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第五章工艺设计第一节工艺设计概述一、工艺设计的重要性工艺设计是食品工厂设计的主导工种，在整个设计工作中起组织领导和对外联系的作用，其他工种的设计应尽量满足工艺的要求，整个工程的构思、设想都是为了工艺的设计意图，工艺设计的好坏决定了整个工厂设计的好坏。二、工艺设计的范围1.工艺设计本身的工作制定产品方案，确定生产规模、检查厂址；工艺流程的选择和论证；工艺计算；设备选型；厂房和车间的布置，向各工种提供资料；编写设计说明书中的工艺部分；绘制工艺流程图和设备布置图；管道设计。2.全厂性工作全厂性办公设施、生活设施、堆场及其他设施等面积的确定及布置以及其他工种不管的部门等的设计。3.项目设计工作编制可行性研究报告、厂址选择报告、设计任务书、项目设计领导工作、编写设计工作提纲、对内外联系、构思、汇总、选择设计方案、汇总设备材料表、答辩、图纸汇签、施工交底、试车验收等。三、工艺设计的依据1.设计（计划）任务书；2.设计工作提纲；3.新工艺、设备、技术、材料的鉴定报告；4.设备样本及技术资料；5.其他。四、收集资料的工作1.工艺流程、配方、参数、原材料规格及消耗、产品质量指标、生产周期、生产过程的特殊要求等；2.设备名称、数量、规格、技术参数、使用情况、生产单位、价格、交货情况、产品样本、技术资料、进出口位置、安装尺寸，存在问题等；3.基础资料水文、地质、气象、交通、水质等。第二节产品方案及日（班）产量的确定一、产品方案的确定（一）什么是产品方案产品方案就是拟定工厂投产后对全年生产任务的分配方案，即对全年准备生产哪些产品品种、产量、产期及生产班次等的计划安排。对产品种类多或季节性强的食品工厂，产品方案对于忙闲的调整、库容大小、生产设备及劳动力的潜力发挥具有重要作用。产品方案对于工艺流程的选择、设备选型、生产车间布置、车间面积、公用工程及生活设施、劳动力定员等都具有决定性的作用。（二）确定产品方案的原则1.必须符合计划任务书的规定和要求；2.有利于产品的销售、受到较好的经济效益；3.有利于原料的充分利用；4.注意劳动力的平衡（淡旺季合理安排）；5.有利于原料的综合利用和对产品进行多层次的深加工，降低成本，提高经济效益。（三）确定产品方案时的具体考虑1.专业化考虑一个工厂以同一类型产品为主；2.一种原料生产多种不同类型的产品；3.从经济效益考虑不同类型的产品搭配生产如经济效益、社会效益；4.安排生产季节交叉的产品生产；5.充分利用设备和厂房安排产品。（四）产品方案表用表格的形式表达产品方案，表格内容包括产品名称、年产量、班产量、各个月的生产安排，用线条或数字表示，产品方案表的格式如下：对于产品种类多、生产季节性强的食品工厂，具有直观、清晰、明了的优点。年产4000吨罐头厂产品方案产品名称年产量(t)班产量(t)1月2月3月4月5月6月草莓酱糖水杏子糖水桃子糖水梨糖水苹果苹果酱蕃茄酱山楂酱200100400250150015030030045868244先拟定几个不同的产品方案，然后进行分析比较，最后得出一个比较合理的产品方案。确定产品方案需从几个下面进行比较：主要产品年产值；每天所需生产工人数；每天所需生产工人最多与最少之差；劳动生产率；人均年产值；季节性；设备平衡情况；水电汽负荷变化产品方案表的制定方法：产品方案比较与分析每旬工人数年产量/t年劳动生产率/(t/人、年)年产值/元平均每人产值/(元/人、年)每旬工人数差每旬原料数差/t每旬产品数差/t季节性设备平衡水电汽耗量组织生产方案一方案二方案三表3和表4同为年产1.8～2.0万吨罐头厂的产品方案表，从表可知，每一种产品的产量稍有不同，每天的生产班次不同，每天工人数的最大和最小之差不同，方案一为830－800人，大多数情况下为二班次生产，组织生产较困难，方案二为894－816人，大多数情况下为一班次生产，组织生产较容易，至于投资规模、人均年产值、经济效益、社会效益等要结合其它指标来确定，一般情况下猪肉、牛肉等的来源无季节性。二、日产量的确定日产量＝班产量×生产班次一般情况下，应尽量考虑全年均衡生产，降低日产量，以每天一个生产班次容易安排和管理生产，但是对那些季节性很强的产品在生产高峰时可按三班考虑，罐头厂前后工序有时间差，生产高峰时也只能安排二班生产。日产量＝年产量÷年工作日数确定日产量时应考虑：1.满足计划任务书规定的年产量的要求；2.考虑原料供应和产品销售的季节性；3.尽量安排全年均衡降低生产线的生产，降低日产量，从而生产能力和投资规模；4.全年生产日数=365—固定的节假日数—设备厂房的维修期。固定的节假日数约为104+10=114（按双休日计算）第三节工艺流程的选择与论证工艺流程：工艺流程包括生产路线、工艺参数、产品配方等，同一种产品可以有多种生产流程，如低酸性罐头食品采用加压杀菌（高温杀菌）的杀菌条件有100℃以上的不同温度与时间的组合；冷冻食品有先包装后冻结和先冻结后包装的工艺等，每一种工艺流程的原材料损失、生产周期、产品质量不同，影响产品的竞争力。一、工艺流程选择的重要性1.工艺流程决定产品的质量好坏、生产成本高低、投资多少、生产周期长短以及产品的竞争力；2.工艺流程是进行工艺计算、设备选型、设备布置、管道设计、厂房和全厂布局的依据。工艺流程一经确定就不能变动，否则将导致整个设计的变动和返工，影响设计进度，是初步设计的主要内容。二、选择工艺流程的原则1.选择先进的工艺流程；2.选择确保产品有竞争力的工艺流程；3.选择有利于原料充分利用和对产品进行多层次深加工的工艺流程；4.选择能缩短生产周期、减少生产环节和工序的工艺流程；6.考虑安全操作和劳动保护，选择无有害物质参与或释放的工艺流程；7.尽量减少或避免三废排放；8.结合生产规模的大小选择合适的工艺流程；9.选择的工艺流程经过个别设备的更换旧能生产其他类型的产品。5.选择的工艺流程要尽量节省厂房和设备尤其是特殊厂房和设备；三、工艺流程图1.定义：根据原料的性质、成品的要求把所采用的工艺流程及设备组合起来，并用图解的形式表达出来的图样。有工艺流程方框图和工艺流程设备图之分。2.工艺流程方框图内容：包括工序名称、完成该工序工艺操作手段（手工或机械设备名称）、物料流向、工艺条件等。画法：物料流向用箭头表示，其中由原料到成品的主要流动方向用实线箭头表示，中间产物、废料的流动方向用细实线箭头表示。碳酸饮料工艺流程方框图：砂糖溶解过滤糖浆调和冷却灌浆灌碳酸水压盖成品空瓶检查洗净玻璃瓶设备、介质、标注、图例、标题栏。3.工艺流程设备图的内容用途：主要用于设计说明书中对工艺流程的描述，具有简单明了的特点。4.工艺流程设备图画法⑴设备用细实线按比例或不按比例画出设备的简单外形，设备的前后按生产流程次序排列从左到右展开，图面上的设备要求表示出相对大小高低位置；⑵介质各种介质及其流向用粗实线及箭头表示，不同介质的管线流向不同时不能在图面上交叉，要用细实线的圆弧线避开或断开；⑶标注设备要标注名称或进行编号，如采用编号标注设备，后面须有设备编号表，将编号代表的设备名称、型号、规格、台数等全部标注清楚；⑷图例管件、阀门、仪表的代号和符号应严格按国家制图标准的规定绘制；⑸标题栏位于图纸右下角。设备组成：饼干成型机---隧道式热风循环电烤炉---喷油机---转弯机---冷却线---饼干整理机---饼干夹心机---包装台工艺流程：面粉、辅料→面团调制→压片→辊切成型→烘烤→喷油→冷却→成品四、工艺流程的选择与论证通过分析比较各种工艺流程的优缺点和适用场合、成本高低等，从理论和实践各个方面论述所选用的工艺流程在技术上先进、经济上合理、实际上可行，符合计划任务书和建厂实际。工艺计算包括物料衡算、劳动力定员计算、车间水电汽冷用量的计算、设备选型计算等。第四节工艺计算一、物料衡算1.目的：确定从原料、辅助材料、包装材料和容器进厂到成品出厂整个生产过程中各工短的实际生产量、贮存量，以此作为设备选型、劳动力定员、确定仓库面积的依据及成本核算的基础。2.依据⑴通过对同类型工厂的实际查定得到的物料衡算基础数据，具有直接的特点，但是各工厂的原辅料不同、产地不同、生产机械化程度不同、管理水平不同，最后结果都会不同。⑸工艺流程图⑷从中试提供的资料数据；⑶从文献资料或设计手册中查阅，编制时间厂，与现实差距太大；⑵主管部门或行业协会编制的“技术经济定额”；3.内容⑴单位成品的物料衡算，是工艺计算的基础；⑵每班、每日、每时的物料衡算，主要用于设备选型、确定车间面积、仓库面积等；⑶全年的物料衡算，主要用于成本核算。3.计算方法⑴查定或确定各工段的损耗率或成品收得率，先进行单位成品的物料衡算，再进一步推算出每班每日每时的物料衡算；⑵采用文献资料的物料衡算数据计算每班每日每时的物料衡算；⑶采用“技术经济定额”中的平均先进原料消耗定额进行物料衡算；⑷采用原料或成品标准化的计算方法；⑸按标准配方进行物料衡算，用于生产过程简单。例1、用压榨法制取苹果清汁，日产苹果清汁16吨。澄清时用果胶酶处理，用量为果汁重量的0.1%，然后用两台硅藻土过滤机过滤，每台过滤机的过滤面积为2.2米2，硅藻土用量为5千克/米2。苹果出汁率为65%。试计算苹果、果胶酶、硅藻土的用量。若用1升的容器包装，计算容器的需要量。解：⑴苹果需要量为16÷0.65=24.62（吨/日）⑵果胶酶的需要量为16×0.1%=0.016（吨/日）⑶硅藻土的需要量为2×2.2×0.5=2.2（吨/日）⑷包装容器需要量为16×1000÷1=16×103（个/日）二、劳动力定员计算1.目的⑴进行成本核算的依据；⑶确定生产车间面积的依据；⑵确定生产车间卫生生活设施的基础；⑷确定全厂性办公、生活福利设施的依据；⑸确定与生产、生活有关的公用工程设施的依据2.考虑因素⑴建厂意图以及机械化；⑵尽量安排全年均衡生产，合理确定基本工人数；⑶适当考虑男工与女工的比例；⑷精简机构，讲究效率，加强协作，尽量减少职工人数；1.劳动力定员计算和全厂定员确定⑴生产车间劳动力定员计算①按定额计算：生产工人数=工日/吨成品×日产量；②按各工段、各设备需要的劳动力配备计算（参考同类型工厂资料）；③生产车间人数=生产工人数+技术人员+管理人员+财务人员；⑵全厂定员确定全厂总人数=生产车间人数+辅助车间人数+辅助部门人数+党政干部+技术管理人员+生活福利部门人员+……三、车间水汽用量的估算1.用水量的估算目的是提供用水量资料作为车间管道设计的依据⑴按水的不同用途分项估算①直接加到产品中的水，可按物料衡算或配方计算；②原料半成品的清洗和冷却用水，可按清洗或冷却设备的生产能力和耗水量计算；③包装容器如瓶和罐的洗涤用水；④冷却冷凝用水（用于机器设备和成品的冷却）；冷却水温升一般考虑5~12℃；⑤清洁用水（用于设备管道墙壁地面的清洗）；⑥车间生活饮用水；⑦消防用水（一般可不考虑）；⑧车间总用水量车间总用水量=（①+②+③+④+⑤+⑥+⑦）×同时使用系数同时使用系数一般取0.6~0.8。或分别画出不同用途的用水曲线，再绘制出总用水量变化曲线，以此得出最大用水量。全厂总用水量=生产车间用水量+辅助部门用水量＋生活用水量⑵用经验数据估算用水量对于经验数据，资料积累较多的行业，可直接引用产品耗水定额估算。①不同产品不同规模的用水量资料生产规模（吨/班）用水量（米3/时）肉禽水产类罐头4~640~508~1070~9015~20120~150果蔬类罐头4~650~7010~15120~15025~40200~250奶粉、甜炼乳、奶油515~201028~302057~60耗水量与地区、原料品种、设备条件、生产规模、管理水平、计算方式等不同有较大差异，计算结果较粗；南方地区冷却水温度较高，冷却用水量要取大值；生产规模越大，用水量越大，但是两者不成正比，随着生产规模增大，单位产品的用水量减小。②由单位成品耗水量推算每班、每小时的用水量。㈡用汽量的估算第五节设备选型一、设备分类非工艺设备设备通用设备工艺设备标准设备专用设备有现成图纸非标设备无现成图纸二、设备选型原则1.必须满足生产工艺的要求