年产xx吨全脂乳粉工厂设计

目录

1. 设计任务书 ........................................... 3 2. 设计说明书 ........................................... 5 2.1 项目概述 ............................................ 5 2.2 原材料及产品的主要技术规格 .......................... 7 2.3 生产流程简述 ........................................ 8 2.4 原材料、动力（水、电、汽、气）消耗定额及消耗量 .... 14 2.5 设备的选型 ........................................ 23 2.6 存在的问题及建议 ................................... 29 2.7 设计参考文献 ....................................... 29 3. 设计结果评述 ........................................ 30 4. 小组成员及分工 ...................................... 31 5. 附表格及图纸 ........................................ 31 5.1 车间主要设备一览表 ................................... 5.2 车间主要物料衡算图 ................................... 5.3 车间动力衡算图(水、蒸汽、压缩空气、热量、冷量等) .......... 5.4 生产工艺流程图 ....................................... 5.5 车间平面布置图 .......................................

1、设计任务书

项目名称：年产10000t乳粉项目工艺设计 1.1 建设规模、产品方案、生产方法和工作制度 1． 建设规模：年产10000t。

2． 产品方案：本项目仅生产全脂乳粉。产品应满足GB

19644-2010的要求。参考GB 5410-1999，如有相同条款，以GB19644-2010为准。

3． 生产方法：以新鲜优质牛乳为原料，经标准化、杀菌、并经

真空浓缩、喷雾干燥后所获得的产品。

4． 工作制度：年工作日按300d计，其中浓缩工段及喷雾干燥

工段均按四班三运转进行。

1.2 建设地点为南方某市其气候条件为：

年平均气温：15.3℃

历年平均最高气温：38℃ 历年平均最低气温：-14.2℃

最热平均相对湿度：85%

最冷平均相对湿度：75% 年平均气压：1016.5mP 夏季平均气压：1004.5mP 年均风速：3.6m/s 年均降落量：1025.6mm 日最大降水量：219.6mm

1.3 达到的技术经济指标

标准化原料乳固形物含量11.6%；浓缩操作应去除原料乳中70%-80%的水份、每蒸发1kg水份蒸汽消耗不高于0.4kg ; 喷雾干燥的热效率不低于50%、产品的含水量不高于2.5%。

吨产品其主要的原料及动力消耗为： 1. 鲜牛乳9.09吨 2. 水:50吨 3. 蒸汽:5.26吨

1.4设计要求

就该乳粉车间进行工艺设计，要求完成：

1． 确定合理的工艺路线，提供工艺流程示意图； 2． 进行工段的工艺计算，包括物料、热量、水、压缩空气

耗量等平衡计算，并提供相应的工艺计算平衡图； 3． 对标准设备及非标设备的数量进行计算，选定标准设备

型号并就至少一种非标设备的结构进行简单的结构计算，提供所需设备的一览表并至少提供一种非标设备的总装图。

4． 绘制带控制节点的工艺流程图； 5． 绘制车间设备布置图； 6． 编写初步设计说明书。 2. 设计说明书 2.1 项目概述

2.1.1产品介绍

乳粉，就是以新鲜牛乳为原料，或者以新鲜牛乳为主要原料，添加一定数量的植物或动物蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等配料，经杀菌、浓缩、干燥等加工工艺除去大部分水分而制成的粉末状产品。 2.1.2中国乳制品行业发展现状及前景

中国乳制品行业起步晚，起点低，但发展迅速。特别是改革开放以来，奶类生产量以每年两位数的增长幅度迅速增加，远远高于1%的同期世界平均水平。中国乳制品产量和总产值在最近的10年内增长了10倍以上，已逐渐吸引了世界的眼光，但同时，中国人均奶消费量与发达国家相比，甚至与世界平均水平相比，差距都还十分悬殊。令人鼓舞的是，近两年政府出台了一系列有利于乳业持续快速发展的政策，中国乳制品行业正面临增长方式的转变，以市场化、法制化、规范化的不破坏资源生态的生产方式，从源头抓起，从整个乳业产业链抓起，以现代的营销观念，迎接新一轮高品质发展周期的到来。

中国乳品消费在逐步扩大，但目前成规模的消费市场还远没有形成。中国许多人还没有喝牛奶、食用乳制品的习惯，尤其是农村市场还远没有打开，还有相当部分的人因经济条件所限消费不起，消费习惯的培养还需要一个过程。乳企须研究中国乳业发展的规律，找到一个比较合理的增长速度，加强乳业发展的计划性。

纵观以往喧嚣的中国乳制品行业，其焦点一直围绕在价格战、奶源战、资本战、圈地战、广告战、口水战等方面，但2007年竞争的话题显然已转移到以产品创新、工艺创新为代表的研发大战。各个乳

制品企业推出的新品无一不注重科技含量，也更加侧重功能性。中国乳业已进入了新的竞争阶段。针对国内消费观念逐渐成熟、从“有奶喝”转为“喝好奶”的需求日益强烈，竞争也上了一个新台阶，从低端的价格大战走向高端的技术、产品比拼；从原始的广告战、价格战变为对行业健康、长远发展具有促进作用的差异化竞争。

随着中国乳业的迅速发展，产品结构发生很大的变化，已成为技术装备先进、产品品种较为齐全、初具规模的现代化食品制造业，随着中国人民生活水平的逐渐提高，乳制品消费市场会不断扩大并趋于成熟，中国将成为世界上乳制品消费最大的潜在市场。

2.2原材料及产品（包括中间产品）的主要技术规格 2.2.1原材料技术规格

色泽为乳白色或稍带微黄色的均匀胶体流体，略带甜味和牛乳的特有

标准化——0.875% ，均质——0.1% ，杀菌——0.05% ，浓缩——48% ，喷雾干燥——75%，过筛——0.5%。

设每天所需原料量为W(t/d)，则

W（1-0.05%）（1-0.05%）（1-0.875%）（1-0.1%）（1-0.05%）（1-48%）（1-75%）（1-0.5%）= 1000/300

解得 W= 260.3t/d （1）每天所需原料乳的质量为261t/d

（2）取过滤的损失率为0.05%，则经过滤后的质量为 261×（1-0.05%）=260.87t/d （3）取净化的损失率为0.05%，则经净乳后的质量为 260.87×（1-0.05%）=260.74t/d （4）2.4.2中算得标准化的损失率为0.875%， 则经均质后的质量为

260.74×（1-0.875%）=258.46t/d （4）取均质的损失率为0.1%，则经均质后的质量为 258.46×（1-0.1%）=258.20t/d （5）取杀菌的损失率为0.05%，则经杀菌后的质量为 258.20×（1-0.05%）=258.07t/d （6）取浓缩的水分蒸发率为48%，则经浓缩后的质量为 258.07×（1-48%）=134.20t/d

（7）取喷雾干燥的水分蒸发率为75%，则经喷雾干燥后的质量为 134.20×（1-75%）=33.55t/d

（8）取过筛的损失率为0.5%，则经过筛后的质量为 33.55×（1-0.5%）=33.38t/d 2.4.2 动力（水、电、汽、气）消耗定额及消耗量 2.4.2.1水平衡计算：

原料乳在净化后的应立即冷却到5~10℃，以抑制细菌的增长，保持乳的新鲜度。冷却在板式换热器中进行：

设：原料乳进口温度：T1=20℃，出口温度：T2=10℃；

冷水进口温度：t1=0℃，出口温度：t2=4℃： 已知：W乳=258.2t/d = 10.76t/h，C乳=3.894kJ/(kg·℃)， C水=4.20kJ/(kg·℃),则：

冷却水用量为：W1= C乳×G(T1-T2)／C水（t1-t2）

=3.894×10.76×(20-10)／(4.20×(4-0)) =25.0t/h 所以：换热器的用水量25.0t/h 2.4.2.2空气用量计算： ①基本参数：

已知：干燥设备的处理量为：M0=134.20÷24=5.592t/h

喷雾干燥塔内水分含量:52%→2% 设定：喷雾干燥室蒸发量W=4500kg/h。

0水的比热：CP?4.187kJ/kg?C，乳粉干物料比热：

CP干?2.09kJ/kg?0C，

??t?45Ct?70C， 入出浓缩乳进料温度：，离开喷雾干燥塔温度：

浓缩乳含水量：52%，喷雾干燥产品含水量：2%，

新鲜空气温度：15.3℃，新鲜空气相对湿度： 80%。 ②喷雾干燥部分比容计算：

【表9】 设计参数 参数 温度T/℃ 相对湿度/% 湿度rm/(kg水/kg干空气) 焓H/kJ/kg 新鲜空气 15.3 80 0.011 49 热空气 150 0 0.011 182 废气 80 12 0.035 176 公式：v?4.64?10?3??0.622??m???273?t?（单位：m3/kg） 新鲜空气比容:v0=4.64×10-3×(0.622+0.011)×(273+15.3) =0.847m3/Kg

热空气比容：v1=4.64×10-3×(0.622+0.011)×(273+150) =1.24m3/Kg

废气比容：v2=4.64×10-3×(0.622+0.035)×(273+80) =1.08m3/Kg

干燥室内空气的平均比容：(v1+v2)/2=1.16 m3/Kg

绝干空气用量L=W/(rm2-rm1)= 4500/(0.035-0.011)=187500kg/h 需要新鲜空气的体积：V0 =L×v0=187500×0.847=158812.5 m3/h 热空气体积：V1 =L×v1=187500×1.24=232500.00 m3/h 干燥过程热空气用量Vop?L?vop?187500×1.16=217500.00 m3/h 废气容积：V2 =(L+W)×v2 =(187500+4500)×1.08=207360 m3/h 2.4.2.3消耗蒸汽量衡算：

物料进口温度：94℃ ，物料出口温度：45℃

进料浓度：11.9% ，出料浓度：48% 原料液处理量：M=258.07÷24=10.76t/h

【表10】三效降膜式蒸发器各效参数

项目 蒸发温度/℃ 真空度p/kPa 加热蒸汽温度T/℃ 物料进口温度t1/℃ 物料出口温度t2/℃ 出料浓度X/（%） Ⅰ效 70 69 81 94 70 21 Ⅱ效 57 83 70 70 57 30 Ⅲ效 45 90 57 57 45 48 水分总蒸发量：W=M×(1-X0÷X3)=10.76×（1-11.9%÷48%）=8.10 t/h 各效消耗蒸发量

W1=M×(1-X0÷X1)=10.76?（1-11.9÷21）=4.663 t/h

W2=(M-W1)×(1-X1÷X2)=(10.76-4.663)×(1-21÷30)=1.829 t/h

W3=(M-W1-W2)×(1-X2÷X3)=(10.76-4.663-1.829)×(1-30÷48)=1.601 t/h 2.4.2.3热量衡算 1.预热

从6℃加热到75℃，15min

Q1=MCp(t2-t1)=10.76×103×4.187×(75-6)=3.109×106kJ/h 2.杀菌

条件：杀菌条件：85℃，15s

Q2= MCp(t3-t2)=10.76×103×4.187×(85-75)=4.51×105kJ/h 3.浓缩

蒸发水分所需热量

【表11】 不同温度水蒸汽的热焓 R（生蒸汽） R0 R1 R2 R3 蒸汽温度/℃ 热焓/kJ/kg 164.7 2071.5 81 2307.9 70 2331.3 57 2366.5 45 2389.5

Q1=W1×H1=4.663×103×2331.3=1.087×107kJ/h Q2=W2×H2=1.829×103×2366.5=0.433×107kJ/h Q3=W3×H3=1.601×103×2389.5=0.386×107kJ/h 4.干燥

①带入热量计算： ⑴热空气带入热量

已知：热空气温度为150°,焓H1=182kJ/kg；

每小时绝干空气用量：L=187500kg/h 则：Q1=L×H1=187500×182=3.41×107kJ/h

⑵物料带入热量

已知：物料5592kg/h，物料比热:Cp=4.187kJ/(kg℃)，浓缩乳进料温度：45℃

则：Q2=G×Cp×t入=5600×4.187×45=0.1055×107kJ/h

所以：带入总热量：Q入=Q1+Q2=3.41×107+0.1055×107=3.51×107kJ/h ②带出热量计算： ⑴废气带出热量

已知：废气温度为80℃，焓H2=176kJ/kg 则：废气排出量是进风量和水分蒸发量的总和：

Q1=(L+W)×H2 (187500+4500)×1.23×105×176=3.38×107kJ/h ⑵乳粉带出热量：

已知：干燥成品量：G=1398.17㎏/h；干物料比热:Cp=2.09KJ/kg℃ 乳粉出料温度：70℃

则：Q2=G×Cp干×t出=1398.17×2.09×70=2.05×105kJ/h

所以：带出总热量Q出=Q1+Q2=3.38×107+2.05×105=3.40×107KJ/h ③热损失计算：

损失率=（Q入-Q出）/Q入=（3.51×107-3.40×107）/3.51×107=3.1%

2.4.2.3耗冷量计算： 1.预处理冷藏耗冷量：

根据物料衡算可知，原料乳的量为：G=261t/d

又知：原料乳从15.3℃下降到6℃，工艺要求在1h内完成，则所需耗冷量为：Q1 = Gc(t1-t2)/τ

= 216 ×3.894× （15.3-6）/1 = 7822×103 kJ/h 根据设计结果，一共有10个贮乳罐，则每个罐原料乳耗冷量为： Qf = Q1 / 10= 7822×103 / 10=782.2×103 kJ/h

相应的冷冻介质（2℃的冷水,出口温度为85℃）耗量为： M1 = Q1 / c(t2-t1) = 5022×103 / 4.18 × (85-2) =22.67×103 kJ/h 2.浓缩后冷却耗冷量：

将60℃的原料乳浓缩后，放入45℃左右。恒温箱保存。 耗冷量为： Q2 = G × c(t1- t2）

= 5600 × 3.5 （60 - 45）=294×103 kJ/h 3.喷雾干燥后冷却耗冷量：

将60℃左右的奶粉降温至30℃左右，干燥后的奶粉质量约为34t，所以此时耗冷量为：

Q3 = G ×c(t1-t2)= 1400 ×2.09×(60 - 30) =87.78×103 kJ/h 2.5 设备选型 2.5.1贮奶罐

根据物料衡算得，若想生产33.34t/d的乳粉, 则原料量为261t/d，经计算需要250961.54L/d(密度约为1.04g/ml)。选用上海瑞派公司的BPC-30型的贮奶罐9个，其主要参数为：【表12】

项目 名称 型号 罐体总高 (mm) 罐体外径 (mm) 进出口径 (mm) 电机功率 (kW) 公称容积( L) 设备重量（kg)

技术指标 BPC系列室外储罐

BPC-30 7850 2700 51 2.2 30000 3720

2.5.2配料罐

根据物料衡算得，若想生产33.34t/d的乳粉, 则原料量为261t/d，经计算需要250961.54L/d(密度约为1.04g/ml)。选用安达市天宏乳品机械制造有限公司生产的RZGC05-5000型配料罐6个，其具体参数如下：【表13】

项目 设备型号

技术指标 RZGC05-5000

设备容积

内胆

工作压力

夹套

电机功率 设备高度 直径

5000L 常压 ≤0.2MPa 2.2kw 4200 1500

2.5.3过滤器

根据物料衡算得，若想生产33.34t/d的乳粉, 则原料量为261t/d，经计算需要250961.54L/d。，可以选用郑州玉祥机械设备有限公司的双联过滤器，其主要参数如下：【表15】

项目 过滤面积（㎡） 过滤温度（℃） 使用压力MPa 进口管径 出口管径

外形尺寸mm(长×宽×高)

技术指标 0.75 ≤ 100 0.2 G2＂ G2＂

1300 ×500 × 1300

2.5.4净乳机

根据物料衡算得，若想生产33.34t/d的乳粉, 则原料量为261t/d，经计算需要250961.54L/d。选用江苏巨能机械有限公司的DHN550型的净乳机，其主要参数如下：【表16】

项目 机型

技术指标 DHN550

处理量（L/h） 进口压力（Mpa） 出口压力（Mpa） 电机功率（kw） 质量（kg）

外型尺寸（mm）长×宽×高

15000 0.05 0.1-0.5 22 2300 1950×1500×1960

2.5.5均质机

根据物料衡算得，均质量为10.875t/h。选用上海申鹿SRH4000型均质机，其具体参数如下：【表17】

项目 规格型号 柱塞根 额定流量升/小时 最大工作压力MPa 连续工作压力Mpa 电源（KW） 重量（Kg） 外形尺寸L×W×H(m)

技术指标 SRH4000-30

3 4000 30 24 40 1800 1.5×1×1.5

2.5.6板式换热杀菌器

根据物料衡算得，若想生产34t/d的乳粉, 则原料量为261t/d，即250961.54L/d。选用上海宣辰机械设备有限公司BR0.05型板式换热器，其具体参数如下：【表18】

规格 单片换热面积 ㎡ 板片尺寸 ㎜ 板片厚度 ㎜

BR 0.05 0.05 500 × 168

0.8

角孔直径 ㎜ 接管直径 ㎜ 波纹形状 平均板间距㎜ 可组合换热面积 ㎡ 最大允许使用压力Mpa 最高允许使用温度℃ 传热系数 W/ ㎡℃

38 28 人字形波纹

3.8 0.5 ～ 5 0.4 ～ 2

一般 120 ～ 160 ℃ 特殊可达 250 ℃

2000 ～ 6000

2.5.7三效蒸发浓缩器

根据物料衡算得，真空浓缩量为10.875t/h，经计算浓缩蒸发量为10.875×1000×48%=5220kg/h,选用江苏科威机械有限公司生产的SJN3-8000型三效外循环真空蒸发器，其具体参数如下：【表19】

项目 型号名称 蒸发量(KgH2O/h) 耗气量(Kg/h) 外形尺寸L×W×H (m) 循环耗水量(t/h) 蒸发温度(℃) 真空度(Mpa)

一效 二效 三效 一效 二效 三效

技术指标 SJN3-8000 8800 2200 9×3×5 40 85～90 70～75 55～65 -0.02～-0.04 -0.05～-0.06 -0.08～-0.09 1.25～1.4 0.05～0.09

浓缩比重 蒸汽压力Mpa

2.5.8喷雾干燥

根据物料衡算得，喷雾干燥量为134.20t/d，则喷雾干燥每小时蒸发的水分为134.20÷24×75%=4.20t/h，即蒸发水分量为4200kg/h。选用常州市至尊机械设备有限公司生产的LPG4500高速离心喷雾干燥机，其具体参数如下：【表20】

项目 型号 入口温度℃ 出口温度℃ 喷雾形式 水分蒸发量kg/h 雾化器转速rmp 雾化盘直径mm 电加热最大功率kw 干粉回收率% 占地长度、宽度m 喷头吊装高度m 塔体高度m 塔体直径m

技术指标 LPG4500 140-350自控

80-90

高速离心雾化器（机械传动或无极变频调速可供选择)

4500 10000-11000 根据工艺要求确定

根据工艺流程、场地条件及用户要求确定

同上 同上 同上 同上 6

注：水份蒸发量与物料特性，含固量及热风进出口温度有关。用度可根据当地能源选定加热方式，根据物料特性选择收尘，除尘方式。该喷雾干燥设备带有流化床装置。 2.5.9筛粉机

根据物料衡算得，筛粉量为33.55t/d即1.4t/h，选用安达市天宏乳品机械制造有限公司生产的S49-A-单层式筛粉机2台，其具体参数如下：【表21】

项目 设备名称 厂家介绍 生产能力 筛网规格 电机功率 设备特点

技术指标 吊悬式筛粉机

安达市天宏乳品机械制造有限公司

1000Kg/h（奶粉）

20目 50KW

适用于乳粉及其它粉状物料的筛选,筛细不筛粗，块状及颗粒状的物料适合用振动筛进行分级

2.5.10包装机

根据物料衡算，包装量为33.38t/d即1.4t/h，最终选用25g每袋小包装。选用河南郑州长宏机械有限公司供应的DZ500-T台式真空包装机10台，其具体参数如下： 【表22】

项目 电源电压 功率 热封功率（>5s) 真空室最低绝对压强 热封条有效尺寸 每室热封条数 真空泵排气量 包装速度 真空形式及材质 真空室尺寸（L×W×H） 外形尺寸 （L×W×H） 外包装尺寸（L×W×H）

技术指标 220V 50Hz 900w 1.2KW 1KPa 500×12mm

2 20 m3/h 1-3次/分 不锈钢真空室 520×520×975mm 750×600×530mm 750×670×660mm

2.6 存在的问题及建议

由于奶牛的品种、泌乳期、季节、饲料以及喂养条件的不同，原乳中的脂肪含量可能不符合国家标准，所以在加工之前必须标准化。生产过程中，不同的设备也会有不同的加工效果，必须通过计算选出合适的设备，而不是随意的选择，就比如说我们在考虑贮奶罐的时候考虑到场地的局限，所以容量相对相对较大的设备，减少罐数量。但是在设计过程中，由于时间的限制，我们没有能够很透彻的研究，而且我觉得我们缺少实践经验，所以有些地方还有漏洞。

另外，一些非主要的工艺流程就不是解析地很清楚，比如原料乳验收中，到底是怎么验收的，只是了解一下验收的基本方法和指标。原料乳验收后贮存时的温度控制，是很重要的，但是到底怎么去控制温度，我们找到的资料很少。 2.7 设计参考文献

[1].李建强，《乳品加工技术》，中国轻工业出版社，1994； [2].郭本恒，《乳粉》，化学工业出版社，2003；

[3].张裕中，《食品加工技术装备》，中国轻工业出版社，1999； [4].武建，《乳制品生产技术》，中国轻工业出版社，2002； [5].涂建国，《食品工厂设备》，中国轻工业出版社，1991； [6].顾瑞霞，《乳与乳制品工艺学》，中国计量出版社，2006；

[7].马海乐，《食品机械与设备》，中国轻工业出版社，2006； [8].伍建新，《乳品技术装备》，中国轻工业出版社，2000； [9].王如福，《食品工厂设计》，中国轻工业出版社，2009； 3. 设计结果评述

本设计主要是对年产10000吨的全脂乳粉的生产，进行了生产工艺流程的设计，生产工艺的一些参数计算，同时进行了工厂车间布局的设计以及生产设备的选型，在此过程中也参考了国内其他乳粉工厂的相关设施。在设计过程中我们按照工艺的顺序，从原材料的规格参考国家标准进行设定，到整个生产过程中的物料、热量、用水、耗冷进行了具体的计算。由于对具体设备的参数不不够了解，在设计中没有对工厂车间的管道和线路进行选型和设计。工艺设计的过程中我们尽量做到设计合理，流程简单，安全系数高，但未对生产质量控制进行严格的分析。在整个设计中，我们虽然没有对具体的污染参数进行计算，但是在厂区设计，车间布局，设备选型中，我们也尽量考虑到了环境的保护和三废的排放及处理，但是实际效果有待重新考察。对于车间的采光要求以及通风要求，由于能力有限，未能进行具体的设计，但是在施工过程当中必须要考虑到。

4. 小组成员及分工 成员：

5. 附表格及图纸

3.1 车间主要设备一览表 3.2 车间主要物料衡算图

3.3 车间动力衡算图(水、蒸汽、压缩空气、冷量、真空量等) 3.4 生产工艺流程图 3.5 车间平面布置图

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