食品科学与工程-毕业设计

青岛农业大学学士学位 年产500吨果蔬脆片工厂设计 年产500吨果蔬脆片工厂设计 食品科学与工程 李攀 指导老师：王世清 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。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 The plant design of an annual output of 500 tons of fruit and vegetable chips Student majoring in Food science and Engineering Li Pan Tutor：WangShiqing Abstract：The main design is a food plant for the technical aspects of the comprehensive design. The main contents of design including site selection,general layout,Production process design and production workshop design. According to the basic requirements of design,combined with the actual production conditions,comprehensive analysis,selecte the design. The factory makes full use of the advantages of raw fruits and vegetables, the vacuum freeze drying technique in the production of fruit and vegetable chips, development the industry of fruit and vegetable chips. This not only make full use of domestic resources, access to economic benefi and promote the development of rural economy,for the community to provide a large number of jobs. Key words: Plant design Vacuum freeze drying Fruit and vegetable chips 引 言 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]。 1 概 述 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》 《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＝10000 m2 ；建筑物总面积A＝3000 m2 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 Table 2-1 The main building area estimation 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 Table 3-1 The product proposal 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：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 图3-1 工 艺 流 程 Fig 3-1 The process flow diagram 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 Table 3-2 The raw material consumption estimate 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 要 设 备 清 单 Table 3-3 The main equipment list 设备名称 生产能力 数量/台 单价/万元 总金额/万元 筛选机 1T/H 3 5.0 15 切片机 1T/H 2 5.0 10 流送槽 1T/H 3 4.0 12 滚笼清洗机 2T/H 2 5.0 10 锅 炉 15t/h 2 5.0 10 多功能切片机 1T/H 1 8.0 8.0 杀菌设备 --- 3 5.0 15 无菌调配罐 1000L 10 0.1 1.0 无菌浸泡罐 1000L 10 0.1 1.0 CIP清洗系统 --- 2 10 20 无菌储料罐 1000L 10 0.1 1.0 自动包装机 1 T/H 2 6.0 12 水处理系统 10 T/H 1 10 10 冷冻干燥设备 0.2T/H 2 100 200 冷冻干燥设备 0.4T/H 1 175 175 总计 --- --- --- 500 4 生产车间设计 4.1 车间工艺布置的依据 车间工艺布置的依据主要包括生产工艺图，物料衡算数据及物料性质，设备的资料，公用系统耗用量，土建资料和劳动安全，防火、防水、防爆资料，车间组织及定员资料，厂区总平面布置，国家行业有关方面的规范资料等。  4.2 车间工艺布置的原则 车间工艺布置的基本原则：生产设备要按工艺流程的顺序配置，在保证生产要求、安全及环境卫生的前提下，尽量节省厂房面积与空间；全建筑物采取南北朝向，利于通风，采光；全局考虑全厂布置，填平补齐，力求经济合理；配电房，锅炉靠近生产车间，减少能耗，锅炉房处于生产车间上风向位置；厂房的空气净化设施，设备定期维修，检修过程采用适应措施；设备与设备，设备与墙之间留出适当空隙，保证操作方便，维修与清洗方便；车间入口设有更衣室，消毒间等，工人须更衣消毒后进入车间，保证车间生产卫生[12]。 生产车间设计报告：工厂车间厂房采用轻钢结构，轻钢建筑材料重量轻、建设周期短，相对建筑成本比较低。同时轻钢结构厂房相对跨度大，对设备在厂房中的布置影响小，车间内部分区根据要求，采用轻质防水或防火材料。框架结构对于不同功能的分隔和变更都非常方便。根据潍坊安丘市的季风向玫瑰图，查阅相关资料，可知潍坊安丘市夏季多为东南风，冬季多为西北风。本设计将动力系统和锅炉房放置在整个厂区的西侧，靠近主生产车间的位置，避免因为风向问题而影响产品质量，同时减少能耗。车间的人流方向为南北走向，物流方向为东西走向，人流与物流安排比较合理。 生产车间平面布置图见附件 图二 4.3 车间水电横算 4.3.1 水衡算 原料预处理用水：果蔬原料处理用水为自来水，其中果蔬原料输送段耗水流量M1为10吨/t，清洗段耗水流量M2为30吨/t 清洁用水：清洁用水包括清洗设备，干墙壁，冲洗地坪等用水，清洗与食品接触面的设备用水应按饮用水标准进行，清洁用水流量M3一般定为10m3/h 生活用水：按习惯用水量计算，一般车间用水流量20L/(班·人)，生产人员共计75人，通过计算可得到：M4=20×75=1500L=1.5m3/h 车间总用水量M的计算：M = ( M1 + M2 )× 2 +( M3 + M4) ×0.8 M =（10+30）× 2 +( 10 + 1.5 ) ×0.8 = 89.2 t/h 全厂每天用水流量定为100t/h，每天用水量约2000吨，全年按250天计算，所以年用水总量约50万吨。 4.3.2 电衡算 电横算主要包括生活用电和生产用电。根据表5-1，可以估算每天生产用电量约为1800度，生活用电定量为每天200度，每天用电量总计2000度。全年按250天计算，所以年用电总量约50万度。 表5-1 生 产 设 备 用 电 Table 5-1 The production equipment using electricity 设备名称 数量/台 功率 /KW 总功率 /KW 筛选机 3 0.5 1.5 切片机 2 1.5 3.0 流送槽 3 4.0 12 滚笼清洗机 2 12.5 25 多功能切片机 1 2.0 2.0 灭菌设备 3 3.0 9.0 CIP清洗系统 2 2.0 4.0 自动包装机 3 3.0 9.0 水处理系统 1 5.0 5.0 冷冻干燥设备 2 12 24 冷冻干燥设备 1 24 24 4.4 管路设计布置 4.4.1 管路设计 自来水管设计：总自来水管每小时流水量至少90t，自来水流速取3m/s，密度取1g/cm3 ，查表可以选用DN100的不锈钢管；清洗段设备入水管每小时流水量至少30t，自来水流速取3m/s，密度取1g/cm3 ，查表可以选用DN80的不锈钢管；其他管路支流每小时流水量至少10t，可以选用DN50的不锈钢管。 蒸汽管道设计：蒸汽管道选用无缝钢管，由物料衡算结果可知，蒸汽的流量16t/h，压力为1.0Mpa，查表可以选用DN200×6的无缝钢管。 表4-1 主 要 管 路 选 型 Table 4-1 The main pipe type selection 管路名称 最低流量要求 材质 型号 自来水总水管 90t/h 不锈钢管 DN100 清洗段入水管 30t/h 不锈钢管 DN80 其它管路支流 10t /h 不锈钢管 DN50 蒸汽管道 16t/h 无缝钢管 DN200×6 4.4.2 管路安装 管路布置的基本原则：满足生产需要，易于操作安装，尽量缩短管线，尽量集中布置，靠近墙壁柱子边，架空铺设的管道应不影响车流和人流。具体设计是公用管路自来水，蒸汽、高度为3000mm，纯水、清洗管路设计高度为2500mm，其他分支管路设计标高为2000mm。管路支吊架设计两种。第一种是沿墙壁的公用管道采用三角槽钢支撑架支撑，并固定；第二种是物料管路和分支架空铺设的管路采用DN50不锈钢龙门架做支路，并与附近设备设施固定，管道依托固定。另外蒸汽管道外部应涂保温层，最外面最好用防水玻璃纸包裹。 生产车间管路布置图见附件 图三 4.5 劳动力计算 本设计工厂的机械化程度较高，车间生产人员定员的计算按各设备，各工段的需要来计算，根据每台设备需要的操作工人数，运输来确定各工段的定员人数。辅助人员主要包括车间的行政管理人员，机电维修小组成员以及车间生产管理、质检、供销人员。管理人员很重要，应根据各部门的合理需要选用高素质的管理人才，实施科学合理的工作管理，保证工厂的经济效益和未来的发展。 生产车间共计80人，按旺季每天3个班次计算，每班定员为25人。 表4-2 全 厂 人 员 定 员 Table 4-2 The whole factory staff set member 部 门 管 理 人 员 生 产 人 员 辅 助 人 员 总计 办公大楼 8 人 --- 2人 10人 生产车间 6人 60人 14人 80人 辅助车间 3人 10人 5人 18人 其他部门 3人 5人 4人 12人 5 公用系统设计 5.1 供水系统 设计内容包括取水及净化工程，厂区及生活区的给排水管网，车间内外给排水管网，室内卫生工程，冷却循环水系统，消防系统。 食品厂对水质的要求一般生产用水，特殊生产用水，冷却用水，生活用水和消防用水。一般生产用水水质要求符合生活饮用水标准。特殊生产用水是指直接构成某些产品组分的用水和锅炉用水。这些用水应符合《生活饮用水标准》基础上进一步处理。理论上，一般优先考虑自来水。根据工厂的一些生产要求，还需部分采用地下水，保证水质的稳定性。 5.2 供电系统 供电设计的基本原则：本设计工厂生产季节性强，负荷变化大，所以采用两台变压器供电，以保证生产顺利进行；本设计工厂主生产车间的用电负荷较大，所以变电设施和配电设施应尽量靠近主生产车间；做好建筑防雷和电器安全措施，电器设备应做好保护接地；变配电设备的容量和面积要留有一定发展余地，以适应食品厂机械化水平的不断提高；生产车间水汽大、湿度高，应对供电管线及电器采用必要防潮措施，防止发生事故。因为生产过程中耗电巨大，电衡算基本上只考虑生产设备用电，其他生活基本用电之作粗略估算。 车间配电的基本要求：车间总配电装置应该设在一单独小间内，分配电装置和启动控制设备要能防水汽，防腐蚀，并应尽可能集中于车间的某一场所。对于原料和产品经常变化的车间，还应多留供电点，以便于设备的调换或移动，机械化生产线则设专用的自动控制箱，为全厂提供稳定的电流，并且统计各工段的用电情况。另外供电系统要和当地供电部门一起商议确定，并符合国家有关规程，确保安全可靠，运行方便，经济节约。 5.3 供汽系统 锅炉房的位置要求：应设在生产车间污染系数最小的上侧或全年主导风向的下风；尽可能靠近用汽负荷中心；有足够的煤和灰渣堆场；与相邻建筑物的间距应符合；防火规程安全和卫生标准；锅炉房的朝向应考虑通风采光防晒等方面的要求[4]。  食品工厂使用蒸汽主要集中在生产车间，根据相关要求，使用时需要适当减压，以确保用汽安全。生产车间用汽主要是利用水蒸气作为热源，用于加热气流干燥所用空气。用汽量按单位产品耗汽量定额来估算，每吨果蔬脆片成品工艺用汽耗量为16吨，果蔬脆片原料利用率约A=0.75t/h，果蔬脆片生产车间蒸汽消耗量16A＝12t/h。 锅炉的额定容量计算 全厂生产最大蒸汽耗用量Q1=12t/h；全厂生活最大蒸汽耗用量Q2=5t/h 锅炉房自用蒸汽量Q3 =2t/h； 网管最大蒸汽热损失Q4=3t/h 锅炉的额定容量Q＝1.2（Q1＋Q2＋Q3＋Q4）=26.4t/h  由于食品工厂生产季节性较强，用汽负荷较大，为了适应这种情况，工厂选定额定容量为15 t/h 的锅炉2台，以满足生产需求。全厂每天用汽量约为300吨，全年按250天计算，全年耗气量总计约7.5万吨。 5.4 制冷系统 食品工厂制冷系统的设置主要是对原辅料及产品起贮藏保鲜作用。人工制冷采用氨压缩制冷，因为氨具有良好的热力性质，且易容易爆有毒，要特别注意系统的密封性，防止其对食品污染造成安全事故。食品工厂的各类冷库的性质均属于生产性冷库，不同商业配送型冷库，其容量要围绕生产的需求要求来确定。  表5-2 冷 库 容 量 要 求 Table 5-2 The cold storage capacity requirement 库房 温度/℃ 贮藏物料 容量要求 高温库 0-4 水果蔬菜 15-20ｄ需求量 低温库 -18以下 辅　料 30-40ｄ需求量 冰 库 -10以下 冰 块 10-20ｄ制冰力 5.5 采暖通风 采暖与通风设备的设计内容包括:车间或生活室的冬季采暖，车间的夏季空调或降温，设备或工段的排气和通风以及某些物料的风力输送。这样可以改善工人的劳动条件和工作环境。关于采暖方面的要求：按国家规定，凡每年日平均温度≤5℃的天数为90天以上的地区应集中采暖。按照《工业企业设计卫生标准》的规定进行。采暖方式：食品工厂的采暖方式有热风采暖和散热采暖等几种，一般按车间单元体积大小来定。小单元体积的地方，采用散热器采暖方式。大单元体积的地方，采暖用的热媒一般为蒸汽或热水，蒸汽的工作压要求在200kPa左右。通风与空调的基本要求：首先要优先考虑自然通风，其次使用人工通风，最后空调车间的温度湿度要求按照相关标准进行。 6 辅助部门设计 6.1 中心试验室 中心试验室的职能是对产品和有关原料进行卫生监督和质量检查，确保这些原材料和最终产品符合国家食品卫生法律、法规和有关部门颁发的质量标准或质量要求。检验对象一般有：原料检验、半成品检验、成品检验、镀锡薄板及涂料的检验、其他包装材料检验、各种添加剂检验、水质的检验及环境监测等。 中心试验室的组成一般是按检验项目来划分的，它分为感官检验室、物理检验室、化学检验室、空罐检验室、精密仪器室、细菌检验室及储藏室等。检验项目一般有：感官检验、物理检验、化学检验及微生物检验。中心试验室的大型用具主要有双面化验台、单面化验台、支撑台、通风橱等。一般仪器有普通天平、分析天平、水分快速测定仪、干燥箱、恒温箱、电炉、生物显微镜等。此外中心试验室还设有研发部，设置研发部是为了保持工厂生产的创新能力，为本厂开拓新的市场作努力，从而获得理想的经济效益[5]。 6.2 工厂运输设计 由于运输设备的选型，与全厂总平面布局、建筑物的结构形式、工艺布置及劳工生产率密切相关，因此本设计将工厂运输列入设计范围，并作为生产机械化和自动化的重要环节。 厂外运输：通过公路或铁路，原料采用大卡车或火车运送，并要采用冷却措施。 厂内运输：指车间外厂区的各种运输。由于厂区内道路相对窄小、转弯多，要求运输设备轻巧、灵活、装卸方便，使用各种平板车或手推车，升降式手推车等[12]。 车间运输：车间运输与生产流程往往融为一体，工艺性很强。车间内的物料流动大部分呈水平流动，根据要求，采用各种平板车或手推车，带式输送机等。 6.3 工厂仓库设计 本厂主要仓库有原料仓库，成品仓库和包装材料仓库。库内应通风良好、干燥、清洁,并具有良好的防蝇防鼠设施。地面用水泥铺砌，库内经常清扫和消毒。堆放原材料不得过于密集，必须离地面墙壁0.3米以上。各种原材料应分类贮存，定期测定水分、温度。各种原料标明入库日期，做到先进先用。本厂的物料流量较高，原材料，包装材料和成品这三种物料，其总量就约等于成品净重的6至9倍，这些物料在工厂的停留时间尽量不要超过7天。为了确保食品卫生安全，还要求防尘、防潮，低温的环境。 7 工厂卫生环境工程 7.1 工厂环境卫生 厂区环境卫生基本要求：厂区周围不得有能污染食品的不良环境；工厂生产区和生活区要分开，生产区建筑布局要合理；厂区要有合理的绿化面积，道路平坦无积水，主要通道用水泥或石块铺砌，防止尘土飞扬；工厂污水应处理后才能排放，排放水质应符合国家环保要求；厂区厕所应有冲水、洗手设备和防蝇设施。地面要易于清洗消毒，并保持清洁。 车间设备环境卫生基本要求：车间面积须与生产能力相适应，便于加工生产顺利进行；车间入口处设有感应式吸收清洗设备及消毒措施，车间的天墙壁、门窗应涂刷便于清洗、消毒并不易于脱落无毒浅色涂料；车间内光线充足，通风良好，地面平整整洁，有洗手消毒、防蝇防鼠的措施；必须设有与车间相连接的，与生产人数相适应的更衣室、厕所和休息室；车间生产废弃物每班必须定时清除，并清洗干净，更衣室、厕所、车间参观走廊等公共场所必须经常清扫、清洗、定期消毒[5]。 7.2 废物的处理 废物的处理主要包括废水处理和废渣处理，处理过程中主要考虑的是如何做到科学环保，实现废物的循环再利用，具体的处理办法见下表。 表7-1 废 物 处 理 Table 7-1 The waste treatment method 废 水 废 渣 1. 直接利用 1. 制造沼气 2. 净化，再利用 2. 工业材料 3. 净化，排放 3. 肥料，饲料 说明：1.废水可以用来浇花，种树，养草以及公共设施用水，实现循环再利用。 2.废渣可以制取沼气，作为一种可再生资源，也可用作工业材料，铺路材料 以及用作肥料，饲料，发展养殖，种植，实现循环再利用。 7.3 绿化工程 绿化与环境保护有着十分密切的关系，植物能够净化空气，使污染的空气变得干净和新鲜，有些植物具有能够吸收一定量的有害气体，吸滞灰尘，吸收空气中的放射物质，减弱噪声和净化污水等功能。利用植物的净化能力来减轻和防止污染可以节省治理污染的费用，同时还起到美化环境的作用，因此，搞好绿化工作对保护环境有着十分重要的意义。对食品工厂来说，绿化可以起到美化厂区，净化空气，调节气温，阻挡风沙，降低噪声，保护环境等作用，从而改善工人工作的劳动条件。食品厂的四周，特别是靠马路的一侧，应有一定距离的树木组成防护林带，起阻挡风沙，净化空气，降低噪声的作用。种植的绿化树木，花草，要经过严格选择，食品厂内不栽种产生花絮，散发种子和特殊异味的树木花草，以免影响产品质量。一般来说，选用优先选用绿树，其他的树种可以酌情考虑。 绿化的基本注意要点：要充分发挥绿化的抗污染和美化环境的双重作用；重视筛选树种工作；绿化要有规划；要年年扩展繁殖更新升级；专业队伍管理和群众动手结合[5]。 8 技术经济分析 技术经济分析，就是对不同技术方案的经济效果进行计算、分析和评价，并在多种方案比较中选用最优方案。本设计只对全年产品方案的各项基本指标进行相关分析，并粗略的计算回收期。 8.1 消耗类指标 建筑工程各项费用A1总计：工厂总面积为10000 m2，单位建筑费用定为每平方米600元，则总费用为：A1＝10000×600＝600万元 购置设备器具费用A2总计：总费用约500万元，详情见主要设备清单 安装工程费A3总计：总费用约为设备投资的2%，即：A3＝500×2%＝10万元 其他建设费用A4总计：A4＝90万元 那么，A＝A1+ A2+ A3+ A4＝1200万元 综上所述，若以A表示投资指标，则方案本身投资为1200万元 8.2 效益类指标 年生产总费用的计算： 原料： 平均价格×总用量 = 0.24万元/吨× 2500吨＝600万元 包装： 包装袋用量×单价=200万个×1元/个 + 8万个×2元/个=216万元 用水： 耗水量×水费单价＝50万吨×1. 0元/吨＝50万元 用电： 耗电量×电费单价＝50万度×0.6元/度＝30万元 用汽： 耗汽×蒸汽费单价＝7.5万吨×20元/吨＝150万元 工资： 管理人员数×年薪 + 生产人员数×年薪+ 其他人员数×年薪 ＝6×10万+ 14×5万+ 60×4万 + 40×2万＝450万元 税收： 年销售额×税率＝3200×20％＝640万元 贷款利息：年贷款×利率＝1000万元×8％＝80万元 其他费用：其他费用总计约84万元 综上所述，年生产总费用总计约2300万 综合分析： 年纯利润=