毕业设计年产500吨果蔬脆片工厂设计.docx
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毕业设计年产500吨果蔬脆片工厂设计
年产500吨果蔬脆片工厂设计
摘要:
本设计主要是对一个食品工厂进行相关技术方面的综合设计。
设计的主要内容包括厂
址的选择,总平面规划,生产工艺设计和生产车间设计。
按照工厂设计的基本要求,结合实
际生产条件,综合分析,选定设计方案。
工厂充分利用果蔬原料的优势,采用真空冷冻干燥
技术生产果蔬脆片,发展果蔬脆片产业。
这不仅充分利用了国内的果蔬资源,获得经济效益,
而且带动了农村经济的发展,为社会提供了大量的就业岗位。
关键词:
工厂设计真空冷冻干燥果蔬脆片
Theplantdesignofanannualoutputof500tonsoffruitand
vegetablechips
Abstract:
Themaindesignisafoodplantforthetechnicalaspectsofthecomprehensivedesign.Themaincontentsofdesignincludingsiteselection,generallayout,Productionprocessdesignandproductionworkshopdesign.Accordingtothebasicrequirementsofdesign,combinedwiththeactualproductionconditions,comprehensiveanalysis,selectethedesign.Thefactorymakesfulluseoftheadvantagesofrawfruitsandvegetables,thevacuumfreezedryingtechniqueintheproductionoffruitandvegetablechips,developmenttheindustryoffruitandvegetablechips.Thisnotonlymakefulluseofdomesticresources,accesstoeconomicbenefiandpromotethedevelopmentofruraleconomy,forthecommunitytoprovidealargenumberofjobs.
Keywords:
PlantdesignVacuumfreezedryingFruitandvegetablechips
果蔬脆片是一种高品质脱水食品,也是近年来盛行的一种果蔬风味食品,其
原料来源广泛,如苹果、梨、马铃薯、胡萝卜、香蕉、菠萝、猕猴桃、哈密瓜、
桃、枸杞、香葱、大蒜、蘑菇等,大多数果蔬脆片保持了果蔬原料的色、香、味,
并有松脆的口感,富含维生素和多种矿物质,人工合成添加剂含量极低,并且携
带方便,能够长期保存。
果蔬脆片特别适合糖尿病,心脏病等患者食用,同时也
是偏食儿童和减肥人群的最佳零食。
果蔬脆片生产技术于20世纪80年代初期起源于台湾,其母体技术是真空干
燥技术。
产品在欧美等发达国家非常畅销,主要用于西餐的配餐食品、休闲食品、
制作国珍果粉及速溶饮品等,被食品界誉为21世纪的天然食品。
果蔬脆片生产
技术很多,真空冷冻干燥技术被认为是国内外生产高品质脱水果蔬食品最好的加
工方法。
真空冷冻干燥技术在食品的加工生产过程中,实现真空和低温条件下操
作,微生物的生长和酶的作用受抑制,可以最大限度地保留食品的色香味。
如蔬
菜的天然色素保持不变,各种芳香物质的损失可减少到最低限度,可以使热敏性
的物料干燥后保持热敏成分,能保存食品中的各级营养成分,尤其对维生素C
能保存90%以上,非常符合现代人养生保健的健康理念[1]。
真空冷冻干燥食品的主要特点:
复水快,食用方便品,重量轻体积小,贮藏
时占地面积小,运输方便。
各种冷冻干燥的蔬菜经压块,重量减轻十几倍,体积
缩小几十倍。
由于体积减少,包装费用也少得多,真空下操作,一些易氧化的物
质得到保护,能排除95%以上的水分,产品能够长期保存而不变质[2]。
本设计是运用大学四年所学的基础知识以及相关专业知识,按照青岛农业大
学有关毕业设计的任务和要求,本着“经济上合理,技术上先进,工艺上成熟,
生产上可行,设计上规范”的原则,展开工厂设计。
本设计工厂充分利用果蔬原
料的优势,采用国际上先进的真空冷冻干燥技术生产果蔬脆片,发展果蔬脆片产
业。
这不仅充分利用了国内的果蔬资源,获得经济效益,而且带动了农村经济的
发展,为社会提供大量的就业岗位。
1.1设计依据和范围
1.1.1设计依据
《食品卫生通则》《污水综合排放标准》《环境空气质量标准》《工
程制图》《中华人民共和国食品卫生法》《工业企业设计卫生标准》《食品
质量安全HACCP体系》《中华人民共和国产品质量法》《生活饮用水标准》
1.2.1设计范围
项目设计范围主要包括:
原料仓库,包装材料库,成品仓库,化验室,冷藏
库,机修车间,动力设施,锅炉房,供水系统,中心试验室,停车场,生产车间,
办公楼,食堂,医务室,绿化带,配电房等。
工艺设计主要包括:
全厂总体工艺布局,生产工艺设计,产品方案及班产量
的确定,物料衡算,生产车间设计,设备选型及清单,车间平面布置,劳动力计
算,管路设计布置,管路安装等。
非工艺设计主要包括:
土建工程,采暖通风,废物的处理,技术经济分析,
以及供水、供电、供汽、制冷、绿化工程等设计。
1.2市场分析
中国是一个农业大国,很多农产品的产量在世界上均名列前茅,农业在国民
经济中的地位非常重要。
然而落后的加工技术限制了中国农产品的产业加工,阻
碍了农产品的商品化的进程,严重影响了中国农业的效益。
随着我国经济的发展
与国际市场的逐渐接轨,人们的生活节奏的加快,生活水平的提高,生活观念和
消费观念的变化,人们对果蔬的需求逐步由数量和价格便宜,改变为追求高质量,
安全卫生,营养方便的果蔬产品。
这就为农产品的深加工提供了广阔的市场,为
提高农产品的效益创造了很好的环境条件。
据有关部门统计,目前美国每年消费冻干食品约600万吨,日本约200万吨,
法国约100万吨。
日本每年需花1500亿日元进口冻干食品,日本、欧美等地每
年约需要冻干大蒜粉6000吨,可见冻干食品的国际市场很大[3]。
果蔬脆片作为
一种高品质冻干食品既可作为休闲小食品,又可作为高寒地区、海岛边防官兵以
及地质勘探、南极考察队等特殊人群的水果蔬菜供应,具有持久的市场生命力。
并且果蔬脆片具有很高的附加值,发达国家市场零售价为10~20美元/kg,我
国市场零售价为50~100元/kg,果蔬脆片的开发前景十分乐观。
2厂址选择及总平面设计
2.1厂址选择
厂址选择的基本原则:
符合国家的方针政策和行业布局,符合社会主义市场
经济发展的长远规划,符合当地政府规划和节约用地;厂区的标高应高于当地历
史最高水位,自然排水坡度最好在0.005—0.008之间;所选厂址要有可靠的地质
条件,避免将工厂设在流沙、淤泥、土崩断裂层上;厂区附近应有良好的卫生环
境避免各种污染源;具有充足可靠优质的水源和电源,具有良好的卫生环境,具
有可靠的原料来源;具有方便的交通运输条件,离市区较近,避免长途运输。
厂址选择报告:
根据设计的基本原则,结合实际生产条件,综合考虑,本工
厂设计的厂址选在山东省潍坊安丘市经济开发区。
安丘市经济开发区位于潍坊市
中东部,地势平坦,交通便利。
当地人民大量种植水果和蔬菜,果蔬原料来源广
泛。
随着潍坊市经济的发展,经济开发区的生产资料劳、动力、资金等生产要素
及商贸市场正逐步完善,教育、医疗、卫生、金融、保险等社会化服务体系健全。
经济开发区靠近美丽的海滨城市青岛,并享受内陆开放城市和国家级开发区各项
优惠政策,非常适合建立果蔬脆片工厂。
2.2总平面设计
总平面设计就是将全厂不同使用功能的建筑物,构筑物按整个生产工艺流程,
结合地形条件进行合理的布置,使建筑群组成一个有机整体。
这样既便于组织生
产,又便于企业管理。
2.2.1总平面设计的原则
总平面设计的基本原则:
食品工厂总平面设计应按任务书的要求进行,布置
必须紧凑合理,做到节约用地;分期建设的工程,应一次布置,分期建设,还必
须为远期发展留有余地;总平面设计必须符合工厂生产工艺的要求;食品工厂总
平面设计必须满足食品工厂卫生要求;厂区道路应按运输及运输工具的情况决定
其宽度,一般厂区道路应采用水泥或沥青路面而不用柏油路面,以保持清洁;厂
区道路之外,应从实际出发考虑是否使用专用运输线或码头;厂区建筑物间距应
按有关规范设计。
从防火,卫生,防震,防尘,噪声,日照,通风等方面来考虑,
在符合有关规范的前提下,使建筑物的间距最小;厂区各建筑物布置也应符合规
划要求,同时合理利用地质,地形和水文等地理条件;互相影响的车间,尽量不
要放在同一建筑物内,但相似车间应尽量放在一起,以提高场地利用率[5]。
2.2.2总平面设计的内容
总平面设计主要包括:
运输设计,管线设计,绿化设计及环保设计,厂区各
部分地形标高的设计,车间设计等。
总平面设计的主要建建物有:
原料仓库,包
装材料库,成品仓库,化验室,冷藏库,机修车间,动力设施,锅炉房,供水系
统,中心试验室,停车场,生产车间,办公楼,食堂,医务室,绿化带等。
相关指标的计算
全厂总面积S=10000m2;建筑物总面积A=3000m2
露天堆场面积B=800m2;辅助工程面积C=1200m2
建筑系数X=(A+B)/S=(3000+800)/10000=38%
土地利用系数Y=X+C/S=38%+1200/10000=50%
建筑系数标准范围是25%~40%;土地利用系数标准范围是45%~65%
所以总的来说,此设计非常合理。
表2-1主要建筑面积估算
Table2-1Themainbuildingareaestimation
建筑名称
建筑面积(m2)
生产车间
40×30
原料仓库
20×10
成品仓库
20×10
机修车间
10×10
包装材料库
10×10
中心实验室
10×10
动力设施
10×10
供水系统
10×5
办公楼
20×10
化验室
10×5
医务室
10×5
锅炉房
10×5
食堂
10×5
冷藏库
10×10
停车场
350
其它建筑
100
总计
3000
工厂总平面设计图见附件图一
3生产工艺设计
3.1产品方案及班产量确定
3.1.1产品方案
安排产品方案的基本原则:
满足主要产品产量的要求,满足原料综合利用的
要求,满足淡旺季节平衡生产的要求,满足市场供应的要求;做到产品产量与原
料供应量平衡,生产季节与劳动力需求相平衡,生产班次平衡,设备生产能力平
衡,水电汽负荷要平衡。
水果蔬菜季节性很强,应根据季节特点和市场需求生产不同品种的果蔬脆片
产品。
物料品种的选择对产品的品质至关重要。
一般来说,该项目可以加工任何
含水量在85%以下的根茎类蔬菜和水果,但要生产出高品质的果蔬脆片,就要
严格选择品种。
例如,高糖苹果生产不出高品质的苹果片,而高酸度苹果很容易
就能生产出色香味俱佳的苹果果蔬脆片。
生产果蔬脆片常用的果蔬原料有:
苹果、
梨、柿、香蕉、菠萝、菠萝蜜、桃、山楂、芒果、哈密瓜、胡萝卜、马铃薯、芦
笋、辣椒、黄瓜、香葱、大蒜、蘑菇、芋头、莲藕等[7]。
表3-1产品方案
Table3-1Theproductproposal
月份主要品种产量(吨)班/天
03-05
胡萝卜,莲藕
100
2
06-08
马铃薯,土豆
150
3
09-11
蘑菇,香葱
100
2
12-02
苹果,梨
150
3
备注:
每年工作日按250天计算,每个班8个小时。
按照国家规定节假日放假,每周工作6天,休息1天。
3.1.2班产量确定
班产量是食品工厂工艺设计中最主要的计算基准,班产量的大小直接影响到
设备的配套,车间的布置,公用设施和辅助设施的规格及劳动力的定员等。
本设
计综合了对原料供应市场,产品需求市场和生产可行性研究的分析,拟建年总产
量500T的生产线共2条。
全年生产天数X=250;每天平均生产班数P=2.5
设备不均衡系数K=0.8;全年生产量Q年=500T
班产量计算:
Q班=Q年/(X·P·K)=500/500.0=1.0T
3.2生产工艺流程
果蔬脆片主要有两大生产工艺,即真空油炸工艺和非油炸工艺。
国内果蔬脆
片生产普遍采用油炸工艺,其基本原理是使加工系统处于负压状态下,以食用油
作为传热媒介,让食品内部的水分急剧蒸发,使果肉组织形成疏松多孔的结构。
非油炸工艺主要包括真空冷冻干燥,微波真空干燥和压差气流膨化。
真空冷冻干燥:
真空冷冻果蔬是将新鲜果蔬原料经预处理快速冷冻后,送入
真空容器中脱水而成,在真空条件下,水分由固态冰升华成气,从而使物料脱水
干燥。
用冻干工艺制成的脱水果蔬产品,不仅色香味形俱全,而且最大程度保存
了果蔬中的维生素、蛋白质等营养物质。
微波真空干燥:
果蔬脆片微波膨化的原理是利用微波设备发射的高频电磁波,
能深入物料内部,使物料内外同时升温形成整体加热,使含水物料在瞬间激化升
温,水分瞬时汽化,实现脱水。
由于高频电磁波穿透力强,含水物料内部水分首
先汽化,发生瞬间闪蒸产生压力,内压大于外压使物料迅速膨化,完全脱水干燥
后,组织内部形成海绵状结构。
压差气流膨化:
压差气流膨化,该装置主要由压力罐和体积比压力罐大5→10
倍的真空罐组成,预处理的果蔬原料进入压力罐,通过加热使果蔬内部水分不断
蒸发,罐内压力不断上升,随后突然减压,使物料内部水分突然汽化、闪蒸,产
生强大的蒸汽压差,从而使果蔬细胞、组织膨化达到膨化的目的。
果蔬脆片生产面临的主要问题:
真空油炸设备投资低,但是其产品存在潜在
食品安全隐患,将会面临市场的制约。
真空油炸工艺生产的膨化果蔬脆片,果肉
海绵状结构中充满油脂虽然经过脱油工艺,产品中含油率仍达到10%至20%,
影响了产品的贮存和销售。
微波对果蔬原料有一定的穿透深度,但物料较厚时会
导致物料膨化不均匀。
气流压差膨化生产果蔬脆片,膨化罐操作温度过低则产品
膨化度低,产品外观和酥脆度差,操作温度过高时,产品易发生焦化。
单独使用
微波技术或气流压差技术生产果蔬脆片会出现产品优质率低,次品多的难题[8]。
综合分析,真空冷冻干燥技术生产脱水果蔬无疑是当前最为先进的脱水干燥
技术,能够最大程度地保全产品的营养成分,符合现代人的健康标准。
真空冷冻
干燥设备投资巨大,但是真空冷冻干燥果蔬产品出口却在逐年上升,发展前景广
阔,必将取代其他生产工艺,确立霸主的地位。
所以工厂花巨资,选用真空冷冻
干燥技术生产果蔬脆片[9]。
3.2.1工艺流程图
3-1工艺流程
Fig3-1Theprocessflowdiagram
3.2.2工艺说明
预处理:
预处理包括原料的选择,清洗,切片,漂烫,杀菌,辅料,添加剂
等。
目的是清除杂物,使原料易升华干燥;清除醇素引起的变质;防止脂肪氧化
和酵母引起的化学变质。
切分尺寸及切口方位影响冻干速率。
如在物料的切制成
片时,应垂直于食品的纤维方向切断,这有利于干燥时产生的水蒸气逸出和提高
部分传热系数,可减少能耗。
物料厚度越小,消耗的能量也随着降低。
在下阶段
冻结过程中,食品的初始温度直接影响到冻结结束时平均温度,因此在预处理时
应对食品进行预冷处理。
方法是将物料浸入温度为5℃一10℃的水中快速冷却。
不同的食品原料有不同的预处理工艺。
预处理对冻干制品质量影响很大,需严格
按工艺要求操作。
预冻:
预冻是将溶液中的自由水固化,使干燥后产品与干燥前有相同的形态,
防止抽真空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化产生,减少因温度
下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化。
一般来说预冻之前应确定三个数
据。
一是预冻速率,产品不同其最优冷冻速率也不同,应根据试验来确定。
二是
预冻的最低温度,应根据该产品的共熔点来决定,预冻的最低温度应低于共熔点
温度。
三是预冻时间,根据机器的情况来决定,保证抽真空之前所有产品均已冻
实。
一般产品的温度达到预冻最低温度后l至2小时即可开始抽真空升华。
真空冷冻:
真空冷冻干燥是工艺要求最复杂的工序,要严格按一定的工艺要
求(冻干曲线)进行。
冻干曲线是指冻干物料温度和冻干箱内压力随时间变化的曲
线。
不同的物料,不同的品种,不同的冻干设备,都有不同的冻干曲线,一般都
通过试验来确定,再用来指导冻干生产。
冻干一般分为升华干燥和解吸干燥。
升
华干燥也称为第一阶段干燥,将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热,当全
部冰晶除去时,第一阶段干燥就完成了,此时约除去全部水分的90%。
解吸干
燥也称为第二阶段干燥。
一旦产品内的冰升华完毕,产品的干燥就进入了第二阶
段。
在第一阶段干燥后,在干燥物质的毛细管壁和极性基团上还吸附有一部分水
分,这些水分是未被冻结的。
当它们达到一定含量时,就为微生物的生长繁殖和
某些反应提供了条件。
为了使产品达到合格的残余水份含量,改善产品的储存稳
定性,延长保存期,必须对产品进一步干燥。
在解吸干燥阶段,可以使产品的温
度迅速地上升到该产品的最高允许温度,并在该温度下一直维持到冻干结束为
止。
同时,为了使解析出来的水蒸气有足够的推动力逸出产品,必须使产品内外
形成较大的蒸汽压差,因此在此阶段中箱内必须高真空。
第二阶段干燥后,产品
内残余水分的含量视产品种类和要求面定,一般在0.5%至5.0%之间。
包装:
真空冷冻产品含水量低,大多呈多孔状,组织表面比原来扩大100至
150倍,因而吸湿性强,易受氧化影响。
为了便于保存,必须对产品进行包装。
包装材料一般选用不透水、隔氧、遮光的铝箔或PP复合材料。
包装形式采用真
空包装或真空充气包装。
食品中的微生物会导致包装后食品的变质和败坏,必须
采取各种有效的灭菌和消毒方法,对包装材料和食品杀菌。
对于真空冷冻干燥食
品,常用的杀菌方法有紫外线杀菌和辐射杀菌[10]。
3.3物料衡算
包装材料的估算:
包装材料可以保全食品质量,提高商品价值。
鉴于果蔬脆
片的特殊性,本产品包装材料选用铝箔或PP复合材料。
包装材料的优点有:
具
有高阻气性和阻光性,优良的防潮保香性,能长期保存食品;具有良好的机械强
度和加工适应性,环境适应性好,废物处理容易;表面装饰性好,通过包装设计
提供理想的外观,促进销售。
包装形式采用真空包装或真空充气包装。
果蔬脆片年产量500吨,平均每个包装袋约0.25Kg。
包装袋统一采用铝箔或
PP复合材料,包装箱统一采用瓦楞纸,每箱25袋进行封装。
通过计算需要包装
箱总计8万个,每个约2.0元;需要包装袋总计200万个,每个约1.0元。
总费用S=200万×1.0+8万×2.0=216万,所以包装总费用约为216万元。
表3-2原料用量估算
Table3-2Therawmaterialconsumptionestimate
原料
单价(万元/吨)
用量(吨)
金额(万元)
梨
0.20
250
50.0
苹果
0.40
500
100
莲藕
0.20
250
50.0
胡萝卜
0.20
250
50.0
土豆
0.10
500
50.0
马铃薯
0.40
250
100
蘑菇
0.40
250
100
香葱
0.40
250
100
总计
---
2500
600
3.4设备选型
3.4.1设备选型的依据
设备选型必须根据生产规模,班产量,生产工艺流程的特点和工厂环境条件
综合考虑,它是保证产品质量和体现生产水平的关键,它既是工艺布置的基础,
也是水电汽等能耗计算的依据。
设备选型一般根据每一品种单位时间产量的物料
平衡情况和设备生产能力来确定。
设备选型一般原则:
满足工艺要求,保证产品的质量和产量;关键设备的质
量性能,使用寿命,自动化水平应尽可能接近国际先进水平;选用的设备应与建
设规模和产品方案,与工厂的管理水平相适应,与环境保护要求相适应;具有可
靠性,经济合理性;选用的设备在正常使用中确保能够安全运行,不会对操作人
员造成人身伤害;所选设备符合食品卫生要求,拆装清洗方便[5]。
3.4.2设备选型及清单
食品原料在其生长,成熟,运输及贮藏过程中,会受到尘埃,沙土,微生物
及其他污染物的污染。
因此,加工之前必须进行清洗等预处理操作,保证产品的
质量安全。
预处理过程中的基本设备:
清洗设备,筛选设备,浸泡罐,储料罐,
调配罐,流送槽,切片机,杀菌设备,CIP清洗系统等;预冷过程中的基本设备
有:
杀菌设备,冷冻设备,输送设备等;真空冷冻干燥过程中的主要设备有:
真
空冷冻干燥设备,杀菌设备等。
真空冷冻干燥系统主要由真空冷冻干燥箱,真空系统,制冷系统,加热系统
及自动控制系统等几部分组成。
真空冷冻干燥设备的工作原理:
先将湿物料冻结
到共晶点温度以下,使水分变成固态的冰,然后将经过前处理的预冻食品装入干
燥仓内,在低温真空状态下,由加热板导热或辐射方式供给食品热能,使食品中
的水分直接由冰升华成水蒸气。
不断升华出的水蒸气,由真空泵组抽至捕水仓内,
在-40℃至-45℃的排管外壁上凝结被捕捉,直至按冻干曲线达到规定的要求而
停止供热和抽真空,完成食品冻干全过程[9]。
真空冷冻干燥设备可以分为间歇式和连续式两种。
间歇式冷冻干燥设备具有
适合许多食品生产的特点,绝大多数的食品冷冻干燥设备均采用这种形式。
其优
点在于适应多品种,小产量的生产,单机操作,如果一台设备发生故障,不会影
响其他设备的正常运行,同时便于维修保养,便于控制物料干燥在不同阶段的加
热温度和真空度的要求。
缺点在于操作所占时间较多,设备利用率较低;连续式
冷冻干燥设备,设备处理能力大,适合于单品种生产,设备利用率低高,便于实
现自动化。
缺点在于,虽然可以控制不同阶段的干燥,但真空度无法调控,设备
庞大复杂,制造精度要求高,且投资费用巨大。
考虑到生产运用,工厂选用间歇
式和连续式两种真空冷冻干燥设备[11]。
设备生产能力选型的计算:
班产量为1.0T,每个班有效时间约为6小时,那
么产品输出流量约为0.2T/H;每吨产品约需要果蔬原料5吨,这就要求原料输送
流量为1.0T/H。
表3-3主
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