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1、建学院生物工程系生物工程专业发酵工厂设计课程设计题 目 名 称：年产 10 万吨乳酸发酵工厂设计学院（系）：生物工程学号：111409111姓名： 张婵婵指导教师：余秋生、张现青 课程设计日期： 2013年1月7日-2013年1月11日目录1 项目建议书32 可行性方案43 工厂总平面设计方案53.1 工厂的选址3.2 工厂总平面图3.3 车间布局图4 生产工艺流程设计64.1 生产工艺流程图4.2 工艺流程优化4.3 酸奶质量标准5 设计计算说明105.1 物料平衡计算5.2 水平衡计算5.3 热量平衡计算5.4 无菌空气平衡计算5.5 班产量计算与人员安排5.6 设备的选型与校核计算6 包
2、装设计147 总结148 附图15年产 10 万吨乳酸发酵车间设计学 生：张婵婵指导老师：佘秋生、张现青1. 项目建议书民以食为天，食以乳为先。牛乳自古以来即被人类饮用，牛乳的组成最 为接近人乳，含有人体所需要的全部营养成分，营养最为均衡，在人们的膳 食结构中具有其他食品无法替代的地位和作用。由鲜牛乳发酵成的酸乳由于 其丰富的营养、特殊的风味、爽滑的质构和良好的生理功能，备受人们青睐。 联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）与国际乳品联合会（IDF）于 1977 年对酸乳作出如下定义：酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳 粉）的乳（杀菌乳或浓缩乳）中，由保加利亚乳杆菌和嗜热乳酸链
3、球菌进行 乳酸发酵制成的凝乳状产品，成品中必须含有大量的、相应的活性微生物。 通常根据酸乳成品的组织状态来进行分类，具体可分为凝固型酸乳（发酵过 程在包装容器中进行，从而使成品因发酵而保留其均匀一致的凝乳状态）、搅 拌型酸乳（成品先发酵后灌装而得，发酵后的凝乳已在灌装前和灌装过程中 搅碎而成黏稠且均匀的半流动状态）和饮用型酸乳（类似搅拌型酸奶，但包 装前凝块被分散成液体）。饮用酸乳制品对身体有很多益处，乳中许多成分具 有很高的营养价值，而且微生物菌群产生的许多代谢产物对人体也极为有益。 营养作用：牛奶中乳糖经乳酸菌发酵，其中20%30%被分解为葡萄糖和半 乳糖。前者进一步转化为乳酸或其他有机酸
4、，这些有机酸有益于身体健康； 后者被人吸收利用，可参与幼儿脑苷脂和神经物质的合成，并有利于提高乳 脂肪的利用率。牛奶中的蛋白质经发酵作用后，乳蛋白变成微细的凝乳粒， 易于被人消化吸收。酸奶中的磷、钙和铁易被吸收，有利于防止婴儿佝偻病 和老人骨质疏松病。牛奶中的脂肪经乳酸菌作用后，发生解离或酯键被破坏， 易于被机体吸收。发酵过程中，乳酸菌还会产生人体所必需的维生素 B 、维1生素B、维生素B、维生素B、烟酸和叶酸等营养物质。缓解乳糖不耐症：2 6 12 乳酸菌产生的乳糖酶能降解牛奶中的乳糖，因此乳糖不耐症患者饮用酸奶就 不会出现饮用牛奶时发生的乳糖不耐症，如腹胀、腹痛、肠道痉挛、下泻等。 整肠作
5、用：人体肠道内存在有益菌群和有害菌群。在人体正常情况下，前 者占优势；当人患病时，有害菌群占优势。饮用酸奶可以维持有益菌群的优 势。抑菌作用：嗜热乳杆菌和双歧杆菌不受胃液和胆汁的影响，可以进入 肠道，在肠道内存留较长时间。这两种乳酸菌以及在这些乳酸菌影响下生长 起来的肠道中的其他乳酸菌，可以产生嗜热乳菌素等抗菌物质，这些物质大 都对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等有明显的抑菌作用。改善便 秘作用：进入肠道中的活的乳酸菌能产生乳酸、醋酸等有机酸。这些有机酸 有刺激肠道，加强蠕动的作用，故可以改善便秘。降低胆固醇：牛乳中的 乳清酸、乳糖和钙，以及酸奶中存在的羟基戊二酸都有降低胆固醇的作用。抗癌
6、作用：酸奶有抑制3种酶的活性作用，这些酶能引起癌变。另外，酸 奶还能激活巨噬细胞，抑制肿瘤细胞，从而起到抗癌作用。2. 可行性报告近年来，随着人们物质生活水平的提高，饮食结构也在悄悄地发生变化。随在国民经济的迅猛发展，人民的生活水平不断提高，人们对乳制品的需求 不断提高。在市场需求的牵动下，一方面是乳品企业的数量迅速的增加，而 另一方面却是乳品生产竞争的不断加剧，竞争的焦点是产品的品种、质量和 价格，一些较大的，资金和技术实力强的企业以自身的产品质量和价格优势 不断冲击市场，这就要求新建的乳品厂有先进的设备与技术。乳品从过去的 昂贵的营养品逐渐变成当今老百姓饭桌上的日常消费品。而其中的酸奶，更
7、 是以惊人的速度在增长。面对如此好的乳业发展形式和日益激烈的竞争趋势， 要想在市场上保持龙头位置，有效抵御外来品牌的入侵，就必须不断的细分 市场，不断的开发中高档乳品新品。为此，经过严密的市场调查， 2013年， 公司将开发系列酸奶。该产品定位于中高档产品，目标消费人群为白领阶层 （尤其是白领丽人）和少年儿童。该产品工艺特殊，再加上不同口味的果肉 搅入，故其集良好的口感和健康营养于一体，更配上时尚方便灵巧的包装， 完全满足白领一族和少年儿童对美味和美感的追求。市场前景非常乐观。其 成本控制在 1.5 元/杯（250克），市场售价为 3.5元/杯，以每天最低消费量100 吨计算，其利润为 417
8、3.826 万元/年。3. 工厂总平面设计3.1 工厂的选址项目厂址选择在武汉西湖区经济开发区，东西湖区地处长江左岸，武汉市的 西北近郊，汉江、汉北河及府环河汇合之处。位于北纬30 34, -3047， 东经11353 -11430之间，是古云梦泽的一部分。境域自姑嫂树向西沿 张公堤至舵落口接汉江干堤至新沟，再接旧府河堤至辛安渡，东北沿沦河、府河 （又名捷泾河）经北泾嘴、黄花涝、大李家墩至戴家山，全境东西长 38 公里， 南北宽22.5 公里，总面积 499.71 平方公里。该区环绕城区,城郊相连.距市中心 商业区10 公里,距汉口火车站 7 公里,距武汉天河国际机场 18 公里,距长江外贸
9、码头15 公里.开发园所在的武汉市位于京广铁路与长江黄金水道十字交汇点,东 去上海,南京,西抵重庆,成都,南至广州,香港,澳门,北上北京,天津,距离均在 1000公里左右.开发园与八大交通要道相连,即107国道,316国道,京珠高速公路, 汉渝铁路,汉江水运航线,武汉市中环线,武汉绕城公路,天河机场高速公路,各交 通要道在此相互汇通,纵横交错交通极为便利。此外示范区地势平坦，工程基础 条件良好，周围没有污染源等不利于建厂的环境因素。厂址与原料基地之间均为 高级公路相通，保证了原料采收期对运输时间的限制。而销售地区也在上述中心 城市，便于冷链运输和分销，适于建酸奶加工厂。3.2 工厂总平面图项目
10、占地15000m2，其中生产区占地6000 m2,位于厂区中心；生活区占地 1500m2，位于厂区东北角。工厂坐北朝南，从南大门进厂，豁然呈现在眼前的是 一个椭圆形的花坛，花坛中心设置有喷泉、假山，这种色彩鲜明、动静结合的搭 配，给人一种清新洁净、生机盎然的感觉，烘托出项目产品新鲜、方便、卫生的 底蕴，厂区总平面布置见图1。花坛往北便是占地1440m2的主生产车间，宽敞明 亮，布置有现代化的生产线。洗手间、空气净化设备、卫生隔墙等设施一应俱全， 全面适应生产的需要。厂区东侧是机修间和锅炉房。厂区西侧布置的是原料库、 成品库和办公楼、实验室。工厂的道路均按照工厂设计的标准进行布置，主干道 路宽6
11、m，两侧布置有绿化带，环绕整个厂区。并设有人行道和缓冲区，充分做到 人车分离、安全生产。厂区的绿化带布置合理，栽种常绿树木和草类，使整个厂 区四季如春，显得生机盎然。厂区总平面设计图见附图1。现在食品工厂大多采用轻钢结构的厂房，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，框架结构对于不同功能分隔和以后的变更都非常的方便，因此，本设计 也将采用轻钢结构厂房进行设计。我国夏季多为东南风，冬季多为西北风，因此本设计将动力系统和污水处理 系统放置在整个厂区的东侧，避免因为风向的问题影响产品质量，同时根据乳制 品 GMP 要求，本设计
12、的厂房具有通排风系统，避免外界的污染进入到车间内部。 主车间物流为南北走向，人流为东西走向，因此，在主厂房北侧设置原辅料仓库 和容器整理中心，对原、辅料进行储存和瓶、箱等包装容器的初步滔滔和整理. 原料经过加工处理，生产出的成品由主厂房南侧经过冷库储存和恒温月台分配后 由物流配送系统运送出厂。恒温月台能够避免成品在分配过程中处于高温环境， 从而造成对产品质量的影响。主场房人流方向为东西走向，人流经过主厂房一次换鞋、更衣、二次换鞋、 消毒池以及风淋间后通过人流通道进入各个生产岗位进行生产。设计中人流路线 与物流路线没有交叉，因此能够避免事故和操作失误。3.3 车间布局图主生产车间的墙壁采用24墙
13、，间隔6m均匀布置0.5mX 0.5m的方形柱网， 柱网中间布置2m宽的窗户，便于通风和采光。通风窗户设置空气净化设施，此 外还设有吸音孔，以减少噪声污染。车间人员入口门为2m X 2.7m，物流出口的 门为2.2mX3.0m。管架布置标高3.2m，车间地坪采用防滑瓷砖铺面，设有地沟, 便于冲洗和排污。车间南门入口处设消毒间，其左右两侧分别是男女更衣室及浴 室，主要供工人进出，再往里是走廊通往生产线，主车间内两条生产线分布在车 间纵向对称轴线两侧，原料由冷库通过铲车通过北门消毒室运输到主生产车间两 侧进入到车间内，两条生产线在车间内呈 S 型走向，成品由靠近成品冷库的车 间一端送出，从而可以避
14、免交叉污染，使人流物流在车间内线路流畅，主车间设 备平面布置图见图2。4. 生产工艺流程设计4.1 生产工艺流程图鲜牛乳I验收预处理!奶仓牛乳白砂糖一溶解一调配预热（60C 65C）均质（ 15MPa）杀菌(95C, 5min)冷却(42 C45C)直投式发酵剂发酵（终点 pH4.6）破乳、冷却（15C20C）溶解稳定剂、*杀菌冷却混合、白砂糖均质（15MPa）冷却（15C 20C）I灌装、冷藏V保持冷链贮存或销售4.2 工艺流程优化（1）预处理 净化可以除去原料乳中的杂质，使牛乳达到最高的纯净度。为使原料乳中脂 肪和无脂干物质之间的比例关系符合制品的要求，可通过闪蒸操作调整其比例关 系。（2
15、）预热 预热一方面可以杀菌，而且由于适当加热，可以使一部分乳清蛋白凝固，提 高酪蛋白的热稳定性，以防止灭菌时凝固，并赋予成品以适当的黏度。同时可以 钝化酶并降低均质后乳脂肪球的直径，防止均质后的产品中脂肪上浮，增加产品 的稳定性。预热温度控制在 60C65C。（3）均质 均质主要是使原料充分混合均匀，阻止奶油上浮，提高酸乳的稳定性和稠度， 并保证乳脂肪均匀分布，从而获得质地细腻、口感良好的产品。均质压力控制在 15MPa 。（4）杀菌 杀菌目的在于杀灭原料乳中的杂菌确保乳酸菌的正常生长和繁殖，钝化原料 乳中的天然抑制物；使乳清蛋白变性，以达到改善组织，提高黏稠度和防止成品 乳清西出的目的。杀菌温度控制在95C，保温5
