年產(chǎn)5000噸冰淇淋車間設(shè)計

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年產(chǎn)5000噸冰淇淋車間設(shè)計 Ice Cream Plant Design of Annual Output 5000 Tons 學(xué) 院(系):化學(xué)化工與食品安全學(xué)院 專 業(yè): 食品科學(xué)與工程 學(xué) 號:0915**** 學(xué) 生 姓 名: 入 學(xué) 年 度: 2009 指 導(dǎo) 教 師: 完 成 日 期:2013年5月27日 渤海大學(xué) Bohai University 摘 要 本論文進行了年產(chǎn)5000噸冰淇淋車間設(shè)計,初步對冰淇淋車間設(shè)計做出了說明,并繪制了設(shè)計圖紙2張,工廠總平面設(shè)計和車間工藝流程設(shè)計。 首先介紹了冰淇淋的定義、分類與行業(yè)標準,同時對冰淇淋的工藝流程做詳盡闡述;然后通過區(qū)域調(diào)研進行廠址選擇、廠區(qū)總平面設(shè)計和車間工藝流程設(shè)計;再次,對冰淇淋加工過程進行物料衡算、設(shè)備選型、能量與水電汽的衡算;最后設(shè)定企業(yè)管理組織架構(gòu),實施環(huán)境保護規(guī)劃并進行污水處理,并對冰淇淋工廠的總投資、回收期盈虧平衡進行估算與分析。通過估算可知,本項目每班可產(chǎn)冰淇淋9噸,總投資1205萬,年利潤1230萬元,廠區(qū)總面積3000m2,資金回收期約為1.5年,當生產(chǎn)利潤率為11.54%時即可達至盈虧平衡點。 本項目符合可持續(xù)發(fā)展的原則,最大程度地節(jié)約了能源。同時,有效促進了地方經(jīng)濟發(fā)展,解決部分下崗工人的就業(yè)的問題,是具有較高附加值和投資回報率的項目。 關(guān)鍵詞:冰淇淋;工藝流程;車間設(shè)計 Ice Cream Plant Design of Annual Output 5000 Tons Abstract This study designed an ice cream factory of an annual output of 5000 tons ice cream, preliminarily explained the design of an ice cream factory, and then made 2 drawings of it: architecture design of the factory and design of the workshop operation process. First, this study introduced the definition, classification and industry standard of ice cream, meanwhile, expounded the operation process of ice cream; then carried out the site selection and architecture design of the factory through regional research. Thirdly, made the material balance calculation, equipment selection, energy and water vapor balance calculation on the ice cream manufacture process; finally, set the management structure, made a plan for environmental protection and sewage treatment, and analyzed the total investment and the payback period of the ice cream factory. The result showed that the project can produce 9 tons of ice cream per class with a total investment of 12.05 million, the profit for the year of 12.05 million Yuan, plant area of 3000 m2, annual profit of 12300000 Yuan, and the payback period was about 1.5 years, when the production profit margins of 11.54% to the BEP. This project was in accordance with the principle of sustainable development and largely satisfied the energy saving request. At the same time, effectively promoted the development of local economy, solved the employment problem of laid-off workers, which was a project with high added-value and high rate of return. . Key Words:Ice cream;Process Flow;Plant Design 目 錄 摘 要 I Abstract II 引 言 1 1 冰淇淋概述 2 1.1 冰淇淋定義 2 1.2 冰淇淋分類 2 1.2.1 全乳脂冰淇淋 2 1.2.2 半乳脂冰淇淋 2 1.2.3 植脂冰淇淋 2 1.3 冰淇淋行業(yè)標準 3 2 冰淇淋工藝論證與影響因素 4 2.1 工藝流程 4 2.2 工藝論證 4 2.2.1 原料混合 4 2.2.2 殺菌 4 2.2.3 均質(zhì) 4 2.2.4 冷卻 4 2.2.5 老化 4 2.2.6 調(diào)和 4 2.2.7 凝凍 4 2.2.8 灌裝 5 2.2.9 硬化 5 2.2.10 裝箱 5 2.2.11 貯存 5 3 車間平面設(shè)計 6 3.1 廠址的選擇 6 3.1.1 區(qū)域簡介 6 3.1.2 區(qū)域優(yōu)勢 6 3.2 廠區(qū)總平面設(shè)計 6 3.2.1 廠區(qū)總平面設(shè)計原則 6 3.2.2 總平面設(shè)計的內(nèi)容 7 3.3 車間布置 7 4 物料衡算與設(shè)備選型 8 4.1 班產(chǎn)量的確定 8 4.2 冰淇淋配方 8 4.3 物料衡算 9 4.4 設(shè)備選型 9 4.4.1 生產(chǎn)流程 9 4.4.2 設(shè)備選型原則 9 4.5 設(shè)備選型表 10 5 能量衡算 11 5.1 熱量衡算 11 5.1.1 配料階段 11 5.1.2 殺菌階段 11 5.1.3 總熱量衡算 11 5.2 冷量衡算 11 5.2.1 冷卻階段 11 5.2.2 凝凍階段 11 5.2.3 硬化階段 12 5.2.4 總冷量衡算 12 6 人員配置及公用輔助工程 13 6.1 人員配置 13 6.2 公用工程 13 6.2.1 生活設(shè)施 13 6.2.2 供電工程 14 6.2.3 供水工程 14 6.2.4 排水系統(tǒng) 14 6.2.5 采暖工程 14 6.2.6 供汽工程 14 6.2.7 制冷工程 14 6.3 輔助工程 14 6.3.1 化驗室 14 6.3.2 倉庫 15 6.3.3 研發(fā)室 15 6.3.4 運輸設(shè)備 15 7 水、電、氣估算 16 7.1 水估算 16 7.1.1 配料用水量 16 7.1.2 清洗設(shè)備用水量 16 7.1.3 生活用水量 16 7.2 電估算 16 7.2.1 配料罐 16 7.2.2 25MPa均質(zhì)機 16 7.2.3 氟利昂制冷壓縮機 16 7.2.4 老化罐 16 7.2.5 1000L凝凍機 16 7.2.6 冰淇淋灌裝機 16 7.2.7 冷凍隧道 17 7.2.8 冷庫 17 7.2.9 總用電量 17 7.3 氣估算 17 8 環(huán)境影響分析 18 8.1 噪聲控制 18 8.1.1 工業(yè)企業(yè)環(huán)境噪聲標準及規(guī)定 18 8.1.2 噪聲的控制 18 8.1.3 生產(chǎn)人員防護 18 8.2 大氣質(zhì)量控制 19 8.2.1 大氣質(zhì)量標準及有關(guān)規(guī)定 19 8.2.2 大氣污染的控制 19 8.3 污水控制 20 8.3.1 污水綜合排放標準及有關(guān)規(guī)定 20 8.3.2 污水的控制 20 8.4 本廠環(huán)境保護措施 20 9 設(shè)計概算 21 9.1 工程總投資 21 9.2 年利潤估算 21 9.2.1 年產(chǎn)值估算 21 9.2.2 年成本估算 21 9.2.3 年利潤估算 24 9.2.4 資金回收期 24 9.2.5 盈虧平衡分析 24 總 結(jié) 26 參 考 文 獻 27 致 謝 28 引 言 冰淇淋屬于冷凍飲品類,以其美觀、冰涼、快樂與甜蜜的特點,越來越受到消費者的喜愛,其主要原料有水、奶粉、油脂、糖,其中含脂量約為10%?12%,蛋白質(zhì)含量約為8%,砂糖含量約為16%?20%。冰淇淋的營養(yǎng)成分為牛奶的2.8?3倍,在人體內(nèi)的消化率可達95%以上,高于肉類、脂肪類的消化率。它具有調(diào)節(jié)生理機能、保持滲透壓和酸堿度的功能,若再加入消費者需要強化的不同物質(zhì),可彌補日常飲食中的不足,使營養(yǎng)均衡[1]。 我國冰淇淋產(chǎn)業(yè)正在迅猛發(fā)展,據(jù)國家統(tǒng)計局和中國餐飲協(xié)會市場調(diào)研統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2009年我國冰淇淋產(chǎn)銷量突破28億kg,實現(xiàn)銷售額400億元以上。2011年國內(nèi)冰淇淋產(chǎn)銷量達到了348.39萬t,人均消費量2.48kg。累計銷售額超過了791億元人民幣。我國冰淇淋產(chǎn)業(yè)正在以9%左右的增長率迅猛發(fā)展著。 在冰淇淋業(yè)界有句話,“亞洲冰淇淋看中國,中國冰淇淋看東北,東北冰淇淋看遼寧”。中國最大的冷飲市場不是在炎熱的廣東、福建,而是在東北。在中國,夏季全國普遍高溫,各地氣溫都很高,南北地區(qū)對冷飲的需求不相上下,但在冬季,東北的冷飲消費量卻遠遠大于其他地區(qū)。這是因為農(nóng)村的火炕、城市的暖氣,使得室內(nèi)外溫差有幾十度,外面冰天雪地,室內(nèi)卻溫暖如春。室內(nèi)空氣干燥使得東北地區(qū)在冬季對冷飲也有著強烈的市場需求。因此,東北地區(qū)一年有兩個冷飲銷售旺季。目前,東北市場冰淇淋銷量占國內(nèi)市場總額的13%,而沈陽是其中最重要的區(qū)域市場之一。 本設(shè)計是從我國目前冷凍飲品工業(yè)發(fā)展狀況和市場經(jīng)濟形勢出發(fā),認真貫徹食品工業(yè)的各項指標,對多家冷飲企業(yè)進行實地考察,將廠址擬建在遼寧省沈陽市輝山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。除對生產(chǎn)工藝、設(shè)備進行了科學(xué)合理的布置外,還緊緊圍繞工藝實際需要在勞動組織、輔助部門、公用系統(tǒng)、環(huán)境保護等方面進行了合理的設(shè)計,使得整廠各環(huán)節(jié)緊湊、合理,可以發(fā)揮最高的工作效率。本設(shè)計可為冷飲企業(yè)建立新廠提供參考。 1 冰淇淋概述 1.1 冰淇淋定義 以飲用水、乳和/或乳制品、食糖等為主要原料,添加或不添加食用油脂、食品添加劑,經(jīng)混合、滅菌、均質(zhì)、老化、凝凍、硬化等工藝制成的體積膨脹的冷凍飲品 [2]。 1.2 冰淇淋分類 1.2.1 全乳脂冰淇淋 主體部分乳脂含量為8%以上(不添加非乳脂)的冰淇淋。 (1) 清型全乳脂冰淇淋 不含顆?；驂K狀輔料的全乳脂冰淇淋,如奶油冰淇淋,可可冰淇淋等。 (2) 組合型全乳脂冰淇淋 主體部分為全乳脂冰淇淋,且所占10%質(zhì)量比率不低于50%,與其他冷凍飲品和/或其他食品組成的全乳脂冰淇淋,如巧克力脆皮奶油冰淇淋、蛋卷奶油冰淇淋等。 1.2.2 半乳脂冰淇淋 主體部分乳脂含量大于等于2.2%的冰淇淋。 (1) 清型半乳脂冰淇淋 不含顆粒或塊狀輔料的半乳脂冰淇淋,如香草半乳脂冰淇淋、桔味半乳脂冰淇淋、香芋半乳脂冰淇淋等。 (2) 組合型半乳脂冰淇淋 主體部分為半乳脂冰淇淋,且所占質(zhì)量比率不低于50%,與其他冷凍飲品和/或其他食品組成的半乳脂冰淇淋,如脆皮半乳脂冰淇淋、蛋卷半乳脂冰淇淋等。 1.2.3 植脂冰淇淋 主體部分乳脂含量低于2.2%的冰淇淋。 (1) 清型植脂冰淇淋 不含顆粒或塊狀輔料的植脂冰淇淋,如豆奶植脂冰淇淋、可可植脂冰淇淋等。 組合型植脂冰淇淋 主體部分為植脂冰淇淋,且所占質(zhì)量比率不低于50%,與其他冷凍飲品和/或其他食品組成的植脂冰淇淋,如巧克力脆皮植脂冰淇淋、夾心植脂冰淇淋等[3]。 1.3 冰淇淋行業(yè)標準 根據(jù)冷凍飲品冰淇淋的行業(yè)標準SB/T 10013-2008,冰淇淋的感官要求、理化指標、衛(wèi)生控制指標分別見表1.1,1.2,1.3。 表1.1 感官要求 項 目 要 求 清 型 混合型 色 澤 具有品種應(yīng)有的色澤 具有品種應(yīng)有的色澤 形 態(tài) 形態(tài)完整,大小一致,不變形,不軟榻,不收縮 形態(tài)完整,大小一致,不變形,不軟榻,不收縮 組 織 細膩爽滑潤,無明顯粗糙的冰晶,無氣孔 具有品種應(yīng)有的組織特征 滋氣味 滋味可調(diào),有乳脂或植脂香味,香味純正 具有應(yīng)有的滋味和氣味,無異味 雜 質(zhì) 無肉眼可見外來雜質(zhì) 無肉眼可見外來雜質(zhì) 表1.2 理化指標 項目 指標 全乳脂 半乳脂 植脂 清型 組合型 清型 組合型 清型 組合型 非脂乳固體/% 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 總固形物/% 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 脂肪/% 8.0 8.0 6.0 5.0 6.0 5.0 蛋白質(zhì)/% 2.5 2.2 2.5 2.2 2.5 2.2 膨脹率/% 10-140 10-140 10-140 10-140 10-140 10-140 注:1)組合型產(chǎn)品的各項指標均指冰淇淋主體部分;2)非脂乳固體含量按原始配料計算。 表1.3 衛(wèi)生質(zhì)量控制指標 項目 指標 總砷(以As計)/(mg/L) ≤0.2 鉛(Pb)/(mg/L) ≤0.3 銅(Cu)/(mg/L) ≤5.0 菌落總數(shù)/(cfu/mL) ≤25000 大腸桿菌/(MPN/100mL) ≤450 致病菌(指沙門氏菌、志賀氏菌和金黃色葡萄球菌) 不得檢出 2 冰淇淋工藝論證與影響因素 2.1 工藝流程 原料→混合→殺菌→均質(zhì)→冷卻→老化→調(diào)和→凝凍→灌裝→硬化→裝箱→貯藏 2.2 工藝論證 2.2.1 原料混合 食用油脂需先加熱熔化或?qū)⑵淝懈畛尚K后再使用,明膠需預(yù)先加兩倍冷水浸泡,軟化后再使用。底料預(yù)處理完畢后,再按順序依次倒入配料罐,攪拌均勻。通過攪拌混合可強化熱交換,提高殺菌效率[4]。 2.2.2 殺菌 巴氏殺菌:殺菌溫度78℃,保溫20?30min 。 2.2.3 均質(zhì) 均質(zhì)溫度為65?77℃,均質(zhì)壓力分為二級:一級均質(zhì)壓力為15?20MPa,通過高壓,切碎料液中脂肪球;二級均質(zhì)壓力為5MPa,防止脂肪球再聚集,提高料液粘度 [5]。 2.2.4 冷卻 均質(zhì)后的料液溫度為60℃左右,瞬時冷卻至4℃ ,防止出現(xiàn)脂肪球上浮,酸度增高等現(xiàn)象。 2.2.5 老化 老化溫度控制在4℃,老化時間為12 h,通過老化可使料液中的蛋白質(zhì)、脂肪及穩(wěn)定劑充分融合,改善冰淇淋的組織結(jié)構(gòu)。 2.2.6 調(diào)和 向老化罐中加入食用香精、食用色素進行調(diào)香、調(diào)色。轉(zhuǎn)速:30 r/min。 2.2.7 凝凍 凝凍段是影響冰淇淋質(zhì)量優(yōu)劣的重要工序。將老化好的漿料泵入凝凍機進行攪刮,同時加入清凈空氣使急速凍結(jié),由液體轉(zhuǎn)變成微冰晶化的半固態(tài),即凝凍狀態(tài)。凝凍溫度為-3?-10℃,凝凍機出料溫度約為-2.4℃[6]。 2.2.8 灌裝 用標杯裝線生產(chǎn),出料溫度-4.2?-6.6℃ 。 2.2.9 硬化 被凝凍過的冰淇淋料被送入-40 ℃的速凍隧道以保證快速冷凍。 2.2.10 裝箱 人工裝箱與封箱。 2.2.11 貯存 貯存溫度控制在-18℃以下,避免擠壓變型,堅持先進先出原則。 3 車間平面設(shè)計 3.1 廠址的選擇 本設(shè)計建廠地址為遼寧省沈陽市沈北新區(qū)輝山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。 3.1.1 區(qū)域簡介 沈陽輝山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于沈北新區(qū)東部,占地1098平方公里,人口40萬。目前入?yún)^(qū)企業(yè)已經(jīng)達390家,構(gòu)筑了乳品加工、糧油加工、畜禽加工、果蔬(飲料)加工、生物制品加工等五大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),是全國最的農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)示范基地。 3.1.2 區(qū)域優(yōu)勢 (1) 區(qū)位優(yōu)勢 新區(qū)地處東北亞中心地帶、環(huán)渤海經(jīng)濟圈的核心地區(qū)、東北城市群樞紐重地,素有東北地區(qū)“陸上門戶”之稱。 (2) 生態(tài)優(yōu)勢 區(qū)內(nèi)輝山、帽山、七星山鐘靈毓秀,遼河、蒲河、長河奔流不息,水面積率8%,綠化率40%。 (3) 科教優(yōu)勢 由遼寧大學(xué)、沈陽師范大學(xué)等6所大學(xué)組成的沈北大學(xué)城,由遼寧裝備技術(shù)學(xué)院、遼寧金融職業(yè)學(xué)院等12所高職院校組成的遼寧高職城,由東北育才、沈陽二中等16所名校組成的名高中城,構(gòu)筑了基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育和高等教育互補的教育體系,每年可培育各類人才5萬人以上;諸多科研院所、重點試驗室、博士后流動站,具有一流的科技創(chuàng)新能力,為區(qū)域發(fā)展提供了人才保證和智力支持。 (4) 體制優(yōu)勢 新區(qū)是國家批準的第三個行政新區(qū),是遼寧省唯一一家綜合配套改革試驗區(qū),被授權(quán)在行政管理、經(jīng)濟管理、社會管理、科技創(chuàng)新、土地管理、金融創(chuàng)新、對外開放、農(nóng)村綜合改革等方面先行先試,現(xiàn)已成為東北最佳的投資服務(wù)區(qū)。 3.2 廠區(qū)總平面設(shè)計 3.2.1 廠區(qū)總平面設(shè)計原則 安排工廠整體走向時需考慮風向,車間分布軸應(yīng)與主導(dǎo)風向垂直,以保證車間自然通風良好,運送原料的道路和鍋爐房應(yīng)在廠區(qū)的下風側(cè),避免造成二次污染[7]。食品工廠以生產(chǎn)為主要目的,因此以生產(chǎn)車間為中心,其他各建構(gòu)筑物均圍繞著生產(chǎn)車間布局。 3.2.2 總平面設(shè)計的內(nèi)容 總平面設(shè)計包括平面布置和豎向布置兩個部分,當?shù)孛姹容^平坦開闊時,可以只做平面布置。擬建廠于沈北新區(qū),地勢平坦,只需做平面布置。 (1) 生產(chǎn)車間 生產(chǎn)車間是原料消耗和產(chǎn)品生產(chǎn)的地方,是能耗最大和人流物流最集中的地方。建設(shè)時需靠近原料庫,應(yīng)配備洗手間、更衣室、風淋間、洗靴池等。 (2) 倉庫 倉庫根據(jù)生產(chǎn)的不同,可以分成不同的倉庫,冰淇淋生產(chǎn)時需要兩種倉庫,一種是原輔料倉庫,另一種是冷庫,原輔料倉庫需要靠近生產(chǎn)車間,而冷庫需要靠近包裝車間。 (3) 輔助車間 包括研發(fā)室、化驗室、機修車間、垃圾站等。 (4) 供能車間 為了保證水電氣的供應(yīng),冰淇淋工廠設(shè)置了鍋爐房、配電室。 (5) 綜合樓 冰淇淋工廠建設(shè)的綜合樓,負責銷售、后勤、財務(wù)、調(diào)度等行政工作。 (6) 員工生活區(qū) 包括員工宿舍、食堂、娛樂室。 (工廠總平面設(shè)計見附件1) 3.3 車間布置 生產(chǎn)工序的安排要做到冷、熱分開,生、熟分開,干、濕分開,成品、半成品分開。 按生產(chǎn)線安排設(shè)備,防止交叉,浪費資源。 (車間工藝流程設(shè)計見附件2) 4 物料衡算與設(shè)備選型 物料衡算在工藝設(shè)計中是一項既細致又重要的工作。物料衡算包括該產(chǎn)品原料和包裝材料的計算。通過物料衡算,可以確定各種主要物料的采購量,并對生產(chǎn)過程中所需的設(shè)備和勞動力定員的需要量提供計算依據(jù)[8]。 4.1 班產(chǎn)量的確定工作日及其生產(chǎn)班次如下表4.1。 表4.1 工作日及其生產(chǎn)班次 年產(chǎn)量(t) 工作日(天) 班次(班) 5000 300 2 班產(chǎn)量500030028.33t。損失率按2%計,產(chǎn)品合格率按95%計,實際班產(chǎn)量9t。生產(chǎn)前后需清洗設(shè)備,每次按1.5h計算,則有效生產(chǎn)時間為9h/班,產(chǎn)量為1t/h。 4.2 冰淇淋配方 冰淇淋配方如下表4.2。 表4.2 冰淇淋配方 成分 含量(kg/t) 白砂糖 120 飴糖 120 果葡糖漿 70 全脂奶粉 30 椰油 40 麥芽糊精 20 乳清粉 15 明膠 4 香精 1 食用色素 0.02 加水至 1000 4.3 物料衡算 冰淇淋的生產(chǎn)原料物料衡算如表4.3。 表4.3 原料物料衡算 成分 班用量(kg) 全年用量(t) 白砂糖 1080 648 飴糖 1080 648 果葡糖漿 630 378 全脂奶粉 270 162 椰油 360 216 麥芽糊精 180 108 乳清粉 135 81 明膠 36 21.6 香精 9 5.4 食用色素 0.18 0.108 飲用水 5220 3132 4.4 設(shè)備選型 4.4.1 生產(chǎn)流程 原料→配料罐→板式換熱器→高壓均質(zhì)機→板式換熱器→老化缸→凝凍機→灌裝機→速凍隧道→冷庫 4.4.2 設(shè)備選型原則 (1) 滿足工藝要求,保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量; (2) 選用先進、機械化程度高的設(shè)備; (3) 充分利用原料,能耗少,效率高,體積小; (4) 應(yīng)符合衛(wèi)生要求,選用不銹鋼材料的設(shè)備; (5) 根據(jù)單位時間產(chǎn)量和設(shè)備生產(chǎn)能力確定所需設(shè)備; (6) 經(jīng)濟上合理。 4.5 設(shè)備選型表 冰淇淋生產(chǎn)需用到如下設(shè)備,詳見表4.4。 表4.4 設(shè)備選型 設(shè)備名稱 型號 技術(shù)參數(shù) 功率kW 外形尺寸 mm 生產(chǎn)廠商 單價 (萬元) 臺數(shù) 配料罐1500L 1.1 135012001940 東頂 機械有限公司 0.89 2 板式換熱器 BP2-J-3 2000L/h,3m210073841545 海寧市鹽官 正浩過濾器材廠 0.55 1 25MPa均質(zhì)機 jj1.5/25 1500L/h,25MPa 11 11307541120 廊坊市安次區(qū) 匯通機械廠 8.00 1 氟利昂 制冷壓縮機 6FVW7B 半封閉式 154000kJ/h 4.21 3142317 東莞市宇州冷凍設(shè)備有限公司 0.30 2 老化罐 BW-TANK 1000L,36r/min 0.75 Φ10001220 溫州強忠 機械有限公司 0.95 2 1000L冰淇淋凝凍機 V3-1000 1000L 28.25 1500020001200 常熟威瑪 機械有限公司 18.80 1 冰淇淋 灌裝機 LG-3F 5400個/h 2.25 4.40.922 青島 冷飲食品設(shè)備廠 11.90 2 冷凍隧道 AFS-2.0 8000個/h 50沈陽 東北大學(xué)機械廠 20.00 1 冷庫216m3 8 60006000600015.00 1 鍋爐 WNS-YQ 2t/h 河南永興鍋爐 集團有限公司 5.40 2 5 能量衡算 以生產(chǎn)1000kg冰淇淋為衡算標準,進行能量衡算(不計加工損失),能量衡算式如下: (5.1) 式中??消耗能量 kJ ??原料處理量 1000kg ??料液的比熱 取4.187kJ/kg?K ??料液入口與出口的溫差 K 5.1 熱量衡算 5.1.1 配料階段 原料混合時,為保證混合均勻,要將其加熱至45℃,則這一階段需要加入的熱量為: 5.1.2 殺菌階段 原料經(jīng)混合后,要加熱到70℃進行巴氏殺菌,則這一階段需要加入的熱量為: 5.1.3 總熱量衡算 在整個生產(chǎn)過程中,加入的總熱量為:,根據(jù)經(jīng)驗,在過程中熱量損失為15%,故總熱量為: 5.2 冷量衡算 5.2.1 冷卻階段 均質(zhì)后的混合料,要迅速冷卻至4℃以下,以適應(yīng)老化的需要。這一過程所用的冷量為: 5.2.2 凝凍階段 混合料在冷卻老化后,置于凝凍機內(nèi),使溫度降至-5℃,得到冰淇淋的雛形。這一過程需加入的冷量為: 5.2.3 硬化階段 經(jīng)凝凍后,冰淇淋處于半流體狀,須經(jīng)凝凍-25℃處理,便于運輸和儲藏。這一階段所需的冷量為:1000CP[-5--25]83740kJ 5.2.4 總冷量衡算 在整個過程中,加入的總冷量為: 。根據(jù)經(jīng)驗,能量損失為15%,則實際冷量為: 6 人員配置及公用輔助工程 6.1 人員配置 人員配置如下表6.1與6.2: 表6.1 生產(chǎn)車間人員配置 崗位 人數(shù) 職責 車間主任 2 負責整個工藝流程正常進行 化驗員 4 負責產(chǎn)品質(zhì)量檢測 操作工 10 負責線上生產(chǎn) 運輸工 6 成品運輸 機修工 2 設(shè)備維修 電工 2 電力維修 保潔員 4 清潔車間 總計 30 表6.2 非生產(chǎn)人員配置 崗位 人數(shù) 職責 廠長 1 全廠事務(wù) 副廠長 1 管理銷售 秘書 1 協(xié)助廠長 研發(fā) 5 新品開發(fā) 財務(wù) 2 財務(wù)核算及經(jīng)濟分析 人事 2 員工資料及人員進出 門衛(wèi) 2 進出人員及車輛 后勤 3 為職工提供生活服務(wù) 總計 17 6.2 公用工程 生活設(shè)施 (1) 食堂 能同時容納32人,共八張餐桌,每張桌子配四個座位。 (2) 宿舍 每間宿舍6人,一共6間宿舍。 (3) 浴室 男浴室5個水位,女浴室10個水位。 6.2.2 供電工程 食品工廠的供電系統(tǒng)一般包括:全廠的變配電工程,廠區(qū)的供電工程,使內(nèi)外的照明工程。供電電壓一般低壓采用380/220V三相四線制,高壓采用10kV。生產(chǎn)車間環(huán)境濕度大,所以電器設(shè)備應(yīng)按熱帶的條件選擇,要能防水汽,防腐蝕,盡可能集中放置。廠區(qū)外線采用低壓電纜,保證供電安全。車間照明電源要求與動力線分開,車間及原料庫設(shè)置防蟲燈。 6.2.3 供水工程 清洗用水采用自來水。儲水設(shè)施為封閉式,防止污染儲水池;儲水設(shè)備定期清洗、消毒;清洗用水為經(jīng)活性炭過濾器處理的自來水鍋爐用水為經(jīng)過軟化處理的自來水。 6.2.4 排水系統(tǒng) 食品工廠的排水量較大,主要為生產(chǎn)廢水、生活污水和雨水。生產(chǎn)車間應(yīng)設(shè)有明溝,將污水排到室外,室外排水管采用埋地暗管。冰淇淋工廠的廢水基本符合環(huán)保要求,所以排水管網(wǎng)匯集了排出的生產(chǎn)廢水、生活污水和雨水后,可借助重力作用通過排水管直接排入廠外公共下水道。 6.2.5 采暖工程 鍋爐房為全廠供暖,在生產(chǎn)車間配有通風機和排氣系統(tǒng)。 6.2.6 供汽工程 工廠內(nèi)設(shè)有鍋爐房,提供殺菌、加熱等生產(chǎn)用蒸汽,鍋爐燃料為煤炭。 6.2.7 制冷工程 工廠內(nèi)設(shè)有制冷站,用于生產(chǎn)過程中冷卻介質(zhì)的制備和冰淇淋成品的冷藏。 6.3 輔助工程 6.3.1 化驗室 化驗室設(shè)置在生產(chǎn)車間入口處,隨時對原料、半成品及成品進行理化指標控制、感官評定以及微生物的檢驗?；炇页Ｓ脙x器及設(shè)備見下表6.3所示。 表6.3 化驗室常用儀器及設(shè)備 設(shè)備名稱 型號 數(shù)量 比色計 JGB-1 1臺 阿貝折光儀 37W 1臺 普通電子天平 TG602 1臺 生物顯微鏡 L3301 1臺 手持糖度計 TZ-62 1臺 高壓蒸汽消毒器 臥式 1臺 超級恒溫器 DL-501 1臺 超凈工作臺1臺 調(diào)溫電爐2個 冰箱2臺 6.3.2 倉庫 倉庫是貯存原輔料的場所。在廠區(qū)占地面積中,占有很大比重。在倉庫中應(yīng)直線布置,避免斜向布置,并使之相互平行。這樣既方便運輸,又可合理利用空間。倉庫內(nèi)嚴禁煙火,以保證安全。 6.3.3 研發(fā)室 用于冰淇淋新品的研究與開發(fā),研發(fā)設(shè)備見表6.4所示。 表6.4 研發(fā)設(shè)備 設(shè)備名稱 型號 數(shù)量(臺) 電子稱1 分析天平 TG328A 1 水浴鍋 HW.SY-P4 1 冰箱1 冰柜2 冰淇淋機1 高剪機1 6.3.4 運輸設(shè)備 廠外運輸工具主要為載重卡車,廠內(nèi)運輸主要為升降式手推車、電瓶搬運車。車間內(nèi)運輸主要為帶式輸送機及手推車。 7 水、電、氣估算 7.1 水估算 7.1.1 配料用水量 每班用水量為:5220kg,每年需要:3132t。 7.1.2 清洗設(shè)備用水量 清洗車間和設(shè)備用水每班1t,每年需要用水600t。 7.1.3 生活用水量 生活用水的多少與當?shù)貧夂?、人們的生活習慣以及衛(wèi)生設(shè)備的完備程度有關(guān),可根據(jù)當?shù)仡愃破髽I(yè)或居民的生活用水量來確定。沈陽市日人均用水量約為0.2t。員工總?cè)藬?shù)為47人,每年最大生活用水: 總用水量,年工作日300d,每日用水高峰期時間為18小時,最大流速為。 7.2 電估算 7.2.1 配料罐 功率1.1kW,最大工作時間4h,數(shù)量2臺。(kW?h/班) 7.2.2 25MPa均質(zhì)機 功率11 kW,工作時間6h。(kW?h/班) 7.2.3 氟利昂制冷壓縮機 功率4.21 kW,工作時間9h。(kW?h/班) 7.2.4 老化罐 功率0.75 kW,工作時間9h。(kW?h/班) 7.2.5 1000L凝凍機 功率28.25 kW,工作時間9h。(kW?h/班) 7.2.6 冰淇淋灌裝機 功率2.2 kW,工作時間9h,數(shù)量2臺。(kW?h/班) 7.2.7 冷凍隧道 功率19.6kW,工作時間9h,數(shù)量1臺。(kW?h/班) 7.2.8 冷庫 功率15kW,工作時間12h,數(shù)量1臺。(kW?h/班) 7.2.9 總用電量 (kW?h/班) (kW?h/年) 7.3 氣估算 使用0.5MPa的飽和蒸汽,氣化熱2258.4kJ/kg,蒸汽用量: kg 95%?蒸汽的熱效率 kg 按照鍋爐的熱效率為85%計算,蒸汽用量: kg 故選用產(chǎn)氣量為2t/h的鍋爐兩臺(一臺備用)。 8 環(huán)境影響分析 為了貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,進一步完善環(huán)境管理體系,基本改變環(huán)境污染和生態(tài)惡化的狀況,改善環(huán)境質(zhì)量,應(yīng)建設(shè)一批經(jīng)濟快速發(fā)展,環(huán)境清潔優(yōu)美、生態(tài)良性循環(huán)的城市和地區(qū)的要求,我廠分別在噪聲控制、大氣污染控制、廢水控制方面做了相應(yīng)預(yù)測和規(guī)劃措施。 8.1 噪聲控制 8.1.1 工業(yè)企業(yè)環(huán)境噪聲標準及規(guī)定 在冰淇淋工廠生產(chǎn)的過程中,機械設(shè)備如均質(zhì)機、灌裝機運轉(zhuǎn)時,各部件之間的相互撞擊、摩擦會產(chǎn)生機械噪聲。在城市范圍內(nèi)向周圍生活環(huán)境排放工業(yè)噪聲的,應(yīng)當符合國家規(guī)定的工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準。各類廠界噪聲標準見表8.1。 表8.1 噪聲標準表 類別 晝間等效聲級LeqdB 夜間等效聲級LeqdB 1 55 45 2 60 50 3 65 55 4 70 55 注:類別1適用于以居住、文教機關(guān)為主的區(qū)域;類別2適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)及商業(yè)中心區(qū);類別3適用于工業(yè)區(qū);類別4適用于交通干線道路兩側(cè)區(qū)域。本廠建于市區(qū)內(nèi),適用類別2。 8.1.2 噪聲的控制 就目前的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟條件而言,還不可能完全控制噪聲污染,為此加強對噪聲的管理就顯得格外重要。首先,劃分功能區(qū)域。即將相同或相近功能的建筑集中在一起,本廠由于建筑面積有限,所以將所有生產(chǎn)工藝集中到一起,建設(shè)生產(chǎn)車間。第二,合理利用土地。第三,合理建筑布局。要考慮采取環(huán)境噪聲影響的建筑布局,不但考慮聲源的布局,還要充分利用地形及已有建筑物,使噪聲得以降低。第四,城市綠化。利用樹木的散射、吸聲作用及地面吸聲,可以降低噪聲污染[9]。 8.1.3 生產(chǎn)人員防護 長時間處于噪聲污染的環(huán)境,影響生產(chǎn)工人的身體健康,嚴重會導(dǎo)致耳鳴、耳聾等職業(yè)病。本廠為工人配備護耳器,可使耳內(nèi)噪聲降低10-40dB。 8.2 大氣質(zhì)量控制 8.2.1 大氣質(zhì)量標準及有關(guān)規(guī)定 根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標準GB3095?1996,各項污染物排放限值見表8.2。 表8.2 污染物排放限制 污染物名稱 取值時間 濃 度 限 值 濃度單位 一級標準 二級標準 三級標準 二氧化硫 年平均 0.02 0.06 0.10 mg/m3 標準狀態(tài) 日平均 0.05 0.15 0.251h平均 0.15 0.50 0.70 總懸浮顆粒物 年平均 0.08 0.20 0.30日平均 0.12 0.30 0.50 可吸入顆粒物 年平均 0.04 0.10 0.15日平均 0.05 0.15 0.25 氮氧化物 年平均 0.05 0.05 0.10日平均 0.10 0.10 0.151h平均 0.15 0.15 0.30 二氧化氮 年平均 0.04 0.04 0.08日平均 0.08 0.08 0.121h平均 0.12 0.12 0.24 一氧化氮 日平均 4.00 4.00 6.001h平均 10.00 10.00 20.00 臭氧 1h平均 0.12 0.16 0.20 鉛 季平均1.50μg/m3 標準狀態(tài) 年平均1.00 苯并芘 日平均0.01 氟化物 日平均7 1h平均20本廠為冰淇淋加工廠,所以主要的大氣污染物為: (1) 煙塵:在燃料的燃燒過程中形成的顆粒物,飄浮在大氣中; (2) 氟化物:冷庫使用的氟利昂,擴散于大氣中。 8.2.2 大氣污染的控制 本廠為保證大氣質(zhì)量,特作如下要求: (1) 調(diào)節(jié)工業(yè)結(jié)構(gòu),推行清潔生產(chǎn); (2) 完善工廠綠化系統(tǒng)。 8.3 污水控制 8.3.1 污水綜合排放標準及有關(guān)規(guī)定 我國工業(yè)廢水排放標準規(guī)定: (1) 飲用水的水源和風景游覽區(qū)的水質(zhì),嚴禁有任何污染; (2) 漁業(yè)與農(nóng)業(yè)用水,要保證植物的生長條件,保證動植物體內(nèi)有害物質(zhì)的殘存毒性不得超過使用標準; (3) 工業(yè)用水的水源,必須符合工業(yè)生產(chǎn)用水的要求。 8.3.2 污水的控制 為了控制污水對環(huán)境的污染,要改革工藝及對廢水進行綜合利用,最大限度地減少廢水量。本廠為冰淇淋工廠,污水基本符合環(huán)保要求,經(jīng)過簡單凈化處理后,可直接排入城市下水道。 8.4 本廠環(huán)境保護措施 廠房、車間的布局應(yīng)符合生產(chǎn)工藝流程的要求,要有足夠的空間和場所,能整齊、合理地安置設(shè)備和堆放物料。主要生產(chǎn)車間要有防塵、防菌、防蚊蠅昆蟲設(shè)施。三廢處理、廢渣與垃圾臨時堆放場等有嚴重污染的區(qū)域應(yīng)置于廠區(qū)的主導(dǎo)風向下側(cè),并與廠內(nèi)其他廠房有合適的安全距離,并有綠色植物作為防護帶。生產(chǎn)廠房內(nèi)盡量將采用不易積存污物,易清潔的衛(wèi)生器具、管材、管架及其附件[10]。 9 設(shè)計概算 9.1 工程總投資 工程總投資是指工程項目從籌建到全部建成投產(chǎn)所發(fā)生的全部投資費[11]也稱建設(shè)投資。一般來說由的設(shè)備購置費、安裝調(diào)試費、建筑工程費等構(gòu)成。冰淇淋工廠的工程總投資估算如表9.1。 表9.1 工程總投資估算 項目 資金(萬元) 設(shè)備總值 102.00 設(shè)備安裝及運輸 10210%10.20 管道安裝費 10230%=30.60 征地費 1700元/m23000 m2=510.00 建筑工程費 1172元/m21340m2=157.00 設(shè)計費 18+1005%=5.90 動力(給水、配電) 40.00 化驗室、研發(fā)室 20.00 生產(chǎn)運輸用車輛 50.00 籌建辦公費用 10.00 環(huán)保設(shè)施 20.00 宣傳媒體費用 200.00 不可預(yù)見費用 50.00 總投資 1205.70 9.2 年利潤估算 9.2.1 年產(chǎn)值估算 凈含量:100g/杯 出廠價:1元/杯 年產(chǎn)值年產(chǎn)量出廠價 5000萬元 9.2.2 年成本估算 (1) 工資福利費用 員工工資福利表如下: 表9.2 生產(chǎn)人員工資表 崗位 人數(shù) 月薪(元) 車間主任 2 3500 化驗員 4 2200 操作工 10 2800 運輸工 6 2400 機修工 2 2800 電工 2 2800 保潔員 4 1800 總計 30 76600 年工資: 崗位 人數(shù) 月薪/元 廠長 1 10000 副廠長 1 8000 秘書 1 3000 研發(fā) 5 6500 財務(wù) 2 3500 人事 2 3500 門衛(wèi) 2 2000 后勤 3 2300 總計 17 78400 表9.3 非生產(chǎn)人員工資表 年工資。福利費按工資總額的14%計算,全廠為13.17萬元。 工資福利總計:107.25萬元。 (2) 設(shè)備折舊費,按10年折舊期計算。 設(shè)備折舊費設(shè)備費用10% 10210% 10.2萬元 (3) 設(shè)備維修費,按設(shè)備折舊費的40%計算。 設(shè)備維修費設(shè)備折舊費40% 10.240%4萬元 (4) 原料費 冰淇淋的原料費用如表9.4: 表9.4 冰淇淋原料費估算 成分 全年用量(t) 單價(元/kg) 白砂糖 648 6 飴糖 648 3 果葡糖漿 378 6 全脂奶粉 162 38 椰油 216 15 麥芽糊精 108 4 乳清粉 81 20 明膠 21.6 40 香精 5.4 170 食用色素 0.108 75 飲用水 3132 0.005 合計 5400 4.271 (5)包裝費 生產(chǎn)冰淇淋所需的包裝材料如下表: 表9.5 包裝材料的計算 名稱 單位 班消耗 年消耗 備注 塑料杯 1個/100g 90000 5400.00萬 塑料勺 1支/100g 90000 5400.00萬 紙箱 1個/600g 15307 918.42萬 損失率2% 紙箱規(guī)格:6杯/箱,冰淇淋凈含量100g/杯,年產(chǎn)冰淇淋量50000000杯。 紙箱每個按0.25元計算。 紙箱:0.25(500000006)208.00萬元 塑料杯勺按每對0.05元計算。 塑料杯勺:0.0550000000250.00萬 包裝費合計:458.00萬元。 (6) 水電燃煤費 年總用電量為460639.2,每度電按0.795元計算。 電費:460639.20.795366.20萬元 年總用水量為6552t,每噸電按5元計算。 水費:65525327603.30萬元 年總用氣量為1215.5,無煙煤按每噸1500元,每噸煤產(chǎn)氣量為7噸計算。 無煙煤:1215.523007150016.00萬元 水電氣費合計:385.50萬元。 (7) 其他費用,按年產(chǎn)值的2%計算。 其他費用:年產(chǎn)值2%50002%100.00萬元 以上費用統(tǒng)計見表9.6 表9.6 年成本估算 項目 資金(萬元) 工資福利 199.25 設(shè)備折損費 10.20 設(shè)備維修費 4.00 原料費 2306.34 包裝費 458.00 水電燃煤費 385.50 其他費用 100 總計 3463.29 9.2.3 年利潤估算 (1) 企業(yè)毛利潤[12] 企業(yè)毛利潤年產(chǎn)值-年總成本 (2) 企業(yè)純利潤,按所得稅20%計算。 企業(yè)純利潤企業(yè)毛利潤1-企業(yè)所得稅 9.2.4 資金回收期 預(yù)計需要半時間,資金回收期可如下計算。 資金回收期[13]總投資利潤+建廠時間 9.2.5 盈虧平衡分析 (1) 可變成本[14]:原料包裝費、水電氣消耗.。 (2) 固定成本[15]:職工工資、車間經(jīng)費。 (3) 虧贏平衡點計算式[16]: 9.1 Q*??虧贏平衡點產(chǎn)量 Cf??固定成本,213.45萬元 P??單位產(chǎn)品銷售價格, Cv??單位產(chǎn)品可變成本, 故 生產(chǎn)利潤率[17]EQ*Q0100% 因此,當生產(chǎn)能力利潤率為11.54%時可以達到盈虧平衡點,說明盈利的可能性較大,具有投資價值。 (4) 根據(jù)盈虧平衡點、可變成本及固定成本繪出盈虧平衡圖,見圖9.1. 圖9.1 盈虧平衡圖 總 結(jié) 本文擬建一條冰淇淋生產(chǎn)線,在對冰淇淋做了一個綜合性分析后得出建廠的可行性,本文整體上分為三個部分。 首先,通過前期資料的學(xué)習和分析,在掌握了冰淇淋的制作工藝后,在實驗室對冰淇淋的工藝及配方做了大量的試驗,采用了感官評定法,在工程師的指導(dǎo)鑒定下,研制了冰淇淋的配方,確定了冰淇淋的最優(yōu)工藝條件。 其次,通過深入的學(xué)習,理論聯(lián)系實踐的多方位考察,對冰淇淋的工業(yè)化生產(chǎn)的工藝流程做了詳盡的規(guī)劃,繪制了工藝流程圖,制定了一條冰淇淋生產(chǎn)線,對生產(chǎn)所需要的主要設(shè)備進行了設(shè)備選型。 最后,通過實地的考察和調(diào)研,對沈陽市做了全方位的考查,選定沈北新區(qū)輝山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)為冰淇淋建設(shè)基地,對工廠的整體布局做了平面設(shè)計,對設(shè)計的總投資和利潤的回報做了粗略的估算。 希望冰淇淋工廠不只是給企業(yè)帶來應(yīng)有的效益,同時希望其能給社會帶來效益,諸如給沈陽的土地和經(jīng)濟開發(fā)帶來利益,為沈城的人民提供一些就業(yè)崗位,為政府和人民增加收入。 參 考 文 獻 [1] 劉希.2011-2013年中國冰淇淋市場研究及發(fā)展前景預(yù)測報告,NJG-F-101369[R]. 南京:南京飛騰投資顧問有限公司,2013[2] 劉愛國,楊明,等.冰淇淋配方設(shè)計與加工技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008. 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[17] 吳添.技術(shù)經(jīng)濟學(xué)概論[M].北京高等教育出版社1998. 致 謝 本設(shè)計是在導(dǎo)師呂長鑫教授悉心指導(dǎo)下完成的,從選題、資料收集、寫作、修改,至論文定稿,都離不開導(dǎo)師的耐心指導(dǎo)。導(dǎo)師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,敏銳的學(xué)術(shù)思想和一絲不茍的工作態(tài)度將使學(xué)生終生受益。四年里,導(dǎo)師在學(xué)習和生活中給予無微不至的關(guān)心讓學(xué)生難以忘懷,值此論文完成之際,向我的導(dǎo)師表達我最衷心的感謝和最誠摯的敬意。 同時,感謝中街冰點城食品有限公司提供的實習機會,讓我對冰淇淋工廠有一定的認識與了解。感謝沈陽貝悅