第三章食品工厂工艺设计

第三章食品工厂工艺设计本章要点及要求：l能制定产品方案，确定班产量，确定工艺流程。l会物料衡算、设备选型、车间劳动力估算。l能进行生产车间平面布置，绘制工艺流程图及车间平面图。l掌握生产车间水、电、汽、冷用量的估算知识。l了解管道设计、计算及设备安装常识。食品工厂工艺设计的主要内容：1、产品方案、产品规格及班产量确定；2、产品的工艺流程确定及操作说明；3、物料衡算；4、生产车间设备生产能力的计算、选型及配置；5、劳动力计算；6、生产车间平面布置；7、生产车间水、电、汽、冷用量的估算；8、管道设计、计算及设备安装。此外，对非工艺设计从工艺角度提出要求。第一节产品方案及班产量的确定一、概念产品方案：又称生产纲领，是食品工厂全年生产品种、数量、生产周期、生产班次等的计划安排。二、产品方案的制定1、进行详细的调查研究。2、根据设计任务书和调查研究的资料来确定主要产品的品种、规格、产量、生产季节和生产班次，优先安排受生产季节性影响的产品。3、调节产品以调节生产忙闲不均现象。4、尽可能综合利用原材料及加工半成品贮存，待到淡季加工时加工，以延长生产周期。三、制定产品方案的要求在安排产品方案时应尽量做到“四个满足”、“五个平衡”。四个满足：满足主要产品产量的要求；满足原料综合利用的要求；满足淡旺季平衡生产的要求；满足经济效益的要求。五个平衡：产品产量与原料供应要平衡；生产季节性与劳动力应平衡；生产班次要平衡；设备生产能力要平衡；水、电、汽负荷要平衡。四、班产量的确定1、年产量依据：设计任务书给定的新建食品厂的生产能力。年产量按下式估算：Q=Q1+Q2-Q3-Q4式中Q—新建食品厂某类食品年产量，t；Q1—本地区该类食品消费量，t；Q2—本地区该类食品年调出量，t；Q3—本地区该类食品年调入量，t；Q4—本地区该类食品原有厂家的年产量，t。对于淡、旺季明显的产品，如：饮料、月饼和巧克力等按下式估算：Q=Q旺+Q淡＋Q中式中Q—新建食品厂某类食品年产量，t；Q旺—旺季产量，t；Q淡—淡季产量，t；Q中—中季产量，t.2、生产班制一般食品厂每天生产班次1－2班，淡季一班，中季两班，旺季三班制。3、工作日及日产量（1）工作日t＝t旺+t中+t淡式中t——全年工作日t旺——旺季工作日t中——中季工作日t淡——淡季工作日（2）日产量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=1k—设备不均匀系数,k＝0.7-0.84、班产量q班=Q/k(3t旺＋2t中+t淡)若只有旺季、淡季，则计算公式为：q班=Q/k(3t旺＋t淡)式中Q—食品厂某类食品年产量，t；五、产品方案的表示方法食品工厂的产品方案是用表格的形式表现的，其内容包括产品名称、年产量、班产量、1－12月的生产安排，用线条或数字两种形式表示。例：日处理50吨鲜奶的乳品厂各种产品的分配第二节工艺流程设计工艺流程设计的任务和程序生产方法的选择和工艺流程的设计原则工艺流程设计的步骤工艺流程设计和车间布置设计是工艺设计的两个主要内容，是决定工厂的工艺计算、车间组成、生产设备及其布置的关键步骤。生产工艺流程设计在整个工艺设计中最先开始，但随着工艺及其它专业设计的展开，通常需要对初步的工艺流程设计进行局部修改，所以几乎是最后才完成。一、工艺流程设计的任务和程序生产工艺流程设计的任务：包括两个方面：其一是确定由原料到成品的各个生产过程及顺序，即说明生产过程中物料和能量发生的变化及流向，应用了哪些生物反应或化工过程及设备。其二是绘制工艺流程图。生产工艺流程的设计程序：分为三个阶段，即：生产工艺流程示意图→生产工艺流程草图→生产工艺流程图。二、生产方法的选择和工艺流程的设计原则（一）生产方法的选择生产方法即工艺路线的选择，是食品工厂设计的关键步骤。一般要对可选择的各种生产方法进行全面的比较分析，从中选出技术先进、经济合理的工艺路线，以保证项目投产后能达到高产、低耗、优质和安全运转。选择生产方法的主要依据：1、原料来源、种类和性质：原料来源不同，采用的生产方法也有所不同，如啤酒生产中选用进口麦芽，就必须采用先进的生产方法和技术，以保证生产出高质量的产品，供出口或内销；原料的种类和性质不同，生产方法也要相应改变，如生产酒精的原料采用糖蜜和采用淀粉，工艺路线就大不相同。2、产品的质量和规格：对产品的质量和规格要求不同，生产方法也会不同，要求高的应尽可能采用先进的生产方法。3、生产规模：工厂的设计生产能力对工艺流程的选择也有影响。对于大型企业，应选用有利于实现生产过程机械化、自动化和稳产高产的生产工艺。4、技术水平：如技术水平高，则尽可能采用操作技术要求高的先进生产工艺，相反则应选用较易掌握的生产工艺。5、经济合理性：对选用的生产方法应切实做好技术经济指标的比较，尽量选用投资省、生产效率高、能耗低的生产方法，以获得良好的经济效益。例：乳品厂的原料要求一、原料乳的要求：1、轻工业部颁发用于加工全脂乳品的原料乳要求：（1）由健康牛挤出的新鲜牛乳（2）产犊后7日内的初乳不得使用（3）不得含有肉眼可看见的机械杂质（4）具有纯净的新鲜牛乳的滋味和气味（5）色泽为白色、乳黄色，不得呈红色、绿色或显著的黄色（6）应呈均匀，无沉淀的流体，呈浓厚的粘性者不得使用（7）酸度不超过20T（8）成分二、新鲜牛奶国家卫生标准：理化指标：比重：1.028——1.032脂肪不得低于3.0%酸度：消毒奶、炼奶用应不高于18°T其他乳制品不超过20°THg（ppm）：不大于0.0六六六（ppm）：不大于0.1DDT（ppm）：不大于0.1细菌指标：细菌总数特级：不超过50万个/ml一级：不超过100万个/ml不得检出病原菌（注：消毒奶、炼奶用特级，其他乳制品用一级奶）三、白砂糖：色泽洁白的甘蔗糖，松散干燥，不得含有任何异味。蔗糖含量不得低于99.65%，水分不高于0.07%，应符合国际（QB）317-64一级品以上的要求。四、奶油：奶油质量指标参照部颁标准，轻标（QB）38-81第2页二级品以上的规定。五、全蛋粉：喷雾干燥淡黄色粉，品质新鲜纯正，无受冻，结块，霉变等不正常气味，含脂肪不低于42%，游离脂肪酸（以油酸计）不超过5.6%，溶解度良好，水分不高于5%，杂菌数每克内不大于50万个，大肠菌群（近似数/100g）不大于250，不允许有病原菌。六、可可粉：可可豆焙炒，冷却，粉碎，壳肉分离，前期碱处理，磨浆，榨油，饼粉碎，筛选制成红棕色，具有巧克力香味，无不正常气味及结块，霉变现象，细度为160目/时（相当于88U以上）含脂量20—40%，水分不高于3%的粉末，杂菌数每克不大于3万个，大肠菌群（近似数/100g）不大于90，不允许有病菌。七、柠檬酸:白色结晶性粉末，用作抗氧增效剂，纯度不少于99.0%，应符合国家标准食品增加剂的要求。八、香味剂:它是冰淇淋制品中主要的调味成分，适量的香味剂能使成品带有醇厚的香味和该品种应具有的天然风味，香味剂有天然的、合成的两大类，但均应符合卫生标准。九、食用色素:有天然、合成的色素，但应符合国家卫生标准十、稳定剂:（明胶）应具有较强的吸水性，符合卫生标准十一、食盐:NaCl不少于99.2%，既符合部颁标准食盐一级品以上的要求（二）工艺流程的设计原则保证产品质量符合国家标准，外销产品必须满足国际认可标准或合同中提出的质量要求。尽量采用成熟的，先进的技术和设备。这样可以提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、电、汽及其它能耗，降低生产成本，使工厂建成后，能迅速投产，在短期内达到设计生产能力和产品质量要求。并做到生产的稳定、安全、可靠。例如啤酒厂糖化车间工艺流程设计，以前均采用麦汁二段冷却，现在采用麦汁一段冷却新技术，具有明显的节能效果，比原二段冷却节电40％，节水27％，降低煤耗5％，同时降低制冷剂用量，这样就降低了啤酒的生产成本。尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。确保安全生产，保证人身和设备安全。尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。三、工艺流程设计的步骤工艺流程设计步骤就是工艺流程的设计程序，分成三个阶段：即生产工艺流程示意图、生产工艺流程草图和生产工艺流程图。（一）生产工艺流程示意图作用：定性的表明原料变成产品的路线和顺序，以及应用的过程和设备。在设计工艺流程示意图时，首先要弄清楚原料变成产品要经过那些操作单元，其次要确定采用何种操作方式。例1：奶粉生产工艺流程图原料乳的验收→预处理→杀菌→浓缩→喷雾干燥→冷却→包装→成品例2、浓缩苹果汁生产工艺流程图：苹果→清洗→拣选→破碎→酶解→榨汁→过滤→超滤→浓缩→混合→杀菌→灌装→成品（二）工艺流程草图的设计完成工艺流程示意图后，即开展物料平衡计算。通过物料平衡计算，求出原料、半成品、产品、副产品以及与物料计算有关的废水、废料等的规格、重量和体积等，并据此开始设备设计。设备设计通常分两阶段进行，第一阶段的设计内容是：计算、确定计量和贮存设备的容积以及决定这些容积型设备的尺寸和台数等。第一阶段设计完成以后，即开展工艺流程草图的设计，并进行第二阶段设备设计与水、电、汽等能量计算。第二阶段的设备设计主要解决各操作单元的技术问题，对专业设备和通用设备进行设备设计和选型。至此，所有设备的规格、型号、尺寸、台数等均已求出。据此对工艺流程草图进行修改和充实，并进行初步平面布置。（三）工艺流程图的设计当设备设计和工艺流程草图设计完成后，便开始车间布置设计。在这个阶段，可能会发现工艺流程草图设计中某些设备的空间位置不合适，或是个别设备的型式和主要尺寸选取不当，因此需要修改和完善。经过多次反复逐项审查后，确认设计合理无误后才正式绘制生产工艺流程图。例：乳品厂各种产品工艺流程一、乳粉工艺流程全脂加糖奶粉生产工艺流程：将新鲜原料乳通过标准化后，经杀菌，添加蔗糖，浓缩，喷雾，干燥而制成的粉末产品，称加糖全脂奶粉。采用喷雾干燥法制造全脂加糖乳品，其工艺流程如下如图所示：原料乳验收标准化杀菌真空浓缩喷雾干燥出粉与过筛包装装箱检验成品灭菌实罐制造玻璃瓶加糖塑料袋封罐抽真空充氮全脂加糖奶粉工艺流程示意图（一）原料乳的要求与标准：1、原料乳的要求：生产乳粉时，要选择酸度不用高于20°T，验收鲜乳时，应逐桶检查。首先做感官检查，其次做理化检验，如酒精实验，酸度，比重，脂肪，杂质等对可凝鲜乳，还应进行细菌污染程度实验和热稳定性实验。2、鲜乳的验收方法：（1）采样：采样前要用搅拌器搅拌，使样品具有代表性，因在运输过程中，由于各种振动或长时间搁置有分层现象。如不对样品进行立即分析，则应保藏起来。样品保存1—2天，5℃。（2）感官味指标：从嗅觉、味觉，外观，尘埃等方面对原料乳进行检验。（3）理化指标检验：①测定比重：正常牛乳在15℃，比重为1.028-1.032。使用仪器：牛乳比重计，温度计，计200—300ml量筒。用量筒量取样品200ml，将乳稠计轻插入量筒内牛乳中，静置后，读取牛乳液面刻度。同时，测出牛乳的温度，若温度非15℃，则需查表求得。②酸度测定：利用酒精测试。因奶粉生产要求原料乳酸度〈20ºT，所以用68%酒精做试剂。在试管内分别加入等量的中性酒精和牛乳，以大拇指按住管口，颠倒两次，不出现沉淀凝结者，符合酸度要求，实验室准确测定酸度，可用0.1NNaOH测定。③美蓝还原试验（检验细菌数）：根据蓝色消失快慢来测细菌数多少，需一定时间，限于在实验室检验。④碘液实验：由于目前许多牛奶专业户有弄虚作假手段，在原乳中加淀粉液，此方法了检验是否掺假。⑤脂肪含量检验：脂肪含量的高低决定原料乳的质量，还决定是否再进行标准，因此应对原料乳进行按质论价。过去检测牛奶中脂肪含量用乳脂瓶法，消耗时间厂，且难以实行按质论价的方法。故为了提高效率，方便、迅速，采用国内已有的测80—100乳样/小时的QCR-1型脂肪测定仪。3、鲜乳的预处理原料乳收纳后，应进行过滤。首先用离心机净乳机进行净乳，以滤除原料乳中的机械杂质和凝固蛋白。如限于设备条件可利用多层滤布过滤，必须用片式多层滤布中过滤，必须用