年产吨冰淇淋工厂设计.docx
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年产吨冰淇淋工厂设计
渤海大学本科毕业设计(论文)
年产5000吨冰淇淋车间设计
IceCreamPlantDesignofAnnualOutput5000Tons
学院(系):
化学化工与食品安全学院
专业:
食品科学与工程
学号:
0915****
学生姓名:
西溪然
入学年度:
2009
指导教师:
吕长鑫
完成日期:
2013年5月27日
渤海大学
BohaiUniversity
摘要
本论文进行了年产5000吨冰淇淋车间设计,初步对冰淇淋车间设计做出了说明,并绘制了设计图纸2张,工厂总平面设计和车间工艺流程设计。
首先介绍了冰淇淋的定义、分类与行业标准,同时对冰淇淋的工艺流程做详尽阐述;然后通过区域调研进行厂址选择、厂区总平面设计和车间工艺流程设计;再次,对冰淇淋加工过程进行物料衡算、设备选型、能量与水电汽的衡算;最后设定企业管理组织架构,实施环境保护规划并进行污水处理,并对冰淇淋工厂的总投资、回收期盈亏平衡进行估算与分析。
通过估算可知,本项目每班可产冰淇淋9吨,总投资1205万,年利润1230万元,厂区总面积3000m2,资金回收期约为1.5年,当生产利润率为11.54%时即可达至盈亏平衡点。
本项目符合可持续发展的原则,最大程度地节约了能源。
同时,有效促进了地方经济发展,解决部分下岗工人的就业的问题,是具有较高附加值和投资回报率的项目。
关键词:
冰淇淋;工艺流程;车间设计
IceCreamPlantDesignofAnnualOutput5000Tons
Abstract
Thisstudydesignedanicecreamfactoryofanannualoutputof5000tonsicecream,preliminarilyexplainedthedesignofanicecreamfactory,andthenmade2drawingsofit:
architecturedesignofthefactoryanddesignoftheworkshopoperationprocess.
First,thisstudyintroducedthedefinition,classificationandindustrystandardoficecream,meanwhile,expoundedtheoperationprocessoficecream;thencarriedoutthesiteselectionandarchitecturedesignofthefactorythroughregionalresearch.Thirdly,madethematerialbalancecalculation,equipmentselection,energyandwatervaporbalancecalculationontheicecreammanufactureprocess;finally,setthemanagementstructure,madeaplanforenvironmentalprotectionandsewagetreatment,andanalyzedthetotalinvestmentandthepaybackperiodoftheicecreamfactory.Theresultshowedthattheprojectcanproduce9tonsoficecreamperclasswithatotalinvestmentof12.05million,theprofitfortheyearof12.05millionYuan,plantareaof3000m2
Thisprojectwasinaccordancewiththeprincipleofsustainabledevelopmentandlargelysatisfiedtheenergysavingrequest.Atthesametime,effectivelypromotedthedevelopmentoflocaleconomy,solvedtheemploymentproblemoflaid-offworkers,whichwasaprojectwithhighadded-valueandhighrateofreturn.
.
KeyWords:
Icecream;ProcessFlow;PlantDesign
摘要I
AbstractII
引言1
1冰淇淋概述2
1.1冰淇淋定义2
1.2冰淇淋分类2
1.2.1全乳脂冰淇淋2
1.2.2半乳脂冰淇淋2
1.2.3植脂冰淇淋2
1.3冰淇淋行业标准3
2冰淇淋工艺论证与影响因素4
2.1工艺流程4
2.2工艺论证4
2.2.1原料混合4
2.2.2杀菌4
2.2.3均质4
2.2.4冷却4
2.2.5老化4
2.2.6调和4
2.2.7凝冻4
2.2.8灌装5
2.2.9硬化5
装箱5
贮存5
3车间平面设计6
3.1厂址的选择6
3.1.1区域简介6
3.1.2区域优势6
3.2厂区总平面设计6
3.2.1厂区总平面设计原则6
3.2.2总平面设计的内容7
3.3车间布置7
4物料衡算与设备选型8
4.1班产量的确定8
4.2冰淇淋配方8
4.3物料衡算9
4.4设备选型9
4.4.1生产流程9
4.4.2设备选型原则9
4.5设备选型表10
5能量衡算11
5.1热量衡算11
5.1.1配料阶段11
5.1.2杀菌阶段11
5.1.3总热量衡算11
5.2冷量衡算11
5.2.1冷却阶段11
5.2.2凝冻阶段11
5.2.3硬化阶段12
5.2.4总冷量衡算12
6人员配置及公用辅助工程13
6.1人员配置13
6.2公用工程13
6.2.1生活设施13
6.2.2供电工程14
6.2.3供水工程14
6.2.4排水系统14
6.2.5采暖工程14
6.2.6供汽工程14
6.2.7制冷工程14
6.3辅助工程14
6.3.1化验室14
6.3.2仓库15
6.3.3研发室15
6.3.4运输设备15
7水、电、气估算16
7.1水估算16
7.1.1配料用水量16
7.1.2清洗设备用水量16
7.1.3生活用水量16
7.2电估算16
7.2.1配料罐16
7.2.225MPa均质机16
7.2.3氟利昂制冷压缩机16
7.2.4老化罐16
7.2.51000L凝冻机16
7.2.6冰淇淋灌装机16
7.2.7冷冻隧道17
7.2.8冷库17
7.2.9总用电量17
7.3气估算17
8环境影响分析18
8.1噪声控制18
8.1.1工业企业环境噪声标准及规定18
8.1.2噪声的控制18
8.1.3生产人员防护18
8.2大气质量控制19
8.2.1大气质量标准及有关规定19
8.2.2大气污染的控制19
8.3污水控制20
8.3.1污水综合排放标准及有关规定20
8.3.2污水的控制20
8.4本厂环境保护措施20
9设计概算21
9.1工程总投资21
9.2年利润估算21
9.2.1年产值估算21
9.2.2年成本估算21
9.2.3年利润估算24
9.2.4资金回收期24
9.2.5盈亏平衡分析24
总结26
参考文献27
致谢28
引言
冰淇淋属于冷冻饮品类,以其美观、冰凉、快乐与甜蜜的特点,越来越受到消费者的喜爱,其主要原料有水、奶粉、油脂、糖,其中含脂量约为10%—12%,蛋白质含量约为8%,砂糖含量约为16%—20%。
冰淇淋的营养成分为牛奶的2.8—3倍,在人体内的消化率可达95%以上,高于肉类、脂肪类的消化率。
它具有调节生理机能、保持渗透压和酸碱度的功能,若再加入消费者需要强化的不同物质,可弥补日常饮食中的不足,使营养均衡[1]。
我国冰淇淋产业正在迅猛发展,据国家统计局和中国餐饮协会市场调研统计数据显示,2009年我国冰淇淋产销量突破28亿kg,实现销售额400亿元以上。
2011年国内冰淇淋产销量达到了348.39万t,人均消费量2.48kg。
累计销售额超过了791亿元。
我国冰淇淋产业正在以9%左右的增长率迅猛发展着。
在冰淇淋业界有句话,“亚洲冰淇淋看中国,中国冰淇淋看东北,东北冰淇淋看辽宁”。
中国最大的冷饮市场不是在炎热的广东、福建,而是在东北。
在中国,夏季全国普遍高温,各地气温都很高,南北地区对冷饮的需求不相上下,但在冬季,东北的冷饮消费量却远远大于其他地区。
这是因为农村的火炕、城市的暖气,使得室内外温差有几十度,外面冰天雪地,室内却温暖如春。
室内空气干燥使得东北地区在冬季对冷饮也有着强烈的市场需求。
因此,东北地区一年有两个冷饮销售旺季。
目前,东北市场冰淇淋销量占国内市场总额的13%,而沈阳是其中最重要的区域市场之一。
本设计是从我国目前冷冻饮品工业发展状况和市场经济形势出发,认真贯彻食品工业的各项指标,对多家冷饮企业进行实地考察,将厂址拟建在辽宁省沈阳市辉山经济开发区。
除对生产工艺、设备进行了科学合理的布置外,还紧紧围绕工艺实际需要在劳动组织、辅助部门、公用系统、环境保护等方面进行了合理的设计,使得整厂各环节紧凑、合理,可以发挥最高的工作效率。
本设计可为冷饮企业建立新厂提供参考。
1冰淇淋概述
1.1冰淇淋定义
以饮用水、乳和/或乳制品、食糖等为主要原料,添加或不添加食用油脂、食品添加剂,经混合、灭菌、均质、老化、凝冻、硬化等工艺制成的体积膨胀的冷冻饮品[2]。
1.2冰淇淋分类
1.2.1全乳脂冰淇淋
主体部分乳脂含量为8%以上(不添加非乳脂)的冰淇淋。
(1)清型全乳脂冰淇淋
不含颗粒或块状辅料的全乳脂冰淇淋,如奶油冰淇淋,可可冰淇淋等。
(2)组合型全乳脂冰淇淋
主体部分为全乳脂冰淇淋,且所占10%质量比率不低于50%,与其他冷冻饮品和/或其他食品组成的全乳脂冰淇淋,如巧克力脆皮奶油冰淇淋、蛋卷奶油冰淇淋等。
1.2.2半乳脂冰淇淋
主体部分乳脂含量大于等于2.2%的冰淇淋。
(1)清型半乳脂冰淇淋
不含颗粒或块状辅料的半乳脂冰淇淋,如香草半乳脂冰淇淋、桔味半乳脂冰淇淋、香芋半乳脂冰淇淋等。
(2)组合型半乳脂冰淇淋
主体部分为半乳脂冰淇淋,且所占质量比率不低于50%,与其他冷冻饮品和/或其他食品组成的半乳脂冰淇淋,如脆皮半乳脂冰淇淋、蛋卷半乳脂冰淇淋等。
1.2.3植脂冰淇淋
主体部分乳脂含量低于2.2%的冰淇淋。
(1)清型植脂冰淇淋
不含颗粒或块状辅料的植脂冰淇淋,如豆奶植脂冰淇淋、可可植脂冰淇淋等。
(2)组合型植脂冰淇淋
主体部分为植脂冰淇淋,且所占质量比率不低于50%,与其他冷冻饮品和/或其他食品组成的植脂冰淇淋,如巧克力脆皮植脂冰淇淋、夹心植脂冰淇淋等[3]。
1.3冰淇淋行业标准
根据冷冻饮品冰淇淋的行业标准SB/T10013-2008,冰淇淋的感官要求、理化指标、卫生控制指标分别见表1.1,1.2,1.3。
表1.1感官要求
项目
要求
清型
混合型
色泽
具有品种应有的色泽
具有品种应有的色泽
形态
形态完整,大小一致,不变形,不软榻,不收缩
形态完整,大小一致,不变形,不软榻,不收缩
组织
细腻爽滑润,无明显粗糙的冰晶,无气孔
具有品种应有的组织特征
滋气味
滋味可调,有乳脂或植脂香味,香味纯正
具有应有的滋味和气味,无异味
杂质
无肉眼可见外来杂质
无肉眼可见外来杂质
表1.2理化指标
项目
指标
全乳脂
半乳脂
植脂
清型
组合型
清型
组合型
清型
组合型
非脂乳固体/%
6.0
6.0
6.0
6.0
6.0
6.0
总固形物/%
30.0
30.0
30.0
30.0
30.0
30.0
脂肪/%
8.0
8.0
6.0
5.0
6.0
5.0
蛋白质/%
2.5
2.2
2.5
2.2
2.5
2.2
膨胀率/%
10-140
10-140
10-140
10-140
10-140
10-140
注:
1)组合型产品的各项指标均指冰淇淋主体部分;2)非脂乳固体含量按原始配料计算。
表1.3卫生质量控制指标
项目
指标
总砷(以As计)/(mg/L)
≤0.2
铅(Pb)/(mg/L)
≤0.3
铜(Cu)/(mg/L)
≤5.0
菌落总数/(cfu/mL)
≤25000
大肠杆菌/(MPN/100mL)
≤450
致病菌(指沙门氏菌、志贺氏菌和金黄色葡萄球菌)
不得检出
2冰淇淋工艺论证与影响因素
2.1工艺流程
原料→混合→杀菌→均质→冷却→老化→调和→凝冻→灌装→硬化→装箱→贮藏
2.2工艺论证
2.2.1原料混合
食用油脂需先加热熔化或将其切割成小块后再使用,明胶需预先加两倍冷水浸泡,软化后再使用。
底料预处理完毕后,再按顺序依次倒入配料罐,搅拌均匀。
通过搅拌混合可强化热交换,提高杀菌效率[4]。
2.2.2杀菌
巴氏杀菌:
杀菌温度78℃,保温20—30min。
2.2.3均质
均质温度为65—77℃,均质压力分为二级:
一级均质压力为15—20MPa,通过高压,切碎料液中脂肪球;二级均质压力为5MPa,防止脂肪球再聚集,提高料液粘度[5]。
2.2.4冷却
均质后的料液温度为60℃左右,瞬时冷却至4℃,防止出现脂肪球上浮,酸度增高等现象。
2.2.5老化
老化温度控制在4℃,老化时间为12h,通过老化可使料液中的蛋白质、脂肪及稳定剂充分融合,改善冰淇淋的组织结构。
2.2.6调和
向老化罐中加入食用香精、食用色素进行调香、调色。
转速:
30r/min。
2.2.7凝冻
凝冻段是影响冰淇淋质量优劣的重要工序。
将老化好的浆料泵入凝冻机进行搅刮,同时加入清净空气使急速冻结,由液体转变成微冰晶化的半固态,即凝冻状态。
凝冻温度为-3—-10℃,凝冻机出料温度约为-2.4℃[6]。
2.2.8灌装
用标杯装线生产,出料温度-4.2—-6.6℃。
2.2.9硬化
被凝冻过的冰淇淋料被送入-40℃的速冻隧道以保证快速冷冻。
人工装箱与封箱。
贮存温度控制在-18℃以下,避免挤压变型,坚持先进先出原则。
3车间平面设计
3.1厂址的选择
本设计建厂地址为辽宁省沈阳市沈北新区辉山经济开发区。
3.1.1区域简介
沈阳辉山经济开发区位于沈北新区东部,占地1098平方公里,人口40万。
目前入区企业已经达390家,构筑了乳品加工、粮油加工、畜禽加工、果蔬(饮料)加工、生物制品加工等五大主导产业,是全国最的农产品加工业示范基地。
3.1.2区域优势
(1)区位优势
新区地处东北亚中心地带、环渤海经济圈的核心地区、东北城市群枢纽重地,素有东北地区“陆上门户”之称。
(2)生态优势
区内辉山、帽山、七星山钟灵毓秀,辽河、蒲河、长河奔流不息,水面积率8%,绿化率40%。
(3)科教优势
由辽宁大学、沈阳师范大学等6所大学组成的沈北大学城,由辽宁装备技术学院、辽宁金融职业学院等12所高职院校组成的辽宁高职城,由东北育才、沈阳二中等16所名校组成的名高中城,构筑了基础教育、职业教育和高等教育互补的教育体系,每年可培育各类人才5万人以上;诸多科研院所、重点试验室、博士后流动站,具有一流的科技创新能力,为区域发展提供了人才保证和智力支持。
(4)体制优势
新区是国家批准的第三个行政新区,是辽宁省唯一一家综合配套改革试验区,被授权在行政管理、经济管理、社会管理、科技创新、土地管理、金融创新、对外开放、农村综合改革等方面先行先试,现已成为东北最佳的投资服务区。
3.2厂区总平面设计
3.2.1厂区总平面设计原则
安排工厂整体走向时需考虑风向,车间分布轴应与主导风向垂直,以保证车间自然通风良好,运送原料的道路和锅炉房应在厂区的下风侧,避免造成二次污染[7]。
食品工厂以生产为主要目的,因此以生产车间为中心,其他各建构筑物均围绕着生产车间布局。
3.2.2总平面设计的内容
总平面设计包括平面布置和竖向布置两个部分,当地面比较平坦开阔时,可以只做平面布置。
拟建厂于沈北新区,地势平坦,只需做平面布置。
(1)生产车间
生产车间是原料消耗和产品生产的地方,是能耗最大和人流物流最集中的地方。
建设时需靠近原料库,应配备洗手间、更衣室、风淋间、洗靴池等。
(2)仓库
仓库根据生产的不同,可以分成不同的仓库,冰淇淋生产时需要两种仓库,一种是原辅料仓库,另一种是冷库,原辅料仓库需要靠近生产车间,而冷库需要靠近包装车间。
(3)辅助车间
包括研发室、化验室、机修车间、垃圾站等。
(4)供能车间
为了保证水电气的供应,冰淇淋工厂设置了锅炉房、配电室。
(5)综合楼
冰淇淋工厂建设的综合楼,负责销售、后勤、财务、调度等行政工作。
(6)员工生活区
包括员工宿舍、食堂、娱乐室。
(工厂总平面设计见附件1)
3.3车间布置
生产工序的安排要做到冷、热分开,生、熟分开,干、湿分开,成品、半成品分开。
按生产线安排设备,防止交叉,浪费资源。
(车间工艺流程设计见附件2)
4物料衡算与设备选型
物料衡算在工艺设计中是一项既细致又重要的工作。
物料衡算包括该产品原料和包装材料的计算。
通过物料衡算,可以确定各种主要物料的采购量,并对生产过程中所需的设备和劳动力定员的需要量提供计算依据[8]。
4.1班产量的确定
工作日及其生产班次如下表4.1。
表4.1工作日及其生产班次
年产量(t)
工作日(天)
班次(班)
5000
300
2
班产量5000÷300÷2=8.33t。
损失率按2%计,产品合格率按95%计,实际班产量9t。
生产前后需清洗设备,每次按1.5h计算,则有效生产时间为9h/班,产量为1t/h。
4.2冰淇淋配方
冰淇淋配方如下表4.2。
表4.2冰淇淋配方
成分
含量(kg/t)
白砂糖
120
饴糖
120
果葡糖浆
70
全脂奶粉
30
椰油
40
麦芽糊精
20
乳清粉
15
明胶
4
香精
1
食用色素
0.02
加水至
1000
4.3物料衡算
冰淇淋的生产原料物料衡算如表4.3。
表4.3原料物料衡算
成分
班用量(kg)
全年用量(t)
白砂糖
1080
648
饴糖
1080
648
果葡糖浆
630
378
全脂奶粉
270
162
椰油
360
216
麦芽糊精
180
108
乳清粉
135
81
明胶
36
21.6
香精
9
5.4
食用色素
0.18
0.108
饮用水
5220
3132
4.4设备选型
4.4.1生产流程
原料→配料罐→板式换热器→高压均质机→板式换热器→老化缸→凝冻机→灌装机→速冻隧道→冷库
4.4.2设备选型原则
(1)满足工艺要求,保证产品的质量和产量;
(2)选用先进、机械化程度高的设备;
(3)充分利用原料,能耗少,效率高,体积小;
(4)应符合卫生要求,选用不锈钢材料的设备;
(5)根据单位时间产量和设备生产能力确定所需设备;
(6)经济上合理。
4.5设备选型表
冰淇淋生产需用到如下设备,详见表4.4。
表4.4设备选型
设备名称
型号
技术参数
功率(kW)
外形尺寸(mm)
生产厂商
单价
(万元)
台数
配料罐
1500L
1.1
1350×1200×1940
东顶
机械有限公司
0.89
2
板式换热器
BP2-J-3
2000L/h,3m2
1007×384×1545
海宁市盐官
正浩过滤器材厂
0.55
1
25MPa均质机
jj1.5/25
1500L/h,25MPa
11
1130×754×1120
廊坊市安次区
汇通机械厂
8.00
1
氟利昂
制冷压缩机
6FVW7B半封闭式
154000kJ/h
4.21
31×42×317
东莞市宇州冷冻设备有限公司
0.30
2
老化罐
BW-TANK
1000L,36r/min
0.75
Φ1000×1220
温州强忠
机械有限公司
0.95
2
1000L冰淇淋凝冻机
V3-1000
1000L
28.25
15000×2000×1200
常熟威玛
机械有限公司
18.80
1
冰淇淋
灌装机
LG-3F
5400个/h
2.25
4.4×0.9×22
青岛
冷饮食品设备厂
11.90
2
冷冻隧道
AFS-2.0
8000个/h
50
沈阳
东北大学机械厂
20.00
1
冷库
216m3
8
6000×6000×6000
15.00
1
锅炉
WNS-YQ
2t/h
河南永兴锅炉
集团有限公司
5.40
2
5能量衡算
以生产1000kg冰淇淋为衡算标准,进行能量衡算(不计加工损失),能量衡算式如下:
(5.1)
式中
——消耗能量kJ
——原料处理量1000kg
——料液的比热取4.187kJ/kg·K
——料液入口与出口的温差K
5.1热量衡算
5.1.1配料阶段
原料混合时,为保证混合均匀,要将其加热至45℃,则这一阶段需要加入的热量为:
5.1.2杀菌阶段
原料经混合后,要加热到70℃进行巴氏杀菌,则这一阶段需要加入的热量为:
5.1.3总热量衡算
在整个生产过程中,加入的总热量为:
,根据经验,在过程中热量损失为15%,故总热量为:
5.2冷量衡算
5.2.1冷却阶段
均质后的混合料,要迅速冷却至4℃以下,以适应老化的需要。
这一过程所用的冷量为:
5.2.2凝冻阶段
混合料在冷却老化后,置于凝冻机内,使温度降至-5℃,得到冰淇淋的雏形。
这一过程需加入的冷量为:
5.2.3硬化阶段
经凝冻后,冰淇淋处于半流体状,须经凝冻-25℃处理,便于运输和储藏。
这一阶段所需的冷量为:
1000×CP×[-5-
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