年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂

毕 业 设 计

题目：

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计

学 生： 简利娜 学 号： 201104020107 学 院： 食品与生物工程 专 业： 生物工程 指导教师： 吕嘉枥

2015 年 6 月 22 日

毕业设计（论文）任务书

食品与生物工程 学院 生物工程 专业 生工111班级 学生：简利娜

题目： 年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 毕业设计（论文）从 2015 年 3 月 9 日起到 2015 年 6 月 28 日 课题的意义及培养目标：

本设计以牛乳为主要原料，以益生菌和茯砖茶汤为主要辅料和营养强化剂，通过喷雾干燥加工而成的益生菌奶茶粉为产品对象，进行工厂设计。本设计内容主要包括设计说明、工艺流程、平面布局、设备选型等方面。通过该课题设计，有助于学生对食品加工、功能性食品、生物工程、工程设计等知识的运用和提高，培养学生专业知识的综合运用能

力，独立工作能力及文献资料查阅能力等。 设计（论文）所需收集的原始数据与资料：

1. 益生菌奶茶粉厂设计的现状及存在问题； 2. 乳粉厂设计的现状及存在问题； 3. 奶、益生菌和茯砖茶的特性及功能性； 4. 工厂设计说明书、平面布局、工艺流程、设备选型等方面资料。文献查阅，方案设计，能量衡算，物料衡算，流程示意图，单元设备的物料流向及变化示意图，设计工艺基础数据和有关物化常数，工艺指标及消

耗定额，计算标准，计算机工程绘图等。 课题的主要任务（需附有技术指标分析）：

1. 查阅国内外文献资料，分析、总结、整理，制订设计方案； 2. 撰写益生菌奶茶粉厂设计说明书；

3. 益生菌奶茶粉厂的平面布局设计； 4. 益生菌奶茶粉厂的工艺流程设计及设备选型；

5. 益生菌奶茶粉厂的剖视图绘制。 设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）： 周 次 1-2 3-4 5-6 7-8 9--10 11-12 13-14 15 16 17

学生签名： 指导教师： 教研室主任：

设计（论文）任务及要求 收集资料 资料分析整理与研究 制定设计方案 撰写益生菌奶茶粉厂设计说明书 益生菌奶茶粉厂的平面布局设计及绘图 益生菌奶茶粉厂的工艺流程设计、设备选型及绘图 益生菌奶茶粉厂剖视图绘制 整理、分析，完善 完成毕业设计 准备答辩

I

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计

摘 要

本设计是年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计，文中介绍了益生菌奶茶粉的特性及发展现状。益生菌奶茶粉是乳经喷雾干燥制成全脂乳粉，进而添加茶粉而制成的速溶饮品，具有很好的保健功能。本设计设置了产品方案并且进行物料衡算，同时进行工艺设计，根据工艺要求和计算结果进行设备选型，选型符合设备选型原则，对厂区平面布置也进行了设计，对各生产工序进行劳动力计算，进行劳动定员，对生产车间进行水、电、汽的估算。最后绘制生产车间平面图、工艺流程图。 关键词：益生菌奶茶粉，真空浓缩，喷雾干燥

II

An Annual Output of Ten Thousand Tons of Probiotic Milk

Powder Plant Design

ABSTRACT

The design is to produce ten thousand tons of probiotic milk powder plant design, the paper describes the characteristics and development status of probiotic milk powder. Probiotic milk powder in milk by adding tea, made of spray-dried instant drinks, with good health care. The design of the product is set up and carry out a mass balance program, and process design, equipment selection carried out according to process requirements and calculations, selection of equipment selection in line with the principles of plant layout has been designed for various production processes labor calculation of labor quota, estimate water, electricity, steam production workshop. Final draw workshop plan, process flow diagrams. Key words: probiotic milk powder, Concentrated under vacuum, spray drying

III

目 录

摘 要 ........................................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................................. II 1 绪论 ........................................................................................................................................ 1

1.1 国内外奶茶行业发展现状及前景 ............................................................................. 1

1.1.1 乳粉的种类 ...................................................................................................... 1 1.1.2 乳粉工业的发展现状 ...................................................................................... 1 1.1.3 乳粉工业存在的问题 ...................................................................................... 1 1.2 奶茶粉的组成及特性 ................................................................................................. 2

1.2.1 牛乳的营养成分及其功能性 .......................................................................... 2 1.2.2 益生菌的特性 .................................................................................................. 2 1.2.3 茶的营养成分及其功能性 .............................................................................. 3 1.3 益生菌奶茶粉厂设计的目的与意义 ......................................................................... 4 1.4 益生菌奶茶粉厂的设计依据 ..................................................................................... 4 1.5 本设计拟定的工作内容 ............................................................................................. 4 2 生产工艺流程 ........................................................................................................................ 6

2.1 益生菌奶茶粉生产工艺流程图 ................................................................................. 6 2.2 工艺解析 ..................................................................................................................... 6

2.2.1 原料乳的验收 .................................................................................................. 6 2.2.2 原料乳的预处理 .............................................................................................. 8 2.2.3 预热杀菌 .......................................................................................................... 9 2.2.4 真空浓缩 ........................................................................................................ 10 2.2.5 喷雾干燥 ........................................................................................................ 10 2.2.6 出粉、冷却 .................................................................................................... 11 2.2.7 称量与包装 .................................................................................................... 11 2.2.8 CIP清洗 .......................................................................................................... 11

3 厂址选择与总平面设计 ...................................................................................................... 12

3.1 厂址选择 ................................................................................................................... 12

3.1.1厂址选择的原则 ............................................................................................. 12 3.1.2 厂址的选择依据 ............................................................................................ 12 3.2 总平面设计 ............................................................................................................... 13

3.2.1 总平面设计原则 ............................................................................................ 13 3.2.2 车间工艺布置 ................................................................................................ 13

IV

3.2.3 平面布置 ........................................................................................................ 14

4 物料衡算 .............................................................................................................................. 16

4.1 班产量计算 ............................................................................................................... 16 4.2 原料乳成分及产品成分 ........................................................................................... 16 4.3 标准化计算 ............................................................................................................... 16 4.4 原料乳单位处理量的物料衡算 ............................................................................... 18 5 能量衡算 .............................................................................................................................. 21

5.1 热交换设备传热过程 ............................................................................................... 21 5.2 热量衡算过程说明 ................................................................................................... 21 5.3 巴氏杀菌 ................................................................................................................... 21 5.4 超高温瞬时灭菌热量衡算 ....................................................................................... 22 5.5 原料乳冷却阶段热量衡算 ....................................................................................... 22 6 主要设备选型及原则 .......................................................................................................... 24

6.1 设备选型原则 ........................................................................................................... 24 6.2 设备选型 ................................................................................................................... 24

6.2.1 奶罐车 ............................................................................................................ 24 6.2.2 储奶罐 ............................................................................................................ 24 6.2.3 磅奶槽、受奶槽 ............................................................................................ 24 6.2.4 奶泵 ................................................................................................................ 25 6.2.5 离心分离机 .................................................................................................... 25 6.2.6 均质机 ............................................................................................................ 25 6.2.7 板式换热器 .................................................................................................... 25 6.2.8 真空脱气机 .................................................................................................... 25 6.2.9 蒸发浓缩设备 ................................................................................................ 25 6.2.10 喷雾干燥设备 .............................................................................................. 26 6.2.11 无菌包装设备 .............................................................................................. 27 6.2.12 CIP清洗设备 ................................................................................................ 27

7 公共系统与辅助部门 .......................................................................................................... 28

7.1 给排水系统 ............................................................................................................... 28 7.2 供汽系统 ................................................................................................................... 28 7.3 供电系统 ................................................................................................................... 28 7.4 生产及辅助车间设施 ............................................................................................... 29

7.4.1 收奶站 ............................................................................................................ 29 7.4.2 奶仓 ................................................................................................................ 29 7.4.3 品质监控室 .................................................................................................... 29

V

7.4.4 仓库 ................................................................................................................ 30 7.4.5 机修车间 ........................................................................................................ 30

8 劳动组织 .............................................................................................................................. 31

8.1 劳动定员的原则 ....................................................................................................... 31 8.2 生产车间人员配置 ................................................................................................... 31 8.3 辅助车间及管理人员配置 ....................................................................................... 31 9 污水处理 .............................................................................................................................. 33

9.1 环境影响分析及治理措施 ....................................................................................... 33

9.1.1 环境影响分析 ................................................................................................ 33 9.1.2 治理措施 ........................................................................................................ 33 9.2 污水处理 ................................................................................................................... 33 10 经济效益分析 .................................................................................................................... 34

10.1 产品成本核算 ......................................................................................................... 34 10.2 建筑成本核算 ......................................................................................................... 34 10.3 人员费用 ................................................................................................................. 34 10.4 产品收入 ................................................................................................................. 34 10.5 投资回收期 ............................................................................................................. 35 致 谢 ........................................................................................................................................ 36 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 37

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 1

1绪论

1.1 国内外奶茶行业发展现状及前景

1.1.1 乳粉的种类

根据乳粉的特征，分为以下几大类：

1)全脂乳粉 仅以乳为原料，添加或不添加食品营养强化剂，经浓缩、干燥制成的蛋白质不低于非脂乳固体的34%，脂肪不低于26.0%的粉末状产品。

2)脱脂乳粉 仅以乳为原料，添加或不添加食品营养强化剂，经脱脂、浓缩、干燥制成的，蛋白质不低于非脂乳固体的34%，脂肪不低于2.0%的粉末产品。

3)调制乳粉 以乳为原料，添加或不添加食品强化剂和其他辅料，经浓缩、干燥制成的粉末状产品，或在乳粉中添加添加食品营养强化剂和其他配料而制成的粉末状产品。

4)全脂加糖乳粉 添加白砂糖，蛋白质不低于15.8%，脂肪不低于20.0%，蔗糖不超过20.0%的调制乳粉。

5)调味乳粉 对风味和某些营养成分做了调整，乳固体不低于70%，蛋白质不低于16.5%（全脂）或不低于22.0%（脱脂），脂肪不低于18.0%的调制乳粉。

6)配方乳粉 调整了乳粉的天然营养成分和含量比例，满足特定人群的营养需要，乳固体不低于65.0%的调制乳粉[1]。 1.1.2 乳粉工业的发展现状

2000年奶油、脱脂粉、干酪素的耗奶量是9200万吨（脱脂粉450万吨），全脂乳粉耗奶2000万吨（产量300万吨），分别占总奶量的15%和2.4%[1]。

全脂乳粉主要用途是为鲜奶供应不足的地区和国家提供奶源，以中国、巴西、俄罗斯对全脂乳粉的需求量最大。对全脂乳粉的需求量在过去五年中平均以3.2%的速度增长，并且预计在今后几年中以2%—3%增长。

有关资料数据显示，在国外，发酵型乳酸菌奶饮品已空前发达，日本、欧洲发酵乳酸菌奶饮料在乳制品市场比例已达到80％，北美约30％，乳酸菌产业在全球大大超过了其他乳制品的增长率。我国消费每年递增25％，专家预测，未来3－5年将是中国乳酸菌行业快速发展的“黄金时期”[2]。 1.1.3 乳粉工业存在的问题

目前，国内已有大小乳粉生产厂500余家，乳粉的种类以全脂乳粉、脱脂乳粉为主。相对而言，其他配方粉的生产量和销售量相对较小。随着人们生活水平不断提高，对营

陕西科技大学毕业设计说明书 2

养和保健方面的要求也越来越高。全球含乳酸菌、益生菌的乳制品产值已达近400亿美元，欧洲占有约50％的市场。在中国市场上，除了专业生产此类产品的太子奶、益乐多等外，为了顺应消费趋势，并能从传统市场的大战中突围，乳品、饮料生产商纷纷将科技含量和附加值高的乳酸菌、益生菌产品纳入到自己的产品视线中。达能BE80菌、蒙牛LABS菌、伊利LGG菌、光明活力e＋菌等产品相继上市。中国的乳业大战，瞄准乳酸菌这一新的产业，开辟了具较高科技含量的第二战场[3]。

1.2 奶茶粉的组成及特性

1.2.1 牛乳的营养成分及其功能性

蛋白质的营养作用：牛乳蛋白质大致可分为酪蛋白和乳清蛋白两部分，酪蛋白牛乳蛋白总量的86%，多以酪蛋白钙形式存在。乳清蛋白包含乳白蛋白和乳球蛋白，前者占乳蛋白质总量的9%，后者占3%。

乳糖的营养作用:乳糖是机体组织和细胞的能量来源，占乳热能的25％；乳糖是机体组织、器官、肌肉、 神经的组成成分；乳糖、半乳糖参与脑组织和神经组织的构成：有利于钙、磷、锌、镁等 离子的吸收利用，减少维生素D的需要量；乳糖有益生源样作用，肠道分解缓慢，不形成高血糖；刺激肠道活性和益生菌生长。

乳脂肪的营养作用：牛乳中脂肪含量3—5％，提供人体能量；胆固醇含量低，仅为13mg／100ml，而鸡蛋含 量高达300mg／个；乳脂肪经过乳化工艺处理后可直接吸收；含人体必需脂肪酸(如亚麻酸、 亚油酸、花生四烯酸、DHA、EPA)；含卵磷脂、脑磷脂和神经鞘磷脂。有利于中老年人及婴幼儿的健康[1]。

乳制品营养丰富，物美价廉，是国防，勘探，医护，劳保，旅游等方面必须的方便食品及保健食品，对促进儿童健康成长，营养的供给和维持老年人的身体健康有着突出的作用。随着人们生活水平的提高，乳制品将日益显示出其重要的作用和意义。 1.2.2 益生菌的特性

益生菌的营养和免疫特性的应用功能分析: a）调整肠道菌群平衡

治理肠道菌群失调。菌群失调表现为一度失调、二度失调、血行感染、易位病灶这4种越来越严重的情形，根本而有效的方法，应采取微生态制剂来调整菌群平衡。

b)促进生长参与代谢

芽孢杆菌和乳酸杆菌在体内生长代谢过程中可产生多种营养物质，如活性酶、维生素、氨基酸、促生长因子等，并参与蛋白质、脂肪、维生素、微量元素在机体内的代谢。

c)形成生物膜屏障

乳酸杆菌对肠粘膜细胞有很强的粘附性，可形成一层生物保护屏障。 促进肠道原

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 3

籍有益菌群的生长繁殖，对潜在性病原菌形成定植抵抗和竞争排斥。 芽孢杆菌迅速消耗肠内氧气，使形成的有益菌生物膜屏障更加牢固。 竞争性地排斥致病菌的着生位点，致使过路性致病菌无法定植。

d)产生抑菌活性物质

芽孢杆菌由中生芽孢形成脱落芽孢时产生大量溶菌酶，都可对大肠杆菌和沙门氏菌等致病菌直接杀伤，抗感染芽孢杆菌的溶菌酶活性明显高于普通芽孢杆菌。

嗜酸乳杆菌代谢产物中含有嗜酸乳杆菌素、亲嗜酸菌素、乳杀菌素等，对金黄色葡萄球菌、产气荚膜梭菌、大肠杆菌和沙门氏菌等均具有较强抑制作用。

e)促进免疫

明显刺激胸腺、脾脏和法氏囊等免疫器官的发育增强机体的免疫功能。 增强T淋巴细胞和B淋巴细胞对抗原刺激的反应性，即能明显增加机体的细胞免疫和体液免疫功能[4]。

1.2.3 茶的营养成分及其功能性

目前已有确凿的研究资料证明对人体健康有益的茶叶成分主要有七类： 茶多酚类：儿茶素及其他一些多酚物质；茶色素类茶黄素、茶红素、p一胡萝卜素等；茶皂素；茶多糖类；氨基酸类：茶氨酸和Y一氨基丁酸；生物碱：咖啡碱无机元素类：硒和氟。

茶的营养物质有如下功能： a)补充膳食营养

茶叶中含有较丰富的营养成分，最主要的是维生素和矿物质，另外还有蛋白质、氨基酸、糖类物质等。是人体必需矿物质和各种维生素的重要来源。

b)助消化、解油腻、顺肠胃

茶中的咖啡碱、维生素、氨基酸、磷脂等有助于人体消化和调节脂肪代谢，咖啡碱的刺激作用更能提高胃液的分泌量，从而增进食欲和帮助消化。

c)降脂、减肥、软化人体血管、预防心血管疾病

茶具有良好的降解脂肪、抗血凝、促纤维蛋白原溶解的作用，还能使血管壁松弛，增加血管有效直径，从而抑制主动脉及冠状动脉内壁粥样硬化斑块的形成，从而达到降压，软化血管，防治心血管疾病的目的。

d)抗氧化、延缓衰老、延年益寿

茶中的儿茶素、茶黄素、茶氨酸和茶多糖，尤其是含量较多的复杂类黄酮等都具有清除自由基的功能，因而茶具有抗氧化、延缓细胞衰老的作用。

e)杀菌、消炎

研究表明，茶黄素不仅是一种有效的自由基清除剂和抗氧化剂，还对肉毒芽杆菌、肠类杆菌、金黄色葡萄球菌、加膜杆菌、蜡样芽孢杆菌有明显的抗菌作用。此外，茶黄

陕西科技大学毕业设计说明书 4

素对流感病毒的侵袭和轮状病毒和肠病毒的感染有一点抑制作用[5]。

基于以上的资料分析可知，益生菌速溶奶茶粉是人类的营养食物， 从目前中国的消费能力及奶牛的养殖分布来看，居民喝奶应该选择保质期长、价格相对较低的乳制品，而添加有益生菌和茶的益生菌奶茶是首选。

1.3 益生菌奶茶粉厂设计的目的与意义

牛乳是母牛乳腺分泌出来的一种白色带淡黄色、不透明、微有甜味的液体。乳的主要 成分有水分、蛋白质、脂肪、乳糖、维生素、无机盐、酶类、气体以及其他微量成分。牛 乳中各成分受乳牛品种、个体、饲养等因素的影响而有所变化，其中变化最大的是脂肪， 其次是蛋白质，乳糖与无机盐比较稳定。

目前奶类市场发达，尤其以产品创新、工艺创新为代表的品类成为追逐对象。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。由此诞生出具有保健功能的益生菌奶茶粉，它方便实惠，而且营养丰富，具备人体所需的多种营养物质。

益生菌奶茶粉设计以牛乳为主要原料，以益生菌和茯砖茶汤为主要辅料和营养强化剂，在此次设计中，对本人各方面素质都有所提高，查找资料，整理数据，制定方案，实施计划等。

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。

1.4 益生菌奶茶粉厂的设计依据

本次设计根据陕西科技大学生命学院教研室下达的题目技术要求结合我们实习单位以及本地的实际情况进行设计。

本次设计过程中的主要参考资料：《乳粉》、《食品工艺学》、《食品工厂设计与环境保护》、《乳制品加工技术》以及多种有关资料作为理论基础，并充分利用了学校图书馆的现有资料进行设计。

1.5 本设计拟定的工作内容

奶茶厂的工艺流程设计； 奶茶的物料衡算； 设备选型； 热量衡算； 劳动组织设计； 辅助部门设计； 公用系统设计；

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 5

土建、防火、卫生设计； 经济技术分析。

陕西科技大学毕业设计说明书 6

2 生产工艺流程

2.1 益生菌奶茶粉生产工艺流程图

原料乳验收

↓ 消泡脱气 ↓ 离心分离 ↓ 杀菌 ↓ 配料系统 ↓ 均质 ↓ UHT工艺段

↓ 浓缩 ↓

益生菌茶粉制作 → 喷雾干燥

↓ 干混 ↓ 筛粉 ↓ 包装

[1]

2.2 工艺解析

2.2.1 原料乳的验收

(a)乳的指标

预生产高质量的乳制品，必须选用质量优良的原料乳。乳品厂收购鲜乳时，对原料乳的质量应严格要求并作检验。检验的内容包括：

感官指标：包括牛乳的滋味、气味、清洁度、色泽、组织状态等；

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 7

理化指标：包括酸度、相对密度、含脂率、冰点、抗菌素残留量等；

微生物指标：主要是细菌总数，其他还包括嗜冷菌数、芽孢数、耐热芽孢数及体细胞数等。

原料乳成分的要求见表2-1

表2-1 原料乳成分的要求

名称 蛋白质 脂肪 干物质

指标 3.0% 3.2% 11%

（1）感官检验 品质优良的原料乳具有新鲜牛乳的风味和特有的香气，是乳白色或稍带黄色的均匀胶装流体。

（2）酒精试验 酒精试验可以检查乳中蛋白质的稳定性。新鲜牛乳具有相对稳定性，故能对酒精的作用表现出相对稳定。而不新鲜的牛乳，其中蛋白质胶粒已呈不稳定状态，当受到酒精脱水作用时，则加速聚沉。酒精试验与酒精浓度有关，一般以72%的中性酒精与原料乳等量混合摇匀，无凝块出现为标准，对应的滴定酸度不高于18T。如在验收中出现细小凝块，可进一步测定酸度或进行煮沸试验。

（3）滴定酸度 通过酸度滴定可鉴别原料乳的新鲜度，了解乳中微生物污染状况。牛乳的酸度与蛋白质凝固特性见下表2-2

表2-2 牛乳酸度与蛋白质凝固特性

牛乳酸度（°T） 18-20 20-22 22-24 蛋白质凝固特性 不出现絮片 很细的絮片 细的絮片 牛乳酸度（°T） 24-26 26-28 28-30 蛋白质凝固特性 中型的絮片 大的絮片 很大的絮片 （4）相对密度的测定 用比重计测定。 （5）抗菌素残留检验[6] (b)植脂末的各项指标 （1）感官指标

脂肪30% 脂肪35% 脂肪40% 外 观 奶色粉状、无肉眼可见杂质 流动性 流动性好

气 味 富有奶香味，后香味纯 滋 味 具有良好的柔和润滑感 （2）理化指标

脂肪30% 脂肪35% 脂肪40%

陕西科技大学毕业设计说明书 8

溶 解 性 60℃水溶解性强 水 分 ≤6% 灰 分 ≤3% 蛋白含量 ≥2% PH 4.5~6.5

脂肪含量 30%±2% 35%±2% 40%±2% 碳水化合物 ≥60% （3）卫生指标

脂肪30% 脂肪35% 脂肪40% 铅(以Pb计) ≤0.5mg/kg 砷(以As计) ≤0.5mg/kg 大肠菌群 ≤30个/100g 细菌总数 ≤1500个/g 致病菌(沙门氏菌) 不得检出[6] 2.2.2 原料乳的预处理

（1）净乳 原料乳验收后必须净化。其目的是去除乳中的机械杂质并减少微生物数量。净乳的方法有过滤法和离心净乳法两种。其中，离心净乳是乳与乳制品加工中最适宜采用也是最常用的方法。使用离心净乳机可以显著提高净化效果，有利于提高制品质量。离心净乳机还能除去乳中的腺体细胞和某些微生物。离心净乳一般设在粗滤之后，冷却之前。净乳时的乳温在30~40℃为宜，在净乳过程中要防止泡沫的产生[1]。

（2）冷却 净化后的原料乳应立即冷却到4~10℃，以抑制细菌的繁殖，保证加工之前原料乳的质量。牛乳挤出后微生物的变化过程可分为四个阶段，即抗菌期、混合生物期、乳酸菌繁殖期、酵母和霉菌期。抗菌期的长短与储存温度的关系见表2-4。因此，新鲜牛乳迅速冷却至低温，其抗菌特性可保持相当长的时间。当然抗菌期长短与细菌污染程度有直接关系。乳品厂通常可以根据储存时间的长短选择适宜的冷却温度，两者的关系见表2-3。

表2-3 乳的储存温度与抗菌期的关系

牛乳的储存温度（℃）

抗菌期（h）

-10 240

0 48

5 36

10 24

25 6

30 3

37 2

表2-4 乳的储存时间与冷却温度的关系

乳的储存时间（h） 应冷却的温度（℃）

6-12 10-8

12-18 8-6

18-24 6-5

24-36 5-4

原料乳的冷却，过去通常使用表面冷却器（冷排），现在普遍采用板式热交换器，克服了表面冷却器乳容易受到污染的弊病，而且热交换效率高，占地面积小，操作维修

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 9

和清洗装拆方便[1]。

（3）储乳 为保证连续生产的需要，乳品厂必须有一定的原料储存量。储存量按工厂的具体条件来确定，一般为生产能力的50%~100%。储乳罐为不锈钢卧式、立式圆桶状，其容积有：小型2000L、中型5000、大型15000L或45000、超大型100 000~200 000L。为防止乳在罐中升温，应有绝缘层或冷却夹套，并配有搅拌器、视孔、入孔及温度计、液位计等。搅拌的目的是使牛乳能自下而上循环流动，防止脂肪上浮，达到搅拌均匀的要求。储乳罐的个数应由每天处理的乳量和罐的大小来决定，罐要装满，半罐易升温，影响乳的质量。绝缘性能以储乳10h以上，升温2~3℃为标准[1]。

（4）标准化 为了保证达到法定要求的脂肪含量，需要进行标准化。我国的国家标准规定全脂、部分脱脂和脱脂巴氏杀菌乳的脂肪含量分别为≥3.1%、1.0%~2.0%、≤0.5%[7]。

原料乳中脂肪含量不足时，应添加稀奶油或除去一部分脱脂乳；当原料中脂肪含量过高时，则可添加脱脂乳或提取部分稀奶油。标准化工作是在储乳罐的原料乳中进行或在标准化机中连续进行的。乳品厂生产中一般采用方块图解法进行标准化计算[7]。 2.2.3 预热杀菌

（1）预热均质 均质是指对脂肪球进行适当的机械处理，使它们呈更细小的微粒均匀一致的分散在乳中。牛乳在放置一段时间后，有时上部分会出现一层淡黄色的脂肪层，称为：“脂肪上浮”。脂肪上浮影响乳的感官质量，脂肪球的上浮速率与其半径成正比。自然状态的牛乳，其脂肪球大小不均匀，变动于1~5μm，平均3μm，一般为2~5μm。如经均质，脂肪球直径可控制在1~2μm左右，这是乳脂肪表面积增大，浮力下降，乳可长时间保持不分层。另一方面，经均质后的牛乳脂肪球直径减小，易于消化吸收。

均质过程与条件 较高的温度下均质效果较好，但温度过高会引起乳脂肪、乳蛋白变性。另一方面，温度与脂肪球的结晶有关，固态的脂肪球不能在均质机内被打碎。牛乳的均质温度一般控制在50~65℃。一般采用二级均质。二级均质是让物料连续通过两个均质阀头，将粘在一起的小脂肪球打开。二级均质的目的是使一级均质后重新连结在一起的小脂肪球分开，从而提高均质效果。使用二级均质时，第一级均质压力为17~21MPa，第二级均质压力为3.5~5MPa[1]。

（2）杀菌 乳粉中不允许存在病原菌。一般的腐败性细菌是引起产品变质的重要因素。乳中含有解酯酶和过氧化物酶，对产品保藏性不利，必须在杀菌过程中将其钝化。因此，乳粉生产中杀菌的主要目的是杀灭各种病原菌，杀死乳中并破坏各种酶的活力，同时可提高牛乳的热稳定性和乳粉的香味。

牛乳常见的杀菌方法有很多，可以采用低温杀菌法、高温短时间杀菌法或超高温瞬时杀菌法等。具体应用时可根据产品本身特性选择不同的方法。喷雾干燥制造乳粉，一般采用高温短时间杀菌法，其设备与浓缩设备相连。若使用列管式杀菌器，通常采用的

陕西科技大学毕业设计说明书 10

杀菌条件是80~85℃/5~10min。板式杀菌设备，选用80~85℃/15s。若采用超高温瞬时杀菌装置，则为130~135℃/2~4s[1]。 2.2.4 真空浓缩

真空浓缩的要求和设备 一般浓缩至原料乳体积的1/4左右。这时，乳固体含量约为40%~45%。若乳温在47~50℃范围，其密度应在1.089~1.100左右，浓度的控制一般以取样测定浓缩乳的密度或黏度来确定，也可以在浓缩设备上安装折光仪进行连续测定。

所使用的浓缩设备有单效循环式升膜蒸发器、单效降模式蒸发器、双效降模式蒸发器和板式蒸发器等。多效蒸发器已达四效、五效，可以充分利用能源。我国乳粉加工厂目前使用双效和三效者居多。使用双效降模式蒸发器，控制蒸发室温度，第一效保持70℃左右，第二效为45℃左右。真空度一般保持在8.533×104~8.933×104Pa。真空浓缩锅适合于小型乳品工厂使用。一般蒸发室真空度保持在8.399×104~8.533×104Pa，乳温约为51~56℃。浓缩完毕，浓缩乳应进行过滤[7]。 2.2.5 喷雾干燥

喷雾干燥是乳粉制造工艺的最重要环节，它直接影响产品质量的好坏。目前我国主要采用压力喷雾干燥和离心喷雾干燥两种方法。

（1）喷雾干燥的机理 喷雾干燥的机理是采用机械力量，通过雾化器将浓缩乳在干燥室内喷成极细小的雾状乳滴，以增大其表面积，加速水分蒸发速率。雾状乳滴一经与同时鼓入的热空气接触，水分便在瞬间蒸发除去，使细小的乳滴干燥成乳粉颗粒。喷雾干燥是喷雾和干燥密切的结合，用单独一次工序即可将浓缩乳干燥成乳粉。

（2）喷雾干燥工艺条件 全脂乳粉压力喷雾干燥工艺条件大致在下列范围较适宜： 浓缩乳浓度 密度：12~13波美度； 比重：1.089~1.098； 干物质：40%~50%； 料温：40~56℃。

喷雾压力 高压泵表压在16.0~24.0MPa。 喷嘴孔径 直径在1.0~1.4mm，或更大。 进风温度 控制在140~200℃范围。 干燥室温度 控制在70~90℃。 排风温度 控制在75~85℃范围。

干燥室内压力 保持在-2.000×103~-3.333×103Pa。 乳粉水分 不超过3.0%[1]。

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 11

2.2.6 出粉、冷却

喷雾干燥室内的乳粉要求迅速连续地卸出及时冷却，以免受热过久，降低制品质量。乳品工业常用的出粉机械有螺旋输送器、鼓型阀、涡旋气封阀和电磁振荡出粉装置等。先进的生产工艺，是将出粉、冷却、筛粉、输粉、贮粉和称量包装等工序联接成连续化的生产线。出粉后应立即筛粉和晾粉。使制品及时冷却。喷雾干燥乳粉要求及时冷却至30℃以下。目前一般采用流化床出粉冷却装置[7]。

将乳粉与速溶茶粉、植脂末、白砂糖按一定比例进行均匀混合，即可得到速溶奶茶粉。

2.2.7 称量与包装

乳粉冷却后应立即用马口铁罐、玻璃罐或塑料袋进行包装。根据保存期和用途的不同要求，可分为小罐密封包装、塑料袋包装和大包装。如果短期内销售，则多采用聚乙烯塑料袋包装，每袋500克或250克，用高频电热器焊接封口。小包装称量要求精确、迅速，一般采用容量式或重量式自动称量装罐机[7]。 2.2.8 CIP清洗

UHT灭菌乳生产所用的设备自原料乳收购工序起，至无菌罐装封合工序止，均采用CIP清洗方式进行清洗消毒，清洗程序由中央控制室控制。包括水洗、碱洗、酸洗。CIP清洗装置作为不分解生产设备，又可用简单操作方法安全自动清洗系统，几乎被引进到所有食品饮料及制药等工厂使用。

CIP清洗装置的优点如下：

ａ）清洗成本低，水、清洗液、杀菌剂及蒸汽的消耗量少； ｂ）安全可靠，设备无须拆卸，不必进入大型奶罐；

ｃ）清洗效果好，按设定程序进行，减少和避免了人为失误[1]。

陕西科技大学毕业设计说明书 12

3 厂址选择与总平面设计

3.1 厂址选择

3.1.1厂址选择的原则

厂址选择是一项包括政治、经济、技术的综合性的复杂工作，具有较高的原则性和广泛的技术性：

厂址要符合国家下达建厂计划任务书中所作的规定和要求；

厂址应符合当地城镇总体发展规划的要求，并尽量与附近工业企业相配合，以节约基建投资；

厂址的面积和外形要满足豆奶粉生产工艺的要求，并留有适当的扩建余地; 厂址地形宜平坦，地面倾斜坡度最好不超过3% ,便于厂区运输线路布置，并尽可能减少土方工程量；

厂址应符合国家有关卫生、防火、人防等要求。如:厂区应在居民点下风侧;河流的上游;厂区附近不得有细菌，传染病病源或其他污染的来源;不应选择在低洼窝风的地形做厂区，应避开军事措施地区等等；

厂址应在当地最高洪水水位之上，如果低于洪水位则须有坚固堤防保护同时，要防止内涝水的浸淹[3]。 3.1.2 厂址的选择依据

要有可靠的水源，在满足奶粉厂生产用水的水质、水量及水温的条件之下，应尽可能靠近水似，以缩短管路及动力电缆的铺设工程.如用山泉水、地下水、水库水，自来水或江河水等水源，可单独采取一种水源，也可取二种或三种水源以分别用于生产；

根据交通运输方式的不同而考虑厂址的位置。如原材料、成品以水运为主，则应尽可能靠近河流，并考虑码头的适当位置:如以陆运为主，则须靠近铁路或公路，并尽量减少沿途修建桥、隧洞的工程；

厂址应尽可能靠近一些已有的热，电源，以充分取得企业协作的条件；

厂址地质要符合豆奶粉厂设计的要求，一般地耐力宜在20吨/平方米以上为好，可节约基础工程投资，但应避免在地表过浅或已露头岩石的地区及喀斯特、土崩、滑坡、流砂地区或是古河道，古墓之上选择厂区；

厂址不宜选在有矿产地区、有古迹文物地区。风景游览区、有化学废料，有机废料堆放的地区等；

厂址应尽量靠近城镇或豆奶粉销售区域，以减少运输费用；

选厂时应考虑职工生活区的位置，并尽可能靠近城镇，以减少集体事业设施的投资，

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 13

改善职工生活福利的条件；

选厂中还应尽量了解施工期间水电供应，劳动力来源，施工工人居住生活，施工机械、预制场地、建材的运输、堆放等条件的利便情况[1]。

3.2 总平面设计

3.2.1 总平面设计原则

本厂平面布置的设计原则有：

建筑物和构筑物的设置与分布应满足乳品生产工艺的需要，保证生产过程的连续性，使作业线最短，生产最方便，工人劳动强度低。

车间应按生产工艺流程及所要求的洁净级别进行合理布局。同一车间和邻近车间进行各项操作相互不得妨碍。做到人流与物流分开，原料与半成品、成品分开，原料乳的接收、验收、预处理，原料乳的储存，全部生产加工过程直到成品入库要求在一条生产线流水线上，杜绝生产加工过程的交叉感染。

工厂建筑群的组成内容及功能，要精心组织，合理安排，做到分区明确，造型协调。一般的乳品工厂在总体布局时划分生产区、生活区和厂前区。

原料仓库、生产车间、成品仓库、动力车间应设置在与他有直接联系的主要车间附近，尽可能缩短货物运输距离。

更衣间、消毒间应设置在车间入口处，使进入生产车间的工人必须通过更衣间、消毒间，确保人员的清洁卫生。

主要车间的厂房应设置在当地常年主导风向的上风向，既可避免工厂自身所产生的污染，又使厂房有良好的自然通风。

相互间有影响的车间，尽量不要放在同一建筑物上，要考虑生产工艺对温、湿度和其他工艺参数的要求，防止相邻车间受到干扰。

厂区主要通道既要注意走直线，又必须形成环路，以便于消防及其他车辆可直接到达厂区各建筑物。

乳粉工厂的锅炉房等产尘量大的建筑物，应建在常年主导风向的下风向，如不得已建在上风向，则与烟囱之间的距离，应大于烟囱高度的12倍。

建筑物、设备布置与工艺流程要衔接合理，建筑结构完善能满足生产工艺和产品质量卫生要求[8]。 3.2.2 车间工艺布置

（1）车间内部的设备与设备之间有一定的间距，为了维修方便和节约用地，间距的大小根据各设备的具体情况而定。

（2）洁净车间和比较脏的车间间隔开，以防污染。

陕西科技大学毕业设计说明书 14

（3）车间门的尺寸要求适中，本厂采用的单扇门宽度一般为1.5m，双扇门宽度为2m。生产车间的门设防蝇、防虫装置，保证生产车间内有良好的卫生环境，有利于进出车间的运输。

（4）工厂的生产车间基本上是天然采光。生产车间的采光系数为1/4～1/6。设计侧窗为单层固定窗，只作采光不作通风，宽度为2m。

（5）车间内设立柱，每个柱子的宽度为24cm，车间的开间为6m，跨度为9m和12m。车间厂房部分为全钢结构，厂房的墙壁厚度为24cm。

（6）地面、楼面能防水、防腐蚀、防渗漏、防滑、无毒、易冲洗、消毒，并有2‰的排水坡度和良好的排水系统，排水沟为普通的暗沟。墙壁能防霉、防潮、防水、无毒，易冲洗、消毒。墙面全用一定规格的白色瓷砖砌成，顶角、墙角、地角呈弧形，便于清洗。天花板能防潮、防虫、防水、防灰，易清洗，表面涂层牢固。门、窗严密，采用不锈钢制作。窗和其他洞口安装易于清洗、更换的纱窗。

（7）更衣室：为适应卫生要求，该工厂的更衣室设在生产车间人员进出口处。进入更衣室前有换鞋处。更衣后有洗手消毒池[8]。 3.2.3 平面布置

（1）全厂总长109m，宽为82m,总面积为8938㎡，生产车间长55m，宽25m。 （2）全厂分为生产区、办公区、生活区，建有生产车间、停车场、办公楼、研发楼、传达室、配电房、宿舍等，物流和人流分开。各建筑区之间有绿化带分开，安排比较合理。

（3）根据规定：乳品厂的建筑系数不低于25%-35%，绿地率不低于20％。

建筑系数 =（3361/8938）×100％ = 37.6％ 绿地率 =（2415/8938）×100％ = 27％

（4）厂区道路应采用便于清洗的混凝土、沥青及其他硬质材料铺设，防止积水及尘土飞扬。本厂道路是采用的水泥地面，主干道路面宽为9m，次干道路面宽6m。

（5）锅炉房应该设计在下风向。 设计全厂平面布置如下：（长×宽/m）

表3-1 平面布置表

序号 1 2 3 4 5

名称 厂区 生产车间 办公楼 研发中心 运动场

长×宽/m 109×82 55×25 20×12 20×12 24×9

面积m 8938 1375 240 240 216

2

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 15

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

花坛 配电间 锅炉房 水处理 住宿 食堂 原料 产品 门卫 车库 停车场

20×12 10×6 10×6 12×6 20×9 20×9 12×10 14×12 3×3×2 14×12 12×7

240 60 60 72 180 180 120 168 18 168 84

陕西科技大学毕业设计说明书 16

4 物料衡算

4.1 班产量计算

奶茶厂全年的有效生产按250天计算，每天的生产班次为2班计，年产量1万吨益生菌奶茶粉，确定奶茶粉各物质比例：

全脂奶粉：茶粉：白砂糖：植脂末=20：2：55：23[9]

全脂奶粉占20%计算，需要年产全脂奶粉2000吨，则日产全脂奶粉8吨。 牛奶中水的含量87.8%，则产2000吨奶粉需要原料乳约16400吨，日处理原料乳65.6吨，一天生产12小时，则处理量为5.467t/h。 产品产量：

1）日生产能力 8t/d 2）年生产能力 2000吨/年 3）每班产量 4吨/班 4）每小时产量 0.667t/h 原料乳处理量

1）日处理能力 65.6t/d 2）年处理能力 16400吨/年 3）每小时处理量 5.467t/h

4.2 原料乳成分及产品成分

表4-1 原料乳成分表:

乳脂肪 3.8%

蛋白质 3.1%

乳糖 4.8%

灰分 0.7%

水分 87.8%

非乳脂固体 8.6%

注：非乳脂固体（%）=蛋白质（%）+乳糖（%）+灰分（%）[7]

表4-2 产品成分表：

乳脂肪 27%

水分 2%

非乳脂固体

71%

4.3 标准化计算

（1）乳脂肪(F)与非脂乳固体(S)之比(R)

原料乳：R0?F03.8%??0.442 S08.6%

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 17

成品：R?F27%??0.380 S71%标准化的方法：由于R0> R，说明原料乳中的脂肪含量偏高，需要标准化使之平衡。原料乳中的脂肪含量过高，所以要把部分原料乳进行分离，分离出的脱脂乳要加入原料乳中使它达到标准乳要求，而分离的稀奶油则另用容器贮存[1]。

（2）稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算 设定：当预热温度为40℃时 脱脂乳含脂肪F1=0.01% 稀奶油含脂肪F2=40% 脱脂乳中非脂乳固体：

S1?100?F1100?0.01?S0??8.6%?8.94%

100?F0100?3.8100?F2100?40?S0??8.6%?5.16%

100?F1100?0.01F0?R?S03.8?0.380?8.6?1000??1000?157.06kg

R?S1?F10.380?8.94?0.011000?3.8%?M1?0.0100?3.8%?157.06?0.01%??3.3%

1000?M11000?157.06稀奶油中非脂乳固体：

S2?（3）每吨原料乳应添加的脱脂乳(M1) M1?（4）标准乳成分 脂肪含量：F标?非脂乳固体：

S标?F标R?3.1%?8.16%

0.380%表4-3 标准乳成分：

乳脂肪 3.3%

水分 88.54%

非乳脂固体 8.47%

（5）制(M1)脱脂乳需要分离原料乳(G)

设：分离(G kg)原料乳可得到(M1kg)脱脂乳和(M2kg)稀奶油，根据脂肪含量守衡可知：G×F0=M1×F1+M2×F2

且G=M1+M2 则:M2?M1?F0?F13.8?0.01?157.06??16.44kg

F2?F040?3.8则需要分离原料乳： G?M1?M2?157.06?16.44?173.50kg （6）一吨原料乳可制得标准乳(G1)去除的稀奶油(G2)

陕西科技大学毕业设计说明书 18

一吨原料乳可制得标准乳：

1173.501000,则G1=985.99kg ?1157.06G1去除的稀奶油：G2?1000?G1?1000?985.99?14.01kg （7）检验

一吨原料乳中含脂肪量：m0=M0×F0=1000×3.8％=38kg 一吨原料乳分离后得到标准乳中的脂肪含量： m1=G1×F标=985.99×3.3％=32.54kg。 一吨原料乳脱去稀奶油中的脂肪含量： m2=G2×F2=14.01×40％=5.60kg。 结论：m0≈m1+m2，计算正确

4.4 原料乳单位处理量的物料衡算

查阅资料得：

各流程的损失率为：过滤——0.05% 净乳——0.05%

杀菌——0.05% 均质——0.1% 过筛——0.5%

水分蒸发率：浓缩——48% 喷雾干燥——75% 每小时处理量为5.467t/h

（1）原料乳的质量为5.467吨

（2）取过滤的损失率为0.05%，则经过滤后的质量为： 5.467×（1-0.05%）=5.464吨

（3）取净乳的损失率为0.05%，则经净乳后的质量为：

5.464×（1-0.05%）=5.461吨

（4）取均质的损失率为0.1%，则经均质后的质量为： 5.461×（1-0.1%）=5.456吨

（5）取杀菌的损失率为0.05%，则经杀菌后的质量为： 5.456×（1-0.05%）=5.453吨

（6）取浓缩的水分蒸发率为48%，则经浓缩后的质量为： 5.453×（1-48%）=2.836吨

（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：

2.836×（1-75%）=0.709吨

（8）取过筛的损失率为0.5%，则经过筛后的质量为： 0.709×（1-0.5%）=0.705吨 具体物料衡算流程图如下：

原料乳验收5.467吨/时

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 19

↓

过滤 5.467吨/时

↓-0.05%

净乳 5.464吨/时

↓-0.05%

冷却5.461吨/时

↓

贮乳5.461吨/时

↓

均质5.461吨/时

↓-0.1%

标准化5.456吨/时

↓

预热杀菌 5.456吨/时

↓-0.05%

真空浓缩 5.453吨/时

↓-48%

喷雾干燥 2.836吨/时

↓-75%

出粉冷却0.709吨/时

↓

过筛 0.709吨/时

↓-0.5%

陕西科技大学毕业设计说明书 20

包装 0.705吨/时

↓

成品

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 21

5 能量衡算

5.1 热交换设备传热过程

乳品加工中的预热、杀菌、冷却、浓缩等操作，其目的各不相同，而实质都是使较热的物体将热量传递较冷的物体，这种过程称为热交换过程或传热过程。传热设备称为热交换器或换热器，用于杀菌时称为杀菌器。参与传热过程的两种流体称为载热体，放出热量的热流体成为热载体，而温度较低、接受热量的冷流体成为载体。牛乳的杀菌设备中，蒸汽或热水是热载体，牛乳是冷载体。

我们现在使用的热交换设备属于间接热传递方式，即热载体通过传热壁将热量传递给冷载体实现的。假如在传热壁一侧热介质为流动的热水，而流动的冷牛乳位于另一例，那么加热介质一侧的间壁被加热，另一侧被冷却。在间壁的两侧，各有一个边界层。由于摩擦力，与间壁接触的边界层的液体流速接近于零。紧靠边界层外的一层流体受边界层影响，流速很小，在通道的中心流速达到最大值。同样，热水的温度在通道的中心是最高的，越是接近间壁的水，另一侧的冷介质冷却的越快。热量以对流和传导的方式通过边界层传递[3]。

5.2 热量衡算过程说明

换热器的传热计算主要有两类：

一类是设计计算，即根据生产要求的热负荷，确定换热器的传热面积，另一类shi 校核计算，即计算所给换热器的传热量、流体的流量或温度等。两者以换热器的热量衡算和传热速率方程为计算基础。

5.3 巴氏杀菌

牛奶刚挤出来温度为36℃，选用巴氏杀菌机加热到80℃保持15min。牛乳密度为1020kg/m3，比热容为3.95kJ/(kg?℃)，局部总传热系数取经验值150W/(m2?℃)。

热交换过程如下： 物料进口温度t1=36℃ 物料出口温度t2=80℃ 热蒸汽进口温度T1=120℃ 热蒸汽出口温度T2=110℃ 物料出口与进口温度差 ?t1=T1-t2=120-80=40℃ ?t2=T2-t1=110-36=74℃

陕西科技大学毕业设计说明书 22

平均温度差?tm： 因为?t2/?t1=74/40=1.85＜2

所以?tm=(?t1+?t2)/2=(74+40)/2=57℃ 冷物料所需要的能量：

Q=WcCpc(t2-t1)=0.53×3.95×(80-36)=92.11kw Wc：每秒钟所处理的物料量，kg/s； Cps：牛乳比热容，kJ/(kg?℃)

传热面积S1=Q/K?tm=92110/(150×57)=10.8m2 为保证传热效果，取放大系数1.2，校正传热面积S S=1.2×S1=13m2

有能量守恒的D=Q/r=92.11/2134=155.39kg/h D：蒸汽消耗量，kg/h r：加热蒸汽的汽化热，kJ/kg

5.4 超高温瞬时灭菌热量衡算

进入设备物料从80℃上升到135℃，在135℃环境保持3s-4s。 热交换过程如下： 物料进口温度t1=80℃ 物料出口温度t2=135℃ 蒸汽进口温度T1=145℃ 蒸汽出口温度T2=138℃ 进出口温度差计算： ?t1=T1-t1=145-135=10℃ ?t2=T2-t2=138-80=58℃ 平均温度差：

?tm=(?t2-?t1)/ln(?t2/?t1)=(58-10)/ln(58/10)=27.3℃ 冷物料所需热量：

p=WcCpc(t1-t2)=0.51×3.95×(135-80)=110.8kw 蒸汽消耗量：D=Q/r=110.8/2134.0=186.9kg/h 传热面积：S1=Q/K?tm=110800/(700×27.31)=5.8m2 取放大系数1.2进行校正S： S=1.2S1=6.96m2

5.5 原料乳冷却阶段热量衡算

从UHT杀菌机中出来的温度为65℃，需冷却脂15℃左右才可罐装，热量变化计算：

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 23

Q=WhCpc?t=1845.1×3.95×(65-15)=364407kJ/h。

陕西科技大学毕业设计说明书 24

6 主要设备选型及原则

6.1 设备选型原则

从设备的设计选型上，可以反映储设计工厂的先进性和生产的可靠性。因此，在设备的工艺设计和选型中应考虑以下原则：

（1）必须满足生产工艺要求，保证产品产量和质量。

（2）选用的设备要生产效率高，耗能低，且结构紧凑，占有空间及地面小，操作劳动强度低，清洗维修方便，安全可靠。

（3）所选用的设备应满足生产卫生要求，易清洗拆装，不对食品造成污染。 （4）能充分利用原料，耗能低，效率高。

（5）应尽量选用通用设备，标准定型设备以及实践证明有效的品牌设备。 （6）设备的结构应合理，所选用的材料能适应各种工作条件（温度、压力、湿度、酸碱度等），在真空、压力、浓度、时间、速度、流量、液位，计数和程序等参数的监控方面应由合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式[1]。

6.2 设备选型

6.2.1 奶罐车

从牧场到乳品加工厂的距离在千米以上，都应使用奶罐车运奶。这样可以保持已被冷却的奶温度不回升，奶在运输途中不被污染，减少途耗，便于加工厂的收集。选用两辆10吨的奶槽车运输原料乳[1]。 6.2.2 储奶罐

应使用不锈钢保温储罐，它应具有以下结构和功能：

适当强度的搅拌机，以防乳脂的上浮，防蝇防尘通气口，CIP清洗器，温度计、计量计或液位计，抗真空阀，可密闭的人孔，采样阀，保温层；保温层材料材料通常用聚氨酯发泡、玻璃棉和发泡珍珠岩。保湿性能以聚氨酯发泡为上乘。

储奶罐分为室内储罐和室外储罐，容积在20000L以下可以使用室内储罐，容积在20000L以上应使用露天储罐[10]。本设计选用RZWG01-5000型储罐。 6.2.3 磅奶槽、受奶槽

适用于专供牛奶、羊奶或饮料过磅时必备设备，结构简单，清洗方便，磅奶槽通常与受奶槽配合使用，以提高收奶工作的效率。设计采用的磅奶槽目前普遍采用350L大小。而受奶槽采用与之配套的容量为600L的受奶槽[10]。

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 25

6.2.4 奶泵

奶泵采用圆滑过度、刚性结构、厚壁设计。在材料上的选用泵体、泵盖、叶轮等凡与物料接触的零件全由SUS316L或304不锈钢制造。机械轴封采用高质量的石墨和碳化硅或硬质合金钢定制而成。大大提高了耐磨性和自润性，延长了使用寿命[10]。用离心式奶泵：型号为BAW150-5G，流量为5m3/h。 6.2.5 离心分离机

它是利用牛乳中的脂肪比重较轻，尘埃比重最重，其它成分比重居中的物理性质，他们的沉降速度不一，再加上高速旋转的离心力，使其三者分离，脂肪集于分离腔的中间，尘埃集于分离腔的最边缘[11]。选用处理量为5000L/h的DH207离心分离机。 6.2.6 均质机

均质机是乳品加工中不可少的设备，它是利用柱塞泵将牛奶压入是有背压的均质阀，牛奶在高速通过间隙小的均质阀时粒子受到了强大的碰撞、剪切和高压空穴作用力。乳脂肪球和其他粒子被粉碎成很小的颗粒。因此牛奶或被加工的液体得到了很好的均匀化。通常牛奶均质温度在55~75℃，均质压力在10~30MPa[1]。本设计采用HOMG-Q2500-P25的高压均质机一台。 6.2.7 板式换热器

杀菌和灭菌用的换热装备是牛奶加工中的关键设备之一。板式换热器在乳品加工中的应用，作为冷却或加热设备被广泛应用，主要用于牛奶的冷却或加热，通入冰水或冷却塔水，组合成一段或两段对物料进行冷却。通入适合热水，对物料进行加热。

经过加热、热交换、冷却几段的组合，广泛应用于HTST（73~85℃ 15s）的巴氏杀菌，它最大的优点是占地面积小，热效率高，可根据需要组合成不同产量、不同杀菌温度的杀菌机，易实现自动控制，便于CIP清洗，维护保养简单[1]。所需要的板式换热器有BP2-J-15型两台。 6.2.8 真空脱气机

要脱掉溶入牛奶中的空气和不良味道的气体，最有效的方法就是使用真空脱气机。 牛奶进入真空脱气机的温度在60~80℃。脱气罐内抽真空，牛奶由罐体的切线方向进入脱气罐内，旋转而下。在真空条件下，气体从牛奶中溢出，脱气罐上部装有冷却器冷凝水蒸汽，水分还原到牛奶中，保持原有的牛奶浓度。真空脱气机的在线安装，常安装在杀菌机的预热之后。本设计选用YX-2000，处理能力为2000L/h的消泡机[11]。 6.2.9 蒸发浓缩设备

陕西科技大学毕业设计说明书 26

在乳粉制备过程中，第一步就是要将牛奶中的水分蒸发掉一大部分，使其乳固体含量达到48%~50%。在水分蒸发过程中为了不使牛奶长时间受高热，以致蛋白质变质和营养成分损失太大，只能采用真空低温蒸发的方法。

降模式蒸发器优点是它最适合于浓缩加工类热敏性产品。降膜设计原理能在低温差下进行浓缩加工，具有极高的热效率，降模式蒸发器能够使用较大的加热表面和较长的管道。

真空减压浓缩罐包括浓缩器、冷凝器、汽液分离器、冷却器、受液桶五部件，浓缩器为夹套结构，冷凝器为列式管，冷却器为盘管式结构[11]。综和选择型号为RP3B1的浓缩罐。

6.2.10 喷雾干燥设备

喷雾干燥塔大多采用顺流喷雾干燥，即喷雾液滴的流向与热空气流向为同方，由塔顶到塔锥自上而下。 （1）塔高

设计选用压力喷雾干燥塔

在喷雾干燥过程中，设干燥前浓缩奶的含水量为W1=55%，干燥后乳粉中含水量为W2=2%。

进入干燥塔前物料为：

干燥量为1550kg/h，喷雾压力为147×103N/m3,干燥温度为150℃，蒸发水量为840kg/h。

干燥塔直径计算，容积和干燥强度 Av=0.03T1-1=0.03×150-1=3.5kg/(m2?h)

故塔径：D=1.05（W/Av）1/3=1.05×(840/3.5)1/3=6.5m 干燥塔高度与干燥塔径的关系：H=(1.1-1.2)D 故塔高：H=1.2D=1.2×6.5=7.8 (2)锥体部分

[11]为了防止乳粉在出料口出现“塔桥现象”选比较适当的锥度α，α应小于60°，取

锥体高度为：H2=6.5m 当α=60°是出料口直径：

D=D-2H×tg25°=6.5-2×4×tg25°=0.44m 即取出料口直径 d=0.5m

在干燥塔顶部导入热风，同时将料液送至塔顶部，通过雾化器喷成雾状液滴，这些液滴群表面积很大，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥产品，从干燥塔底排出热风与液滴接触后温度显著降低，湿度增大，它作为废气由排风机抽出，废气中夹带的微粒用分离装置回收。喷雾干燥机为连续式常压干燥器的一种。用特殊设

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 27

备将料液喷成雾状，使其与热空气接触而被干燥[11]。选用型号规格为蒸发量200kg/h的喷雾干燥机。 6.2.11 无菌包装设备

包装机隶属于粉末粉剂包装机械：该包装机可以对奶粉、豆奶粉、淀粉、调味品、酶制剂、饲料等粉末剂状、颗粒状物料的定量包装。制袋系统采用步进电机细分技术，控制器汉字显示，热封器四路控制温度，可靠的光电检测系统，自动打印批号或生产日期，包装成品上切易撕口，计量螺杆由步进电机驱动可获得极高的重复精度，生产材料全部选用不锈钢制成，与物料接触部分采用的是316不锈钢，此包装机完全符合医药GMP要求，采用充氮包装机[11]。 6.2.12 CIP清洗设备

CIP清洗是乳品加工厂在生产中和生产后所必不可少的工作环节，它可以对设备的物料接触面上所残留的乳脂肪、蛋白、碳水化合物、结焦等进行清洗和去除，以保证乳品的卫生质量。

CIP清洗设备包括有CIP清洗站、CIP清洗器、管路、清洗液回流泵[11]。

表6-1 设备选型列表

设备名称 磅奶槽 受奶槽 奶泵 双联式过滤器 离心分离机 板式换热器 消泡机 储奶罐 真空浓缩罐 三效降膜式蒸发器 喷雾干燥设备 混合机 CIP清洗设备 超高温灭菌机 奶茶粉包装机

型号 BAW150-5G RP6H2 DH207 BP2-J-15 YX-2000 RZWG01-5000

RP3B1 RNJM03-3200

LPG-5 VH-0.5 HT-CIP500

MJL-1cl

规格 350L 600L 流量5m3/h

5000L/h

2000L/h

蒸发量200kg/h

0.5m3 2500L/h 6000L/h 5-50kg

陕西科技大学毕业设计说明书 28

7 公共系统与辅助部门

7.1 给排水系统

乳粉车间的用水包括浓缩、干燥锅的冷却用水以及容器的洗涤、消毒、热交换过程中的冷却和产品本身的用水等，其他还有运输设备、生产设备、管道和卫生间的清洁用水等。

班产量4t的给水量为15~20t/h，有效生产时间一天12h，一年250天，生活用水大约8t/h，有效使用时间一天8h。

表7-1 一些设备用水量[11]：

设备名称 洗箱机 1000L真空浓缩锅 三效降膜浓缩锅

用水量/t

2 20 25

由上计算全年耗水量W1=生产用水+生活用水=54000（吨）+16000（吨）=70000吨。

7.2 供汽系统

乳粉厂用汽较多的工段有浓缩、干燥等，此外设备的清洗消毒、地面的清洗，用汽量的多少也与设备有关，一般情况下，班产量4t的用汽量为1.5~2.0t/h,而设备的耗汽量如下：

表7-2 一些设备的耗汽量[11]

设备名称 保温缸 三效浓缩锅 喷雾干燥塔

设备能力 1000L/h 3000L/h 700kg/h

用汽目的 消毒杀菌 浓缩 干燥

用汽量/（kg/h）

340 800 2000

每天用汽有效时间为12h，一年有效生产时间250天，年耗汽量W2=6000吨

7.3 供电系统

车间配电原则

（1）车间配电装置的防护性能要适应环境特征，车间内部的动力和照明电源应分开，配电装置应留有一定的备用容量、备用回路。

（2）乳品厂在生产运行时突然停电，应采取应急措施确保人身和设备的安全。待恢复供电继续开车生产时，消毒、浓缩、喷雾干燥等设备的工况已偏离正常，需经一段

年产一万吨益生菌奶茶粉的工厂设计 29

时间后才能正常运行。

（3）二级负荷供电按规定应有一路可靠的电源

（4）乳品厂的重要用电负荷包括收乳、预处理、制冷、动力等部门，确定备用发电机的容量时，电机的调压特性应满足最大电动机的启动要求。

（5）通常备用电源与电网不并列运行，在变压器的高压侧装设隔离开关、必要的电气连锁和机械连锁，并通过严格的操作规程来保证运行安全。

（6）设计选用变压器容量时，不应预留过多的余量，而应预留变压器间的面积，待以后生产发展时，再调换大的变压器。

（7）在电网电压偏移较大的地区，为了保证用电设备的正常运行，宜采用有载调压变压器来自动调节输出电压的恒定，以改善工厂的供电质量。

（8）每个车间或部门应安装电度表，这是企业加强经济核算、节约能耗的重要手段之一。

（9）架空线路具有经济实用、维修方便、配电灵活等特点，在工厂设计中应以实际为主，适当兼顾美观，厂区线路宜采用架空线路和埋地线缆相结合的敷设方式[8]。

根据生产实际，对生产过程用电量计算： （1） 水处理耗电30kW

（2） 脱气均质杀菌系统耗电50kW （3） CIP耗电20kW （4） 罐装耗电80kW （5） 冷库耗电60kW （6） 空调耗电18kW （7） 其他耗电6.2kW

车间最高耗电两位264.2kW，故装机容量选为300kW。

7.4 生产及辅助车间设施

7.4.1 收奶站

收奶是乳品加工第一步，奶源的好坏将直接影响到乳制品的生产，鲜奶的采集通常是采用冷藏车“冷链”进行运输。收奶站要检测酸度、温度、杂质度，以及进行抗生素残留量检测、酒精实验、玫瑰红实验和凝结实验，确保原料奶的新鲜和质量[11]。 7.4.2 奶仓

奶仓的数量和规格由原料乳的运送时间表和运送容积来决定。为了使设备能连续运行，不会因为缺原料而停机，一定要保证满足7h生产用的我原乳量。牛乳在加工之前最好已经储存至少1~2h，这样，牛乳可自然脱气[11]。 7.4.3 品质监控室

陕西科技大学毕业设计说明书 30

一般品质监控室要包括从原材料开始的各项原料、中间产品、终产品的质量检测、产品的跟踪监控以及随时地对产品进行抽检的监控人员和设备，也包括化验室和研发中心。

不同的操作间应进行分隔，如精密仪器间、细菌培养间、无菌室、储藏间和包材间等[11]。 7.4.4 仓库

乳粉厂的仓库在全厂建筑面积中占有较大的比重，包括原材料库、产品库、包材库、设备库等。原材料库要在各种原料的日或周需要量和生产储备天数的基础上，留有适当余地。成品库的大小取决于产品的产量和周转期。在建造仓库时，还要充分考虑到各种货物的性质，如是否需要冷冻、温度和湿度要求、包装规格、堆放方式等。要对各种情况有确切的估计，满足生产需要[11]。 7.4.5 机修车间

乳粉厂机修任务可设厂部机修部门和车间机修部门。车间机修工负责车间的日常运营和维护，如水电、车间设备的调试等[11]。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k873.html