食品机械与设备课程设计汇总.docx
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食品机械与设备课程设计汇总
安徽工程大学
《食品机械与设备》课程设计
题目：
年产5000t马铃薯片生产车间设计
姓名：
陶督智
学号：
3090401239
班级：
食品092
指导教师：
季长路老师
2012年9月
目录
第1章前言
1.1概述…………………………………………………………………………2
1.2可行性研究分析……………………………………………………………3
1.3厂址选择……………………………………………………………………4
第2章车间平面设计与工厂工艺设计
2.1生产工艺流程的确定………………………………………………………5
2.2车间平面设计………………………………………………………………7
2.3产品方案及班产量的确定…………………………………………………8
2.4物料衡算……………………………………………………………………9
2.5设备选型……………………………………………………………………10
第3章辅助部门设计
3.1仓库…………………………………………………………………………12
3.2化验室………………………………………………………………………13
3.3机修、配电车间……………………………………………………………13
主要参考文献………………………………………………………………………14
附录一：
设备选型及参数一览表…………………………………………………15
附录二：
油炸成型马铃薯片生产流程图…………………………………………16
附录三：
油炸成型马铃薯片车间平面设计图……………………………………17
第1章前言
1.1概述
1.1.1膨化食品简介
膨化食品是六十年代末出现的一种新型食品，国外又称挤压食品、喷爆食品、轻便食品等。
它以含水份较少的谷类、薯类、豆类等作为主要原料，它们经过加压、加热处理后使原料本身的体积膨胀，内部的组织结构亦发生了变化，经加工、成型后而制成。
由于这类食品的组织结构多孔蓬松，口感香脆、酥甜，具有一定的营养价值，很惹孩子们的喜爱。
因此，独具一格地形成了食品的一大类。
生产这种膨化食品的设备结构简单，操作容易，设备投资少，收益快，所以发展得非常迅速，并表现出了极大的生命力。
由于用途和设备的不同，膨化食品有以下三种类型：
一是用挤压式膨化机，以玉米和薯类为原料生产小食品；二是用挤压式膨化机，以植物蛋白为原料生产组织状蛋白食品（植物肉）；三是以谷物、豆类或薯类为原料，经膨化后制成主食。
除了试制出间接加热式膨化机外，还用精粮膨化粉试制成多种膨化食品。
1.主食类：
烧饼、面包、馒头、煎饼等。
2.油茶类：
膨化面茶。
3.军用食品：
压缩饼干。
4.小食品类：
米花糖、凉糕、爆米花等。
5.冷食类：
冰糕、冰棍的填充料。
膨化技术虽属于物理加工技术，但却具有本身的特点。
膨化不仅可以改变原料的外形、状态，而且改变了原料中的分子结构和性质，并形成了某些新的物质。
现代营养学的观点主张平衡膳食，认为任何一种食品都不可偏废，任何一种食品的量又不是多多益善。
就膨化食品而言，由于它多为油炸食品，经加压、加热等工艺后使食物本身的体积扩大了数倍，鉴于其为方便快餐食品，所以食品中糖、盐、味精的含量相对其它食品的量就比较多一些，而其他有益营养素的含量则甚少，如长期摄入不但会影响到孩子的食欲，而且食品中过量的调味品对人体也会产生一定的危害性。
1.1.2马铃薯片简介
马铃薯片制品不但营养丰富，香脆可口，而且食用方便、包装精美、便于贮携，已成为当今世界上流行最广泛的马铃薯食品，也是重要的方便食品和休闲食品。
随着马铃薯食品加工工艺的不断改进，马铃薯薯片制品的种类也不断增加。
油炸马铃薯片松脆酥香、鲜美可口，已成为一种倍受欢迎的全球性的休闲食品。
制作方法是把马铃薯切为薄片，然後炸或烤至脆口并加以调味即可。
除了最简单地以盐来调味外，市面上买到不同口味的薯片亦会使用味精和不同香料调味。
薯片最早出现于美国，在其问世后的一百多年，薯片的生产量和消费量与日俱增，速度惊人，如今已成为全球最受欢迎的休闲食品之一。
我国是在二十世纪八十年代中期开始引进设备生产油炸马铃薯片的，随着近些年国内食品市场的繁荣，休闲食品的风行，膨化食品尤其薯片类食品的消费迅速扩大到每一个大中小城市及地区，潜力非常巨大。
现在比较有名的薯片生产企业有可比克、乐事、上好佳等。
1.2可行性研究分析
1.2.1马铃薯薯片发展现状
马铃薯片自一百多年前出现在美国以来，倍受人们的喜爱。
在西方国家，马铃薯的使用以深加工食品为主，主要加工成马铃薯片。
据联合国粮食发展署和国际马铃薯中心统计，世界上各国直接食用的马铃薯已不足其总产量的50%，而在我国近三十多年来，马铃薯也有原先100%直接食用变为现在的70%甚至更少为直接食用，余者全部加工为以薯片为主的膨化食品。
马铃薯种植面积广泛，现在全世界年产马铃薯近3亿吨，人均消费量为28公斤/年。
但不同国家之间的差异十分明显，发达国家达74公斤/年，而发展中国家仅有14公斤/年，而且消费方式也不一样，发达国家多以加工为薯片，发展中国家则大都是直接食用。
据联合国相关部门统计，人均马铃薯消费以西欧国家最高，人均90公斤/年，东欧次之。
拉美国家人均消费相对较为稳定，而发展中国家则呈现逐年增长的趋势。
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，各国马铃薯的直接消费量呈减少趋势，而用于加工食品或其它产品的比例日益提高，发达国家的马铃薯加工比重明显高于发展中国家。
表1-1所示近些年世界主要马铃薯生产国的产量及加工比重。
表1-1世界马铃薯主要生产国产量及加工比重
国家
总产量（万吨）
人均产量（公斤）
加工比重（%）
法国
545.6
95
59
美国
2083.5
82
48.2
荷兰
630
420
40
英国
706
123
40
德国
1070
134
13.7
中国
5600
43
4
俄罗斯
3376
228
2
1.2.2薯片市场可行性分析
我国是世界上马铃薯种植面积最大的国家，种植面积达470万公顷，马铃薯年总产量高达5600万吨，居世界第一位。
虽然我国的薯类资源如此丰富，加工也历史也非常悠久的，但发展十分缓慢，处于刚起步阶段，大部分马铃薯用于直接食用或做饲料以及工业原料，只有少部分用于加工，且企业生产规模小，产品种类单一，质量较差，同食品工业发达的国家相比，差距甚远。
美国食品加工用的马铃薯占其总产量的50%，荷兰占40%，我国仅有5%左右，并且主要以淀粉及其再加工产品为主，这与我国时间马铃薯生产大国的地位极不相符、并且，由于专用型马铃薯生产滞后，高品质马铃薯产品仍需从国外进口，进口量每年约在27万吨左右。
随着近十年来方便休闲食品的兴起，国内陆续出现一些薯片类食品厂家，但其规模、品种以及技术与欧美国家差距很大。
因此，提高马铃薯加工技术，积极开发马铃薯产品及其休闲食品，填补目前行业空白，是食品加工企业的一次极大的机遇。
另外，马铃薯片口感清脆，食用方便，是一种典型的休闲食品，受各个年龄段尤其青少年的喜爱，其消费量逐年都在快速上升，种种迹象都在表明，膨化薯片在国内的市场潜力不可忽视。
1.3厂址选择
本工厂地址选择在芜湖市三山区。
三山区是2006年2月经国务院批准设立的芜湖市新城区，位于芜湖主城区西南部。
它北濒长江，与无为县隔江相望，东南隔漳河与弋江区、芜湖县、南陵县相邻，西与繁昌县城北工业区相接。
由江城进入皖南，这里是一条必要的通道。
三山区面积319.8平方公里，常住人口18.5万。
“十一五”期间，三山区将充分发挥后发优势、资源优势，抢抓机遇，在国家实施促进中部崛起战略的带动下，主动承接沿海发达地区及长三角地区产业梯次转移的辐射，把三山区打造成一个集电能生产基地、现代船舶制造基地、绿色食品加工基地、轻纺制造业基地、特色农业基地、新型现代化物流中心及旅游休闲观光为一体的绿色新城区。
厂址选择在三山区的另一个重要原因是因为三山区及其周边地区有专门的蔬菜种植基地，其中就有马铃薯的种植，并且产品质量优，非常适合作为深加工原料。
这样便于节约运输成本，而且芜湖作为皖江城市带的一员，其交通便捷，与安徽、江苏、浙江各大城市关系密切，而且其临近长江，如此便利的交通线路，有助于薯片加工的原材料的运入，产品的销售及运出。
由此可见，厂址选择在芜湖的三山区占尽地理、人和的优势。
第2章车间平面设计与工厂工艺设计
2.1生产工艺流程的确定
2.1.1生产工艺流程及流程图举例
一般情况下，马铃薯片生产工艺都要经过以下流程：
原料→预处理→清洗→去皮→切片→漂洗→护色→油炸→调味→冷却→包装→抽检
一般马铃薯片的生产工艺流程都相差不大，但是随着科技的进步，技术不断改进，我们通过新技术改进了上述工艺流程中的一个不足之处：
把马铃薯片先脱水，然后粉碎后调料，最后通过压片的方法制成完整的椭圆形马铃薯片，这样避免了切片不完整的马铃薯片无法加工而浪费的现象，大大提高了其经济效益。
在本次工艺流程的确定中，我们以油炸成型马铃薯片举例说明。
具体工艺如下：
2.1.2工艺流程说明
1.选料选择块茎整齐，大小均匀，表皮薄，芽眼浅而小，还原糖含量低，干物质含量高的马铃薯，剔除发芽、变绿、病变等不合格薯块。
2.预处理用机械把马铃薯上沾染的泥土杂质清洗干净后，采用蒸汽去皮法除去马铃薯外表皮。
3.切片一般切成1.5mm厚的薄片，使薯片能得到均匀的热处理。
薯片太薄，固体损耗会增加，也使风味受损。
4.预煮马铃薯片在71℃~74℃的水中加热20min，使淀粉彻底糊化，经冷却后淀粉老化回生，使制得的薯泥粘度降到适宜程度。
5.冷却用冷水冲洗薯片，除去表面游离的淀粉。
避免在干燥期间发生粘胶或烤焦。
6.蒸煮将马铃薯薄片在常压下用蒸汽煮30min。
7.磨碎蒸煮后的薯片立即磨碎成泥，应避免薯片内细胞破裂，使成品复水性差。
成泥后可注入食品添加剂（乳化剂、抗氧化剂等）和调味料，并混合均匀。
8.干燥在微波干燥机中进行，干燥成型后可得到块状干燥的马铃薯片，含水量在8%以下。
9.粉碎将上述干燥后的马铃薯片用粉碎机碎成细粉。
10.混合将乳化剂、磷酸盐、抗氧化剂等先用适量温水溶解，然后加入配方中所有水与马铃薯粉混合成均匀的面团，为防止马铃薯中还原糖对成品色泽的影响，可以在面团中加入少量活性酵母，先经过发酵消耗掉面团中发酵的还原糖。
11.压片与成型先把面团用辊式压面机压成3mm厚的连续面片，然后用切割机切成直径为6cm左右的椭圆薄片。
12.油炸本处采用真空油炸工艺。
真空油炸系统包括油炸罐、贮罐、真空系统、加热部分等、真空系统采用水环式真空泵，在真空罐内产生93.3kpa以上的真空度。
真空油炸时，先在贮油罐内注入1/3容积的食用油，加热升温至95℃，在5min内将真空度提高至86.7kpa，并在10min内将真空度提高至93.3kpa，此过程有大量泡沫产生，薯片上浮，可根据实际情况控制真空度，以不产生暴沸为限。
待泡沫基本消失，油温开始上升，即可停止加热，然后使薯片与油层分离，在维持油炸真空度的同时，开启油路连通阀，油炸罐内的油在重力作用下，全部流回贮罐内，先关闭各罐体的真空阀，再关真空泵，缓慢开启油炸罐连接大气的阀门，最后使罐内压力与大气压一致。
13.脱油趋热将薯片置于离心机中600r/min维持8min，进行离心脱油并冷却分级。
14.包装、抽检最后得到成品马铃薯片，真空充氮包装。
每批次产品都要进行随机检查、化验。
2.2车间平面设计
根据马铃薯片生产的工艺要求，并结合实际的生产情况，本厂生产车间的布局如下：
1.原料库原料库用于原料的存储，其中设有调节温度的装置，可以根据马铃薯的特性提供合适的贮藏条件。
2.预处理车间用于对新鲜马铃薯的清洗和去皮工作，位置处于原料库与加工车间之间。
3.生产车间新鲜马铃薯经过预处理以后，通过运输带传送到加工车间，经过各个环节：
切片、蒸煮、磨碎、干燥、压片、油炸、包装等最终生产出成品。
生产车间是本厂的主体所在。
4.成品暂存库用于临时贮存最新生产出来还未抽检的油炸马铃薯片成品的仓库。
5.包装材料库用于存放包装材料的车间，位置处于生产车间包装机附近，便于包装材料的输运。
6.化验室用于进行产品的原料和产品的质量检验。
7.更衣室、卫生间在整个车间的进口处，方便工作人员的更衣等。
8.配电室、机修车间用于车间的电力输送，调整等。
机修车间是为机器出现故障时提供必要的保证。
2.3产品方案及班产量的确定
2.3.1产品方案的确定
传统生产油炸马铃薯片的工艺是把形状大小差不多的新鲜马铃薯切成直径6~8cm的薄片进行油炸，然后再进行调料，最后包装做成产品。
这样操作虽然简单，但原料马铃薯的大小、形态要求太过苛刻，而且切片后剩余的边角料也会浪费掉。
本次生产采用新型加工工艺，把马铃薯切片处理以后，粉碎、干燥、混合，然后压片成所需大小、形状，再通过真空油炸工艺生产出马铃薯片成品，避免了上述问题，节约了成本，制造了更多的经济效益。
本厂生产线2条，分别是年产3200吨油炸马铃薯片生产线一条和年产2000吨的油炸马铃薯片生产线一条。
2.3.2产品班产量的确定
班产量是工艺设计最主要经济基础，直接影响到车间布置、设备配套、占地面积、劳动定员和产品经济效益、影响班产量的因素有：
原料的供应、设备生产能力和市场销售状况等。
一般情况下，食品工厂班产量越大，单位产品成本越低，效益越好。
考虑到生产过程中实际情况，每年实际生产天数可认为300天，每天分做2班，不区分淡旺季。
产品班产量可通过如下公式计算：
Q班=Q总/（k×2t）
式中k———设备不均匀系数，可取0.83；
t———生产天数
Q总———年生产总量（吨）
因此，油炸马铃薯片班产量为10吨。
同时，也可计算出日产量，根据如下公式：
Q日=Q班×2k
式中k———设备不均匀系数，可取0.83；
Q日———每日生产量（吨）
因此，可计算出，本次设计每日实际生产薯片16.6吨。
2.4物料衡算
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。
本次设计产品最终分为四种包装，大、小袋包装和高、矮罐包装。
其产品组成方式如表2-1所示：
表2-1产品组成方式
种类
规格
年产量（吨）
日产量（吨）
日产
小袋包装
20g/袋
480
1.6
8万袋
大袋包装
60g/袋
1440
4.8
8万袋
矮罐包装
50g/罐
900
3.0
6万罐
高罐包装
120g/罐
2160
7.2
6万罐
总计
4980
16.6
根据油炸马铃薯片的配方可计算出每1000kg产品所需的成本，如表2-2所示：
表2-2油炸马铃薯片配方用量（1000kg产品）
成分名称
添加量
含量（千克）
价格（元/吨）
总价（元）
新鲜马铃薯
2800
1000
2800
棕榈油
280
7000
196
乳化剂
0.80%
8
45000
360
酸式磷酸盐
0.20%
2
26000
52
食盐
0.50%
5
1000
5
柠檬酸
0.15%
1.5
9000
13.5
抗氧化剂
0.05%
0.5
70000
35
香辛料
0.80%
8
25000
200
总计
3661.5
另外，最终的产品除了油炸马铃薯片成品本身以外还有包装材料费用，如表2-3所示：
表2-3包装规格及费用（日消耗量）
名称
规格
单价（元）
日消耗量（个）
总价（元）
小袋包装
20g/袋
0.06
8000
480
大袋包装
60g/袋
0.10
8000
800
矮罐包装
50g/罐
0.20
6000
1200
高罐包装
120g/罐
0.30
6000
1800
纸箱
1.80
1000
1800
总计
6080
2.5设备选型
2.5.1设备选型的依据
物料计算是设备选型的依据，而设备选型要符合工艺的要求。
设备选型是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，又是工艺设计的基础，并且为动力配电，水、汽用量提供依据。
设备选型应根据每一个品种、单位时间（小时或分）产量的物料平衡情况和设备生产能力确定所需设备的台数。
若有几种产品都需要共同设备，在不同时间使用时，应按处理量最大的品种所需要的台数来确定。
对生产中的关键设备，除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑备用设备。
一般后道工序设备的生产能力要略大于前道工序，以防物料挤压。
在选择设备时，要按照下列原则进行：
（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量。
（2）作为大型食品加工工厂，应选用较先进的、机械化程度较高的设备；
（3）所选设备能充分利用原料，能耗少，效率高，体积小，维修方便，劳动强度低，并能一机多用。
（4）所选设备应符合卫生要求，易清洗拆装，与食品接触的材料要抗腐蚀，不致对食品造成污染。
（5）设备结构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、压力、酸碱度等）。
（6）在温度、压力、真空度、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系统。
2.5.2主要设备及其参数
1）清洗机（1台）：
型号SQX800||（通过式）；处理能力600~700kg/h；尺寸4000×1500×1800mm；规格9kw/380v.
2）脱皮机（1台）：
型号RYHP500（国内型）；处理能力500~800kg/h；尺寸2286×1200×1705mm；规格3.4kw/380v.
3）切片机（1台）：
型号QS600；处理能力600kg/h；尺寸1030×910×990mm；规格1.5kw/380v.
4）夹层锅（2台）：
型号GT6J-5CE；容量500L；工作压力0.3~0.5Mpa；尺寸1640×1170×1110mm；
型号GT6J-3CE；容量300L；工作压力0.3~0.5Mpa；尺寸1320×970×960mm.
5）粉碎机（1台）：
型号QCJ-30气流涡旋微粉机B2（全不锈钢）；处理能力30~800kg/h；粉碎粒度5~300μm；配套动力（粉碎盘22kw分级叶轮4kw喂料器0.55~0.75kw）26.5~27.0kw.
6）干燥机（2台）：
型号VYS-40HM8（微波加热）；微波频率2450±50MHz；微波输出功率≥40kw（可调）；干燥量250~400kg/h；外形尺寸13600×1165×1700mm.
7）调味机（2台）：
型号KWJ-1000；处理能力80~120kg/h；外形尺寸1660×1050×1680mm；规格0.75kw/380v.
8）油炸机（2台）：
型号QS-LVF-300（真空油炸机）；处理能力280~320kg/h；处理时间25~40分钟/次；极限真空度0.096~0.1Mpa；加热源为蒸汽；加热方式为列管加热；脱油方式为真空离心脱油；脱油转数500~750n/min；冷却水量80t/h；产品含油量15~18%；产品含水量≤3；
型号QS-LVF-150（真空油炸机）；处理能力140~200kg/h；处理时间25~40分钟/次；极限真空度0.096~0.1Mpa；加热源为蒸汽；加热方式为列管加热；脱油方式为真空离心脱油；脱油转数400~600n/min；冷却水量60t/h；产品含油量15~18%；产品含水量≤3.
9）包装机（2台）：
型号SGJ760（全自动充氮式）；计量范围20~1000g；包装速度30~65次/分钟；制袋尺寸（50~340）×（80~370）mm；称量精度±0.2%；压缩空气要求0.6Mpa0.65m3/min；电源5.5kw/380v.
10）制氮装置（2套）：
型号AG-Mini-8；氮气纯度≥97%；氮气产量12.2Nm3/h；气源压力0.6~1.0Mpa；产氮压力0.1~0.6Mpa；氮气出口管径DN8mm.
11）自动封箱机（带喷墨机）：
型号HF-6050，尺寸2400×1350×2000mm.
12）金属探测仪：
型号JS500A;尺寸1500×800×1200mm；规格1.0kw/220v.
13）输送带（包括电机）：
尺寸80000×500mm；总装机功率20kw.
第3章辅助部门设计
3.1仓库
食品仓库是物料量较高的一种部门，仅原辅材料、包装材料和成品这三种物资，其总量约等于成品净重的3～5倍，而这些物料在工厂的停留时间往往以星期或者月作为单位计算的。
因此，食品厂的仓库在全厂建筑面积中往往比较大的比例。
因此，在工厂设计中在总体布局中对仓库的容量和在总平面中的位置要考虑清楚。
3.1.1原料库
原料库作为原料的接受部门是非常重要的，因为生产的第一环节是原料的接受。
本次设计的仓库主要用于新鲜马铃薯的贮藏，只需常温库即可，面积约为400m3。
同时考虑到原料的接受大多数设在场内，结合工厂的布置情况，本设计中把原料接收站作为生产的首要环节。
因此，原料库设在生产车间的进口处。
3.1.2包装材料库
本设计中，包装材料库主要用于放置成品薯片的包装材料。
其位置紧靠生产车间中的包装机械区，另外，包装材料库对车间外开一道门方便包装材料的运入和运出。
3.2化验室
化验室的职能是对产品和有关原材料进行卫生监督和质量检查，确保这些原材料和最终产品符合和国家卫生法和有关部门颁发的质量标准和质量要求。
化验室的任务可按检查对象和项目来划分。
其检查对象一般有：
原料检验、半成品检验、成品检验、包装材料检验、各种添加剂检验、水质检验、环境监测等；其检验项目一般有：
感官检验、物理检验、化学检验、微生物检验等。
它的组成一般是按检查项目来分的，它分为：
感官检验室、物理检验室、化学检验室、空管检验室、精密仪器室、细菌检验室（包括预备室，及消毒洗手间、无菌室、细菌培养室、镜检室等）、储藏室等。
本设计中，化验室主要用于对抽查产品进行感官评定、理化检测、微生物检测。
这些是保证产品质量必不可少地过程，将化验室设在车间内，方便对产品质量从原料进入到车间成品入库进行全过程检测、控制。
3.3机修、配电车间
为适应生产扩大的需要，留有适当的变电设施的土建余地。
分配电装置和启动控制设备采取防水汽、防腐蚀措施。
机修车间与主要生产车间保持了适当的距离，使它既不相互影响，又联系方便。
本厂机修车间由机械加工、冷作以及模具锻打等部分组成，作为附属部分，还包括木工车间和五金仓库。
在车间中还需要考虑一个小的机修间，主要作为设备小配件、零星维修使用。
主要参考文献
［1］马海乐主编《食品机械与设备》.北京：
中国农业出版社，2008
［2］李洪军主编《食品工厂设计》.北京：
中国农业出版社，2005.
［3］王颉主编《食品工厂设计与环境保护》.北京：
化学工业出版社，2006.
［4］尚永彪、唐浩国主编《膨化食品加工技术》.北京：
化学工业出版社，2007.
［5］李远志、
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