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1、第3章食品工厂工艺设计,产品方案及班产量的确定,1,主要产品生产工艺流程的确定,2,物料计算,3,设备选型,4,人力资源配置,5,水、汽用量的计算,7,管路的计算与设计,8,生产车间的工艺布置,6,要求：1、掌握生产车间水、电、汽、冷用量的估算方法2、掌握生产车间平面布置的方法，能够绘制工艺流程图及生产车间平面图；3、熟悉物料衡算的方法，对生产车间所需设备能选型配套，会估算车间所需劳动力；4、了解管道设计、计算及设备安装常识，能制订产品方案、确定班产量，确定工艺流程。,工艺设计主要是围绕生产车间展开，如：罐头厂：生产车间一般有实罐车间、空罐车间和综合利用车间，其中以实罐车间为重点奶粉厂：鲜奶车
2、间、奶粉车间等，其中奶粉车间和鲜奶车间是重点。饮料厂：果汁车间、灌装车间肉制品加工厂：香肠车间、西式火腿车间等其余车间和辅助部门均围绕生产车间进行设计。总体设计和车间设计均是由工艺设计和非工艺设计组成。工艺设计为其他非工艺设计所需基础资料提供依据，主要内容包含八个方面。,产品方案、产品规格及班产量确定主要产品及综合利用产品的工艺流程的确定和操作说明物料衡算生产车间设备的生产能力的计算、选型及配套劳动力计算、平衡及劳动的组织生产车间平面布置生产车间水、电、汽、冷用量的估算生产车间管道设计、计算及设备安装除此之外，还必须向非工艺设计和有关方面提出要求。,3.1.1意义和要求：产品方案：食品工厂准备
3、全年生产产品的种类、数量、生产周期、生产班次的计划安排。（如乳品厂、饮料厂、罐头厂）生产纲领根据设计任务书和调查研究的结果来确定，目的在于调整全年的生产，使产品随着市场需求的变化而改变四个要求：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；满足市场供应提高经济效益的要求,3.1产品方案及班产量的确定,五个平衡：产品产量与原料供应量平衡；生产季节性与劳动力需求平衡；生产班次平衡；设备生产能力平衡；水、电、汽负荷平衡时间的安排：每月按25d计，全年生产日为300d，考虑到原料供应等因素，全年实际生产日不少于250d，每天生产班次为12班，季节性产品高峰期为3班。,3.
4、1.2班产量的确定：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、车间的布置和占地面积、公用设施和辅助设施的规格、大小以及劳动力的定员等。制约因素：原料的供应情况、市场销售情况、配套设备的生产能力及运行情况、延长生产期的条件（冷库及半成品加工措施）、产品品种的搭配、工厂的自动化程度。,年产量（即年生产能力）Q=Q1+Q2-Q3-Q4Q:新建食品厂某类食品年产量；Q1:本地区该类食品消费量；Q2:本地区该类食品年调出量；Q3:本地区该类食品年调入量；Q4:本地区该类食品原有厂家的年产量；对有淡、旺季的产品，按下式估算：Q=Q旺+Q淡+Q中,生产班制一般为12班，根据市场需求、原料
5、特性、及设备生产能力和运转状况，一般淡季一班，中季二班，旺季三班。对具备延长生产期条件的工厂，可延长生产周期，不必突击加班。食品厂生产天数及日产量不同食品生产天数和生产周期大不相同。有些具有明显的季节性，如冷饮、月饼、糖果、糕点和酒类等。面包全年生产天数：t=t旺+t中+t淡=78+135+75=288d平均日产量的计算：q=q班nkn:生产班次，旺季n=3，中季n=2，淡季n=1k:设备不均匀系数，k=0.70.8,班产量q班,若只有旺季、淡季，则：,【例】设计任务书规定食品企业年产面包2000t，求班产量。解：,3.1.3产品方案的制订一般用表格来表示食品厂的产品方案，其内容主要包括：产品
6、名称、年产量（Q）、班产量（q班）、112月的生产安排。产量和生产情况用线条或数字形式表示。举例说明。,从表中可以看出：按季节和原料特性不同安排生产方案按地区、原料供应、消费需求不同设计生产方案南方、北方；当地原料供应情况、消费量多少按工厂规模不同设计生产量,分析评价指标：主要产品市场占有率的比较主要产品年产值的比较劳动生产率的比较（年产量/工人总数）每旬生产所需劳动力最多和最少之差的比较平均每人每年产值的比较元/（人年）生产季节性的比较设备使用平衡情况的比较水、电、汽大耗量的比较环境保护的比较基建投资的比较社会效益和经济效益的比较,3.1.4产品方案的比较与分析,从技术先进性、可行性和经济的
7、合理性方面比较，以保证方案合理，利于食品企业的发展和管理。应制订出两套以上的设计方案。将比较情况及结论写成产品方案比较与分析表报上级批准，从中找出一个最佳方案作为后续设计的依据。如下表所示。,产品方案比较与分析表,3.2主要产品生产工艺流程的确定,3.2.1工艺流程选择食品类型不同，生产工艺存在很大差异。同一类型食品厂，产品种类和工艺流程也各不相同。良好的工艺流程可以保证产品的质量，提高设备利用率，降低生产成本，影响企业经济效益。原则：（1）根据原料性质、产品规格要求和国家标准拟定，外销产品严格按合同规定拟定。（2）注意经济效益，选投资少、能量低、成本低、收率高的生产工艺（3）注意“三废”处理
8、效果，减少“三废”处理量。,（4）产品在市场上有较强的竞争能力，有利于原材料的综合利用（5）对特产或传统名优产品不得随意更改生产工艺。（6）对科研成果，必须经过中试放大后，才能用于设计中；非定型产品，要待技术成熟后，方可用到设计中来；对新工艺的应用，需经过有关部门鉴定，才能应用到设计中来；（7）结合实际条件，优先采用机械化、连续自动化作业线；（8）对需杀菌的食品最好采用连续杀菌或高温瞬时杀菌，需浓缩的食品应采用真空浓缩，减少对产品色泽和风味的影响。（9）严格按照食品质量安全市场准入制度要求拟订工艺流程。,工艺流程正确与否关系着产品质量、产品竞争力、工厂经济效益、决定着食品厂的生存和长远发展，是
9、初步设计审批过程中主要审查内容之一。3.2.2绘制工艺流程图分两种：生产工艺流程方框图、生产工艺设备流程图前者对工艺流程的描绘直观、醒目、易于理解，常作为报批材料上报。后者为生产车间的设备布置提供直观的指导。,生产工艺流程方框图：内容包括工序名称、完成该工序的工艺操作手段(手工或机械设备名称)、物料流向、工艺条件等。在方框图中，以箭头表示物料流动方向，其中粗实线箭头表示物料由原料到成品的主要流动方向，细实线箭头表示中间产物、废料的流动方向。生产设备流程图：相关设备的基本外形、设备名称和编号、工序名称、物料流向，设备间相对位置的距离及其高度。图中粗实线箭头表示主要物料流动方向，细实线箭头表示余料
10、、废料流动方向。,不同类型食品厂生产工艺流程示例,生产工艺设备流程图示例,生产工艺设备流程图示例,纯净水生产工艺设备流程图,3.3物料计算,为确定各种主要物料的采购运输量和仓库贮存量，并为计算生产过程中所需设备和劳动力定员及包装材料等的需要量提供依据。基本资料：技术经济定额指标，即各工厂在生产实践中积累起来的经验数据。原料用量+辅料用量=成品量+损耗量绘制出原料、辅料耗用表及物料平衡图，为下一步设备计算、热量计算、管路设计等提供依据和条件，还为劳动定员、生产班次、成本核算提供依据。,3.3.1物料计算的一般方法改建厂按原厂技术经济定额为计算依据，新建厂则参考相同类型、相近条件的工厂的有关技术经
11、济定额，再以新建厂的实际情况作修正。一般新建厂的工艺设计都是以“班产量”为基准，如：每班耗用原料量（kg/班）=单位产品耗用原料量(kg/t)班产量（t/班）每班耗用包装容器量（只/班）=单位产品耗用包装容器量(只或张/班)班产量（t/班）(1+0.1%损耗)每班耗用各种辅助材料量（t或kg/班）=单位产品耗用各种辅助材料量(t或kg/t成品)班产量（t/班）,此外，也可用原料利用率作为计算基础，通过以往的经验和数据，算出原料消耗定额。目前，经济技术定额多为各食品厂在各自生产条件下总结出的经验数据，在选用计算时，可参考同类型工厂的有关经济技术定额指标，确定本设计中的物料计算定额。在下是不同食品
12、厂食品物料计算及原料利用率表，可供参考。,绘制原理：任何一种物料的质量与经过加工处理后所得的成品及少量损耗之和在数值上是相等的。其具体内容包括：物料名称及质量、成品质量、物料的流向、投料顺序等到项。绘制时，物料主流向用实线箭头表示，必要时可用细实线表示物料支流向。,3.3.2物料平衡图,物料平衡表如下表所示,3.4设备选型,应符合工艺的要求。应根据每一个品种单位时间（小时或分）产量的物料平衡情况和设备生产能力来确定所需设备的台数。共用设备、关键设备大体分为四个类型：计量和储存设备定型专用设备通用机械设备非标准专业设备,3.4.1原则：满足工艺要求，保证产品的质量和产量先进性。关键设备的质量性能
13、、使用寿命、能量消耗、自动化水平应尽可能接近或达到国际先进水平或国内领先水平。适用性可靠性安全性经济合理性符合食品卫生要求有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式/,3.4.2计算公式3.4.2.1传输设备（1）流槽,（2）斗式提升机,（3）带式输送机水平式：倾斜式：,倾斜系数,3.4.2.2杀菌设备（1）杀菌锅每台杀菌锅内装罐头的数目,k装载系数，随罐头外形而异，常用罐型的k值取0.550.60；a杀菌篮的高度与罐头高度之比值；d1杀菌篮内径；mm；d2罐头外径，mm；z杀菌锅内杀菌篮数目,每台杀菌锅操作周期所需要的时间：,t1装锅时间，min；t2升温时间，min;t3恒温时间；min；t
14、4降温时间，min；t5出锅时间，一般取5min每台杀菌锅的生产能力G（罐/h）1h内杀菌X罐所需的杀菌锅数目N（台）,制作杀菌工段操作表a.先计算装完一锅罐头所需时间t(min):,v为装罐速度，罐/hb.然后计算一个杀菌操作周期t和杀菌锅所需的数目N，则可制订杀菌工段的操作图表。【例】设第一个杀菌锅8：00开始装锅，则第二锅是8：00+t后装锅，第三锅是8:00+2t后装锅，直到N锅。第一个锅杀菌后出锅完毕的时间是8：00+t，第二个锅完毕的时间是8：00+（t+t），第三个锅是8：00+（t+2t），直到N锅，这样可以制订出杀菌工段的操作表。已知N=6，t=26min，杀菌公式为（259
15、025）/116,（2）杀菌锅反压冷却空气压缩机杀菌锅内所需空气量V2V1杀菌锅内所需空气量，m3V2锅内反压为p2时所需空气量，m3p1大气压力，kPa_p2反压冷却时的绝对压力，kPa,每只杀菌锅在反压时所需储气桶容量V（m3）,V2杀菌锅内，反压为p2时所需的空气量，m3V3在储气桶压力p3下，每立方米空气所提供的常压空气量，m3/m3,空气压缩机每分钟的空气供应量V（m3/min）V2杀菌锅内，反压为p2时所需的空气量，m3t冷却过程所需要的时间，minn杀菌锅数目,3.4.2.3泵（1）离心泵离心泵的功率P（kW）Pp电动机功率，kWa保留系数（a=0.10.2）a传动效率（皮带0.
16、90.95，齿轮0.920.98）,离心泵的流量qv(m3/s),P轴功率，kWH扬程，m；液体密度，kg/m3泵的总效率（0.40.6，=123）1：体积效率（实际流量Q/理论流量Q）2：水利效率（实际扬程H/理论扬程H）3：机械效率（考虑轴承密封装置及摩擦等因素）,（2）螺杆泵电动机功率的计算,液体密度，kg/m3Qv料液流量，m3/hH压头，1mmH2O=9.8Pa；机机械传动效率（0.70.8）,流量Qv的计算,n螺杆转速，r/minT螺杆螺距，cme偏心距，cmD螺杆直径，cm泵的体积效率（一般取0.70.8）,3.4.2.4其他设备（1）高压均质设备柱塞高压均质泵的生产能力Q：,Q：单作用多缸往复泵生产能力，m3/hd：柱塞直径，mS：柱塞行程，mn：柱塞每分钟来回数，即主轴转数，r/minZ：柱塞数，即缸数：泵的体积系数，一般为0.70.9,（2）摆动筛功率计算P（W）,G：筛体满负荷时的重力，NE：筛子轴每回转一周时筛子动能：振幅，取46mn：偏心轮转数a：传动效率，一般为0.5,ZBF三层摆动筛,生产能力G（t/h）,B0：筛面有效宽度，m；
