年产5万吨雪梨汁饮料工厂设计设计说明教学文案.docx

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年产5万吨雪梨汁饮料工厂设计设计说明教学文案

广西科技大学

毕业设计说明书

课题名称年产5万吨雪梨汁饮料工厂设计

英文名称Abeveragefactorydesignwithannualcapacityof50000tonspearjuice

院别生物与化学工程学院

专业食品科学与工程

班级食品101班

学号201000602029

姓名覃正清

指导教师何仁

二〇一四年五月十五日

摘要

本文主要介绍年产5万吨雪梨汁饮料工厂的初步设计，基于果汁饮料成熟的生产工艺和雪梨含丰富的糖分、水分以及苹果酸、柠檬酸、胡萝卜素、钙、磷、铁等营养物质，结合现代消费者健康、营养、多元化的饮食需求，设计一个能以最低成本安全生产出健康营养的高质量食品饮料的工厂。

主要设计内容包括制定产品方案，工艺设计及工艺技术论证，进行车间平面设计，对雪梨汁饮料加工过程中物料平衡进行计算，设备选型，水电汽平衡,劳动力及企业管理组织人员的设定，环境保护规划并进行污水处理，对生产成本、利润、盈亏平衡点等进行估算，以及工艺流程图、车间平面布置图、车间立剖图、管路透视图等相关CAD图纸绘制。

关键词：

雪梨汁饮料工艺设计物料衡算

Abstract

Thispapermainlypresentsthebeveragefactorypreliminarydesignofwhichannualoutputof50000tonspearjuice.Thisdesignbasedonthematureproductiontechnologyandthepearisrichinsugar,waterandmalicacid,citricacid,carotene,calcium,phosphorus,ironandothernutrients,combinedwithmoderndietarypracticesofhealth,nutrition,dietdiversification,todesignasecurityandhealthybeveragefactorythatproductshealth,nutrition，highqualityfruitjuicebeverageatthelowestcost.Themaindesignelementsincludethedevelopmentofproductsolutions,processdesignandtechnologydemonstration,theshop-floordiagramdesign,materialandcaloriesbalanceintheprocessofpearjuicebeverage,equipmentselection,water-electricity-steambalance,laborbalance,organizationalcontrolchart,theimplementationofenvironmentalprotectionplanningandsewagetreatment,investmentcost,profits,waxandwanebalancepointevaluation,drawCADdrawingsofprocesschart,workshoplayoutdiagram,workshopverticalsectionandperspectiveviewofthepipeline.

Keywords：

PearjuiceBeverageDesignprocessMaterialBalanceCalculation

目　录

1绪论

1.1梨汁饮料概况

梨汁饮料是软饮料中果汁饮料的一种，它问世至今已经有15个年头，山东天府集团1998年在饮料行业最先推出梨汁产品莱阳梨一支笔。

一支笔不仅是梨汁饮料的开创者，而且一炮成名，连续八年冠名全国糖酒会，并一举成为全国饮料行业前十名的黑马品牌。

但好景不长，从2006年起，一支笔一直走衰，销售额急转下滑，不仅逐步退出糖酒会冠名，而且在商业超市中也很少见其踪迹[１]。

最近几年，中国饮料行业产值增长速度均超过GDP的增长速度，良好的发展前景，加上整个行业市场化程度较高，吸引了国际饮料大品牌纷纷加入，饮料巨头品牌的出场，无论康师傅，还是统一、娃哈哈谁挑梨汁饮料的大梁，都将带动梨汁饮料市场的整体氛围。

一支笔、华一也隐约嗅到了春天的气息。

从2013年3月起，一支笔改变了其多年沉寂的低调，开始在《中国经济导报》、《中国日报》乃至全国网络媒体上亮相打造其梨汁保健品身份；合德堂、奥比都斯、与众冰糖雪梨、广贝冰糖雪梨等一些二三线局部品牌也陆续加入梨汁市场力求分一杯羹[１]。

恰巧是这些饮料品牌不约而同的潜意识性的集体共识，预示着市场有可能掀起一个新的饮料消费新浪潮，我们看好这个梨汁风潮，也希望掀开一个梨汁行业的鼎盛时代。

同时，近几年来，我国软饮料年产量以超出20%的年均增长率与日俱增，达到1300多万吨[３]。

2013年，随着城镇居民生活水平的不断提高，人们对饮料的消费提出了新的要求。

目前，饮料新品层出不穷，在饮料品种设计上应用“混搭五互补，功能四明晰”理念（“五互补”即成分互补、口味互补、颜色互补、概念互补和成本互补；“四明晰”即“补水解渴、营养补餐、健康诉求和功能诉求”）成为新产品的开发方向[３]。

随着饮料行业的发展，消费需求向科学、营养、多元化方向转变，饮料的品种结构日趋多样化，2013年饮料多元化将呈现快速发展趋势。

而在2013年饮料市场依然面临着政策机遇。

中央经济工作会议将推动居民收入和消费作为2013工作重点，拉动内需正在成为新的经济增长点，城镇和农村人均收入增长也将加快消费结构升级，国内消费基本面持续向好，将长期利好饮料行业增长。

雪梨汁饮料含丰富的糖分、水分以及苹果酸、柠檬酸、胡萝卜素、钙、磷、铁等营养物质，其味道清凉甘甜，甘润滋养，入肺有生津、润燥、清热、化痰作用，不仅可为体弱者和老人补充营养和水分，而且对肝炎病人有保肝、助消化、促食欲的作用[４]。

这正符合了当代大部分消费者对饮料的迫切要求，所以在这蒸蒸日上的饮料市场上，雪梨汁饮料必将占据市场的一席之地。

1.2设计概论

1.2.1设计目的

毕业设计是大学教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。

它的目的是通过毕业设计培养学生辩证唯物主义的思想、方法，解决科学技术上的问题。

1、通过毕业设计结合生产实际，使学生融会贯通和扩大本课程学习中所得的理论知识加以巩固深化和使之系统化。

2、学习设计方法，进一步锻炼学生的计算和查阅文献资料的技能、技巧。

3、检查教学，为进一步提高教学质量提供依据，检验学生独立工作能力的水平。

1.2.2设计指导思想

本设计必须符合教学目的，并尽可能接近当前的生产实际。

在确定工艺流程和选择设备时，在工艺上力求其合理性和先进性，在设备上尽量采用先进的生产设备，做到技术先进，生产过程最大限度机械化、自动化。

同时，合理降低能耗，保护环境，生产出满足消费市场需求的雪梨汁饮料，最大化企业效益。

1.2.3设计内容

本设计为年产5万吨雪梨汁饮料工厂设计。

设计内容包括：

①工厂总体设计；

②雪梨汁饮料生产工艺流程，工艺参数的选择及论证；

③全厂物料衡算；

④车间重点设备的选型；

⑤水电气用量的计算；

⑥投资估算、资金筹措及效益分析；

⑦工艺流程图；

⑧车间平面图；

⑨车间立剖图；

⑩车间管路设计图。

2工艺设计及工艺技术论证

2.1工艺设计

2.1.1产品方案

（1）本设计主要生产雪梨汁饮料，具体排班如下：

下面是雪梨汁饮料生产车间的排班计划，产品为雪梨汁饮料，共一条生产线。

该生产车间旺季每天工作三班，中季每天工作两班，淡季每天工作一班，每班为8个小时，每个星期工作为六天，元旦放假3天，五一国际劳动节、十一国庆节放假5天，春节放假10天，年生产天数为305天。

产品名称

年产量

/t

班产量

/t

1月25天

2月20天

3月27天

4月27天

5月23天

6月27天

7月27天

8月27天

9月27天

10月23天

11月27天

12月27天

雪梨汁饮料

5万

69.35

注：

　　　表示本月为一班生产表示本月为二班生产

　　　　　　表示本月为三班生产

（2）产品规格

序号

产品名称

年产量

（吨）

包装形式及规格

备注

包装形式

规格

1

雪梨汁饮料

50000

PET瓶

450ml

2.1.2产品采用的质量标准

项目产品采用GB19297-2003、绿色食品果汁饮料标准。

PET瓶雪梨汁饮料产品质量指标：

①感观指标:

（1）颜色：

清亮的淡黄褐色。

（2）气味及滋味：

酸甜比合适，具有雪梨的清香，无其他异味。

（3）组织状态：

汁液均匀，透明度高，在储存过程中有少量的沉淀，无肉眼可见杂质

②理化指标：

⑴铅（以Pb计，mg/L）≤0.05

⑵砷（以As计，mg/L）≤0.2

⑶铜（以Cu计，mg/L）≤5.0

⑷食品添加剂按GB2760规定执行

③卫生指标：

⑴菌落总数（efu/ml）≤500

⑵大肠菌群（MPN/100ml）≤3+

⑶霉菌（efu/ml）≤20

⑷酵母菌（efu/ml）≤20

⑸致病菌:

不得检出.

2.1.3采用的技术标准

GB19297-2003果蔬汁饮料卫生标准

GB2760食品添加剂使用卫生标准

GB/T4789.21食品卫生微生物学检验；冷冻品、饮料检验

GB12695饮料企业良好生产规范

2.1.4生产技术方案

（1）工艺流程

浓缩雪梨汁→稀释→成分调整→过滤→脱气→均质→超高温瞬时杀菌→热灌装→旋盖→喷码→倒瓶→喷淋冷却→套标→热收缩→成品

（2）工艺操作要点[２]：

a.稀释：

将一定量的浓缩果汁用蒸馏水稀释至需要倍数。

b.成分调整：

果汁成分调整主要是糖和酸的调整，砂糖和稳定剂混匀后，加入75℃左右的热水溶解并加热搅拌至呈透明状无颗粒液状体系。

c.杀菌：

在135—137℃条件下维持5s-10s。

d.灌装封口：

当杀菌后的产品温度降到80℃-85℃时，在无菌条件下装入干净并消毒的瓶罐中封盖。

e.倒瓶二次杀菌：

将饮料瓶倒置保持5min。

2.2工艺技术论证

2.2.1梨汁

本设计采用的是浓缩雪梨汁还原调配生产雪梨汁饮料，与鲜果榨汁生产相比两者都各有优缺点，具体如下表：

项目

浓缩汁还原生产

鲜果榨汁生产

优点

工艺流程简单，易于控制

设备成本少，总投资成本低

生产原料不受季节影响

产品营养价值高，风味较佳

原料来源广、价格低廉

缺点

产品营养受损大，风味不理想

原料来源少，价格高

工艺流程复杂，较难控制

设备成本高，总投资成本高

生产原料具有季节性

根据本设计的总投资资金，和市场需求需连续生产，本设计选择浓缩汁还原生产更为适合。

2.2.2溶糖溶酸

溶解糖的方法有冷溶法和热溶法，本设计采用热溶法，热溶法的优点有：

（1）能杀灭附于糖内的细菌；

（2）可分离出凝固糖中的杂质；（3）溶解速度快。

在较短时间内可生产大量糖液，满足生产需要。

热溶法溶糖温度控制在60-70℃，糖度控制在40-50°BX，待充分溶解后经双联过滤器过滤，再有离心泵输送到调配罐。

柠檬酸在常温下溶解度较低，为使得柠檬酸溶解充分，本设计把柠檬酸与白砂糖按配方比例拌匀后，采用热溶法一起进行溶解，待充分溶解后经双联过滤器过滤，再有离心泵输送到调配罐。

2.2.3部分辅料溶解

本设计采用冷溶法，一般提前4小时溶解辅料，雪梨汁饮料所需要的辅料有CMCC-Na、果胶，按照产品方案配方计算好所需各辅料的量加入搅拌中的水进行充分溶解，然后通过离心泵输送到调配罐中。

若采用热溶法，不仅辅料溶解不完全，而且果胶稳定性受到破坏。

2.2.4调配

本设计依据雪梨汁饮料的具体工艺要求，按产品所需的果汁、糖液、酸液、水、添加剂的配比送入调配罐，用搅拌器混合均匀，并立刻分析检验混合料是否符合标准。

如不符合，需及时调整。

2.2.5脱气

本设计采用真空脱气罐进行脱气。

经细化处理后的混合料液，在果汁和其他材料里的以及调配过程中均会有空气混入果汁饮料中，如不进行脱气处理，将引起饮料果汁氧化变质。

脱气目的：

①防止维生素C被氧化而损失；②防止香味和色泽发生变化；③防止好气性细菌的繁殖；④防止果肉浆和其他悬浮物悬浮在果汁上部；⑤防止杀菌或灌装时产生气泡。

脱气的缺点是将会损失掉一部分芳香成分，影响产品的风味口感。

2.2.6均质工艺

本设计采用高压均质机进行均质，经调配罐进行对雪梨汁饮料调配时，加入的CMCC-Na、果胶等辅料与稀释后的浓缩雪梨汁进行混合形成的液体悬浊液，其分散体系中的分散物颗粒度较大、尺寸不均一、分布不均匀、稳定性较差，这不仅影响果汁饮料的口感品质、外观美感，还影响产品的质量及保质期。

为了降低雪梨汁饮料分散体系中分散物的颗粒度大小，提高分散物分布的均匀性，从而改善产品的口感和品质，并大大提高产品的稳定性，本设计采用高压均质机对调配后混合液体系进行均质。

2.2.7杀菌工艺

本设计采用的是超高温瞬时杀菌，杀菌温度为135—137℃，杀菌时间为5—10s。

巴氏杀菌法虽然杀菌温度低能够有效的保护产品中的营养物质，但是其杀菌时间过长，不能满足生产的要求；而超过瞬时杀菌杀菌温度、杀菌时间既能大大降低产品营养价值的损耗、不影响产品的口感，又能缩短杀菌时间满足生产工艺的要求。

2.2.8灌装工艺

饮料的灌装工艺有:

热灌装工艺、冷灌装工艺（巴式杀菌）、无菌灌装工艺等。

饮料的PET瓶灌装工艺采用最先进的无菌灌装工艺，无疑是理想的选择。

但是,无菌灌装工艺对所有原辅材料的消毒杀菌以及整个生产环境的卫生要求较高,设备投资大。

根据本设计的投资资本及各方面的基本情况，本设计采用成熟的PET瓶热灌装工艺,热灌装工艺就能有效的杀灭或去除细菌（包括相关的细菌芽孢）,且工艺简单,质量易于控制。

热灌装最大的特点是[7]:

（1）物料在87—95℃的温度下灌装；

（2）要求配置恒温自控循环系统；（3）灌装要求满容量；（4）要有自动回流系统；（5）在尽可能短的时间内封口；（6）热灌装封口后的瓶内不允许留有空气。

2.2.9包装工艺

饮料的包装形式一般采用玻璃瓶、马口铁易拉罐、铝质易拉罐、无菌铝纸复合包、塑料（PET和BOPP）瓶装等。

塑料瓶（包括PET、BOPP）和纸盒包装便携即饮、材料价格低廉、有利于成品保持良好风味、绿色环保、安全卫生，而纸盒包装不适用于热灌装，所以本设计采用PET瓶的包装形式。

热灌装（87—95℃）工艺对塑料（PET、BOPP）瓶子的基本工艺要求[7]:

1）瓶子在封盖后的30s内，内压会增加；

2）PET和BOPP瓶在高温下会收缩；

3）当产品温度降回室温时，液体的体积会减少2%-3.15%，温度的下降同时增加空气的溶解性，使蒸汽发生冷凝，瓶内的气压就会轻微下降（20—30Pa）。

所以，热灌装塑料瓶应具有如下的生产特性:

1）瓶子必须耐热，在高温灌装下瓶子体积的减少必须低于3%；

2）瓶子的耐热性能良好，吸水性低，避免影响瓶子的机械强度；

3）瓶壁厚度分布要适当，避免灌装后发生非线性的收缩；

4）瓶身和瓶底采用特殊设计（加强筋），以缓解在冷却时液体体积下降所产生的减压现象。

2.3原材料选择与要求

本设计所生产的雪梨汁饮料所用到的原料主要有水、浓缩雪梨汁、白砂糖、柠檬酸、梨香精、CMCC-Na、果胶。

其中水、浓缩雪梨汁、白砂糖的质量对生产的产品质量起到关键性作用。

2.3.1工艺用水

　雪梨汁饮料生产用水包括工艺用水（直接进入产品中的水如糖化用水、洗糟用水、调配稀释用水）和洗涤、冷却用水及锅炉用水。

成品雪梨汁饮料中水的含量最大，水质的好坏将直接影响产品的质量，因此生产雪梨汁饮料必须严格控制水的质量。

工艺用水的水质好坏主要取决于水中溶解盐的种类与含量、水的生物学纯净度及气味，这些因素将对雪梨汁饮料的生产、风味及其稳定性产生很大影响，因此必须重视产品用水的质量。

生产雪梨汁饮料产品用水质量要求见表2-1。

表2-1.饮料工艺用水质量要求

（注：

根据GB-5749-1985《生活饮用水卫生标准》与GB-10791-1989《软饮料用原辅料的要求》整理）

项目

单位

指标

感官性状和一般化学指标

色度

浑浊度

臭和味

肉眼可见物

pH

总硬度（以CaCO3计）

总碱度（以CaCO3计）

溶解性总固体

铁（Fe计）

锰（Mn计）

铜

锌

挥发酚类（以苯酚计）

阴离子合成洗涤剂

硫酸盐

氯化物

高锰酸钾消耗量

游离余氯

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

＜5º

＜2º

无臭，无味

不得含有

6.5-8.5

＜100

＜50

＜500

＜0.1

＜0.1

＜1.0

＜1.0

＜0.002

＜0.3

＜250

＜250

＜10

＜0.1

毒理学指标

氟化物

氰化物

砷

硒

汞

镉

铬（六价）

铅

银

硝酸盐（以氮计）

氯仿

四氯化氮

苯并（a）芘

滴滴涕

六六六

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

μg/L

μg/L

μg/L

μg/L

μg/L

＜1.0

＜0.05

＜0.05

＜0.01

＜0.001

＜0.01

＜0.05

＜0.05

＜0.05

＜20

＜60

＜3

＜0.01

＜1

＜5

细菌学指标

细菌总数

总大肠菌群

致病菌

个/ml

个/L

＜100

＜3

不得检出

放射形指标

总α放射形

总β放射形

Bq/L

Bq/L

＜0.1

＜1

2.3.2浓缩雪梨汁

浓缩雪梨汁是本设计生产雪梨汁饮料产品的核心原料，它的质量直接影响雪梨汁饮料的口味、营养价值和性状。

浓缩雪梨汁是指以适当成熟的雪梨鲜果为原料,经过清洗、喷淋、破碎、压榨、酶解澄清、过滤、杀菌和浓缩而成的纯天然产品，它保持有原水果果肉的色泽、风味及可溶性固形物,因含有糖、有机酸、氨基酸、多酚、维生素、无机离子、膳食纤维等多种营养物质[6]。

本设计所采用的浓缩雪梨汁将从山东绿维果蔬汁有限公司购买，其生产过程符合HACCP管理体系要求，产品符合中国进出口检验检疫标准HACCPISO9001FDAKOSHER。

为了保证生产雪梨汁饮料的产品质量，浓缩雪梨汁质量要求见表2-2。

表2-2.浓缩雪梨汁质量要求

指标名称

指标

感官指标

气味：

清香怡人；色泽：

亮绿色；形态：

澄清汁；口味：

酸甜适口，有雪梨独特风味。

理化指标

可溶性固形物含量

42±1°BX

含糖量

14％～16％

可滴定总酸量

1.5％±0.2％ 

酸度

0.9％～1.0％

PH

≤4.0

微生物指标

细菌总数

≤100个/ml   

大肠杆菌总数

≤3个/100ml 

致病菌

不得检出

2.3.3白砂糖

（1）感官要求

糖的晶粒均匀，晶粒或其水溶液味甜，无异味，干燥松散，洁白，有光泽，无明显黑点。

（2）白砂糖主要技术指标GB317-2006及卫生指标GB13104-2005

表2-3白砂糖主要技术指标及卫生指标

指标

精制

优级

一级

二级

理化指标

蔗糖分%≥

99.8

99.7

99.6

99.5

还原塘分%≤

0.03

0.04

0.10

0.15

电导灰分%≤

0.02

0.04

0.10

0.15

干燥失重%≤

0.05

0.06

0.07

0.10

色值（IU）≤

25

60

150

240

混浊度（MAU）≤

30

80

160

220

不溶于水杂质mg/kg≤

10

20

40

60

砷（以As为计）mg/kg≤

0.5

铅（以Pb为计）mg/kg≤

0.5

铜（以Cu为计mg/kg）≤

2.0

二氧化硫（以SO2计）mg/kg

6

15

30

30

卫生指标

细菌总数个/g≤

100

大肠杆菌（MPN/100g）≤

30

霉菌（cuf/g）≤

25

酵母菌（cuf/g）≤

10

致病菌

不得检出

2.3.4柠檬酸

所用柠檬酸质量应符合GB1978—2007食品添加剂柠檬酸

（1）感官要求

柠檬酸为无色或白色结晶颗粒或粉末（二级略显灰黄色），无臭、味极酸；易溶于水，溶于乙醇，微溶于乙醚；水溶液显酸性反应，一水柠檬酸在干燥空气中略有风化。

（2）理化指标

表2-4柠檬酸理化指标要求

项目

无水柠檬酸

一水柠檬酸

柠檬酸%

99.5—100.5

99.5—100.5

透光率%≥

96.0

95

水分%

≤0.5

7.5—9.0

易炭化物≤

1.0

1.0

硫酸灰分%≤

0.05

0.05

氯化物%≤

0.005

0.005

硫酸盐%≤

0.01

0.015

草酸盐%≤

0.01

0.01

钙盐%≤

0.02

0.02

铁（mg/kg）≤

5

5

砷盐（mg/kg）≤

1

1

铅（mg/kg）≤

0.5

0.5

水不溶物

过滤时间不超过1min，滤膜基本不变色，目视可见杂色颗粒不超过3个

过滤时间不超过1min，滤膜基本不变色，目视可见杂色颗粒不超过3个

2.3.5梨香精

所用梨香精应符合GB/T1505-2007食用香精

表2-5梨香精品质要求

项目

指标参数

色状、香味、香气

符合同一型号的标准样品

水分%≤

15.0

重金属含量（以Pb计）mg/kg≤

10

砷含量（mg/kg）≤

3

菌落总数（个/g或个/ml）≤

10000

大肠杆菌（MPN/100g）≤

30

3全厂物料衡算

3.1物料衡算

物料衡算是工艺计算最基本也是最重要的内容之一，它包括该产品的原辅料和包装材料的计算。

物料衡算的依据是质量守恒定律，即进入某一生产设备的全部物料量必定等于生产后所得产品量加上生产过程中物料损失量。

通过物料衡算，能确定各种原辅料的采购量和仓库储存量，根据计算出原料和辅料的消耗定额，绘制出雪梨汁饮料物料平衡图，能为下一步设备选型、能源计算、劳动定员、生产班次、成本核算等提供依据和条件。

3.1.1雪梨汁饮料配方

生产雪梨汁饮料所用到的原料主要有水、浓缩雪梨汁、白砂糖、柠檬酸、梨香精、CMCC-Na、果胶。

主要配方如