第3章 食品工厂工艺设计.ppt

1、第3章 食品工厂工艺设计,掌握生产车间水、电、汽、冷用量的估算方法； 掌握生产车间平面布置的方法，能够绘制工艺流程图及生产车间平面图； 熟悉物料衡算的方法，对生产车间所需设备能选型配套，会估算车间所需劳动力；了解管道设计、计算及设备安装常识，能制订产品方案，确定班产量，确定工艺流程。,教学目标,第3章 食品工厂工艺设计,食品工厂的工艺设计是以生产产品的生产车间为核心的设计。根据计划任务书所规定的生产规模、产品品种、质量要求，并结合建厂地点、原料来源动力供应及水源水质等具体情况，因地制宜地确定生产方法、技术水平；选择工艺流程、生产设备进行生产车间的布置。工艺设计还需对工厂设计的其它部门或阶段设计

2、提供技术要求和基本数据资料。工艺设计应力求技术先进，经济合理。,主要内容,第3章 食品工厂工艺设计,产品方案、产品规格及班产量确定； 主要产品及综合利用产品的工艺流程的确定和操作说明； 物料衡算； 生产车间设备的生产能力的计算、选型及配套； 劳动力计算、平衡及劳动的组织； 生产车间平面布置； 生产车间水、电、汽、冷用量的估算； 生产车间管道设计、计算及设备安装； 工艺设计还必须向非工艺设计和其他有关方面从工艺角度提出要求。,主要内容,第3章 食品工厂工艺设计,产品方案是食品工厂准备全年生产产品的种类、数量、生产周期、生产班次的计划安排。 产品方案制定原则： 四个满足： 满足主要产品产量的要求；

3、 满足原料综合利用的要求； 满足淡旺季平衡生产的要求； 满足经济效益的要求。,产品方案,第3章 食品工厂工艺设计,五个平衡： 产品产量与原料供应量要平衡； 生产季节性与劳动力要平衡； 生产班次要平衡； 设备生产能力要平衡； 水、电、汽负荷要平衡。,产品方案,第3章 食品工厂工艺设计,作用：是最主要的计算基准，直接影响到设备的配套，车间的布置和占地面积，公用设施和辅助设施的规格、大小以及劳动力的定员等；主要制约因素有原料的供应情况和市场销售情况、配套设备的生产能力以及运作情况、冷库及半成品的加工措施、产品品种的搭配以及工厂的自动化程度。,班产量,第3章 食品工厂工艺设计,年产量：Q=Q1+Q2-

4、Q3-Q4 生产班制：旺季三班，淡季一班、中季两班； 生产天数：旺季78天、淡季75天、中季135天、余下77天为节假日和设备检修日； 日产量 班产量,班产量,第3章 食品工厂工艺设计,产品方案的制订（教材p24-27） 产品方案的比较与分析 分析评价指标： 主要产品市场占有率的比较 主要产品年产值的比较 劳动生产率的比较 平均每人每年产值的比较 生产季节性的比较 设备使用平衡情况的比较,产品方案,第3章 食品工厂工艺设计,水电汽耗量的比较 环保保护比较 产品方案的比较与分析表,产品方案,第3章 食品工厂工艺设计,工艺流程确定的意义：保证产品质量、提高设备利用率、降低生产成本、影响企业的经济利

5、益。 确定原则： 根据原料性质、产品的规格要求、相关国家标准拟定； 注意经济效益，尽量选投资少、能耗低、成本低、产品收率高的生产工艺； 注意“三废”处理效果； 产品在市场上有较强的竞争能力，有利于原材料的综合利用；,工艺流程的确定,第3章 食品工厂工艺设计,对特产或传统名优产品不得随意更改生产工艺； 对科研成果，必须经过中试放大后，才能用于设计中；非定型产品，要待技术成熟后，方可用到设计中来；对新工艺的应用，需经过有关部门鉴定，才能应用到设计中来 结合实际条件，优先采用机械化、连续自动化作业线； 严格按照食品安全市场准入制度要求拟订工艺流程。,工艺流程的确定,第3章 食品工厂工艺设计,生产工艺

6、流程方框图：内容包括工序名称、完成该工序的工艺操作手段(手工或机械设备名称)、物料流向、工艺条件等。在方框图中，以箭头表示物料流动方向，其中粗实线箭头表示物料由原料到成品的主要流动方向，细实线箭头表示中间产物、废料的流动方向。 生产设备流程图：相关设备的基本外形、设备名称和编号、工序名称、物料流向，设备间相对位置的距离及其高度。图中粗实线箭头表示主要物料流动方向，细实线箭头表示余料、废料流动方向。,工艺流程图的绘制,第3章 食品工厂工艺设计,物料计算意义 物料平衡图：物料名称、成品质量、物料的流向、投料顺序；绘制时物料主流向向用实线箭头表示，用细实线表示物料支流向。 物料平衡表,物料计算,第3

7、章 食品工厂工艺设计,意义：是影响产品质量的关键，是体现生产水平的标准，为动力配电、水、汽用量提供计算依据，是工艺布置的基础。 分类：计量和储存设备；定型专用设备；通用机械设备和非标准专业设备。 原则： 满足工艺要求，保证产品的质量和产量 先进性。关键设备的质量性能、使用寿命、能量消耗、自动化水平应尽可能接近或达到国际先进水平或国内领先水平。,设备选型,第3章 食品工厂工艺设计,适用性。结合我国国情，选用的设备应与建设规模、产品方案，以及工厂的员工素质和管理水平相适应；与可能得到的原材料、辅助材料和燃料相适应；与环境保护要求相适应。 可靠性。选用的设备应经过生产、运行的检验，并有良好的可靠性记

8、录。 安全性。选用的设备在正常使用中应确保安全运行，考察所采用的设备是否会对操作人员造成人身伤害，有无保护措施，是否会破坏自然环境和生态平衡，能否预防等。,设备选型,第3章 食品工厂工艺设计,经济合理性。在注重所采用的设备先进适用、安全可靠的同时，应着重分析所采用的设备是否经济合理，是否有利于节约项目投资和降低生产成本。 所选设备应符合食品卫生要求，拆装清洗方便，与食品接触部分用不易腐蚀的不锈钢或对食品无污染的材料制成。设备结构合理，材料性能可适应各种工作条件(温度、压力、湿度和酸碱度等)。 在温度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、液位、计数和程序等方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制

9、方式。,设备选型,第3章 食品工厂工艺设计,乳制品设备 夹层锅、奶油分离机、洗瓶机、热交换器、真空浓缩设备和喷雾干燥设备、均质机、甩油机、凝冻机、冰淇淋装杯机 罐头工厂主要设备 1、输送设备 液体输送设备：真空吸料装置、流送槽和泵 固体物料输送设备：带式输送机、螺旋输送机和斗式升送机,设备选型,第3章 食品工厂工艺设计,2、原料清洗设备 常用清洗设备包括鼓风式清洗机、空罐清洗机、全自动洗瓶机等 全自动洗瓶机 3、原料预处理设备 分级机：滚筒式分级机、摆动筛、三辊筒式分级机 切片机：蘑菇定向切片机、菠萝切片机 榨汁机、绞肉机、斩拌机、真空搅拌机,设备选型,第3章 食品工厂工艺设计,设备选型,4、

10、热处理设备 热交换器：列管式热交换器、板式热交器、滚筒式杀菌器、夹层锅、连续预煮机 真空浓缩设备：盘管式、中央循环式、升膜式、降膜式、片式、刮板式和外加热式 杀菌设备： 卧式杀菌器、常压连续杀菌器 5、封罐设备 6、包装设备,第3章 食品工厂工艺设计,配置目的： 用于工厂定员编制、计算生活设施的面积和生活用水、用汽量一产品产量、定额指标的制定以及工资和福利的计算 配置依据： 国家有关法律、法规及规章 工厂建设规模 生产运营复杂程度与自动化水平 人员素质与劳动生产率要求 组织机构设置与生产管理制度,人力资源配置,第3章 食品工厂工艺设计,配置内容： 制订合理的工作制度和运转班次，根据食品加工类型

11、和生产过程特点，提出工作时间、工作制度、生产班次和方案等 分析员工配置数量，根据精简、高效的原则和劳动定额，提出配备各职能部门、各工作岗位所需人员数量。技术改造项目，应根据改造后技术水平和自动化水平提高的情况，优化人员配置，所需人员首先由企业内部调剂解决,人力资源配置,第3章 食品工厂工艺设计,确定各岗位人员应具备的劳动技能和文化素质 分析测算职工工资和福利费用 分析测算劳动生产率 提出员工选聘方案，特别是高层次管理人员和技术人员的来源和选聘方案。,人力资源配置,第3章 食品工厂工艺设计,配置方法： 按劳动效率计算定员 按设备计算定员 按劳动定额定员 按岗位计算定员 按比例计算定员 按组织机构

12、职责范围、业务分工计算管理人员数,人力资源配置,第3章 食品工厂工艺设计,布置原则： 要有全局观点，符合总体设计要求 车间设备布置时，应使设备能够灵活调动，满足多种生产的可能，并留有适当余地； 设备要尽量按工艺流水线安排； 尽可能利用生产车间的运输空间，各工序间要相互配合，保证各物料运输通畅，避免重复往返，合理安排生产车间各种废料排出，人员进出要和物料进出分开；,车间工艺布置,第3章 食品工厂工艺设计,对空压机房、空调机房、真空泵等既要分隔，又要尽可能接近使用地点，以减少输送管路及损失。对散发热量，气味及有腐蚀性的介质，要单独集中布置； 应注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施。必须考虑生产卫

13、生和劳动保护，如卫生消毒、防蝇防虫、车间排水、电器防潮及安全防火等措施。可以设在室外的设备，尽可能设在室外并加盖简易棚保护。,车间工艺布置,第3章 食品工厂工艺设计,步骤与方法： 做出设备清单 对设备清单进行全面分析与整理、分类 确定厂房的建筑结构、形式、朝向、跨度、宽度，绘出承重柱、墙的位置 按照总平面图，确定生产流水线方向 绘制草图、用方形或设备外形表示设备，尺寸应按照比例缩小，排出多种方案比较，以求最佳方案 评价指标：,车间工艺布置,第3章 食品工厂工艺设计,车间工艺布置,对非工艺设计的要求： 对建筑外形的选择要求车间建筑的外形有长方形、L形、T形、U形等。一般为长方形，其长度取决于生产

14、流水作业线的形式和生产规模，一般m左右适宜，车间层高按房屋的跨度和生产工艺要求而定，般以m为宜。单层厂房可酌量提高，车间内立柱越少越好。国外生产车间般高度10m，也有车间达m以上。,第3章 食品工厂工艺设计,车间工艺布置,对非工艺设计的要求： 对门、窗的要求每个车间必须有两道以上的门。作为人流、货流和设备的出入口，门的规格应比设备高0.6-1.0m，比设备宽的0.2-0.5m。为满足货物或交通工具进出，门的规格应比装货物后的车辆高出0.4m以上，宽出0.3以上。生产车间的门应按生产工艺的要求进行设计，一般要求设置防蝇、防虫装置，车间的门常用的有空洞门、单扇门、双扇门、单扇推拉门或双扇推拉门、单

15、扇双面弹簧门、双扇双面弹簧门、单扇内外开双层门、双扇内外开双层门等。我国最常用的，效果较好的是双层门（一层纱门和一层开关门，门的代号用“M”表示）。在车间内部各工段间要求差距不太大，为便于各工段间往来运输及人员流动一般均采用空洞门。,第3章 食品工厂工艺设计,车间工艺布置,对排出大量水蒸气或油蒸汽的车间，应特别注意排汽问题。一般对产生水蒸气或油汽的设备需进行机械通风，可在设备附近的墙上或设备上部的屋顶开孔，用轴流风机在屋顶或墙上直接进行排汽。食品工厂生产车间，对于局部排出大量蒸汽的设备，在平面布置时，应尽量靠墙并设置在当地夏季主导风向的下风向位置，同时，将顶棚做成倾斜式，顶板可用铝合金板，这样

16、，可使大量蒸汽排至室外。,第3章 食品工厂工艺设计,车间工艺布置,对非工艺设计的要求： 对采光的要求我国目前各食品工厂生产车间基本上是天然采光，车间的采光系数一般要求为1/4-1/6。采光系数是指采光面积和房间地坪面积的比值。采光面积不等于窗洞面积。采光面积占窗洞面积的百分比与窗的材料、形式和大小有关，一般木窗的玻璃有效面积占窗洞的46%64%，钢窗的玻璃有效面积占窗洞的74%-79%。窗是车间主要透光的部分，窗有侧窗和天窗之分。车间内来自窗的采光主要靠侧窗，它开在四周墙上，工人坐着工作时窗台高可取0.8-0.9m；站着工作时，窗台高度取1-1.2m。窗的种类很多，常用的是双层内、外开窗（纱窗

17、和普通玻璃窗）。窗的代号用“C”表示。若房屋跨度过大或层高过低，侧窗采光面积小，采光系数达不到要求，还需在屋子顶上开天窗增加采光面积，也可多设日光灯照明，灯高离地2.8m，每隔2m安一组。,第3章 食品工厂工艺设计,对非工艺设计的要求： 对地坪的要求食品工厂的生产车间经常受水、酸、碱、油等腐蚀性介质侵蚀及运输车轮冲击，故地坪须用标号较高的水泥铺盖。生产车间设计陶土砖或设计为水磨石地面。工艺布置中尽量将有腐蚀性介质排出的设备集中布置，做到局部设防，缩小腐蚀范围。地坪应有1.5-2.0%的坡度，并设有明沟或地漏排水。设计时车间应考虑采用运输带和胶轮车，以减少地坪受冲击。国内食品工厂生产车间常用的地

18、坪有地面砖、石板地面、高标号混凝土地面、红砖地面、塑料地面。国外亦多用红砖地坪和水泥地坪，也有水泥地层上敷有环氧树脂涂层。,车间工艺布置,第3章 食品工厂工艺设计,建筑结构：砖木结构、混合结构、钢结构 砖木结构：建筑物屋顶支承构件采用木制屋架,建筑物的所有重量由木柱或砖墙传递到基础和地基上的结构为砖木结构，这样的墙叫承重墙。这种结构因受木材长度和强度的限制，建筑物的跨度一般小于m，往往在11m左右。由于食品厂生产车间一般散发的温度和湿度较高，木材容易腐烂而影响食品卫生，所以，食品厂生产车间一般不宜选用这种结构。,车间工艺布置,第3章 食品工厂工艺设计,钢筋混凝土结构：主要构件梁、柱、屋架、基础

19、均采用钢筋混凝土，而墙只作为防护设施，这种结构叫钢筋混凝土结构，也叫框架结构，是食品工厂生产车间和仓库等最常用的结构。在建筑的跨度、高度上可按生产要求加以放大，而不受材料的影响。这种结构可以是单层，也可以是多层，并可将不同层高、不同跨度的建筑物组合起来。但由于钢结构的主要构件采用钢材，造价高、且需要经常维修，故对温度、湿度较高的食品厂生产车问不适宜。,车间工艺布置,第3章 食品工厂工艺设计,混合结构：混合结构的屋架用钢筋混凝土，由承重墙来支持。混合结构一般只用作平房，跨度在18，层高可达m，柱距不超过m。混合结构可用于食品工厂生产车间的单层建筑。 钢结构：钢结构的主要构件采用钢材，由于造价高，

20、且需经常维修，故对温、湿度较高的食品厂生产车间，则不适宜采用。 总之，食品工厂生产车间的一般单层或多层建筑，基本上选用钢筋混凝土结构，而单层建筑亦可选用混合结构。食品工厂生产车间一般不宜采用砖木结构和钢结构。,车间工艺布置,第3章 食品工厂工艺设计,计算意义： 食品生产中，水是必不可少的物料 加水量必须严格控制 供水衡算，即根据不同食品生产中对水的不同需求，进行用水量的计算，是十分重要的，并且与物料衡算、热量衡算等工艺计算以及设备的计算和选型、产品成本、技术经济等均有密切关系。,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,方法一：“单位产品耗水量定额”来估算 按单位吨产品耗水量来估算,水用量的计算

21、,第3章 食品工厂工艺设计,按主要设备的用水量来估算 有些设备的用水量较大，在安排管路系统时，要考虑到它们在生产车间的分布情况。对用水压力要求较高，用水量大而集中的地方，应单独接入主干管路。,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,按食品工厂规模来估算供水能力一个食品工厂要设置多大的给水能力，主要是根据生产规模，特别是班产量的大小而定。用水量与产量有一定的比例关系，但不一定成正比。班产量越大，单位产品耗水量相应越低。给水能力因而可相应减低。,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,方法二：“单位产品耗水量定额”来计算 对于规模较大的食品工厂，在进行水用量

22、计算；时必须采用计算的方法，保证用水量的准确性。方法和步骤如下： 1、要充分了解水用量计算的目的要求，从而采用适当的计算方法。例如，要做一个生产过程设计，当然就要对整个过程和其中的每个设备做详细的用水量计算，计算项目要全面、细致，以便为后一步设备计算提供可靠依据。,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,2、绘出用水量计算流程示意图。为了使研究的问题形象化和具体化，使计算的目的正确、明了，通常使用框图显示所研究的系统。图形表达的内容应准确、详细。 3、收集设计基础数据。需收集的数据资料一般应包括：生产规模，年生产天数，原料、辅料和产品的规格、组成及质量等。 4、确定工艺指标及消耗定额等。设计所

23、需的工艺指标、原材料消耗定额及其他经验数据，根据所用的生产方法、工艺流程和设备，对照同类生产工厂的实际水平来确定，这必须是先进而又可行的。,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,5、选定计算基准。计算基准是工艺计算的出发点；选择正确，能使计算结果正确，而且可使计算结果大为简化。因此，应该根据生产过程特点，选定统一的基准。在工业上，常有的基准有： （1）以单位时间产品或单位时间原料为计算基准。 （2）以单位重量、单位体积或单位摩尔的产品或原料为计算基准。如肉制品生产用水量计算，可以以kg原料来计算。 （3）以加入设备的一批物料量为计算基准，如啤酒生产就可以用投入糖化锅、发酵罐的每批次用水量为计

24、算基准。,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,6、由已知数据，根据质量守恒定律列出相关数学关联式，并求解。此计算既适用于整个生产过程，也适用于某一个工序和设备。 7、校核与整理计算结果，列出水用量计算表。在整个水用量计算过程中，对主要计算结果都必须认真校核，以保证计算结果准确无误。一但发现差错，必须及时重算更正，否则将耽误设计进度。最后，把整理好的计算结果列成供水衡算表。,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,以5000t年啤酒为计算基准，混合原料量为1421kg(单位批次投料量)。 （）糖化耗水量计算：100kg混合原料大约需用水量400kg。 糖化用水量14214001005684（

25、kg） 糖化用水时间设为0.5，故： 每小时最大用水量56840.511370（kgh）,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,（）洗槽用水：kg原料约用水kg，则需用水量： .（kg） 用水时间为.，则每小时： 洗槽最大用水量.（kgh） （）糖化锅洗刷用水：有效体积为的糖化锅及其设备洗刷用水每糖化一次，用水约，用水时间为，故： 洗刷最大用水量（）,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,（）沉淀槽冷却用水：G=Q/c（t2-t1） 式中 热麦汁放出热量（ ） 热麦汁相对密度麦汁 热麦汁量.（kgh） 热麦汁比热容.kJ（kg.k） 热麦汁温度 冷却水温度 冷却水比热容.kJ（kg.K）

26、.（）（kJh） 带入上式得：G=14236（kgh）,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,（）沉淀槽洗刷用水：每次洗刷用水.，冲洗时间设为.，则每小时最大用水量.（th） （）麦汁冷却器冷却用水： 麦汁冷却时间设为，麦汁冷却温度为分两段冷却， 第一段：麦汁温度 冷水温度 冷却水用量： G=Q/c（t2-t1）,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,麦汁放出热量： 麦汁量kg 麦汁比热容.kJ（k g .K） 麦汁温度 水的比热容.kJ（k g. K） 冷却水温度1 麦汁冷却时间h,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,（）麦汁冷却器冲刷用水：设冲刷一次，用水4，用水时间为.h，则：

27、最大用水量为：.（th） （）酵母洗涤用水（无菌水）： 每天酵母泥最大产量约，酵母贮存期每天换水一次，新收酵母洗涤次，每次用水量为酵母的倍，则连续生产每天用水量：（）（） 设用水时间为，故最大用水量为（th）,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,（）发酵罐洗刷用水：每天冲刷体积为的发酵罐个，每个用水，冲刷地面共用水，每天用水量（）。 用水时间设为.，最大用水量.（th） （）贮酒罐冲刷用水： 每天冲刷体积为的贮酒罐一个，用水为，管路及地面冲刷用水，冲刷时间为，最大用水量为（th）。,水用量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,水用量的计算,（）清酒罐冲刷：每天使用体积为.的清酒罐个，冲洗一次，

28、共用水，冲刷时间为min，则最大用水量：（th） （）过滤机用水：过滤机台，每台冲刷一次，用水（包括顶酒用水），使用时间为.，则最大用水量.（th）,第3章 食品工厂工艺设计,水用量的计算,（）洗棉机用水： 洗棉机放水量： 洗棉机体积滤饼体积（滤饼片）.（.）.（m）.（t） 洗棉过程中换水量： 取换水量为放水量的倍：.（）,第3章 食品工厂工艺设计,水用量的计算,洗棉机洗刷用水：每次洗刷用水.（）洗棉机每日用水量：淡季洗棉机开一班，旺季开两班，则用水量：（）（.）.（）在洗棉过程中，以换水洗涤时的耗水量最大，设换水时间为，则每小时最大用水量为：.（th）,第3章 食品工厂工艺设计,水用量的计

29、算,（）鲜啤酒桶洗刷用水：旺季每天最大产啤酒量.（三锅量），其中鲜啤酒占（设桶装占），则桶装啤酒量为：.（）（）鲜啤酒桶体积为桶： 所需桶数.（桶d） 冲桶水量为桶体积.倍：每日用水量.（t）冲桶器每次同时冲洗桶，冲洗时间为.min，故：每小时用水量. 2 .2.4（th）,第3章 食品工厂工艺设计,水用量的计算,（）洗瓶机用水：按设备规范表，洗瓶机最大生产能力为瓶h（最高线速），冲洗每个瓶约需水.L，则： 用水量=.（Lh） 以每班生产计，总耗水量（L） （）装酒机用水：每冲洗一次，用水.，每班冲洗一次，每次.，最大用水量.（th） （）杀菌机用水：杀菌机每个瓶耗水量以计算，则：用水量（Lh

30、） （L班） （）其他用水：包括冲洗地面、管道冲刷、洗滤布，每班需用水，设用水时间为，则每小时用水晕（th）,第3章 食品工厂工艺设计,水用量的计算,把上述计算结果整理成供水衡算表,0年啤酒厂啤酒车间供水衡算表,第3章 食品工厂工艺设计,用汽量的计算,第3章 食品工厂工艺设计,用汽量的计算,糖化用水耗热量：Q1=760425.5（KJ） 第一次蒸煮耗热量：Q2=739707.7 （KJ） 第二次蒸煮前混合醪升温至70的耗热量：Q3=181518.78 （KJ） 第二次煮沸混合醪的耗热量：Q4=279463.7 （KJ） 洗槽水耗热量：Q5=+1657198.6 （KJ） 麦汁煮沸过程耗热量：Q

31、6=4436638.82 （KJ）,第3章 食品工厂工艺设计,用汽量的计算,糖化一次总耗热量： Q总= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 760425.5+739707.7+181518.78+279463.7+1657198.6+4436638.82 糖化一次耗用蒸汽量： M蒸汽=3918346（kg） 糖化过程中每小时最大蒸汽耗用量： Qmax=1438.85kg/h,用汽量的计算,年耗蒸汽总量=3918.46700=2742922(kg) 每吨啤酒成品耗用蒸汽量： 2742922/5034=545kg/t 每昼夜耗蒸汽量： 3918.466=23510.76,第3章 食品工厂

32、工艺设计,1、概述 管路的计算与设计是食品工厂工艺设计的主要内容之一。蒸汽、水、压缩空气、煤气以及流体物料都要用管路来输送，设备与设备间的相互连接也要依靠管路，组成一条连续化生产作业线。合理的管路设计，不仅可以保证建设指标的先进合理，还可以保证生产操作的正常进行以及厂房布置的整齐美观和良好的通风采光。特别对于乳品厂、饮料厂、啤酒厂等成套设备，都离不开管路连接。在进行食品工厂设计时，特别是施工图设计阶段，工作量最大、花时间最多的是管路的布置设计。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,2、管路设计与布置的步骤 (1)选择管路材料。根据输送介质的化学性质、流动状态、温度、压力等因素，经济合理

33、地选择管路的材料。 (2)选择介质的流速。根据介质的性质、输送的状态、黏度、成分，以及与之相连接的设备、流量等，参照有关表格数据，选择合理经济的介质流速。 (3)确定管径。根据输送介质的流量和流速，通过计算、查图或查表，确定合适的管径。 (4)确定管壁厚度。根据输送介质的压力及所选择的管道材料，确定管壁厚度。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,(5)确定管路连接方式。管道与管道间，管道与设备，管道与阀门间，设备与阀门间都存在着一个连接方法问题，有等径连接，也有不等径连接。可根据管材、管径、介质的压力、性质、用途、设备或管道的使用检修状态，确定连接方式。 (6)选阀门和管件。介质在管内

34、输送过程中，有分、有合、转弯、变速等情况。为了保证工艺的要求及安全，还需要各种类型的阀门和管件。根据设备布置情况及工艺、安全的要求，选择合适的弯头、三通、异径管、法兰等管件和各种阀门。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,(7)选管路的热补偿器。管道在安装和使用时往往存在温差，冬季和夏季使用也有很大温差。为了消除热应力，首先要计算管道的受热膨胀长度，然后考虑消除热应力的方法。当热膨胀长度较小时可通过管道的转弯、支管、固定等方式自然补偿；当热膨胀长度较大时，应从波形、方形、弧形、套筒形等各种热补偿中选择合适的热补偿形式。 (8)绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择。根据管道输送介质的特性

35、及工艺要求，选定绝热的方式，保温、加热保护或保冷。然后根据介质温度及周围环境状况，通过计算或查表确定管壁温度，进而通过计算、查表或查图等方法来确定绝热层厚度。 根据管道所处环境(振动、温度、腐蚀性)，管道的使用寿命，取材的方便及成本等因素，选择保温材料及辅助材料。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,(9)管路布置。首先根据生产流程，介质的性质和流向，相关设备的位置、环境、操作、安装、检修等情况，确定管道的敷设方式，明装或暗设。其次在管道布置时，在垂直面的排布和水平面的排布、管间距离、管与墙的距离、管道坡度、管道穿墙、穿楼板、管道与设备相接等各种情况，要符合有关规定。 (10)计算管路

36、的阻力损失。根据管道的实际长度、管道相连设备的相对标高、管壁状态、管内介质的实际流速，以及介质所流经的管件、阀门等来计算管道的阻力损失，以便校核检查选泵、选设备、选管道等前述各步骤是否正确合理。当出现问题时，或改变管径，或改变管件、阀门，或重选泵等输送设备或其他设备的能力。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,(11)选择管架及固定方式。根据管道本身的强度、刚度、介质温度、工作压力、线膨胀系数，投入运行后的受力状态，以及管道的根数、车间的梁柱、墙壁、楼板等土木建筑结构，选择合适的管架及固定方式。 (12)确定管架跨度。根据管道材质、输送的介质、管道的固定情况及所配管件等因素，计算管道的

37、垂直荷重和所受的水平推力，然后根据强度条件或刚度条件确定管架的跨度。也可通过查表来确定管架的跨度。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,(13)选定管道固定用具。根据管架类型、管道固定方式、选择管架附件，即管道固定用具。所选管架附件是标准件，可列出图号。对于非标准件，需绘出制作图。 (14)绘制管道图。管道图包括平面、剖面配管图、透视图、管架图和工艺管道支吊点预埋件布置图等。 (15)编制管材、管件、阀门、管架及绝热材料综合汇总表。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,3、食品工厂车间管路的布置 (1)选择恰当的管材和阀门 由于食品车间的管路所输送的介质具有一定的酸度和含有某些

38、腐蚀性强的物质(如酸、碱等)，管路和阀门容易受到腐蚀引起渗漏，造成污染。因此，选择恰当的管材和阀门是防止污染，保证正常生产的重要环节。在食品车间配管中，除了上下水外，从卫生角度考虑，尽可能采用不锈钢和无缝钢管。选用的阀门有截止阀、闸阀、球阀、蝶阀、针形阀和橡皮隔膜阀等。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,截止阀：主要用于上下水以及不直接与罐相连的蒸汽、空气和物料管道。当用在与罐直接相连的管道上时，必须采用高质量的，其阀芯最好改用聚四氟乙烯垫圈。 针形阀：一般由不锈钢制成，适于小流量的调节，严密可靠，坚固耐用，一般用于取样、接种和补料口的管道上。 球阀、蝶阀：用聚四氟乙烯作为密封垫圈，

39、提高其密封性能以后，也可广泛应用于现代食品工业。 闸阀：适用于大口径的空气及蒸汽管道。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,平旋止逆阀：在食品车间的管道中使用较广泛。当设备某些部件发生故障时，能防止管道中的液体或气体发生倒流。 橡皮隔膜阀：优点是严密可靠，阀杆不与物料接触，所以特别适用于食品工业。但所采用的橡皮隔膜阀应耐高温，一般由氯丁橡胶与天然胶的混合物制成。隔膜阀需定期检查和更换隔膜。另有一种三通橡皮隔膜阀，主要用于接种(如酸奶的生产)。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,(2)选择正确的管道连接 除上下水管可以用螺纹连接外，其余管道均以焊接和法兰连接为宜。当管路受到冷、

40、热、震动等的影响时，螺纹连接的接口易松动，从而造成渗漏。如在接种和液体输送时，因液体快速流动造成局部真空，在渗漏处将外界空气吸入，空气中的微生物被带入管路和罐中造成污染。焊接的连接方法简单，而且密封可靠，所以空气灭菌系统、培养液灭菌系统和其他物料管道以焊接连接为好。需要经常拆卸检修处可以用管法兰连接。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,对靠近罐、缸的管道，如补料管道、空气管道、油管等，均用弯管、焊接、法兰连接取代弯头、管接头、三通、四通、大小头等管件连接的方法，这样可以减少接头处渗漏染菌。 (3)合理布置管道 食品生产车间的管道布置，一方面要满足生产工艺流程要求，保证管道和阀门本身不

41、漏，另一方面要考虑清洗和灭菌彻底的要求。因此，对于食品生产车间的管道布置还要考虑以下各点： 尽量减少管道的数量和长度，一方面可节省投资，另一方面减少染菌机会。管道越短越好，安装要整齐美观。与罐、缸连接的管道有空气管、进料管、蒸汽管、水管、取样管、排气管等，将其中可以合并的管道合并后与各种罐、缸连接。例如有的工厂将空气管、进料管、出料管合为一条管与各种罐、缸连接，做到一管多用。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,要保证罐体和有关管道都可以进行蒸汽灭菌，即保证蒸汽能够达到所有需灭菌的地方。对于某些蒸汽可能达不到的死角(如阀)要装设与大气相通排气口。在灭菌操作时，将排气口打开，使蒸汽畅流通

42、过，同样可以起到灭菌的作用。对于接种、取样、补料等操作管路要配置单独的灭菌系统，使其能在罐、缸灭菌后或生产过程中可单独进行灭菌。其他设备的安装均可照此配置。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,对于种子罐的排气管不能因为节约管材，而互相连接在一条总管上。其罐底排污管(下水管)也不能相互连接在一条总管上。否则在使用中会相互串通、相互干扰，引起污染的“连锁反应”。排气管道的串通连接尤其不利于污染的防治。一般以每台罐、缸具有独立的排气管、下水管道为宜。 要避免冷凝水排入已灭菌的罐和空气过滤器中。冷凝水不是绝对无菌的，如进人罐内会导致污染，如进入空气过滤器会使空气过滤器失效。为此，蒸汽管道应尽

43、可能包有保温层，减少蒸汽在管道内冷凝，此外，一些与无菌部分相连的蒸汽管道要有排冷凝水的阀门。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,为了避免压缩空气系统突然停气或罐的压力高于过滤器，将罐内液体倒压至过滤器，引起生产事故，在空气过滤器和罐之间应装有单向阀(止逆阀)。 为保证蒸汽的干燥，并避免过高压力的蒸汽在灭菌时造成设备压损或爆炸事故，蒸汽总管道应安装分水罐、减压阀和安全阀。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,止逆阀,(4)消灭管道死角 管道连接的死角。食品车间有关管道的法兰加工、焊接和安装要保持连接处管道内壁畅通、光滑、密封性好，以避免和减少管道染菌的机会。例如，法兰和管子焊接

44、时受热不匀，使法兰翘曲、密封面发生凹凸不平现象而造成渗漏与死角。垫片的孔径要和管内径一致，过大或过小均易积存物料，造成死角。法兰安装时没有对准中心，也会造成死角。螺纹连接容易产生松动而有缝隙，是微生物隐藏的死角，所以一般不采用螺纹连接。目前消灭管道死角的较好方法是采用焊缝连接法。 储料罐放料管的死角 排气管的死角,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,(5)车间管路设计的有关参数 管道间距应保证安装检修方便 平行管道间最突出物间的距离不能小于50-80mm，管道最突出部分距墙、管架边不能小于100mm。为了减少管间距，阀门、法兰，应尽量错开排列； 管道支架分布的距离视管径、质量、作用力等因素，通过计算确定。,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,截止阀,蝶阀,高压阀,电磁阀,阀门,安全阀,针型阀,止逆阀,单向阀,5、管路的伸缩弯设计 6、管路的保温及标志 7、管路布置的方法,第3章 食品工厂工艺设计,管路的计算与设计,