年产2500吨全脂奶粉生产车间设计

　　摘要:

对全脂奶粉生产车间设计进行研究，能够保证车间奶粉供应效率和质量，对奶粉压缩过程中的损失量有明确的了解，保证奶粉生产企业的经济权益。本文根据全脂奶粉生产设计要求，对厂址选择与产品方案确定进行了介绍，详细说明了全脂奶粉生产流程及工艺要点，对原料乳验收、处理、加工过程中涉及的预热杀菌、真空浓缩等步骤进行了解释。通过物料衡算步骤，计算出全脂奶粉生产过程中的水分损失量和乳液体积变化，并根据物料衡算结果计算选择生产设备型号。最后对生产车间进行总体布置及细节布置说明，为全脂奶粉生产车间设计提供了借鉴方案。

　　关键词:奶粉生产；工艺流程；车间设计

　　1.绪论

全脂奶粉中蛋白质与脂肪含量占总量52%左右，是生牛乳的4倍，因此营养含量高，生产过程中生牛乳消毒、压缩、喷雾干燥等步骤会损失一部分牛乳及水分，直接影响全脂奶粉的最终产量。为最大限度的减少全脂奶粉产量损失，以年产2500吨全脂奶粉产量为例，研究生产车间设计，利用物料衡算过程，对生产过程中的牛乳体积有大致把控，避免出现生产问题，是十分有必要的。

　　1.1厂址选择要求

为保证奶粉产出率与经济效益的平衡性，奶粉生产车间选址应当选择远离奶源近的地区，减少运输费用，方便原料乳挑选、处理与运输。原料乳质量直接影响全脂奶粉质量，因此在奶源选择上，应当使其尽量满足季节性变化小、质量高的特点，保证奶源供应充足。由于全脂奶粉中脂肪含量较高，贮存不当容易奶粉结块，因此应当保证厂址，选择于通风且少雨地区，减少环境对奶粉贮藏的影响，方便奶粉保存。生产车间在建立时远离人口密集区，以空旷宽广地区为佳，减少厂址经济占用，并减少生产噪音对居民的影响，除此条件外，应针对厂址选择的辐射区域开展全脂奶粉销售调查，确认辐射区域满足销售要求，保证全脂奶粉销售量达标。

　　1.2产品方案确定

中型规模全脂奶粉厂年产量大概为2500吨，由于奶粉生产淡旺季特殊，全年产量平均基本无差别，除去双休日104天，国家假期11天，预留5天设备检修时间，并且将奶粉生产每天分为白班和夜班两个班次，每个班次4小时，取设备不均匀系数K为0.7。

则全脂奶粉厂生产奶粉时间为：365-104-11=245（天）

白班产量=夜班产量=

可以确定白班产量和夜班产量相等，均为7.3每班7.3吨。

　　2.全脂奶粉生产流程及工艺要点

　　2.1全脂奶粉生产流程

图1全脂奶粉生产出厂流程图

挑选出合适奶源后，对奶源进行检验与过滤，去除奶源中的杂质，由于奶源温度较高，需要降温冷却至12度，之后利用全脂奶粉生产工艺将奶源浓缩，浓缩后进行杀菌操作，灭绝浓缩乳中的微生物。这一过程处理后，原料乳变为浓缩乳，浓缩乳中固体含量上升，但仍非固体，含水量较大，此时需要利用喷雾干燥技术对其进行干燥，干燥过程中奶粉温度上升，为保证后期销售与包装需要对其进行降温，降温后的奶粉可以利用包装设备进行包装，可对包装过后准备出售的奶粉进行抽样检查，对于检查无误且质量合格的奶粉，可以装箱入库，运出厂家进行销售，获得经济利润。

　　2.2全脂奶粉生产工艺要点

2.2.1原料乳验收及预处理

原料乳必须为当天生产的鲜牛乳，对其进行验收时，应当遵循GB6914–86的规定，对原料乳当中的微生物进行测评，原料乳中的细菌应小于每升500万，不含有杂质，乳品中脂肪含量不低于3.2%，固形物质不低于11.5%，原料乳，酸碱值应当满足6.3到6.9之间。对于挑选完毕的原料乳，应当注入净乳机进行净化，去除牛乳中的生物杂质。

2.2.2预热杀菌

原料乳的杀菌方法主要有两种，一种为巴氏灭菌法，一种为超高温灭菌法，两者灭菌法均需要对原料乳进行加热。为了保证脱脂牛乳的营养成分，一般采取超高温灭菌法，对原料乳进行短暂的超高温加热，利用杀菌器杀死原料乳中的细菌和微生物。

2.2.3真空浓缩

预热杀菌后的原料乳处于无菌状态，为减少细菌对原料乳的干扰，应当立即对其进行真空浓缩操作，这种操作主要利用膜滤技术和反渗透技术。1升原料乳进行浓缩后变为2.5升，原料乳中的固体物质是原来的1.4到1.5倍。预热杀菌过程当中，原料乳的温度也由85度左右，降为50度左右，既达到浓缩目的又对牛奶进行了降温。

2.2.4喷雾干燥与出粉冷却

真空浓缩后的浓缩乳固体物质含量上升，但还存在一定水分，需要通过喷雾干燥操作进行除水，使原料乳完全变为固体全脂奶粉。将干净的空气进行加温，温度达到130摄氏度以上时，利用鼓风机注入喷雾干燥室，同时将浓缩乳利用高压泵压缩进入喷雾器，浓缩乳通过喷雾器变为10~20微米的乳滴，并且与加热后的空气进行接触，乳滴中的水分迅速蒸发，变为全脂奶粉，沉淀于干燥室底部，之后通过机械设备运出干燥室，并进行迅速降温，将全脂奶粉冷却至30摄氏度以下进行出粉。

2.2.5包装销售

出粉后应当根据销售要求对奶粉进行包装，市面上常见的奶粉包装有塑料包装、铁罐包装、玻璃罐包装。为了延长奶粉贮藏时间，防止水分进入奶粉中使奶粉结块，建议使用真空氮气铁罐包装，奶粉保存期限高达三年以上；为了方便奶粉销售，建议使用塑料包装，并配以高频电热器焊封接口，既保证包装的密闭性，又保证牛奶食用的方便性。

　　3.物料衡算

　　3.1干燥损失量计算

白班产量全脂奶粉与夜班产量全脂奶粉相等，均为7.5吨取进入干燥塔前，原料乳含水分为55%并以W1表示，干燥后原料乳含水分为3%并以W2表示，则可由倒叙计算推出，产生7.5吨奶粉的原料乳，在进入干燥塔前为：

吨

干燥塔去除的水分为：

W=G1-G2=16.17-7.5=8.67吨

　　3.2浓缩损失量计算

由倒叙计算推出，浓缩前需要进行原料乳干燥步骤，由于干燥步骤需要原料乳16.17吨，因此浓缩步骤结束后，浓缩乳应为16.17吨。取浓缩过程水量去除率为四分之三，则浓缩前原料乳重量为：

G0=吨

浓缩过程损失水分为：

64.68-16.17=48.52吨

　　3.3标准化计算

标准化是指当全脂奶粉成品中脂肪含量较高时，需要从原料乳中产生出部分脱脂乳，将脱脂乳加入原料乳中，使全脂奶粉含量达到验收标准。取原料乳脂肪含量为3.7%，取全脂奶粉成品中脂肪含量为27%，则添加脱脂乳后，原料乳中脂肪含量为：

M=（q班X27%）/G0=（7.3X27%）/64.68=3.05%

取脱脂乳中脂肪占比为1%，利用十字交叉法计算，可知：

原料乳用量：42.09吨

脱脂乳用量：22.59吨

　　3.4其他过程损失量计算

根据资料显示，对原料乳进行运输、过滤、杀菌、等操作，这些过程中损失率均大致为0.05%，由于损失率过低，几乎对原料乳重量无影响，故可忽略不计，由此可见，每班生产7.3吨全脂奶粉，所需原料乳为42.09吨。

　　3.5物料衡算图

　　4.主要生产设备选择

　　4.1原料乳储存设备选择

由于白班班次和夜班班次时间均为4小时，根据物料衡算，每班次产生7.3吨全脂奶粉，需要存储原料乳42.09吨，原料乳的密度为1.038kg/dm3，因此原料乳存储设备应当具备的容量为：

42.09÷4÷1.038×1000=10137.28L/h

由于所需存储设备容量较大，可以拆分为三个原料乳存储设备对其进行存储。可以选用上海普利盛三环食品设备工程有限公司生产的5000升配液罐两个，3000升配液罐一个，满足原料乳存储要求。

　　4.2原料乳调配设备选择

向原料乳中加入脱脂乳过程中需要进行调配，调配时每班需要乳制品64.68吨，因此，乳制品调配设备应具备的容量为：64.68×1000÷1.038÷8=7789.02L/h由于所需原料乳调配设备容量较大，可以选用北京舜甫科技公司生产的10000升配液罐满足调配要求。

　　4.3均质机

均质机主要用于处理标准化过程后，原料乳当中的微生物残留。均质机需要具备的能力为：64.68×1000÷1.038÷8=7789.02L/h，可以选取常州市均质机械有限公司生产的GJB8-20型号的均质机，其流量为8000L/h，完全满足均质要求。

　　4.4杀菌设备选择

全脂奶粉在生产过程当中进行杀菌时，采用的设备一般为板式杀菌设备，设备中的热传导系数K为4000瓦/（平方米·时·千），原料乳比热为3.874千焦/（千克·千），物料密度为，64.68÷8=8.085吨/小时，原料乳温度由进入杀菌设备时的55摄氏度，升温至90摄氏度，原料乳温度变化值为90-55=35摄氏度，由于过热水进水温度为130摄氏度，经过杀菌设备时，温度为90摄氏度，杀菌温度为85摄氏度，因此原料乳的平均温度变化值为[（90-55）+（130-85）]÷2=40摄氏度。板式杀菌设备面积为：

每小时杀菌奶量×原料乳比热×原料乳密度×原料乳温度变化值

平均温度变化值×热传导系数

=（8085×3.874×1.038×35）÷（40×4000）=7.11平方米

可以采取福建厦门卖众机电设备公司生产的BR3型号板式设备，设备处理量为8平方米，完全符合杀菌设备选择需求。

　　4.5喷雾干燥设备选择

由物料衡算可知，喷雾干燥过程中损失水分每小时8.67吨，8.67×75%=6.5025吨/小时，根据参数，可以选择江苏万基干燥工程有限公司生产的型号为LPG6500喷雾干燥机，水分蒸发量为6.5吨每小时，完全满足处理需求。

　　5.生产车间设计总述及细节布置

　　5.1生产车间总体设计说明

应将全脂奶粉厂区分为三个部分，分别为生产操作区、生活区、绿化区。生产操作区用于奶粉生产，相对独立，生产区中的车间应当相互靠近，方便原料乳运输。生活区主要是指员工食堂、宿舍、浴室、厕所、办公大楼等，用于员工生产生活，在进行规划设计时，生活区应当适当远离生产区，尤其是在设置厕所时，厕所应当远离生产区，靠近生活区，避免细菌侵入乳制品。绿化区主要与厂区环境有关，可以在非主干运输道路中进行绿化种植，改善厂区空气质量，避免运输中产生大量灰尘，在对道路进行绿化过程中，还应充分考虑消防要求，在主要建筑物附近绿化完毕后，应设置灭火器，保证厂区安全。

　　5.2车间设计

5.2.1材料处理生产车间

全脂奶粉生产车间主要分为四部分，第一部分为原料乳处理车间，车间功能为运输原料乳，对原料乳进行挑选检验、过滤等基础操作；第二部分为初步处理车间，主要是对挑选出的原料乳进行均质、杀菌、冷却等基础操作；第三部分为全脂奶粉处理车间，对进行完基本操作的原料乳进行浓缩、喷雾干燥等主要流程；第四部分为包装车间，包装车间紧邻处理车间，对处理车间输出的全脂奶粉直接进行分批包装，便于销售与运输。

5.2.2辅助生产车间

辅助生产车间主要用于对生产过程中的主要操作进行配合，包括原料乳检验检查室、辅料仓库、包装材料贮存仓库、周转箱暂存间等。

5.2.3存储车间

存储车间主要是对奶粉进行存放，避免销售过程中奶粉变质、结块。一般使用常温库与冷库两种存储仓库，常温库主要用于存放即将出库销售的全脂奶粉，冷库主要存放运输过程中代用的原料乳与生产半成品。冷库的位置应当适当靠近生产车间，避免运输时间过长，导致细菌滋生，影响产品质量。

5.2.4公共设施布置

为保证原料乳生产过程中不受污染，操作人员应更换无菌服，因此需设置更衣室，更衣室位置应当紧靠生产车间，为避免不同车间的原料乳交叉感染，应当在每个车间均设置更衣室，保证员工更换无菌服后，直接进入车间中进行生产。为保证生产车间用电顺畅，全脂奶粉厂中还需配备单独配电室，避免因跳闸问题引起的生产设备断电，造成生产影响。

　　5.3生产车间细节布置

5.3.1车间排水细节

对于车间地面而言，应当选用防水、防滑性能好，并易于消毒清理的材料，保证生产过程卫生，应当在脱水量较多的步骤车间设置排水沟，方便压缩、干燥过程中水分的排出，可以采取暗部排水沟与铺设地面坡度结合的方式，地面铺设设置千分之三的坡度，保证设备平稳运行的同时，溢出的水分能够通过坡度地面流入暗部排水沟进行排出。

5.2.1车间通风细节

为保证通风，车间窗户可以采用纱窗对窗户进行包裹，避免蚊虫侵入的同时，加大对流量；可以在车间内设置通风扇，加大车间内部与外部空气对流。

　　6.结论

年产2500吨全脂奶粉生产车间设计，首先应当对厂址进行大致选择，并确定每班生产的奶粉数量，对奶粉生产过程中涉及的原料乳验收及预处理、预热杀菌、真空浓缩、喷雾干燥与出粉冷却、包装销售等工艺技术进行研究，确认原料乳在干燥、浓缩、标准化及其他操作过程中的材料损失，根据物料衡算确认生产车间中的设备选择，并将厂区分为生产操作区、生活区和绿化区，对生产车间总体布置与细节方面进行了设计。通过此次研究，可以看出虽然存在一定成就，但由于物料衡算过程中数据存在误差，对全脂奶粉工厂设备的选型不甚准确，还应继续进行研究，减少计算误差，精确设备选型。

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　　致谢

在论文即将完成时，首先我要感谢XX老师的悉心指导与热切关怀，对于我在研究过程中出现的问题，耐心、细心的进行解答。其次我要感谢我的朋友XXX，在收集全脂奶粉相关资料及了解生产技术过程中，是他给我提供相关建议，加快了我论文完成的进度。最后我要感谢父母的养育之恩，是他们给予我完成该篇论文的机会。通过此次研究，我认识到求知路途任重而道远，只有亲自了解、亲自体验，投身研究，才能在学术中有自己的理解。