食品工厂设计与环境保护 年产1000t核桃蛋白饮料生产工艺设计
每班生产8小时，可得每小时产量=2×1000÷8=250kg/h
由于产品中含水量极高，故可以将其密度近似看做1kg/L,所以每班每小时产量近似=250L/h.
使用250mL玻璃瓶进行灌装，可知每小时可灌装量=250×1000÷250=1000瓶/小时=16.7瓶/分
则日产量=1000×8×2=16000瓶
玻璃瓶耗用数量=16000×（1＋0.1%）=16016（个）
按每箱装24瓶计算，则每天可生产箱数=16000÷24=666.67(约为666箱) 纸箱耗用个数=667×（1＋0.1%）=674（个）
四、设备选型
4.1设备选型原则
设备选型基本原则：首先选型应当依据《生产设备安全设计总则》GB5083-85的相关规定，其次所选设备应该满足生产工艺和生产规模的要求，产品质量达标，设备能满足产量要求；年产10000t的核桃奶工厂属于小型工厂，小型厂应尽量选择简单经济的设备，设备原料利用率高，设备能耗少，同时维修要方便；设备应当易、易拆且不易被生产介质腐蚀，设备材料不污染产品并且满足生产卫生的要求；系统控制方面尽量采用自动控制系统以减少人员成本，后续工序处理能力应该等于或大于前道工序的处理能力，所以当最后一道灌装设备处理能力满足生产需要时整个生产线即可足量生产，若要扩大生产规模，只需要简单增加设备数量即可。
4.2各工段设备选型
4.2.1预处理系统 ⑴核桃破壳机
核桃破壳机选用原则首先满足生产能力要求，以每日处理总核桃量为下限，适当提高处理能力，要求破壳机破壳率达到99%以上，且安全、方便、可靠、能耗少、价格合理。核桃处理量=0.293×2=0.568t,平均每小时处理量=0.586÷18=37kg/h。据此选择购买两台核桃破壳机。
⑵不锈钢夹层锅，浸泡罐
作为核桃仁脱皮处理的预处理设备，首先考虑处理量，日处理量计算可知满足每天667kg的核桃浸泡加热处理，每班生产用核桃仁为0.168t,设加水比例为1：2则选用500夹层锅2个可以满足要求。同时考虑设备材料、质量、价格、构造。由于核桃仁是非流动性原料，所以选用可倾式保温夹层锅。浸泡罐浸泡能力满足每班正常生产的量，且要求夹层锅和浸泡罐材料具有不易腐蚀、耐酸碱，耐高温、卫生、易清洗等特点。选用温州市长宏轻工机械有限公司生产的产品即可满足设计要求。
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4.2.2磨浆系统 ⑴粗磨、胶体磨
作为专业性较强的设备，核桃奶生产中考虑浆液中微粒细度要求能通过160-200目网筛，结合物料平衡中的计算结果和胶体磨生产能力,每班处理0.385t经过浸泡的核桃仁，在机器连续生产的情况下需要达到的处理能力为48.125kg/h,选择一台处理能力达标的机器生产。 ⑵离心过滤机
经过胶体磨精磨后的料液颗粒细度为80～100目，考虑核桃奶粘度，分离机的使用主要为了分离核桃奶中的粗纤维成分，生产处理量需满足48.125kg/h。结合工业生产清洗的方便性，考虑选用过滤离心机，而三足式离心机可以分离亲水性较强、粘度较大、中等细度的纤维状悬浮液体，结合生产经验，选用合适的离心机。 4.2.3配料系统
（1）配料罐、化糖锅、高位储罐
原则是尽量选择大容量罐体，大容量罐体生产投资节省但同时要考虑车间尺寸。每班调配的核桃奶为2.04吨，容积约为2037L，配料罐尺寸不能超过生产车间设计高度，其次考虑罐体结构、无卫生死角、清洗方便程度、价格等因素决定选用3000L配料罐，要完成2037L配料需要1只配料罐；化糖锅根据工艺选用蒸汽加热的化糖锅，它具有溶糖迅速和可杀菌的特点，根据容量估算选用200L化糖罐一只；高位罐为灌装之前的缓冲罐，连接巴式杀菌的装置选择200L的；浸泡罐选择，按浸泡加水比例1:3计算最少需要1200L容量的容器才能完成任务。 （2）均质机
因为是在灭菌之前进行均质，属于上游均质，所以选用一般均质机即可。选型考虑均质效果，每小时均质能力。通常均质压力越大均质效果越好，乳液混合效果越佳，物料被粉碎的粒度越小，根据实际生产数据，选择均质压力30～45Mpa。核桃奶生产连续性差，每班应均质的核桃奶总量为2.04吨，均质机连续生产则每小时均质机生产能力至少为0.254t/h,所以可以选用0.3t/h的高压均质机两台，考虑到要进行两次均质，可以将两台均质机串联连接起来进行连续均质。 （3）真空脱气系统
脱气能力满足生产要求，脱气机脱气效果受核桃奶温度、脱气真空度影响较大，所以要求脱气机脱气真空度达到90.7-93.3kpa,且保持稳定，料液温度45-75℃.按照后道工序处理能力不能小于前道工序的原则，且经计算脱气机处理能力应该大于0.25t/h，由此可以选用一台0.4t/h的脱气机进行脱气处理。 （4）巴式杀菌设备
此工艺要求核桃奶杀菌要在85～90℃保持15～30s，杀菌质量关系到产品口感和产品的保
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质，要求杀菌设备生产能力满足物料平衡要求，杀菌系统的生产能力不小于均质机生产能力，杀菌质量高，设备清洗方便。工艺要求杀菌机生产能力不小于0.25t/h,可以选用一套0.5t/h的板式换热器进行巴氏杀菌。 （5）高温反压杀菌锅 ①杀菌锅生产能力计算
A.杀菌锅操作周期所需时间T, T?t1?t2?t3?t4?t5
式中t1为装锅时间（通常取5min）,t2为升温时间min,t3为恒温时间min,t4为降温时间min,t5为出锅时间（通常取5min），故T=5+10+20+15+5=55min B.每台杀菌锅可装玻瓶数量n,n=Kazd1（瓶）
d2式中K为装载系数常见容器取K=0.55-0.60 C.杀菌篮高度与玻瓶高度比
z锅内杀菌篮数量，d1表示杀菌篮内径m，d2表示玻瓶外径m
0.9552n=0.6×0.9/0.132×4×()=62.5瓶
0.05D.每台杀菌过程生产能力G 60nG=(瓶/小时)=60×62.5÷55=68.18瓶/h
T一小时内杀菌X瓶需要N个杀菌锅,根据灌装要求计算得出杀菌过处理能力至少为1020瓶/h
N=X/G=1020÷68.18=14.96台，由此可知至少需要杀菌锅15台。 （6）空气压缩机
①杀菌锅内反压为P2 时所需的空气量V2=V1×P2/P1(m3),式中
V1表示杀菌锅的容积，m3 P1表示大气压力，KPa
P2表示反压冷却时的绝对压力，KPa 代入数据得V2=7.65×200÷101.3=15.1m3 ②每只杀菌锅再反压时所需储气筒容量设为Q, m3
Q=V2/V3,其中V2表式杀菌锅中当反压为P2时需要的空气量，m3
V3表示在储气筒压力下每立方米空气所提供的常压空气量，m3/m3
有设备参数知储气筒压力0.7MPa，查表得V3=5.1m3
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代入数据Q=15.1÷5.1=2.96m3
③空气压缩机每分钟的空气供应量V, m3/min V=(V2×n)/t,
其中V2同上，t表示冷却过程所需时间，min,n表示杀菌锅数目 代入数据得V=15.1×15÷15=15.1m3/min 4.2.4灌装系统
每班生产成品核桃奶2t,灌装机灌装能力至少为16.7瓶/分，灌装机、旋盖机、冲瓶机、喷码机，整套设备最好选用同一厂家生产，可以保质生产兼容稳定性及维修方便等优势，设备满足灌装能力，生产的玻璃品满足质量要求。 4.2.5清洗系统 水处理系统、CIP系统
要求设备满足日常生产用水，设备清洗能力要求。
五、热量衡算
5.1蒸汽耗量
核桃碱液去皮过程中，通过不锈钢夹层锅将核桃原料放入由20℃加热到80℃热水中进行浸泡半小时，相当于将核桃仁由20℃升温至80℃，消耗的热量由核桃和水升温吸热构成。 5.1.1核桃升温耗热量计算（以每班耗量计算）
Q1=WC(T2-T1)=0.154×1000×2.009×（80-20）=18563.16(kJ) (1) 式中Q1—物料升温所需热量，kJ； W—物料量，kg；
C—物料比热容（查表，kJ/kg.K）；
T2—物料终温，T1—物料初温 5.1.2水升温耗热计算
按1:3加水浸泡，水升温耗热量Q2=0.154×1000×3×4.187×(80-20)=116063.64(kJ) （水的比热容=4.187kJ/kg.K）； 5.1.3配料系统耗热计算
物料由20℃加热到50℃进行配料搅拌，由物料恒算知道每班有1.89浆液进行调配，调配温度设为50℃，所需热量Q3=（1.89-1.324）×1000×3.767×(50-20)=198626.38(kJ)。 5.1.4化糖系统耗热计算
化糖罐中砂糖加水配成70%糖溶液，溶液由20℃被加热到95℃,比热容仍然以糖计，耗热
Q3=0.1324÷70%×4.173×1000×（95-20）=78248.4(kJ)
5.1.5巴式杀菌耗热计算
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巴式杀菌前，将均质后的物料加热到90℃，进行15-30s杀菌操作，设温度损耗5℃,消耗热量Q6=2.025×1000×3.767×（90-45）=343267.88(kJ) 5.1.6第二次杀菌耗热计算
灌装时经过第一次超高温短时杀菌的物料已被冷却到60℃，所以第二次使用杀菌釜进行二次杀菌时，需要从60℃开始升温至121℃，第二次杀菌耗热Q7=2.013×1000×3.767×（121-60）=462561.23(kJ)
根据生产经验，取各蒸汽损耗过程损耗系数均为K,令K=1.2，即设备热损耗同辐射介质散热总量为物料吸热的20%，则总好热设为：
Q总=（Q1+Q2+Q3?+Q7）*K
=(18563.16+116063.64+198626.38+78248.4+343267.88+462561.23)*1.2=1455331.5(kJ) 生产用蒸汽最大消耗总量Q总?（i1?i2)?G
G?Q（kg）式中G—蒸汽耗量，kg； i1?i2Q加热过程中的热量总耗，KJ；
i1—蒸汽热焓，2723.83J/kg；i2—冷凝液热焓，558.41KJ/kg 解得i1-i2=2165.42 kJ/kg,代入得 G=691.65kg/班
序号 1 2 3 4 5 6 表5-1各工序蒸汽耗量 工艺过程 耗热量（KJ） 脱皮预煮 134626.80 配料换热 198626.38 化糖耗热 78248.40 巴氏杀菌耗热 343267.88 二次杀菌耗热 462561.23 转换为蒸汽 691.65kg/班 5.2冷却水耗量计算
5.2.1化糖系统冷却用水
设定冷却水进口温度为20℃，出口温度为25℃。
将化糖锅中的糖溶液由95℃冷却到50℃，糖溶液中糖含量为70%，糖的比热取3.1kJ/kg.℃需要消耗冷却水计算如下：
有公式Q?MC(T终?T始)，Q奶=Q冷却水代入数据得
64.57×3.1×(95-50)= M水1×4.187×(25-20)M水1=430.27kg 5.2.2灌装冷却用水
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