年产10000吨乳制品⼯⼚设计
年产10000吨乳制品⼯⼚设计
（⾷品科学系06级）
氚电池1前⾔
民以⾷为天，⾷以乳为先。乳中各种营养素齐全且配合合理，并含多种⽣物活性物质，是⼈体成长不可缺的⾼营养⾷物。发展乳品事业，是关乎国计民⽣的⼤事，但是与世界先进国家⽐较，我国奶类产量仅为美国的11%、法国的28.5%，我国⼈均占有奶类产品7.2公⽄，⼈均占有量仅为世界平均⽔平的1/10，发达国家的1/37，世界液态乳的⼈均消费量为105公⽄/年，中国液态乳⼈均消费量仅为7公⽄/ 年，仅为亚洲年⼈均乳品占有率的1/6，不及世界⼈均乳品占有率的1/16。从此可以看出中国乳品存在巨⼤的增长空间。 ⽬前随着⼈民⽣活⽔平的提⾼，随着⼤众对营养⾷品需求⽇益增长，市场竞争也⽇趋激烈。尤其是随着新技术的应⽤，成功地解决了乳制品的营养和保鲜问题，加之新包装材料及技术的应⽤和灵活多样的促销⽅式，使消费者愿意接受具有丰富营养，⼝感良好并且价格合理的乳制品品牌。乳制品市场的竞争也开始⽇趋激烈。
为了在未来的乳品市场中取得⼀席之地，我们从灭菌乳、搅拌型酸乳、乳酸菌饮料、乳粉等众多乳制品中最终选取UHT灭菌乳为主要产品因其具有⼯艺成熟、易于贮藏运输、营养损失少等优势。 ⼯艺⽅⾯采⽤超⾼温瞬间灭菌技术(UHT)解决了液态奶运输、储存、保鲜难的问题，⽬前发达国家已普遍采⽤这⼀技术进⾏鲜奶加⼯：将⽜奶加热⾄超过135oC，仅保持⼏秒便迅速降⾄常温，然后在⽆菌条件下密封，采⽤六层纸铝塑复合材料进⾏⽆菌灌装。
在营养⽅⾯，⽜奶中的微⽣物在瞬间⾼温下全部被杀死的同时，⽽⼤多数营养物质在短暂的⾼温下损失甚微，最⼤限度地保持了⽜奶的营养成分。
在运输销售⽅⾯，经过UHT灭菌处理，并采⽤⽆菌包装的鲜奶进⾏⽆菌灌装，使其在储存及运输中均不需要冷藏。
同时，⼀个不需冷藏的产品给⽣产商、零售商和消费者带来了许多便利。⽐如对⽣产商⽽⾔，由于不再需要冷藏，库存安排可以简化；运输分送⽤车的数量、成本就可相应降低；同时，由于长期维持其保鲜功能，减少了对零售未售出产品的回收；最重要的是，这种产品可以从地域上极⼤地扩⼤市场。
综上所述，设计⼀个UHT灭菌乳⼚具有很强的实际意义。
2 概述
2.1 产品品种UHT灭菌乳
2.2 ⽣产规模预计年产10000吨
2.3 设计内容
制定产品⽅案，⼚址选择⽅案，设计⼯艺，物料衡算，设备选型，⽔电汽平衡，⼈员配置，设定企业管理组织架构，技术经济分析，绘制全⼚总平⾯布置图、⼯艺流程图、车间设备及管路布置图。 2.4项⽬建设背景
本⼯⼚拟建在市郊塘沽经济技术开发区，该区交通顺畅，通讯设施完备，周围⽆污染企业，原料供应充⾜，⽔、电供应稳定。
2.5 市场需求预测
本⼯⼚产品主要⾯向国内北⽅地区市场并争取打⼊国际市场，主要⽬标为⽇本，韩国等地。根据国家统计局的统计显⽰：2006年1-12⽉全国累计乳制品产量为14595685.53吨，⽐上年同期增长27.97％；2006年1-12⽉全国累计液体乳产量为12440379.69吨，⽐上年同期增长29.37％。另据海关统计，2006年，我国乳品进出⼝全⾯增长，出⼝在贸易的⽐重逐步增加。全年乳制品进出⼝总额同⽐增长了20.7%，其中进⼝⾦额占进出⼝总⾦额的85.6%；乳品进出⼝总量⽐上年同期增长
8.4%，其中进⼝量占进出⼝总量的82.3%。⽆论是⾦额还是数量，进⼝占贸易总量的⽐重都在逐步降低，出⼝⽐重在逐步上升。因此从数据上可以看出本⼯⼚产品需求量在不断增长，市场前景⼴阔。
3 ⼚址的选择及规划
3.1 ⼚址选择原则
⑴符合国家的⽅针政策。符合当地政府规划，节约⽤地。
⑵⽣产条件⽅⾯标准。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0.004—0.008之间；所选⼚址要有可靠的地质条件；⼚区附近应有良好的卫⽣环境避免各种污染源；⼚址⾯积要满⾜⽣产的要求，并有发展余地和留有适当空余场地。
⑶投资和经济效果⽅⾯，要做到⽅便运输，保证供⽔供电等。
3.2 ⼚址选择报告
⑴计的UHT灭菌乳加⼯⼚坐落于天津市塘沽经济开发区，开发区距市中⼼45公⾥，距北京160公⾥，距天津国际机场30公⾥。东西宽25公⾥，南北长50公⾥。塘沽地势低洼平坦，海拔⾼度1.3—3.8⽶。属于暖温带季风型⼤陆⽓候，四季变化明显，年平均⽓温12°C，⽆霜期234天，年平均降⽔量674.5毫⽶。⼯⼚总占地⾯积为9000平⽅⽶。
⑵周围有良好的⾃然环境和地质条件，⽆有害⽓体，有害⽔体等危及⾷品安全的不良因素。
⑶济发展状况良好，离市区较近，避免长途运输。
⑷所征地块费⽤合理，由于国家政策倾斜，使得⽣产的经济成本较为理想。
3.3 ⼚区规划
3.3.1⼯⼚车间平⾯设计的原则及说明
⽅便⽣产，符合⽣产车间程序，避免原料，半成品及成品的交叉污染。
1)符合⼯⼚设计对风向和光照要求。
2)利⽤现有的条件，合理配电，配⽔，减少能源损耗，降低成本。
刷式密封3)充分考虑全⼚⼆期⼯程及消防便道。
4)⼚房按⽣产⼯艺流程及所要求的洁净级别进⾏合理布局，并考虑⼚房与邻近⼚
房进⾏的各项⽣产操作不相互防碍。
5)按⽣产⼯艺和卫⽣，质量要求。划分洁净级别，分为原料辅料区，⽣活区，⽣
产区，尽量缩短距离，避免物料的往返运输。
6)洁净⼚房的设计和安排符合GBJ73的要求。
7)⼚房满⾜⽣产加⼯保健⾷品对空⽓净化的需要。采⽤10万级洁净⼚房，安装具有过滤装置的响应的净化空调装置。
8)⼚房，设备布局与⼯艺流程三者衔接合理，建筑结构完善，满⾜⽣产⼯艺和质量，卫⽣的要求。中间产品，待包装品的贮存间与⽣产要求相适应。
9)⼚房温度及相对湿度与⽣产⼯艺要求相适应。
10)⼚房之间，⼚房与通道之间有缓冲设施，设置与洁净级别相应的⼈流和物流通道。
11)⼚房安装的下⽔道，洗⼿及其它卫⽣清洁设施不对产品的⽣产带来污染。
12)备料室与⽣产⼯艺要求的洁净级别⼀致。
13)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。不对产品的⽣产造成污染。
14)具有与喷雾相应的专⽤设备。
15)与原料，中间产品直接接触的⽣产⽤⼯具，设备符合产品质量和卫⽣要求的材质。
16)办公楼紧靠车间，⽅便管理。
17)⼚区道路宽敞，两旁种有树和草坪。
18)充分考虑消防要求，各主要建筑物和易燃物附近设有消防设施。
19)设计排⽔沟位于经常排污，排⽔设备的下⾯，保证车间排⽔排污要求。
20)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。
21)车间⼊⼝处设有更⾐室，消毒间，缓冲间等，⼯⼈须更⾐消毒后进⼊车间，保证车间卫⽣，且⼯⼈须穿特定⼯作服，鞋
等。[1]
3.3.2 ⼚区总体布局
⽣产车间：位于全⼚中⼼地带。
辅助车间；（包括原料库，成品库，机修车间）：分布于⽣产车间周围。
动⼒设施：（锅炉房，变电室等）：接近负荷中⼼，锅炉房设在远离⽣产车间的⽅向。
⽣活辅助设施；（办公楼，⾷堂等）：位于⽣产车间与动⼒设施之间，办公楼与⽣产车间连通。
⼚区交通绿化：道路宽敞，可将⼈流物流充分分隔，避免交叉污染；⼚区周围有绿化带，防风阻沙，美化⼚区。
3.4 总平⾯设计图（附图1）
4主要⼯艺设计及论证
4.1⽜乳中的化学成分性质分析
4.2⽜乳的物理性质
⽜乳的物理性质是鉴定⽜乳品质的重要指标，也是合理安排乳制品加⼯⼯艺流程的重要依据。
1)乳的⾊泽正常的新鲜⽜乳呈不透明的乳⽩⾊或淡黄⾊。乳的⽩⾊是由于乳中的酪蛋⽩酸钙-磷酸钙胶粒及脂肪球等微粒对光的不规则反射所产⽣。⽜乳中得脂溶性胡萝⼘素和叶黄素使乳略带淡黄⾊，⽽⽔溶性的核黄素使乳清呈荧光性黄绿⾊。 2)滋味与⽓味乳中含有挥发性脂肪酸及其他挥发性物质，这些物质是⽜乳⽓味的主要构成成分。这种⾹味随温度的升⾼⽽加强，乳经加热后⾹味强烈，冷却后减弱。⽜乳除固有的⾹味以外，还很容易吸收外界的各种⽓味，所以每⼀个处理过程都必须保持周围环境清洁，以避免个因素的影响。
3)酸度新鲜乳的酸度为0.15%--0.18% （16-18°T）
4)⽐重和密度乳的⽐重指在15摄⽒度时的质量与同温度下同体积⽔的质量之⽐，正常⽜乳⽐重为1.030—1.032；乳的密度是指乳在20摄⽒度时的质量与同体积4摄⽒度的⽔的质量之⽐，正常⽜乳的密度为1.028—1.030。乳的⽐重和密度可反映出脂肪含量，⽆脂⼲物质含量，乳挤出的时间及是否掺假。
5)热学性质在乳中掺⽔可使乳的冰点升⾼，可根据冰点测定结果推算掺⽔量
X=(T-T
1)/T*100%。式中X为掺⽔量，T为正常乳冰点，T
1
为4—3.98k被检乳冰
点；乳和乳品的⽐热，在乳品⽣产过程中常⽤于加热量和制冷量计算，⽜乳为3.94—3.98kJ/(kg*K)。
6)黏度与表⾯张⼒⽜乳的黏度随温度升⾼⽽降低。在乳的成分中，脂肪及蛋⽩质对黏度的影响最显著，随着含脂率和乳固体的含量增⾼，黏度也增⾼。在加⼯中，黏度受脱脂，杀菌，均质等操作的影响。[2] 4.3UHT灭菌乳的加⼯⼯艺介绍
UHT超⾼温灭菌乳是在本世纪60年代出现的⼀种产品，⾸先是由英国的巴顿等研究者提出。其原理是根据⽜奶在加热中细菌的灭菌效果（SE），也就是杀孢⼦效率随着温度的上升，⼤⼤快于⽜乳中的化学变化（褐变、维⽣素破坏、蛋⽩质变性等）。
例如在温度有效范围内，热处理温度每升⾼10℃，⽜乳中所含细菌孢⼦的破坏速度性提⾼11-30倍（枯草杆菌孢⼦致死
btttQ10=30，嗜热脂肪芽孢⼦致死Q10=11，⽽⽜乳中化学变化褐变速度仅提⾼2.5-3倍，Q10=2.5-3。这意味着温度越⾼，其灭菌效果越⼤，⽽引起的化学变化很⼩。根据巴顿通过实验结果所绘制的灭菌效果（SE）与褐变效果速率之⽐，对温度之曲线来看，当温度上升不到135℃时两者之⽐未发⽣急剧变化；135℃以上，灭菌效果⽐褐变的增长要快得多；当温度升⾼⾄140℃，3.6秒加热时，灭菌效果（SE）与褐变速率之⽐增⼤到2000⽐1，150℃，0.36秒加热则两者之⽐增⼤到5000⽐1，从难从150℃再升⾼，由线与直线上升，说明再提⾼温度已⽆多⼤意义；⼜温度超过150℃以上，则相应加热时间必须随之更加缩短，这在⼯艺操作上准确控制这样知的加热时间
是很困难的，因为流速稍微有⼀点波动就会产⽣相当的影响。所以⽬前在超⾼温瞬时灭菌⼯艺上是以150℃，0.36秒作为最⾼极限，⼀般都采⽤135-150℃，4-1秒。[3]
4.4 加⼯⼯艺流程
原料乳验收和预处理→脱⽓→冷却→储奶→加热→净化分离（脱脂乳、稀奶油）→平衡槽→均质→UHT灭菌→⽆菌灌装→冷藏
4.5 操作要点
1)原料乳的验收和处理
杀菌乳的质量决定于原料乳，因此必须加强对原料乳的质量控制
陶瓷运输
2)⽜乳的脱⽓
⽜乳中含有5.5%--7.7%⾮结合分散性⽓体，经贮存运输后期含量还会增加。这些⽓体对乳的加⼯有破坏作⽤。主要是影响乳汁量的准确性；增加杀菌设备中的结垢，影响乳的分离效率，不利于标准化；促使脂肪球聚合，影响奶油的产量；促使发酵乳中的乳清析出等。
本⼚使⽤真空脱⽓罐除去细⼩分散的⽓泡和溶解氧。⽅法为：将⽜乳预热⾄68摄⽒度，泵⼊真空罐，部分⽜乳和空⽓蒸发，空⽓及⼀些⾮冷凝异味⽓体由真空泵抽吸除去。
3)净化分离
分离出脱脂乳和稀奶油
4)均质
⽜乳中脂肪球的⼤⼩⼀般在1—10微⽶之间，放置⼀段时间后易出现凝结成块、脂肪上浮的现象。经均质后可使脂肪球直径变⼩，分布均匀，⼝感好，有良好的风味，不产⽣脂肪上浮现象。均质效果与温度有关。
本设计进⾏⾼温短时间杀菌或超⾼温瞬间杀菌，均质在预热⼯序后杀菌前进⾏。本⼯⼚使⽤的均质机为两段式，预热的⽜乳经第⼀段压⼒调节阀时压⼒为176—204千克/平⽅厘⽶，⽽第⼆段压⼒保持在35千克/平⽅厘⽶。均质前⽜乳必须先⾏预热60摄⽒度左右。
5)杀菌
杀菌有两个⽬的，⼀个⽬的是杀死引起⼈类疾病的所有⽣物，使之完全没有致病菌。第⼆个⽬的就是尽可能地破坏除致病微⽣物外能影响产品味道和保存期的其他成分如酶类，以保证产品的质量。
本⼚⽤磷酸酶试验来检查⽜乳的杀菌是否适当，试验结果必须是阴性的，即必须没有发现有活性的磷酸酶。脂肪含量的8%的乳制品，稀奶油发酵乳等产品⽤过氧化氢酶试验来代替。
本设计采⽤的超⾼温瞬间杀菌法（UHT）是⽤加压蒸汽将⽜乳加热到120—140℃保持3—4秒，然后将⽜乳迅速冷却的⼀种杀菌⽅法，该⽅法杀菌效率极⾼，可以达到灭菌的效果，⼀般在冷藏下可保持20天。同时与⽆菌包装结合起来可以⽣产灭菌乳，保持商业⽆菌状态，⽆需冷藏，常温下可长期保持（3—6个⽉）或更长。
本⼚采⽤间接加热式超⾼温瞬时杀菌设备，管式热交换器型。⼯艺流程：⽜乳⾸先经预热，⽚式加热器经热回收段预热达到66℃，经预热的奶在15—25MPa 的压⼒下均质，接着通板式热交换器的加热
部分使其达到135℃，经保温管、UHT 加热段⽽后同新进⼊的⽜乳进⾏热交换（热回收部分），冷却。
6)冷却
本⼚的产品乳是连续性杀菌设备处理的乳直接通过热回收部分和冷却部分冷却到4℃，以抑制乳中残留细菌的繁殖，增加产品的保存期。同时也可以防⽌因温度⾼⽽使黏度降低导致脂肪球膨胀、聚合上浮。
7)灌装
罐装的⽬的主要是便于分送销售、便于消费者饮⽤。此外还能防⽌污染，保持杀菌乳的良好滋味和⽓味，防⽌吸收外界异味，减少维⽣素等成分的损失。⽆菌灌装线在市场上流通的保质期较长的乳主要是⽤塑料瓶包装、利乐包和⼩房型包装。
本设计所采⽤的利乐包和⼩房型包装是再⽆菌条件下灌装，不必采⽤⼆次灭菌，这种⽅式正在成为市场的主流。利乐包是利⽤专⽤纸为包装材料，过氧化氢为杀菌剂。罐装时，纸先通过⼀个过氧化氢层，使纸壁上涂上⼀层过氧化氢膜，然后卷成纸筒，热合，在⽤红外线辐射，将过氧化氢分解，并蒸发掉，然后在该灭菌的纸筒内充填以杀好菌的乳，并热合、封⼝[12]。
⼩房型包装不同于利乐包，它是将⼀个个已制好的但没有封底的纸筒放在灌装机上，通过⽓吹将纸筒打开，热合封底，然后进⼊⽆菌⼩室。在此向纸盒内喷⼊过氧化氢进⾏杀菌、加热，是过氧化氢蒸发掉。随后注⼊杀菌奶，热封⼝，同时送出⽆菌⼩室。
8)冷藏
消毒乳包装后⽴即送⼊冷库中贮存（库内温度要求在2—10℃），采⽤风冷，堆放时应有⼀定间隔。[5]
4.6 消毒乳（UHT灭菌乳）的质量标准
⽣产UHT灭菌乳必须符合国家标准[5]
（1）感官标准
表1 UHT灭菌乳的感官指标
离心喷雾干燥塔项⽬特性
滋味和⽓味具有消毒⽜乳固有的纯⾹味，⽆其他任何外来滋味和⽓味
能量传送器
组织状态呈均匀的流体，⽆沉淀、凝块、有机杂质、粘性和浓厚现象
⾊泽呈乳⽩⾊或稍带为黄⾊
（2）理化指标
表2 UHT灭菌乳的理化指标
项⽬指标
⽐重（20c） 1.028—1.030
脂肪（%）不低于 3.0
总乳固体（%）不低于11.2
杂质度（ppm）不⾼于 2
