年产7000吨凝固型酸奶生产车间工艺设计

生物工程设备课程设计

年产7000吨凝固型酸奶

生产车间工艺设计

学 院： 化工与材料学院

专 业： 生物工程

姓 名： 林 琳 学 号： [1**********]4

指导老师： 职 称： 周新明 高级工程师

中国·珠海

二○一四年十二月

北京理工大学珠海学院2011届课程设计

北京理工大学珠海学院课程设计

诚信承诺书

本人郑重承诺：我所呈交的课程设计《年产7000吨凝固型酸奶生产车间工艺设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

承诺人签名：

日期： 年 月 日

年产7000吨凝固型酸奶生产车间工艺设计

摘 要

酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳粉）的乳中（杀菌乳或浓缩乳），由于保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的作用进行乳酸发酵制成的凝乳状产品，成品必须含有大量的相应的活性微生物。乳酸菌在乳中生长繁殖, 发酵分解乳糖产生乳酸等有机酸, 导致乳的PH 值下降, 使乳酪蛋白在其等电点附近发生凝集, 我们把这种乳凝状的酸奶称为凝固型酸奶。与纯奶、豆奶相比，酸奶的营养保健价值最高。为此，酸奶产品和产量将会得到前所未有的发展。在无需进行设备拆卸的情况下，冲洗水和洗涤剂溶液循环通过罐、管路和其他加工线而达到清洗、消毒的清洗方法称为就地清洗，即CIP （cleaning in place ）。本设计将厂址选择在珠海市斗门区，远离重工业区，空气清新，水质清纯，交通便利，降低物流成本。

关键词：乳酸菌 凝固型酸奶 塑杯包装 CIP HACCP

北京理工大学珠海学院2011届课程设计

Annual output of 7,000 tons of yoghurt production plant process

design

ABSTRACT

Yogurt, which added (or not added) milk (or skim milk) of milk (sterilized milk or

condensed milk), the role of Lactobacillus bulgaricus and Streptococcus thermophilus were curd-like product made from lactic acid fermentation , large amounts of finished products

must contain the corresponding active microorganisms.Growth and reproduction of lactic acid in the milk fermentation break down lactose to produce lactic acid and other organic acids, resulting in decreased milk PH value, make cheese and other protein aggregation occurs in the vicinity of its isoelectric point, we put this curdling like yogurt called yoghurt.Compared with whole milk, soy milk, yogurt highest nutritional value.To this end, yogurt products and production will be an unprecedented development.In the case without disassembling the apparatus, wash water and detergent solution is circulated through tanks, pipes and other processing line to achieve cleaning, disinfecting washing method is called cleaning in place, i.e., CIP (cleaning in place).The design will be site selection in Doumen District of Zhuhai City, away from heavy industry, clean air, pure water, transport facilities, reduce logistics costs.

Key words：Lactobacillus Yoghurt Plastic cup packed CIP HACCP

目 录

摘 要 ......................................................................................................................................................... I ABSTRACT.................................................................................................................................................... II

1. 前 言 ....................................................................................................................................................... 1

1.1酸乳的定义 ...................................................................................................................................... 1

1.2酸乳的分类 ...................................................................................................................................... 1

1.3凝固型酸奶 ...................................................................................................................................... 1 1.4设计的目的和意义 . .......................................................................................................................... 2

2. 工艺流程的确定及说明 . ........................................................................................................................... 3

2.1生产流程 .......................................................................................................................................... 3

2.2酸乳的质量标准............................................................................................................................... 4

2.3 CIP清洗 .......................................................................................................................................... 6

3. 物料衡算 ..................................................................................................................................................... 8

3.1班产量的确定................................................................................................................................... 8

3.2物料计算 .......................................................................................................................................... 9

4. 能量衡算 ................................................................................................................................................. 11

4.1水的耗量 ........................................................................................................................................ 11

4.2耗电量 ............................................................................................................................................ 11

4.3耗汽量 ............................................................................................................................................ 12

5. 生产能力的计算及设备选型 . ................................................................................................................... 13

5.1生产能力的计算............................................................................................................................. 13

5.2设备选型 ........................................................................................................................................ 13

5.3设备选型一览表............................................................................................................................. 17

6. 全厂总平面设计及车间布置 . ................................................................................................................. 18

6.1厂址选择 ........................................................................................................................................ 18

6.2生产车间布置................................................................................................................................. 18

7. 劳动力的计算及确定................................................................................................................................ 19

8. 酸奶生产的HACCP 管理............................................................................................................................ 20

8.1酸奶生产HACCP 的管理意义 . ........................................................................................................ 20

8.2 HACCP在凝固型酸奶生产中的应用 . ............................................................................................ 20

9. 结论 ........................................................................................................................................................... 21

参考文献 ....................................................................................................................................................... 22

谢 辞 ........................................................................................................................................................... 23

1. 前 言

1.1酸乳的定义

酸乳又名酸牛乳或酸奶，作为众多的发酵乳产品中当今最广为流行的酸乳制品，最初出现时其名是与发酵乳混用的，表示变酸的乳。尽管目前没有关于人类第一次制作酸乳的明确记载，但酸乳的食用可以追溯到许多世纪以前。

联合国粮食与农业组织（FAO ），世界卫生组织(WHO)与国际乳品联合会(IDF)于1997年给酸乳做出如下定义：酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳粉）的乳中（杀菌乳或浓缩乳），由于保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的作用进行乳酸发酵制成的凝乳状产品，成品必须含有大量的相应的活性微生物。

1.2酸乳的分类

酸奶总体上的的制作方法可分为三种：搅拌型酸奶，凝固型酸奶，和饮用型酸奶。 凝固型酸奶是以新鲜乳为原料，添加适量的蔗糖，经巴氏杀菌并冷却后，加入乳酸菌发酵剂，经保温发酵而制成的产品，由于发酵后乳变成为凝胶状态，故称为凝固型酸奶。

搅拌型酸奶是指经过处理的原料乳添加了发酵剂后，先在发酵罐中发酵至凝乳，再降温搅拌破乳、冷却，分装到包装容器内。因为这类产品经过搅拌成糊状，黏度较大，呈半流动状态，也称作液体酸奶。

饮用型酸奶属于低黏度搅拌酸奶，也可作“酸乳饮品”，其生产工艺流程中原料的预处理及发酵酸化过程与搅拌型酸奶相同。经热处理的牛奶以与搅拌型酸奶一样的方法在罐中发酵，当达到所需的pH 值（接近4.2）时，果汁、糖和稳定剂就被充分的混合进去，然后按产品所需的货架期以不同的方法处理这种酸奶混合物。

1.3凝固型酸奶

乳酸菌在乳中生长繁殖, 发酵分解乳糖产生乳酸等有机酸, 导致乳的PH 值下降, 使乳酪蛋白在其等电点附近发生凝集, 我们把这种乳凝状的酸奶称为凝固型酸奶。凝固型酸奶具有浓郁的天然发酵香气，细腻滑爽，质地稠厚、酸甜适宜、回味无穷。可有效缓解乳糖不耐症。凝固型酸奶是钙的良好天然来源，每100克凝固型酸奶含钙120毫克左右；同时含有丰富的B 族维生素、胆碱等。因此具有较强的竞争优势。凝固型酸奶是在容器中发酵的酸奶，并直接用容器出售，就是所谓的先灌装后发酵。以前那种老式的瓷瓶装以及现在仍旧在市场上流通的玻璃瓶装的酸奶基本都属于凝固型酸奶，凝固型酸奶因为是均脂处理的，所以口感较细腻。

1.3.1酸奶的营养价值

根据GB 19302-2010 《发酵乳标准》，酸乳（yoghurt ）以生牛（羊）乳或乳粉为原料，经杀菌、接种嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌（德氏乳杆菌保加利亚亚种）发酵制

成的产品。酸奶的营养价值包括两个方面，首先作为酸奶的原料乳本含有大量的几号的生理价值的蛋白质，并有助于人体钙质（140-165mg/100g）的吸收，同时富含维生素（B 族和少量脂溶性维生素）；而进行发酵的奶可以减轻“乳糖不耐受症”，调节人体肠道中的微生物菌群平衡，降低胆固醇，抗衰老等作用。 凝固型酸奶营养比搅拌型酸奶好，主要体现在两方面：其一，蛋白质含量更高。高品质的酸奶由优质鲜奶制成，而且蛋白质含量大多在2.3-3克/100克。为使老酸奶更加黏稠，制作过程中，通常会增加其蛋白质含量，尤其是乳清蛋白。这样的制作方法，使老酸奶更容易被人体吸收；而其中的脂肪、乳糖含量很低。 其二，不含添加剂。普通酸奶可能会添加各种不同的甜味剂、增味剂、增稠剂。现在市场上很流行的塑料碗装的老酸奶严格来讲也属于传统意义凝固型酸奶的一个升级变种，其在凝固型酸奶工艺的基础上为了避免在运输中变稀，它们都添加了明胶、果胶等凝胶剂和增稠剂，不论怎么震荡都不会变成液态。所以，严格来说，市面上所谓的“老酸奶”产品，应当叫做“凝固型酸奶软冻”比较确切。严格意义上来讲，现在市场上流通的相对纯正的凝固型酸奶一般都是一些区域型和本土型、老品牌的乳企生产销售的玻璃瓶装凝固型酸奶。

1.3.2酸奶发酵剂

酸奶发酵剂系指为制作酸奶和乳酸菌饮料而调制的特定微生物的培养物。在制作酸奶和乳酸菌饮料前，首先必须调制发酵剂。酸奶发酵剂的优劣与产品质量的好坏有极为密切的关系。酸奶发酵剂一般由两种乳酸菌组成：嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌。 [2]1.4设计的目的和意义

牛奶和奶制品的消费量直接反映了一个国家国民的营养水平，尽管目前我国乳业市场不断扩大，乳品消费观念不断提高，但我国牛奶人均消费量极低，远远落后于发达国家甚至低于世界平均水平。中国人口众多，市场潜力巨大，乳品行业具有很大的发展空间。目前中国的乳品行业发展迅速，尤其是酸乳在所有乳制品中的增长速度最快。据不完全统计，随着我国居民生活水平和消费观念的转变，酸奶的消费在以后的较长时间内仍旧会保持迅速的增长势头，这种超常的增长速度在全球酸奶发展史上是非常罕见的，市场前景极为广阔。 随着中国新一代人的成长，人民生活水平的提高，人们的消费需求也发生了很大的变化，对食品营养、保健和口味的要求超过了以往的任何时期。与纯奶、豆奶相比，酸奶的营养保健价值最高。为此，酸奶产品和产量将会得到前所未有的发展。

[1]

2. 工艺流程的确定及说明

2.1生产流程

原料鲜乳（乳粉）验收→过滤、净化→标准化→配料（蔗糖及其它原料）→浓缩→过滤→预热、均质、杀菌、冷却→接种（发酵剂）→（空瓶）分装→培养发酵→冷却→冷藏、后熟→成品 [3]2.1.1原料乳的处理

1. 牛乳的净化：利用特别设计的离心机除去牛乳中的白细胞和其他肉眼可见的异物。

2. 脂肪含量标准化：用分离机对牛乳进行脱脂，再加入少量稀奶油，使调制如脂肪含量标准化。

3. 配料：（1）奶粉的添加：加入1%-3%的奶粉调节非脂干物质。

（2）蔗糖的添加：加入4%-8%的蔗糖调节酸奶的口感。

4. 均质：将调制奶加热到50-65℃，于均质机中，15.0-20.0MPa 压力下均质。

5. 灭菌：采用高温巴氏灭菌法，90-95℃保持5min 杀菌。

2.1.2发酵剂的制备

工作发酵剂制备工艺流程： 脱脂乳、新鲜全脂乳或复原脱脂乳（总固体物含量10%-12%） 加热到90℃保持30-60min

冷却到43℃

接种

发酵到酸度>0.8%

冷却到4℃

工作发酵剂（1×10-1×10CFU/mL） 89中间发酵剂或冻干菌种

2.1.3接种、分装、发酵、冷却、冷藏及后熟

1. 接种：接种前应将发酵剂充分搅拌，使凝乳完全破坏。向43-45℃的灭菌原料奶中加入工作发酵剂，一般量为2%-3%，工作发酵剂加入后，要充分搅拌10min ，使菌体能与

杀菌冷却后的牛乳完全混匀，还要注意保持乳温。

2. 分装：酸奶发酵后不能受到机械振动，所以必须先分装再发酵。凝固型酸奶在暂存罐中接种后必须立即进行灌装，一般要求接种后的料液在45min 内灌完。

3. 发酵：将分装好的牛乳置于发酵架中发酵，温度保持在40-43℃，一般发酵2.5-4小时。发酵终点的判断：发酵一定时间后，抽样观察，打开包装，观察酸乳的凝乳情况；若已基本凝乳，马上测定酸度，酸度达到70-90°T ，则可终止发酵。

4. 冷却：发酵完成后，用冷风迅速冷却到10℃左右，防止发酵过度使酸度过高影响口感。

5. 冷藏：冷藏温度一般在2-7℃，冷藏的作用除达到冷却所要达到的目的外，还有促进香味物质产生，改善酸乳硬度的作用。酸奶在生产后一般必须冷藏14-48h 后才能出库和进行运输。

6. 后熟：酸奶香味物质的高峰期一般是在制作完成之后的12-24h ，它是多种风味物质相互平衡的结果，这段时间称为后熟期。

2.2酸乳的质量标准

2.2.1原料要求

1. 生乳：应符合GB 19301 规定。

2. 其他原料：应符合相应安全标准和有关规定。

3. 发酵菌种：保加利亚乳杆菌（德氏乳杆菌保加利亚亚种）、嗜热链球菌或其他由国务院卫生行政部门批准使用的菌种。

2.2.2感官要求 项目

色泽 色泽均匀一致，呈乳白色或微黄色 滋味、气味 具有发酵乳特有的滋

味、气味

组织状态 组织细腻、均匀，允

要求 具有与添加成分相符的色泽 具有与添加成分相符的滋味和气味 具有添加成分特有的取适量试样置于50mL 烧杯中，在自然光下观察色泽和组织状态，问其气味，用温开水漱口，品尝滋检验方法

应用评估法感官检测：感官指标是检测酸奶质量的最基本方法，感官检验是通过检验者的视觉、嗅觉、触觉及味觉等感觉器官，对酸奶的质量进行检查，感官检测的方法简便易行而且能及时作出结论；评估检验法是随机提取数个样品，要求品评员在一个或多个指标的基础上进行分类、排序，评价样品的一个或多个特征强度，或对产品的偏爱程度，再根据各项特征指标对产品质量的重要程度，确定其加权数，然后对各个指标的

[4]评价结果进行加权平均，从而得出整个样品的评估结果。

2.2.3理化指标 项目

发酵乳

冰点a,b/(℃)

相对密度/(20℃/4℃)

≥ 脂肪c/(g/100g)

≥ 非脂乳固体/(g/100g) ≥ 蛋白质/(g/100g)

≥

杂质度/(mg/kg) ≤

酸度/(°T) 12～18 a 挤出3h 后检测。

b 仅适用于荷斯坦奶牛。

GB 5413.34 4.0 GB 5413.30 2.8 2.3 GB 5009.5 8.1 — GB 5413.39 3.1 2.5 GB 5413.3 指标 风味发酵乳 GB 5413.38 GB 5413.33 检验方法 -0.500～-0.560 1.027

2.2.4污染物和真菌霉素限量

污染物限量应符合GB 2762 的规定。

真菌霉素限量应符合GB 2761 的规定。

2.2.5微生物限量 项目 采样方案a 及限量（若非指定，均以CFU/g或CFU/mL表示）

n 菌落总数

≤ 大肠菌群 5 2 1 5 GB 4789.3

平板计数法

金黄色

检验方法 c 2×10 6m M GB 4789.2 5 0 0/25g(mL) — GB 4789.10

葡萄球菌 沙门氏菌 酵母 ≤ 霉菌 ≤

a 样品的分析及处理按GB 4789.1和GB 4789.18执行。

30

5

0/25g(mL) 100

—

定性检验 GB 4789.4 GB 4789.15

2.2.6乳酸菌数

项目 乳酸菌数a ≥

限量[CFU/g(mL)]

1×10

6

检验方法 GB 4789.35

a 发酵后经热处理的产品对乳酸菌数不作要求。

2.2.7食品添加剂和营养强化剂

1. 食品添加剂和营养强化剂的质量应符合相应的安全标准和有关规定。 2. 食品添加剂和营养强化剂的使用应符合GB 2760 和GB 14880 的规定。

2.3 CIP清洗

在无需进行设备拆卸的情况下，冲洗水和洗涤剂溶液循环通过罐、管路和其他加工线而达到清洗、消毒的清洗方法称为就地清洗，即CIP （cleaning in place） CIP 的优点：

1）清洁剂在物理方面的循坏冲击溶解和化学方面的化合作用，提高了清洗效果； 2）能更好地利用设备，因为设备不用拆卸，可以节省大量的清洗时间； 3）更加节省洗涤剂、净水和消毒剂； 4）更加安全。

CIP 清洗程序及技术要求：

非受热设备的清洗：乳品加工中非受热设备包括收奶管路、原料乳储奶罐等，由于这些设备没有收到热处理，相对结垢较少，清洗程序如下： 1）温水（38-60℃）预冲洗3-5min ；

2）用75-85℃的热碱性清洗液循环10-15min （如选用氢氧化钠，其浓度应控制在0.8%-1.2%）； 3）水冲洗3-5min ；

[5]

4）每周用65-75℃的热酸性清洗液循环10-15min （如选用硝酸，浓度应控制为0.8%-1.0%）。

受热设备的清洗：受热设备主要包括配料罐、杀菌器及其受热管路等，应根据其受热程度的不同，选择有效的清洗方法，通常的清洗程序如下： 1）温水（38-60℃）预冲洗5-8min ；

2）用75-85℃的热碱性清洗液循环15-20min （如选用氢氧化钠，其浓度应控制在1.2%-1.5%）； 3）水冲洗5-8min ；

4）用65-75℃的热酸性清洗液循环15-20min （如选用硝酸，浓度应控制为0.8%-1.0%）； 5）水冲洗5-8min 。

3. 物料衡算

3.1班产量的确定 3.1.1年产量

根据配套设施设备生产能力及市场情况，设计年产7000吨凝固型酸奶。

3.1.2生产班次

一般食品工厂每天生产班次1-2班，淡季1班，旺季3班制。这是根据食品厂工艺和原料特性及设备能力来决定的。若原料供应正常，或厂有冷库储存及半成品加工设备，可以延长生产期。这样有利于劳动力平衡、设备充分利用、成品正常销售，提高经济效益。

3.1.3工作日及日产量

一般酸奶的销售旺季是5-10月，尤其以7、8、9三个月为高峰。 全年工作日：T =T 旺+T 淡=130+154=284d

每个工作日实际产量受各种因素影响不完全相同。平均日产量等于班产量与生产班次及设备平均系数的乘积，即：q =q 班⨯n ⨯k

式中：q--平均日产量，t/d q班--班产量，t/d

n --生产班次，旺季n=3,中季n=2,淡季n=1 k --设备不均匀系数，k=0.7-0.8

3.1.4班产量q 班

班产量计算公式：q 班=Q /k (3t 旺+t 淡)

年产量Q=7000t；t 旺=130d；t 淡=154d；k=0.7-0.8，取k=0.75；

q 班=7000t /0. 75⨯(3⨯130+154)=17. 1569t /班 相关生产计划表如表5。

3.2物料计算 3.2.1原料计算

原料 鲜奶 发酵剂 白糖

HDZ-2007凝固型酸奶稳定剂

补水至

含量 80kg 2.4kg 4kg 600g 100kg

3.2.2辅料计算

以班产17.1569t 为计算单位：

设定灌装过程的工艺损失为1.5‰，则灌装损失前的物料量应为：

)=17. 1827(t ) 17. 1569/(1-0. 0015

设定均质过程的工艺损失为0.3‰，则均质损失前的物料量应为：

)=17. 1879(t ) 17. 1827/(1-0. 0003

(t 2)；发酵剂占2.4%，即其中，白砂糖占4%，即17. 1569⨯0. 04=0. 686

(t 8)；稳定剂占0.6%，即17. 1569⨯0. 006=0. 1029(t )；水占13%，17. 1569⨯0. 024=0. 411

(t )。设定白砂糖、稳定剂和水在冷却、杀菌过程的工艺损失为即17. 1569⨯0. 13=2. 2304

1. 3724⨯10-4、2. 058⨯10-5、4. 4608⨯10-4。0.2‰，则冷却、杀菌损失前的各物料量分别为：

则混合配料前的物料量为

(t ) 17. 1569-1. 3724⨯10-4-0. 2058⨯10-4-4. 4608⨯10-4=17. 1563

（1）设定接种、发酵、破乳、冷却过程的工艺损失为1.0‰，则接种、发酵、破乳、

(t )； t /0. 999=17. 1735冷却损失前的物料量为17. 1563

（2）设定冷却（42℃±1）过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为

(t )； 17. 1563t /0. 9998-17. 1597

（3）设定杀菌过程的工艺损失为0.2‰，则杀菌损失前的物料量为

(t )； 17. 1563t /0. 9998-17. 1597

（4）设定均质过程的工艺损失为0.2‰，则均质损失前的物料量为

(t )； 17. 1563t /0. 9998-17. 1597

（5）设定预热过程的工艺损失为0.2‰，则预热损失前的物料量为

(t )； 17. 1563t /0. 9998-17. 1597

其中，白砂糖占3%，即17. 1597⨯0. 03=0. 5148(t )，则牛乳为

(t )。 17. 1597-0. 5148=16. 6449

则生产一班成品需总料量为：

牛乳13.7388t ，白砂糖0.5152t ，发酵剂0.4122t ，水2.2326t ，稳定剂0.1030t

3.2.3包装材料计算

目前市场上凝固型酸奶常见的包装形式主要是玻璃和塑料材料包装等，本设计采用市场上较受欢迎的包装形式-塑料杯，用于酸奶的塑料杯有单个塑料杯或多个塑料杯联体包装等形式，联杯包装主要有4、6、8联杯包装形式，本设计采用四连杯包装设备。

(t /班) 1杯=200mL q 班=17. 1569

(杯/班) 包装材料（杯）=17. 1569⨯103kg /(1. 32kg /L ⨯200mL )=64989(杯/h ) 64989÷8h =8124

4. 能量衡算

4.1水的耗量 4.1.1生产用水

在整个发酵过程，不用水作原料，水用来进行设备的清洗和作为热量的传递介质。洗涤水以原料体积的15%计算，年产量为7000t 为衡算标准，则

0. 15⨯7000=1050m 3

4.1.2循环水

以处理1000kg 原料鲜奶为衡算标准，设入口、出口的温度分别为95℃和50℃，则需要的水量为：424041÷Cp 水÷(95-50)=2. 25m 3

m 3 以年产7000t 为衡算标准，则2. 25⨯5600=12600

4.1.3其他生产用水（清洗厂房，其他设备等）

按每日2m 3计算：2m 3⨯284=568m 3

m 3 生活用水按每日5m 3计算：5m 3⨯284=1420

4.1.4总用水量

年产7000吨产品（284天）的总用水量为：

1050+12600+568+1420=15638m 3

4.2耗电量

主要设备的耗电量为： 贮奶罐：8. 5KW ⨯7=59. 5KW 真空脱气机：0. 65KW ⨯2=1. 3KW 高压匀质机：11KW ⨯2=22KW 发酵罐电机：55KW ⨯4=220KW 菌种缸：0, 75KW ⨯1=0. 75KW 包装机：16KW ⨯2=32KW

离心奶泵：1. 5KW ⨯4+0. 75KW ⨯1=6. 75KW CIP 清洗系统：35KW ⨯1=35KW

总计377.3KW 。另加上其他设备耗电量，估算总耗电量约为500KW 。

4.3耗汽量

以1000kg 原料鲜奶为衡算标准，进行热量、冷量消耗的衡算。

4.3.1原料鲜奶储藏阶段

从产地运来的牛奶为室温（20℃），进厂后要冷却到5℃左右，目的是暂时防止微生物的生长。这阶段需要加入的冷量为

1000kg ⨯Cp ⨯(20-5)=100⨯2500⨯15=37500kJ

4.3.2均质前的预热阶段

低温保存的原料鲜奶在均质操作前要先预热至60℃，则这一阶段需要加入的热量为：1000⨯Cp ⨯(60-5)=137500kJ

4.3.3巴氏灭菌阶段

原料鲜奶经过均质操作后，要加热至60℃，则这一阶段需要加入的的热量为：

1000⨯Cp ⨯(90-60)=75000kJ

4.3.4产品冷却阶段

发酵后的产品要迅速冷却至10℃，防止过度发酵而影响口感，需加入的冷量为：

1000⨯Cp ⨯(42-10)=80000kJ

4.3.5产品冷藏保存阶段

冷却后的产品要继续冷却至0℃低温保藏，加入的冷量为：

1000⨯Cp ⨯(10-0)=2500000kJ

4.3.6总热量衡算

以1000kg 鲜奶原料为衡算标准，在整个发酵过程中，加入的热量为：

239456+129276=368732kJ

在过程中，热量损失以15%计算，则总热量为：368732⨯15%=42404kJ 以年产量为7000t 为衡算对象的总热量：42404⨯7000=2. 97⨯108kJ

4.3.7总冷量衡算

以1000kg 鲜奶原料为衡算对象，在整个发酵过程中，加入的冷量为：

60750+136443+42638=239831kJ ；热量损失以15%计算：239831⨯115%=282469kJ

⨯7000=1. 98⨯1010kJ 以年产量7000t 为衡算对象的总冷量：282469

5. 生产能力的计算及设备选型

5.1生产能力的计算

名称 凝固型酸奶

规格 200mL/杯

年产量 7000t

包装方式 塑料杯包装

5.2设备选型 5.2.1奶泵

发酵前选用BAW250型离心泵，每天的鲜奶收购量约为10吨左右，流量5t/h，在整个生产过程中，有下列几处需用奶泵：

a 每天的鲜奶收购量约为10吨左右，设计约2小时收完，泵入奶槽的离心泵，流量5t/h；

b 冷却后泵入贮奶罐中，流量5t/h； c 标准化乳泵入板式换热器，流量5t/h；

d 将接种好的半成品打入塑瓶灌装机，产量为2t/h，选用BAW100型离心泵，流量2t/h，所以，共需4台。

表8 奶泵选型

1.5

51/38

496×250×370

215

BAW-5-24

5

24

5.2.2贮存罐的选择

原料鲜奶在加工前，一般要放置几小时，使牛奶能够自然脱气。

收购的原料鲜奶要进行低温保存（4℃），收购原料牛奶以每天一次计算：

7000⨯1000/284=24647. 9L /d

即贮存罐的容积相当于一天的处理量，总共需要七个贮存罐，比较方便检修，又不至于太贵，操作也不麻烦。经过比较，决定选用9GL-3型直冷式分体奶罐，其主要技术指标为：

5.2.3均质机

根据均质要求，原料鲜奶要从入口处的300kPa 升高到10-25MPa ，合适的是额定压力为28-35MPa ，最高压力为35-40MPa 的均质机。

本厂设计为年产7000吨凝固型酸奶产品，按照每年生产284天计算，则生产所需的规模为：17. 1569÷8h =2144. 61L /h

L/h

MPa

MPa

功率 KW

机械制造有限公司

GJJ-0.8/40

800

40

35

11

1100*770*1100

上海诺尼轻工机械（长×宽×高）

5.2.4板式热交换器

板式换热器用于处理从水到高黏度的液体，用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。它在食品工业中应用得最早、最广泛，如牛奶、果汁、葡萄糖、啤酒、植物油、动物油等的加热杀菌和冷却。板式换热器今后的发展趋势是：提高操作温度和操作压力，加大处理量，扩大使用范围，研制采用新的结构材料和新的制造工艺，而研制新的垫片材料以提高其使用温度和使用压力，将是其中的重点。

. 61L /h ，选用下列型号板式换热器。 根据流量Q =2144

5.2.5包装机

根据凝固型酸奶生产计划，采用200mL 的塑料杯包装，可以计算出酸奶的日产量为8124杯/h。塑杯灌装机选用杭州中亚机械有限公司，生产能力4000杯/h，数量2台。

产量 容量 灌装头 热封头 拧盖头

4000b/h(200mL)

100ml-1L 24 16 10

运转功率 工作气压 耗气量 外形尺寸 重量

14.5kW 0.7MPa 0.6m3/min 6300×2040×3300(mm)

6.5t

5.2.6菌种缸

每班酸乳需要菌种缸的容积：

V =17. 1569⨯103kg ⨯1. 023kg /L ⨯2. 4%=421. 2L

表13 菌种缸

5.2.7真空脱气机

牛乳刚刚被挤出后含5.5%-7%的气体；经过贮存、运输和收购后，一般其气体含量在10%以上，而且绝大多数为非结合的分散气体。这些气体对牛乳的加工有破坏作用，所以，在牛乳处理的不同阶段进行脱气是非常必要的。

首先，要在乳槽车上安装脱气设备，以避免泵送牛乳是影响流量计的准确度。其次，是在乳品厂收乳间流量计之前安装脱气设备。但上述两种方法对牛乳中细小的分散气泡是不起作用的。因此，在进一步处理牛乳的过程中，还要使用真气脱气罐，以除去细小的分散气泡和溶解氧。

选用RZT.30型，生产能力4t/h，数量2台，北京瑞世乐科技发展有限公司。

5.2.8发酵罐

当前，我国发酵占统治地位的发酵罐仍然是机械涡轮搅拌通风发酵罐，选用这种发酵罐的原因主要是：历史悠久，资料齐全，在比拟放大面积积累了较丰富的经验，成功率较高。

名称 通风式发酵罐

型号 RZG203-500

容积 100m

3

电动机功率（kW ）

55

生产厂家 上海瑞派机械有限公司

5.2.9 CIP清洗系统

CIP 能保证一定的清洗效果，提高产品的安全性；节约操作时间，提高效率；节约劳动力，保障操作安全；节约水、蒸汽等能源，减少洗涤剂用量；生产设备科实现大型化，自动化水平高；延长生产设备的使用寿命。

本设计采用由杭州惠合机械设备有限公司生产的SKL-203。

5.2.10其他设备 5.2.10.1管道

所有与产品接触的部件应为耐酸不锈钢材料（无论是否经过杀菌），以便进行CIP 清洗。对于其他系统，则使用各种不同的材料，例如铸铁、钢和铝，塑料用于水和空气管道，而陶瓷、不锈钢用于排水和废水管道。

在酸奶生产中由于发酵后的酸奶成品及半成品状态受管道输送的剪切力影响很大，一般从酸奶发酵开始采用直径63mm 的流速，保持产品状态。而顶处理工序一般采用51mmu 径的管道。管道通过焊接、标跟活接头等方式连接，使液体、气体能在其中连续地流动。这些物料的流向控制靠阀门调节。

5.2.10.2阀

主要采用这几种阀门：截流阀和转向阀、应阀及蝶阀。

5.3设备选型一览表

BAW250 离心奶泵 BAW100 真空脱气机

SP2 贮奶罐 R22 均质机 GJJ-0.8/40 板式热交换器

BR07 发酵罐 RZG203-500 菌种缸 N-200 塑杯包装机 GFX-24/16/10 CIP 清洗系统 SKL-203

5t/h

35KW

1

杭州惠台机械设备有限公司

4000b/h

16KW

2

杭州中亚机械有限公司

200L

0.75KW

1

上海饮技机械有限公司

3t/h

55KW

4

上海瑞派机械有限公司

15m /h

3

3t/h 0.75KW 1 浙江省凯美泵业有限公司

6t/h 0.65KW 2 北京凯通世纪科技有限公司

3800L 8.5KW 7 上海饮技机械有限公司

800L/h 11KW 2 上海诺尼轻工机械有限公司

20.5KW 6 江苏双烽有限公司

6. 全厂总平面设计及车间布置

6.1厂址选择 6.1.1厂址选择的原则

1）有足够课利用的面积和较适宜的地形，以满足工厂总体平面合理的布局和今后发展扩建的需要。2）厂区应通风、日照良好，空气清新，地市高燥，地下水丰富，地面平坦而又有一定的坡度，土质坚实。厂区自然排水坡度最好在0.004-0.008.3）水源充足、水质符合国家生活饮用水质标准。4）厂区周围不得有粉尘、烟雾、沙灰、有害气体、放射性物质和其他扩散性污染物。不得有垃圾场、废渣场、粪渣厂以及其他由昆虫大量滋生的潜在场所。5）有动力电源、电力负荷和电压有充分保证，同时要考虑冷库、发酵等设施不能停电，必要是考虑备用电源。6）交通运输方便，建厂地点必须有相应的公路等运输条件。7）要便于酸奶生产中排出的污水、废弃物的处理，附近最好有承受污水排放的地面水体或市政的污水处理中心。

6.1.2厂址选择

本设计将厂址选择在珠海市斗门区，远离重工业区，空气清新，水质清纯，交通便利，降低物流成本。

6.1.3征地面积

约为15000㎡.

6.2生产车间布置

本设计采用A ×B 的长方形，生产车间为钢筋混凝土，车间的高度为12m ，以便生产及利用空间。生产车间土建要求如下：

1）门：车间内设置有人及物料成品通过的门，便于人和物料的分离。人流门定为2400×2400,1100×2400（宽×高，单位mm ）两扇门，采用飞虫控制器防虫、防蝇。

2）通风和采光：车间内白天采光为自然光，夜间为车间内用防爆灯，灯高离地面4m ，每隔2m 安装一根，等下400mm 处吊有1.3m 的有机玻璃托板，防止灰尘及虫类落下。侧窗采用单层固定窗，窗户为3000×1800、3000×1200、2400×1200（宽×高，单位mm ）等。窗体高度1.2mm ，只做采光不做通风。通风采用排气扇。

3）由于灌装机采用了传感器，夏天潮湿，室内温度高会影响灌装设施的正常运行，因此在灌装车间安装空调。

4）建筑结构：生产车间的建筑结构大体采用混凝土结构，食品车间和仓库等最为常见。在建筑的跨度、高度上可按生产要求加以放大而不受材料的影响。其主要构件为梁柱屋架，承重柱采用钢筋混凝土，柱距一般为6-18m ，本设计采用柱距6m ，而墙作为防护设施。

7. 劳动力的计算及确定

根据国家有关法律法规及规章、生产线自动化水平等，全厂人员配置如下表17所列。

酸奶车间基本生产工人

预处理间 发酵间 灌装间 包装间 辅料间 包装车间基本生产工人

发酵间 灌装间 包装间 CIP 清洗

2 2 2 2 2 2 2 2 2

10 12 2 20 4 10 2 6 8

6 24 54 2 4 8 12

10 18 26 74 6 14 10 18 8

8. 酸奶生产的HACCP 管理

8.1酸奶生产HACCP 的管理意义

HAPPC 是对食品生产直至销售的整个过程作系统分析，决定哪些工艺过程必须严格控制才能生产出合格产品，万一出现不安全食品时能有效回收处理，以减少可能导致的严重后果，被国际食品界公认是综合防止食品败坏，确保食品安全的最佳管理方法。国际上已经将HACCP 应用于酸奶的加工，形成了一定的公认的管理方法。为了确保酸奶的质量，满足酸奶生产的品质要求，提高企业管理水平的目的，HACCP 的实施是十分必要的。

8.2 HACCP在凝固型酸奶生产中的应用

建立HACCP 管理体系需要做好前期工作，包括推行基础管理体系成立工作组、依据相关法规建立标准作业程序（SSOP ）、制定乳品厂的管理目标和管理承诺、对员工进行教育和培训、制定HACCP 计划、对乳品厂加工流程进行现场加工作业评审来验证该流程的准确性和完整性，在此基础上应用HACCP 的7项管理原则。

9. 结论

本设计根据设备生产能力等因素，设计为年产7000吨凝固型酸奶生产车间的设计。用到的设备主要有离心奶泵、真空脱气机、贮奶罐、均质机、板式热交换器、发酵罐、菌种缸、塑杯包装机、CIP 清洗系统等；其应用的管理体系为HACCP 管理体系。

此次设计不仅让我进一步熟悉和巩固了很多生产工艺方面的知识，还初步掌握了有关设计方面的知识。同时也让我明白理论联系实际的重要性，在以后的学习工作中，我会继续努力，将课本知识应用于实践中。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方。本设计存在的主要问题：由于所选择的参考资料比较单一，有些信息与实际情况有些差距; 由于生产实践经验的缺乏及理论知识的不足，本设计有些设备的选型未加分析，已选型的设备也有可能和实际生产中的要求存在差距，CAD 绘图的不熟练，导致绘图的结果可能不够准确。因此，本设计用于实际时还需不断地改进。当然还有其它不足，希望老师可以谅解并指出。

参考文献

[1]田其英；酸奶的研究进展[J]；江苏淮安；食品与发酵科技；2013-02-25

[2]黄良昌，吕晓玲，邢晓慧；酸奶发酵剂的研究进展[J]；天津；广州食品工业科技；2001-09-30 [3]张芸；年产一万吨发酵乳品工厂设计--凝固型酸奶生产车间设计[J]；天津；天津化工；2008-09-30 [4]纪颖；应用评估检验法感官评定凝固型酸奶风味[J]；福建；吉林农业；2011-09-20

[5]刘月兰，杨小雨，陈禹；CIP 清洗系统在乳品行业的应用[J]；哈尔滨；哈尔滨师范大学自然科学学报；2012-06-15

[6]郭少华；年产20000吨发酵乳品制品工厂设计（二）[J]；河北；当代畜禽养殖业；2013-03-15 [7]李红；现代乳品工业建筑设计思考[J]；武汉；中华建筑；2007-11-28

[8]盖云杰；HACCP 体系在乳制品加工业的应用研究[J]；山东；山东理工大学；2013-04-15

谢 辞

在老师的指导下，断断续续地忙碌了两个多月，我的课程设计也终将告一段落。从开始接到设计题目到设计的实现，再到论文的完成，图纸的绘制，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战。在这段时间里，我学到了很多知识，也有很多感受，从对工厂设计不太了解的状态，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获。衷心感谢本次课程设计的指导老师周新明老师对我耐心的指导和给予的建议与理解。