醋的工厂设计.docx
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醋的工厂设计
江西科技师范学院
化工原理课程设计报告书
专业：
食品科学与工程
班级：
食品科学与工程1班
姓名：
章辉孙笑颜王海清
设计题目：
110000吨食醋工厂
*******
2010年11月7日
第一章总论
绪论---------------------------------------------------------------------------------2
第一节 设计依据---------------------------------------------------------------2
第二节 设计原则---------------------------------------------------------------2
第三节主要原辅料供应情况--------------------------------------------------5
第二章总平面布置及运输
第一节 总平面布置（图纸）
第二节 工厂运输---------------------------------------------------------------6
第三章 劳动定员----------------------------------------------------------------6
第四章车间工艺
第一节 工艺流程及相关参数-------------------------------------------------7
第二节 物料衡算--------------------------------------------------------------8
第三节 设备及相关管道选型配套明细表---------------------------------10
第五章管道设计
第一节管道计算与选用--------------------------------------------------------11
第二节管道附件与选用--------------------------------------------------------11
第三节管路布置（图纸）
第六章项目经济分析
第一节 产品成本与售价-------------------------------------------------------11
第二节 经济效益----------------------------------------------------------------12
第一章总论
绪论
醋，是由古代酿酒大师杜康的儿子黒塔发明而来，因黒塔学会酿酒技术后，觉得酒糟扔掉可惜，由此不经意酿成了“醋”。
山西老陈醋、镇江香醋、福建红曲米醋与“保宁醋”并列为清代流传至今的“四大名醋”。
食醋大致可分为3种,即酿造醋、合成醋、白醋。
我国最多的是酿造醋。
科学分析表明,酿造醋除含有5%-20%的醋酸外,还含有氨基酸、乳酸、琥珀酸、草酸和烟酸等多种有机酸,蛋白质、脂肪、钙、磷、铁等多种矿物质,维生素B1、B2、糖分以及芳香性物质醋酸乙醋。
而以米为原料酿成的米醋,有机酸和氨基酸的含量最高。
现代营养学、医药学研究表明，醋对人体健康有以下功能：
首先，醋含有丰富的有机酸，能促进糖代谢，能使肌肉乳酸和丙酮酸等疲劳物质分解，能推迟和消除疲劳。
有机酸有很强的杀菌力，据试验，伤寒沙门氏菌在醋中1Omin被杀死，副溶血性弧菌在醋中15min死亡。
生食蔬菜时拌点醋，既可保持营养、帮助消化，又可预防肠道疾病。
有机酸还能使食物中所含钙、磷、铁等无机物溶解，有利于消化吸收。
其次，醋中的氨基酸和挥发性物质，能刺激大脑神经中枢，提高消化液分泌，增强消化功能。
氨基酸、有机酸、甘油和醛类等对皮肤有柔和的刺激作用，能使血管扩张，增加血液循环，并能杀灭皮肤上的细菌，有护肤美容作用。
醋能抑制和降低人体衰老过程中过氧化脂质的形成，减少老年斑，延缓衰老。
醋含有丰富的钾、钠、钙、镁等碱土金属元素，入胃后作用呈碱性，能调节血液的酸碱平衡，维持人体内环境的相对稳定，减少因体液酸化诱发的动脉硬化、高血脂、高血糖及高尿酸血等多种疾病。
第一节 设计依据
年产量110000吨。
因为醋的生产没有季节性，因此是全年生产，每年除去法定节假日29天以后还剩336天，每周上班6天，因此再除去44天，一年的工作日为292天，由此可以算出每天要生产379.3吨醋，工厂共四条生产线，每天按三班制上班，则每班要生产醋125.6吨，每小时的产量为17.2吨。
第二节 设计原则
食醋工厂设施和建筑的卫生设计是保证卫生操作规范有效实施的基本条件。
符合卫生设计要求的厂房和设施不但能提高产品的卫生和安全性，而且还有利于保持环境卫生。
新建、改建或扩建的食醋工厂应该有计划地按照卫生操作规范进行选址和设计。
1.食醋工厂的选址原则
1.1食醋工厂应有良好的卫生环境，无有害气体、放射源、粉尘及其他扩散性的污染源，如化工厂、水泥厂、医院、畜禽养殖场等。
食醋工厂应与其保持1.0-1.5km的距离。
同时还应该注意防止在乳制品工厂周围后期建设此类设施。
1.2食醋工厂应设在工矿企业或其他污染源的上风侧；且地势干燥、平坦，有充足的水，水质要好。
1.3食醋工厂应有较方便的运输条件。
生产车间与城市公路须有30m左右的隔离区，隔离区内须充分绿化。
1.4食醋工厂应有一定的供电条件（应有民用和工业用电线路）。
厂址面积大小应满足生产要求，并留有发展余地。
1.5乳制品工厂所处的位置在地势上相对周围要高些，以便工厂废水的排放和防止外面污水和雨水流人厂区。
2.总平面设计的卫生设计原则
2.1厂区布局紧凑合理，符合工厂生产工艺的要求；划分生产区和生活区，生产区和生活区必须严格分开，生产区内的各管理区通过设立标示牌和必要的隔离设施来加以界定，以控制不同区域的人员和物品之间的交叉流动；节约用地，并有一定的绿化用地。
2.2厂区的道路应该全部采用水泥和沥青铺制的硬质路面，路面要平坦，不积水、无尘土飞扬。
厂区内要植树种草进行绿化，以美化厂区环境。
裸露地面更应进行绿化，但车间旁不得种植能为鸟类提供食宿的树木或簇叶植物。
2.3主车间、仓库等应按生产流程布置，并尽量缩短距离。
全厂的货流、人流、原料、管道等应有各自的线路，力求避免交叉。
避免物料往返运输。
2.4生产区（各种车间和仓库等）和生活区（宿舍、托儿所、食堂、浴室、商店和学校等）、厂前区（传达室、医务室、化验室、办公室、汽车库等）和生产区分开。
2.5主车间应与食品卫生有影响的综合车间、废品仓库、及有大量烟尘或有害气体排出的车间、锅炉房间隔一定距离，并设在上风侧。
生产车间注意朝向，保证阳光充足，通风良好。
2.6食品工厂的主要建筑物、构筑物根据它的使用功能俱全合理。
3.生产车间的卫生设计原则
3.1一般规定
3.1.1建筑物柱网及层高应依据车间内设备布置的要求结合土建模数决定。
层高以4.5-6.Om为宜，车间内柱宜少。
3.1.2进出车间的人流和货流应分开。
在生产过程中的货流应按工艺流程设计，原辅材料、加工品、成品及废弃物进出车间的通道应分开，避免往来交叉。
3.1.3车间面积应与生产能力相适应，控制操作人员密度，提供足够的人员操作空间，车间内人均工作面积不少于2m2。
3.1.4生产车间与加工人员的卫生设施，如更衣室、淋浴间和卫生间，在建筑上应该为联体结构。
3.1.5包装或灌装工段、乳粉干燥工段宜单独布置。
3.2建筑
3.2.1天花板
①天花板应当能够防潮、防霉、防灰尘的积聚和散落，表面涂层不脱落。
②天花板应当能够防止结露，在蒸汽较多的加工区域应当装置倾斜顶棚以防止冷凝水滴落污染加工品。
3.2.2墙面和隔断
①车间的墙面和隔断应该铺有2m以上的墙裙，墙裙用耐腐蚀、易清洗消毒、坚固、不渗水的材料铺制。
②车间的墙面和隔断要用浅色、无毒、防水、防霉、不易脱落、可清洗的材料覆涂。
3.2.3地面
①车间地面要用防滑、坚固、不渗水、易清洁、耐腐蚀、耐油的材料铺制。
②为便于排水和防止周围的水反流入车间，车间整个地面的水平在设计和建造时应该比厂区的地面水平高出不小于0.15m，并在建造时使地面有1.5％-2.0％的排水坡度，有良好的排水系统，保证排水通畅。
3.2.4门窗
①车间的门窗应用浅色、平滑、易清洗、不渗水、耐腐蚀的坚固材料制作，并有防蝇虫、防尘及防鼠设施。
如果在门外安装风幕，风幕应该具备一定的风速（最小为500m／min），以阻止昆虫和空气污染物的进入。
风幕的开关应该直接与门开关相连，以保证门一开风幕便开始工作，并持续到关门为止。
②车间供人员和原、辅材料出入的门口通道要有防蝇虫飞入的设施．
③车间内窗台离地应不少于lm，在设计上最好在车间内不设内窗台。
④生产过程中必须或可能要开启的窗户应当装设纱窗，纱窗应易于拆卸和清洗。
⑤进入清洁区的门应当是双向开或者向清洁区推开．能够自行关闭．
3.3人员卫生设施
3.3.1更衣室、卫生间和淋浴间
①加工车间必须设有与加工人员数量相适应的更衣室、卫生间和淋浴间，更衣室、卫生间和淋浴间应当设置在与车间相连接，但在生产区域之外并且不对生产区域的卫生构成危害的场所。
②更衣室需配备与人数相适应的更衣柜，更衣柜最好是用易清洗消毒的非木质材料制作，柜顶呈450斜面。
个人衣物、鞋要与工作服、靴分开分室放置。
更衣室要保持良好的通风和采光，室内安装紫外灯或臭氧发生器，对室内空气进行灭菌消毒，更衣室按照人均面积不低于0.5m2配备。
③卫生间的蹲位可按生产现场最大班操作人员数量的5％-10％配备。
卫生间的门应当能够自动关闭。
卫生间内应当设置排气、通风设施，直接排放到车间以外的地方。
卫生间的门窗不能直接开向加工工作区，卫生间的墙面、地面和门窗应用浅色、易清洗消毒、耐腐蚀、不渗水的材料建造，并配有冲水、洗手消毒设施，窗口有防蝇虫装置。
3.3.2其它卫生设施
①生产区域入口处设置符合要求、数量足够且处于正常使用的洗手、消毒及干手设施。
洗手的水龙头应为非手动开关（脚踏式或光电感应式），数量可按生产现场最大班操作人员数量的10％配备，200人以上每增加20人增加1个。
②生产区域入口处应当设置鞋、靴消毒池，消毒池的宽度要与门道同宽，长度应当大于2m，以常人不易跨过为宜．消毒水深5-10cm。
③车间的人员及物料进出口通道、与外界相通的排水口及通风口应当安装防蝇虫、防鼠设施。
第三节主要原辅料供应情况
1.主要原料：
高粱、大米、小米、玉米、甘薯干、马铃薯干；应符合GB2715-81《粮食卫生标准》的规定。
2.其他原料：
水：
应符合GB2760-85《生活饮用水卫生标准》的规定。
碳酸钙：
应符合GB2760-81《食品添加剂使用卫生标准》的规定。
氯化钙：
应符合GB2760-81的规定。
第二章总平面布置及运输
第一节 总平面布置（图纸）
第二节 工厂运输
考虑到运输要快捷方便，选用汽车和叉车为主要运输工具。
考虑到厂内仓库与车间、堆场与车间、车间与车间之间的货物分流，以确定原料、燃料等陆续供应，生产的产品源源不断的运出，在总平面设计时，厂内的道路设计应考虑短捷，厂区主干线一般为宽7-9m次干道6-7m,单驶宽度4m左右。
在设计厂内道路时，应考虑消防要求，如酒精厂为易燃物品，道路设计必须符合消防要求，使消防车能到达厂内所有建筑物。
根据是醋厂的特点，目前厂内道路布置的形式为循环式布置，即道路为环绕厂房建、构筑物的闭合系统的道路网，并保证物流、人流的运输方便、安全和高效以及消防的要求。
为使厂区保持环境整洁，厂区大门宜设两个以上，煤、渣、菌丝渣等物料应由边门出入，而正门一般通过生活用车辆或外来联系车辆。
第三章 劳动定员
1.工厂定员的依据主要为：
1.1工厂或车间的经营生产目标值或经营生产计划。
1.2劳动定额、产量定额、设备看管定额及服务定额。
1.3同类工厂及车间的定员资料情况。
1.4市场劳动力价值资料。
1.5管理方法及相应的成本资料等。
2.工人定员的确定：
一条生产线的定员情况：
装料＋看机器＋卸瓶＋洗瓶＋验瓶＋压盖＋验醋＋贴标＋装箱＋出箱入库
6人＋1人＋3人＋2人＋2人＋2人＋2人＋2人＋2人＋6人=28人
因为同类生产线有四条，三班连续生产，工人每六天休息一天，假设工人的出勤率为95%，则四条生产线所需定员人数为：
定员人数=（同类生产线数×每条定员人数×每日班数）÷95%
=4×28×3÷95%
=354人
第四章车间工艺
第一节 工艺流程及相关参数
1.液态深层发酵法酿醋的工艺流程图：
水酵母菌种醋酸菌种
↓↓↓
主要原料→粉碎→调浆→液化→糖化→酒精发酵→醋酸发酵
↑↑
细菌α-淀粉酶糖化剂
→过滤→配兑→灭菌→贮藏→包装→成品
2.工艺流程与相关参数
2.1原料处理
原料粉碎可用干法或湿法粉碎，干法粉碎细度应在60目以上，湿法粉碎细度应在50目以上，粉碎后的主料输入调浆池内，加水搅拌，假如细菌α-淀粉酶，用量为5-6单位/g原料，用10%的碳酸钠溶液调节粉浆pH值为6.2-6.4，加入主料重量0.1%的氯化钙，调节粉浆浓度为16°Be以上。
2.2液化
将粉浆溶液输入液化罐内，通蒸汽保持品温为85-90℃，时间为10-30min,然后升温煮沸10min后转入糖化罐。
2.3糖化
于糖化罐中将液化醪冷却至60-62℃，加入糖化剂（糖化酶制剂或麸曲、液体曲）。
用量为120单位/g原料，保持品温60℃左右，糖化30min以上，然后加水调至粉浆比水为1：
5-6.待冷至30℃左右时转入酒精发酵罐。
2.4酒精发酵
将处于繁殖旺盛期的菌种按10%的接种量加入酒精发酵罐的糖化醪内，定容至85%～90%发酵温度为30-34℃，发酵60-72h.
2.5醋酸发酵
将酒精发酵醪输入醋酸发酵罐，并于30℃左右按酒精发酵醪体积的10%接入醋酸菌种，然后定容至80%。
醋酸发酵罐现常用自吸式发酵罐，可省有空气压缩机等设备，发酵前期24h内，通风量控制在通入空气体积与发酵醪体积之比为0.07：
1/min，24h后至发酵结束升至0.1：
1/min，发酵温度控制在30-33℃。
2.6过滤
用耐腐蚀的泵将醋酸发酵醪压入板框压滤机过滤，收集过滤的清夜于贮池中备用。
2.7配兑、灭菌、陈酿与包装
测定滤液成分，按产品质量标准要求进行配兑，配兑后的产品用列管式热交换器加热灭菌，出口温度应达到70℃以上。
第二节 物料衡算
1.原料使用量：
以1000kg大米为计算单位
1.1淀粉原料生产酒精的总化学式为：
糖化：
（C6H10O5）n+nH2O→nC6H12O6
n×162n×180
发酵:
C6H12O6→2C2H5OH+2CO2↑
18092
理论上1000kg大米可以生产酒精的质量为：
ⅹ=92×1000÷162=567.9kg
加工过程中淀粉损失表
生产过程
损失原因
淀粉损失%
原料处理
蒸煮
发酵
粉尘损失
淀粉残留及糖分破坏
巴斯德效应、挥发和残留
0.4
0.5
6.8
总计损失
7.7
实际上1000kg大米可以生产酒精的质量为：
567.9×（100%-7.7%）=524.2kg
发酵过程为：
C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O
4660
根据碳原子守恒可得产生醋酸的质量为：
524.2×60÷46=683.7kg
因为发酵过程中损失为6.8%，因此实际可得醋酸的质量为：
683.7×（100%-6.8%）=637.2kg
1.2其他物料消耗量：
1.2.1细菌α-淀粉酶活力为500u/g，α-淀粉酶用量为：
（1000×1000×6）÷5000=1.2×103g=1.2kg
1.2.2氯化钙的用量：
1000×0.1%=1kg
1.2.3糖化酶活力为50000u/g，糖化酶用量为：
（1000×1000×120）÷50000=2.4kg
1.2.4酵母用量为：
1000×10%=100kg
1.2.5醋酸菌种用量为：
1000×10%=100kg
1.2.6本厂年产量为110000吨，因为醋的密度为1g/cm3，因此需要生产醋的体积为1.1×108L。
食醋的总酸度一般为5.0g/100ml,故需生产醋酸的质量为：
1.1×108L×5.0g/100ml=5.5×106kg
2.一年各种原料的用量：
①大米用量为：
1000×5.5×106÷637.2=8.6×106kg
②细菌α-淀粉酶用量为：
8.6×106×1.2÷1000=1.0×104kg
③氯化钙用量为：
8.6×106×1÷1000=8.6×103kg
④糖化酶用量为：
8.6×106×2.4÷1000=2.1×104kg
⑤酵母用量为：
8.6×106×100÷1000=8.6×105kg
⑥醋酸菌种用量为：
8.6×106×100÷1000=8.6×105kg
3.热耗量：
根据加工工艺可知，料液质量m=110000吨=1.1×108kg，料液比热容可取c=3.72[KJ/Kg.K]，加热过程总耗热量为Q1，料液由初温T0加热至90℃的过程中，设料液初温取T0=15℃，耗热量为Q2，
则Q2=m0（90-T0）
=1.1×108×3.72×（90-15）
=3.1×1010KJ
设热损失Q3，热损失为耗热量的15%：
Q3=15%×Q2=15%×3.1×1010KJ=4.7×109KJ
则总耗热量为Q1=3.1×1010KJ＋4.7×109KJ=3.6×1010KJ
4.电耗量为：
3.6×1010KJ÷3600=1×107Kw/h
5.水耗量：
生产醋的耗水系数按5计算，则耗水为1.1×108L×5=550000吨。
第三节 设备及相关管道选型配套明细表
设备及相关管道选型配套明细表
序号
设备名称
台数
规格
材料
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
粉碎机
料泵
调浆罐
液料高位槽
液化罐
糖化罐
补糖罐
酒精发酵罐
自吸式醋酸发酵罐
板框压滤机
滤液配兑池
贮存罐
3
5
2
2
6
3
2
6
8
10
1
90
4t/h
4.5t/h
V=6m3
V=6m3
V=100m3
V=200m3
V=3m3
V=100m3
V=100m3
KP-629
V=40m3
CS（碳钢）
CS（碳钢）
CS（碳钢）
CS（碳钢）
CS（碳钢）
CS（碳钢）
CS（碳钢）
CS（碳钢）
CS（碳钢）
CS（碳钢）
SS
SS
第五章管道设计
第一节管道计算与选用
根据以上工艺参数，可以确定液料的流量为:
Q=125.6÷4÷8=4t/h=4m3/h
若取流速为25m/s，则管道的截面积为:
S=Q/V=4m3/h÷25m/s=44.5cm2
则管径R=75.2mm,若选管径为80mm，则可以计算得流速为22m/s,故选择碳钢管可以满足生产需要。
第二节管道附件与选用
1.弯头：
根据管路图可以得到，管道转弯角度为90°，因此可选用90°弯头。
2.法兰：
因为管道材料为碳钢，因此选用法兰连接。
为了管道清洗时能清洗彻底，选用松套法兰。
第三节管路布置（图纸）
第六章项目经济分析
第一节 产品成本与售价
1.产品成本计算：
1.1大米的价格为4元/千克，则大米成本为：
8.6×106×4=340万元；
1.2α-淀粉的价格为68元/千克，则所需成本为：
1.0×104×68=68万元；
1.3氯化钙的价格为2元/千克，则所需成本为：
8.6×103×2=17万元；
1.4糖化酶的价格为7.2元/千克，则所需成本为：
2.1×104×7.2=15万元；
1.5酵母可由一只小小试管的菌种培养成发酵需要的大量酵母，估计所需成本8万元；
1.6醋酸菌也可以买菌种培养，估计所需成本10万元；
1.7一般工业用电价格则为0.703元，则所需成本为:
1.0×107×0.703=703万元；
1.8工业用水价格为3．4元／m3，则所需成本为：
550000×3.4=187万元；
1.9包装费：
包装采用玻璃瓶，每瓶可装500ml，则需要玻璃瓶个数2.2×108，每只价格按0.7元计算，则所需成本为：
2.2×108×0.7=1500万元。
则产品的成本为：
340＋68＋17＋15＋8＋10＋703＋187＋1500=2848万元。
2.售价
目前国内市场酿造食醋的价格比较贵，500ml瓶装的出厂价格大概为2元，则一年生产的食醋可以买2.2×108×2=44000万元
第二节 经济效益
一年内机器折旧费和维修费按30万元计算，工人每月平均工资为1600元，一年的工资为354×1600×12=680万元，由以上计算可知，每年产品可盈利44000－2848－30－680=40442万元。
参考文献
1吴思芳.发酵工厂工艺设计概论.北京：
中国轻工业出版社，2005年.
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中国轻工业出版社，2006年.
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中国轻工业出版社.
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广东经济出版社，1998年.
10诸亮等编.发酵调味品生产技术.北京：
中国轻工业出版社，1998年.
11王瑞芝等编.中国腐乳酿造.北京：
中国轻工业出版社，1998年.
符号说明：
c———料液比热容;
Q1———总耗热量;
T0———料液初温;
Q2———由料液初温T0加热至90℃的耗热量;
Q3———热损失;
Q———液料的流量;
S———管道的截面积;
R———管径.
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