期和后期，通风量的加大对发酵影响较小，发酵中期需求氧气较多，应加大通风量。
在发酵过程中，通风量应掌握在由小到大再变小的原则，发酵罐内应保持一定的压力。
搅拌速度与醋酸发酵
搅拌速度关系到发酵液中空气交换速度，与通气配合，加速氧的溶解。
搅拌速度越快，发酵越充分，发酵时间越短。
温度与醋酸发酵
在发酵过程中，温度的变化直接影响到醋酸菌的生长繁殖，和酶的活性，温度在30℃以下，菌种活性较低，发酵速度缓慢，温度偏高时，醋酸菌容易衰老死亡，酒精和醋酸挥发较多，产率降低，醋酸发酵的最适温度应保持在35-37℃.
发酵测试记录与发酵结束
在发酵过程中应做好发酵温度、糖度变化、酸度变化、酒精消耗情况的记录。
（1）测温：
一小时测一次，每测两次做一次记录。
（2）测酸：
初期4h/一次，中期2h/一次，后期每小时测一次。
（3）测酒精：
发酵进行24h以后，每4h测一次酒精。
若在发酵过程中，测定酒精度极低，含糖量极低，且2次测定酸度值无明显的变化则说明发酵已经结束。
物料衡算
以浓缩苹果汁为原料发酵苹果醋，确定工艺流程后，根据生产规模从理论上计算出年产3000吨苹果醋所需要的原材料、燃料、动力消耗等指标以指导生产。
衡算原理
G=Gp+Gd
G：
引入系统的物料重量。
Gp：
得到产品的重量。
Gd：
损失物料的重量。
计算准则
以生产单位重量的产品量为基准。
苹果醋生产指标和基础数据
表苹果醋生产指标和基础数据
项目
名称
百分比%
备注
定额指标
浓缩果汁总糖含量
70
发酵液总糖含量
10
酵母接种量
醋酸菌接种量
15
发酵罐有效容积
70
损失率
发酵损失
6
管路损失
1
过滤损失
2
灌装损失
3
检验及其他操作损失
3
空瓶损失
1
胶帽损失
瓶盖损失
1
标签损失
总损失率
发酵液总损失
15
用100kg浓缩苹果汁生产苹果醋的物料衡算
（1）发酵液计算
浓缩苹果汁：
100kg
纯净水的用量：
kg
待发酵的果汁量为：
100+600=700kg
按照%的比例加入酵母菌悬液液，则应加入的酵母菌悬液为：
700×%=
进行酒精发酵的发酵液总量为：
700+=
酒精发酵结束后，按照15%的比例加入醋酸菌悬液，应加入的醋酸菌培养液为：
×15%=
进行醋酸发酵的总发酵液：
+=
发酵损失：
×6%=
过滤及管路损失：
（）×（1+2）%=
到达调配罐中的液体量：
（2）调配液计算
通过正交试验，发酵出的苹果醋配制口感较好苹果醋饮料配方如下：
苹果醋发酵液中，加入蜂蜜,加入蔗糖,加入香精。
调配液量：
kg
（3）成品醋计算
灌装损失量：
（+）×3%=
检验及其他操作损失：
（+）×3%=
成品苹果醋量：
+（+）=802kg
生产1吨苹果醋所需原料衡算
浓缩苹果汁用量：
kg
纯净水用量：
kg
酵母培养液用量：
（+）×%=
醋酸菌培养液用量（+）×15%=
醋酸发酵液：
+++=
发酵损失：
×6%=
管路及过滤损失：
（）×3%=
到达调配罐中的发酵液：
调配液量：
kg
生产3000吨苹果醋所需原料的计算
浓缩苹果汁用量：
×3000=374100kg=
纯净水用量：
×3000=2244300kg=
酵母培养液用量：
×3000=5100kg=
醋酸菌培养液用量：
×3000=392700kg=
调配液用量：
×3000=440400kg=
生产能力计算
工作日：
300天
生产周期：
6天
一个周期的生产能力：
t
每天生产能力：
t
浓缩苹果汁需要量：
10×=1247kg
纯净水需要量：
10×=7481kg
酵母培养液需要量：
10×=17kg
醋酸菌培养液需要量：
10×=1309kg
调配液需要量：
10×=1468kg
生产1吨苹果醋消耗的原料和包装材料的定额
表生产1吨苹果醋消耗的原料和包装材料的定额
序号
名称
单位
消耗定额
备注
1
浓缩苹果汁
kg
2
纯净水
kg
3
酵母培养液
kg
4
醋酸菌培养液
kg
5
调配液
kg
6
包装瓶（275ml）
个
3636
损耗1%
7
胶帽
个
3618
损耗%
8
标签
套
3618
损耗%
9
纸箱
个
364
10瓶装
设备生产能力计算与选型
设备选择原则
设备选型是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，同时也是工艺布置的基础并且为动力，配电，水用量计算提供依据。
本设计在选择设备时应按照一下原则[5，6]：
（1）能够满足工艺生产的需求，并能保证产品的质量和产量。
（2）选用自动化程度较高的设备，能源利用充分，耗能小，方便维修。
（3）设备易清洗拆卸，不易腐蚀，不能对产品造成污染。
（4）所选取设备的材料性能能适应工作条件。
（5）设备结构合理控制方便。
水处理车间设备选型
在苹果醋发酵工艺中，调配和CIP清洗都要用到纯净水，因此，水处理设备对苹果醋的生产有着很大的作用。
该生产每天的生产能力是10吨，需要纯净水7481kg，酵母与醋酸菌复活需要纯净水，生产好的原醋需经过调配才能饮用，在调配过程中需要纯净水溶解蔗糖，最后，设备的清洗也要用到纯净水，清洗设备用水量往往是产量的4-10倍。
所以，每天生产所需纯净水约为80吨。
果醋生产中的纯净水一般通过有机玻璃离子交换装置转变。
有机玻璃离子交换装置耐腐蚀，无色透明，适用于小型食品加工厂小规模制备纯水[6]。
本设计计划使用规格为400×2000mm，进口直径为32mm,每小时最大处理量为吨的有机玻璃离子交换装置，数量为3个。
发酵车间的设备选型与论证
在工艺计算的基础上确定车间内发酵设备的台数、型号和主要尺寸，据此进行车间布置设计，为设备的购置提供资料。
本设计采用不锈钢加工的发酵设备，耐腐蚀、易清洗，不渗漏，对苹果醋发酵无不良影响。
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