完整版年产3000吨番茄酱的工厂设计毕业设计.docx
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完整版年产3000吨番茄酱的工厂设计毕业设计
本科生毕业设计
年产3000吨番茄酱的工厂设计
TheDesignforaTomatoSaucePlantof3000-tonAnnualOutput
总计:
毕业设计36页
表格:
16个
插图:
8幅
南阳理工学院本科毕业设计
年产3000吨番茄酱的工厂设计
TheDesignforaTomatoSaucePlantof3000-tonAnnualOutput
学院:
生化与化学工程学院
专业:
食品科学与工程
学生姓名:
指导教师(职称):
(副教授)
评阅教师:
完成日期:
2013年6月
南阳理工学院
NanyangInstituteofTechnology
年产3000吨番茄酱的工厂设计
食品科学与工程专业马季月
[摘 要]本设计主要是进行年处理量为3000吨番茄酱的工厂设计。
通过对市场上番茄酱的消费需求情况,生产加工和销售的现状进行充分调研的基础上,分析了我国番茄酱的产业现状。
拟定在新疆乌鲁木齐市天山区投资建设番茄酱生产厂,并根据工厂设计原则做出了厂区平面设计。
接着根据产品的工艺设计结合拟定的产量对产品进行了详细的工艺论证,在此基础上进行了物料衡算,耗材计算,设备选型以及水电汽的消耗计算,最后还进行了必要的经济分析。
本设计充分考虑了番茄酱的发展状况和发展趋势,从节能角度出发选择设备,保证车间布局合理、规范,使整个生产流程尽量机械化、自动化。
在完成设计说明的基础上,绘制了厂区平面图、车间设备布置图、工艺流程图和主要设备简图。
[关键词]番茄酱;工厂设计;物料衡算;设备选型
TheDesignforaTomatoSaucePlantof3000-tonAnnualOutput
FoodscienceandengineeringMajorMAJi-yue
Abstract:
Thisdesignisprimarilyforaplantof3000-tontomatosauce.OnthebasisofinvestigationofTomatosauceonthemarketsurveyonthestatusofproduction,salesandprocessingandanalysisofthetomatopasteproductionandtradesituationofourcountry.ForinvestingintomatopastefactoryinXinjiangUrumqitianshandistrict.Firstofall,wecantheproposedproductionworkshop;Secondly,wecarriedontheworkshopprocessdesignbasedontheinternationalmarketdemandandthemainequipmentselection.Inaddition,theutility,civil,etcalsoscheme;Atthesametime,thecostoftheamountofwater,electricity,steamandalsocarriedontheestimate.Finally,thisdesignalsomadethenecessarytechnicaleconomicanalysis.ThedesignfullyconsidertheneedsofthedevelopmentofthecurrenteconomicsituationandthefutureandSelectdevicefromtheperspectiveofenergysaving.Trytoimprovetheproductionprocesslevelofmechanization,automation,andatthesametimestrivetoadvancedtechnology,reliablequality,reasonablelayout,specification.Uponcompletionofthedesignspecification,onthebasisofdrawingthefactorylayout,workshopequipmentlayoutdiagram,processflowdiagramandmainequipment.
Keywords:
tomatosauce;factorydesign;materialbalance;equipmentselection
1前言
1.1番茄酱的产品简介
番茄起源于拉丁美洲,经过了几百年的时间才传到世界各地,是人们日常生活中非常喜欢的一种果蔬。
它有很多种加工方式,可以被做成番茄汁,番茄沙司,番茄酱等。
其中番茄酱由于它有多种储藏方式,一年四季都可以食用,所以使它在世界各地都备受欢迎。
番茄酱是新鲜番茄的酱状浓缩制品,酱体呈现鲜红色或深红色,具有番茄特有的风味,是一种富有特色的调味品。
它已经成为很多人饮食中不可缺少的一部分,而且它的营养价值越来越受关注。
近年来,有许多营养学家指出:
番茄酱的营养价值远远高于新鲜番茄,因为番茄酱中的番茄红素更容易被人体吸收。
有研究指出,番茄红素具有很好的抗癌效果和抗氧化活性。
很多流行病学研究证明,番茄红素对一些类型的癌症有预防作用,如前列腺癌和消化道癌。
有研究人员通过对上千名男性进行调查发现:
多吃番茄、番茄酱有助于预防前列腺癌。
其次,番茄酱中维生素C含量很高,可以阻碍某些致癌物的生成。
例如可以导致胃癌的亚硝胺,是由亚硝酸盐和胺类物质结合生成的,而维生素C的存在会阻断二者的合成,从而减少致癌物的数量。
番茄酱中还含有一定量的膳食纤维,起到减缓致癌物吸收速度,减少致癌物吸收量的作用。
番茄酱营养丰富,除了番茄红素外还含有B族维生素、膳食纤维、矿物质、蛋白质及天然果胶等,对于乳癌、肺癌、子宫内膜癌、结肠癌等都有预防效果。
番茄酱一般人群均可食用,尤其适合动脉硬化、高血压、冠心病、肾炎等患者食用。
体质寒凉、血压低,冬季手脚易冰凉者,食用番茄酱胜过新鲜番茄,多食有助于缓解这些症状。
1.2番茄酱的产业发展现状
1.2.1国外市场发展状况
番茄酱是一种基本食品配料,营养价值高,适用面广,在世界各地是人们日常生活中不可缺少的佐餐调味佳品。
不论在家庭还是在餐馆,快餐店,它的消费量与日俱增,尤其在汉堡包、比萨饼、意大利面等世界潮流食品中随处可见它的身影,充分表明了番茄酱市场的巨大潜力。
番茄酱是世界各国重要的食品原料,消费总量大而且稳中有升,需求量也一直居高不下。
美国年消费量在100万吨左右,是番茄酱需求量最大的国家。
另外,意大利消费量11万吨左右,土耳其约10万吨,日本年进口约7~9万吨,韩国年进口2万吨左右。
根据世界番茄组织的报告,近几年世界番茄酱加工量约占鲜番茄总量的34,即:
世界番茄酱加工量每年350万吨左右。
中国、意大利、西班牙、土尔其、美国、葡萄牙和希腊等主要生产国占据90%的全球番茄酱出口市场份额[1]。
日本、韩国、以及东南亚国家基本上不生产番茄酱,但对番茄酱的需求量却在不断增长。
我国番茄酱向这些国家出口,由于占有地缘优势,海运距离短,海运费用相对较低,与欧美等远距离运输的国家相比,占有明显的优势[2]。
1.2.2国内市场发展现状
目前番茄酱在中国人日常膳食中所占的份额还比不上欧美,这也就意味着国内市场的开发空间不可估量。
随着经济的发展和人民生活水平的提高,人们对饮食的要求已经从单纯的温饱转向了对营养结构的重视。
对果蔬制品的需求已向天然、营养、健康发展,日常消费趋向绿色食品。
加之像肯德基、麦当劳、德克士、必胜客等这些快餐产业在国内的蓬勃发展和各种番茄酱深加工制品的问世,国内市场对番茄酱需求的增长速度远远大于国际平均增长速度,并且呈上升趋势。
据2011年销售统计,中国番茄酱出口量达到110万吨,在世界贸易中所占比重达到40%[3],这两年一直呈现上升趋势,估计2013年将达到55%左右。
我国番茄酱以红色素高著称,色差、粘稠度和霉菌指数均达到世界同类产品先进水平。
而且相对低廉的制造成本,进一步增进了我国番茄酱的竞争力,质优价宜的产品不仅满足了国际市场不断增长的需求,也使我国番茄酱的市场份额扩大不少。
目前,中国番茄的种植、加工和出口都处于持续增长态势,中国已经是世界最主要的番茄酱生产国和出口国。
随着中国对外开放程度的提高,国内番茄酱的消费市场也将成为国际市场的一部分,并且将不断扩大市场份额。
国内番茄酱发展的优势有三个方面:
首先,从需求角度分析。
番茄酱是一种符合健康消费趋势的食品,它的增长空间非常大。
从运输的经济性上看,中国将是以后供应亚洲地区番茄酱最主要的来源地,在巨大的人口基数基础上,人均消费量的逐渐提升将使中国番茄酱产业长期处于快速发展的轨道。
其次,中国番茄酱存在着巨大的成本优势,主要体现在番茄的收购、运输,生产等方面。
厂房建设、人工费用等也远低于欧美国家。
最后,从供给角度分析。
酱用番茄的种植对地域的要求较高,严格的气候条件决定了供给的相对有限性。
中国作为全球最主要的三大种植区域之一,番茄原料种植面积多达100万亩,这是中国加工番茄产业能够立足全球竞争的基础前提。
1.2.3市场行业格局
番茄酱加工专用番茄的种植对气候要求比较严格,全球大面积种植加工番茄的地区有三个:
美国的加州河谷,地中海沿岸和中国的新疆以及内蒙古的少量地区。
据相关部门统计,2010年三大产地的番茄加工量占全球总加工量的86%左右。
由于加工用的番茄具有明显的地域性,全球主要的番茄制品加工制造企业也主要分布在以下三大产区:
美国加利福尼亚地区:
番茄加工量虽然很大,但是制造的番茄酱等制品主要用于供应国内市场,且进出口量都较小,基本上处于一个自给自足的状态。
欧洲地中海地区:
欧洲市场基本上处于整个番茄产业的供求核心,番茄制品的定价也在此产生。
意大利、西班牙、葡萄牙和希腊为该地区加工用番茄的传统种植大国。
中国:
主要以制造大包装番茄酱为主,小包装及其他高端产品还刚刚处于起步发展阶段,并且中国的番茄酱85%以上用于出口,处于原料输出国的地位,产品主要销往意大利、俄罗斯等欧洲国家以及非洲一些地区[4]。
目前中国新疆地区,是最适合种植酱用番茄的地区,它地处北纬37°~48°之间,光照强,日夜温差大,沙质土地丰富,种植的番茄质量好,病虫害少,固形物和红色素含量高,适合进行番茄酱加工。
因此,番茄酱工厂的地址选建在新疆是合理的。
2厂址选择与工厂总平面设计
2.1厂址选择
2.1.1厂址选择的原则
(1)符合国家方针政策,行业布局,地方规划和食品工厂对环境的特殊要求等。
(2)具有充足可靠的水源,年降水量为1500mm,地下水质符合国家“生活饮用水卫生标准”。
(3)具有良好的卫生环境,生产车间要注意朝向,保证通风良好,生产厂房要离公路有一定距离,中间设有绿化地带。
厂区周围没有有害气体,粉尘和其他扩散性污染源,不受其他烟尘及污染源影响(包括传染病污染源,污染严重的河流下游)。
(4)具有可靠的原料来源,选取我国新疆北疆沿天山一带和南疆焉耆盆地的优质加工用番茄。
(5)厂区所在地应具有方便的交通运输条件,动力供应设施应靠近负荷中心。
(6)有一定的基建施工条件和投产后的协作条件,厂址的地质应适于建筑,且厂址应选在坡度<7°的地区。
(7)坚持保护环境的原则[5]。
2.1.2厂址选择
由于用于加工番茄酱的番茄对于种植条件的要求比较严格,全国最适合种植番茄的地方是新疆,因此厂区就设在新疆乌鲁木齐天山区,该区域6-8月平均气工番茄有效生育期内,温度适宜,有害高温少,光照充足,干燥少雨,落花落果的现象少,有利于加工用番茄的生长。
在本区域内,7-8月平均最高气温30-34℃,6-8月平均最低温度14-19℃,6-8月平均相对湿度为39%-57%,是番茄红素和可溶性固形物积累的最佳条件,所以在本区域内加工番茄产量高,品质好。
本厂厂址地处新疆乌鲁木齐市天山区以南的郊区,农业技术先进,具有明显的优势,并且得到西北农林科技大学的技术支持和新疆天山区政府的大力支持。
而且交通便利,由北向南有吐乌大高速,西连连霍高速和乌奎高速,便于及时把加工好的番茄酱及时销往各地。
2.2工厂总平面设计
2.2.1总平面设计原则
总平面设计应按批准的可行性报告和设计说明书,在认真进行调查研究后,严格按照设计文件要求进行设计,既要结合厂址周围的自然条件,进行现代化建设,又要注重技术经济性、节约用地、节约投资。
其原则如下:
(1)设计必须符合生产工艺的要求
主车间,仓库等应按生产流程布置,并尽量缩短距离,避免物料在往返运输途中损坏,提高工作效率。
将辅助车间,材料库尽可能布置在接近其所服务的主要车间,按照生产性质,工艺流程,动力需要,货运方向和人行线路等要求,把一些同类车间和设施布置在一个地段内。
全厂的货流,人流,原料,管道等的运输应由各自路线尽可能为直线,运输距离最短,并减少运输线路和工程管路的交叉点。
动力设施应接近负荷中心。
上下水的连接要满足生产要求。
做好消防措施,在设计上注意防火、防爆,人流物流分开,要有安全通道,并做好标示。
(2)工厂总平面设计必须符合食品工厂卫生要求
生产区(各种车间和仓库等)、厂前区(传达室、化验室、医务室、办公室等)与生活区(宿舍、浴室、食堂)分开。
生产车间要注意朝向。
我国大部分地区车间最佳朝向为南偏东或西30度角范围内,生产车间应保证阳光充足,通风良好。
互有影响的车间尽量不要放在一起,主车间与综合车间、废品库、煤棚及有大量烟尘排出的车间要间隔一定距离。
筑物的外形应简单,布置应紧凑,以便厂区利用率达到最大限度。
且构筑物应按照有关规范设计,要满足防火,通风,采光,绿化,卫生和环境保护等要求。
布置建筑物时应考虑日照方位及主导风向,应保证室内天然采光、自然通风及防止日照辐射热的投入,若有往大气中大量排放煤气、烟、灰尘及不良气体的建筑物,当主导风向非常明显时,该建筑物须布置在其他建筑物的下风侧。
应根据地形起伏、工程地质和水文地质等条件,把主要建筑物、构筑物布置在条件好的地段,以节约建设投资。
应使厂内外公路、铁路、动力路线与卫生工程路线与其他设施连接合理,工作区与住宅区联系方便。
易燃、可燃和燃料仓库必须布置在生产性建筑物和构筑物的下风侧,经常散出大量火花以及有明火源的车间,均应布置在易燃、可燃和燃料仓库的下风侧。
总平面中要有一定的绿化面积,用来吸收空气中的有害气体和烟尘,同时美化环境[6]。
2.2.2设计的主要内容
(l)设计部分:
产品方案,原辅材料及包装材料要求,生产工艺流程的确定,物料衡算,对车间进行主要设备的选型,水电汽估算及劳动力平衡,主要经济技术分析等。
(2)公用系统部分:
给水系统,供电系统,供汽系统。
(3)建筑部分:
车间所需面积要求,车间房屋结构形式及布置。
(4)安全、卫生部分:
企业防火措施,车间劳动卫生条件及防护措施,保证正常的自然采光和人工照明措施,对高温、低温、管道设备等的安全防护措施。
(5)综合经济部分:
企业经济技术分析。
(6)环保部分:
三废治理方案。
(7)图纸部分:
全厂总平面布置图,工艺流程图,生产车间设备布置图,主要设备图。
2.2.3厂区平面布置图
依据以上内容设计了厂区平面布置图,厂区长约850米,宽约600米。
图形效果如下:
图1厂区平面图
3产品工艺设计
3.1产品方案设计
番茄的生长具有季节性,一般六月份开始成熟,七八九月份达到成熟旺季,所以番茄酱的加工期一般在六月份至十月份,是它的加工旺季。
本设计为年产3000吨番茄酱的工厂设计,生产期为150天。
本设计中番茄酱的固形物含量:
28%-30%
产品规格为200g无菌袋灌装
3.2产品的质量要求
等,总结出番茄酱的质量要求如下,包括感官要求、理化指标以及微生物指标[7]。
表1感官要求
项目
感官要求
色泽
酱体统一呈现深红色或红色,允许表面有轻微的褐色
气味
具有番茄酱较好的气味,无异味
组织状态
酱体均匀细腻,有较好的粘稠度,允许有少量水析出
杂质
不得发现有害杂质,如毛发、昆虫、金属丝等外来杂物,但允许有少量番茄皮籽存在
表2理化指标
项目
指标要求
可溶性固形物
可溶性固形物含量28%-36%
番茄红素
规格为36%-38%,≥45mg100g
PH值
3.9-4.5
总酸
<9%
粘度
具有适度粘度
重金属
砷(As):
≤0.5mgkg
铅(pb):
≤1.0mgkg
铜(Cu):
≤5.0mgkg
锡(Sn):
≤200mgkg
铁(Fe):
≤10mgkg
镉(Cd):
≤0.05mgkg
汞(Hg):
≤0.005mgkg
锌(Zn):
≤9mgkg
还原糖
>40%
另外微生物指标以霉菌计:
霉菌(视野):
≤50%,且符合罐头食品商业无菌要求。
3.3番茄酱生产工艺流程
加工番茄酱常用的番茄品种有:
玛瑙红140、新番4号、浙江1号、杂红16、扬州红、北京早红、浦红1号、罗城1号、佳丽矮红、穗圆、满丝和奇果等[8],生产中选用成熟无霉烂的果实。
品质量的前提下,各个步骤尽量做到最优化设计,具体工艺流程如下:
图2番茄酱工艺流程图
3.4工艺说明
(1)原料验收
按加工专用品种的要求,选用优良酱用品种,不得混入发黄或成熟度达不到要求的品种,剔除带有绿肩、污斑、裂果、损伤、脐腐和成熟度不足的果实。
着色不均匀且果实比重较轻的,在洗果时利用浮选除去。
(2)洗果、拣选
洗果时先用浸洗,再用自来水喷淋,务求干净。
番茄的果柄与萼片,呈绿色且稍有异味,会影响番茄酱的色泽与风味,需除去。
去蒂时要将绿肩和斑疤除去,拣去不适合加工的番茄。
(3)破碎、去籽
破碎是将番茄破碎到适合打浆力度,使在预煮时受热快而且均匀。
去籽则是为了防止打浆时打碎种籽,使其混入浆中影响产品的风味、质地和口感。
粗纤维的皮也在这个过程中除去。
(4)预煮、打浆
预煮过程是使破碎去籽后的番茄原浆迅速加热到80-85℃,以抑制果胶酶的活性,以免使果胶物质降价变性,从而降低酱体的粘稠度和涂布性。
原浆经预煮后进入打浆机组,物料在打浆机中受高速回转刮板的击打而成浆状,浆汁受离心作用穿过圆筛孔,进入收集器至下一道打浆器;皮渣、种籽等则由出渣斗排出,从而达到浆汁与皮渣、种籽的分离。
番茄制酱须经2道~3道打浆器,才能使制成的酱体细腻。
(5)浓缩、配料
按番茄酱的种类和名称要求酱体不同的浓度和配料。
番茄酱是直接由打浆后的原浆浓缩而成的产品,为增进产品的风味,配料时食盐和糖的比例为1:
10,加入的量按打浆后所得番茄汁的量按比例加入,一般加入盐0.5%,白砂糖1-1.5%。
各生产企业按市场需求,配方变化较多。
洋葱、大蒜等要磨成浆汁加入;丁香等香料装入布袋中先熬成汁或直接将布袋投入,待番茄酱浓缩后取出布袋。
加入量为3%。
经打浆后的纯浆汁进入到双效真空浓缩锅中,先封闭入料口,打开蒸汽阀加热,并开动搅拌翅,同时开动真空泵,使锅内真空度达到0.08-0.087兆帕,锅内温度控制的在60℃左右。
加热时要经常观察孔内浆汁沸腾情况和浆色变化,防止糊锅和色泽变褐。
番茄酱的浓缩终点,可用折光仪来确定,当测得产品浓度较规定标准高出0.5%~1.0%时才可终止浓缩[9]。
(6)加热、装罐
经浓缩的酱体须加热至90℃~95℃随即装罐,容器有马口铁罐和牙膏形塑料袋、玻璃瓶,现有用塑料杯或牙膏形塑料管,将番茄沙司作为调料来包装的,罐后随即排气密封。
本设计采用复合铝膜袋包装。
(7)灭菌
通过套管式换热器以热水作为加热介质,将果浆加热到90-92℃,然后冷却到45-50℃,通过加热使果汁中的微生物、酶得到钝化,蛋白质、淀粉等物质充分老化,有利于浓缩番茄酱有效成分的稳定,从而达到杀菌效果,适应于玻璃罐头的杀菌处理工作。
(8)冷却
杀菌后复合铝膜袋可以直接用冷水冷却。
(9)成品
各项指标全部符合相关标准方可作为成品进入低温库保存[10]。
4物料衡算与主要设备选型
4.1原料消耗量的计算
(1)本设计为年产量3000吨番茄酱。
(2)本设计生产周期按半年即六个月,实际生产天数定为150天。
(3)产品合格率按98%,则实际生产量为:
1020.41吨
3000÷98%=3061.22(吨年)则每天的实际产量为:
3061.22÷150=20.41(吨天)
(4)如果采用200g袋的规格计算,则每天生产的袋数为:
(5)每小时的产量为:
102041÷24=4252袋时
产品在经过灌装、压盖、装箱、贴标、入库、验收过程中的不合格率取经验值1%-2%,在这里取1.5%,则每小时的实际产量为:
4252÷(1-0.015)=4317袋时
设备的实际生产能力要大于4317袋时。
(6)若每24袋为一箱,则每天每条生产线生产量为:
4317÷24=180箱时
每条生产线每天的实际产量(即作为班产量):
4317×200×24×10-6=20.7吨
番茄酱的物料衡算
选择成熟度适宜,芳香味浓,色泽鲜艳的番茄为原料。
各个工艺过程的损失
量如下:
由常用物料利用率表得番茄酱(干物质28%-30%)的主要工艺损耗率[5]如下:
表3物料损失一览表
项目
损失量(%)
拣果
2.50
去蒂
5.20
破碎打浆
1.50
皮渣
6.74
脱水浓缩
72
均质
0.3
预热杀菌
0.3
其他损耗
2.13
由计算所得每条生产线每天的产量为:
20.7t番茄酱,则物料衡算如下:
每条生产线每天生产20.7吨番茄酱,假设需要新鲜番茄X吨,则:
X×(1-2.5%)×(1-5.2%)×(1-1.5%)×(1-6.47%)×(1-72%)×(1-0.3%)×(1-0.3%)×(1-2.13%)=20.7
X×O.975×O.948×O.985×0.9353×0.28×0.997×0.997×0.9787=0.232
得:
X≈89.2t
所以每条生产线每天需要处理的新鲜番茄量应大于89.2t。
所以,拣果后的物料质量为:
89.2×(1-2.5%)=86.97t。
去蒂修整后的物料质量为:
86.97×(1-5.2%)=82.45t
破碎打浆后的物料质量为:
82.45×(1-1.5%)=81.21t
去掉皮渣后的物料质量为:
81.21×(1-6.47%)=75.96t
脱水浓缩后的物料质量为:
75.96×(1-72%)=21.27t
均质后的物料质量为:
21.27×(1-0.3%)=21.20t
预热杀菌后的物料质量为:
21.20×(1-0.3%)=21.14t
其他损耗(灌装、贴标、装箱等)后的物料质量为:
21.14×(1-2.13%)=20.70t
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