發(fā)酵型酸奶生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)

1、1 緒論1.1 發(fā)酵型酸奶生產(chǎn)的各種工藝流程及相關(guān)特性酸奶又名酸乳或酸牛乳，最原始的酸奶只是一種利用牛乳或其他動(dòng)物乳中天然存在的乳酸菌使乳糖轉(zhuǎn)化成乳酸而制作的一種發(fā)酵乳。20世紀(jì)中葉以來，西歐一些國家開始大量生產(chǎn)發(fā)酵乳，其中酸乳已成為國際上廣泛流行的發(fā)酵乳。聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO），世界衛(wèi)生組織(WHO)與國際乳品聯(lián)合會(huì)(IDF)于1997年給酸乳做出如下定義：酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脫脂乳粉）的乳中（殺菌乳或濃縮乳），由于保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的作用進(jìn)行乳酸發(fā)酵制成的凝乳狀產(chǎn)品，成品必須含有大量的相應(yīng)的活性微生物。通常根據(jù)成品的組織狀態(tài)、口味、原料中的乳脂肪含量、生產(chǎn)工藝

2、和菌種的組成可以將酸奶分成不同種類。其中根據(jù)成品組織狀態(tài)將酸奶分成凝固型、攪拌型和飲用型酸奶1。1.1.1 凝固型酸奶凝固型酸奶是以新鮮乳為原料，添加適量的蔗糖，經(jīng)巴氏殺菌并冷卻后，加入乳酸菌發(fā)酵劑，經(jīng)保溫發(fā)酵而制成的產(chǎn)品，由于發(fā)酵后乳變成為凝膠狀態(tài)，故稱為凝固型酸奶。其工藝流程為：原料乳（乳粉）驗(yàn)收過濾、凈化標(biāo)準(zhǔn)化配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、冷卻接種罐裝發(fā)酵冷卻冷藏、后熟成品其特性是:先行灌入零售包裝容器再在其中發(fā)酵，成品得以保存其凝乳狀態(tài)。1.1.2 攪拌型酸奶攪拌型酸奶是指經(jīng)過處理的原料乳添加了發(fā)酵劑后，先在發(fā)酵罐中發(fā)酵至凝乳，再降溫?cái)嚢杵迫椤⒗鋮s，分裝到包裝容器內(nèi)。因?yàn)檫@類產(chǎn)品經(jīng)過攪拌成糊

3、狀，黏度較大，呈半流動(dòng)狀態(tài)，也稱作液體酸奶。其工藝流程為：原料乳（乳粉）驗(yàn)收過濾、凈化標(biāo)準(zhǔn)化配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、冷卻接種發(fā)酵破碎凝乳冷卻、攪拌罐裝冷藏、后熟成品其特性是:先在大罐中發(fā)酵，后罐裝于包裝容器；發(fā)酵所得凝乳被其后的破碎凝乳/冷卻，攪拌/罐裝的過程攪碎成粘稠而可流動(dòng)狀態(tài)。1.1.3 飲用型酸奶飲用型酸奶屬于低黏度攪拌酸奶，也可作“酸乳飲品”，其生產(chǎn)工藝流程中原料的預(yù)處理及發(fā)酵酸化過程與攪拌型酸奶相同。經(jīng)熱處理的牛奶以與攪拌型酸奶一樣的方法在罐中發(fā)酵，當(dāng)達(dá)到所需的pH值（接近4.2）時(shí)，果汁、糖和穩(wěn)定劑就被充分的混合進(jìn)去，然后按產(chǎn)品所需的貨架期以不同的方法處理這種酸奶混合物。其工藝流

4、程有三種，分別為：（1）原料乳（乳粉）驗(yàn)收過濾、凈化標(biāo)準(zhǔn)化配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、冷卻接種發(fā)酵混合均質(zhì)冷卻包裝冷藏成品。（2）原料乳（乳粉）驗(yàn)收過濾、凈化標(biāo)準(zhǔn)化配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、冷卻接種發(fā)酵混合巴氏殺菌均質(zhì)無菌包裝冷藏成品。（3）原料乳（乳粉）驗(yàn)收過濾、凈化標(biāo)準(zhǔn)化配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、冷卻接種發(fā)酵混合UHT處理無菌包裝室溫儲(chǔ)存成品。利用上述三種不同的方法可分別獲得23周、數(shù)周、數(shù)月的貨架期。貨架期一般是指產(chǎn)品從生產(chǎn)出來后到保持消費(fèi)者能夠接受的質(zhì)量特性的時(shí)間（通常以天計(jì)）。前兩種方法只通過了巴氏殺菌，乳中仍殘留有少量微生物和酶類，在適宜的溫度條件下，仍會(huì)引起酸奶變質(zhì)。所以在倉儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷

5、售等全過程須始終保持10以下，以抑制這些微生物和酶類的作用。后一種方法通過商業(yè)無菌滅菌，可以貯存在室溫。但為了保證產(chǎn)品的風(fēng)味，建議控制貯存在20的干燥通風(fēng)、無日光直射的環(huán)境里。飲用型酸奶的特性:是基于攪拌型酸乳的加工過程，固形物含量略低，在灌入零售包裝容器前被破碎凝乳，流動(dòng)性較好。1.2 工藝原則，范圍與依據(jù)食品工廠的工藝設(shè)計(jì)是以生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)車間為核心的設(shè)計(jì)。根據(jù)計(jì)劃（設(shè)計(jì)）任務(wù)書所規(guī)定的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品品種、質(zhì)量要求，并結(jié)合建廠地點(diǎn)、原料來源、動(dòng)力供應(yīng)及水源水質(zhì)等具體情況，因地制宜確定生產(chǎn)方法、技術(shù)水平；選擇工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)車間的布置等。工藝設(shè)計(jì)還需對(duì)工廠設(shè)計(jì)其他部門或階段設(shè)計(jì)提供

6、技術(shù)要求和基本數(shù)據(jù)資料。工藝設(shè)計(jì)應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。工廠工藝設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有：產(chǎn)品方案、規(guī)格及班產(chǎn)量確定；主產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的選擇和論證；工藝計(jì)算，包括物料衡算、生產(chǎn)車間設(shè)備生產(chǎn)能力的計(jì)算和選型、勞動(dòng)力要求計(jì)算及分配；生產(chǎn)車間水、電、汽、冷用量計(jì)算；生產(chǎn)車間平面布置和生產(chǎn)工藝設(shè)備流程圖、管路布置圖等。工藝設(shè)計(jì)還需向其他設(shè)計(jì)提供要求和信息，包括對(duì)土建面積、車間高度、結(jié)構(gòu)、潔凈度、衛(wèi)生設(shè)施等的要求；供水排水、電、汽、冷量及要求；原料、中間產(chǎn)品、終產(chǎn)品數(shù)量及儲(chǔ)存要求；輔助車間的工藝要求等2。工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是：設(shè)計(jì)任務(wù)書；項(xiàng)目工程師下達(dá)的設(shè)計(jì)工作提綱；采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料時(shí)的技

7、術(shù)鑒定報(bào)告；選用設(shè)備的有關(guān)產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料；其他設(shè)計(jì)資料。1.3 酸乳制品的發(fā)展趨勢(shì)及工藝流程的確定1.3.1酸乳制品的發(fā)展趨勢(shì)隨著冷鏈技術(shù)的發(fā)展，新的生物技術(shù)和科研成果在酸乳生產(chǎn)中的應(yīng)用，酸乳制品的種類越來越多，新型酸乳不斷涌現(xiàn)，如干制酸乳、冷凍酸乳和殺菌酸乳，大大豐富和擴(kuò)展了傳統(tǒng)意義上的酸乳的概念內(nèi)涵?，F(xiàn)代酸乳技術(shù)呈以下趨勢(shì)3：（1）酸乳的品種已由原味淡酸乳向調(diào)味酸乳（添加各類香精）、果粒酸乳（添加各類水果果料）和功能性酸乳（特殊有益菌，營養(yǎng)成分的功能性如低脂低糖高鈣高蛋白、添加維生素和礦物質(zhì)元素）轉(zhuǎn)化。（2）保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌為生產(chǎn)普通酸乳的最優(yōu)菌種組合，雙歧桿菌酸乳和嗜酸乳桿

8、菌酸乳已越來越被消費(fèi)者所接受。20世紀(jì)90年代以后芬蘭、挪威、荷蘭等國出現(xiàn)了新型功能性酸奶干酪乳桿菌酸乳，具有良好的產(chǎn)香和滑爽、細(xì)膩質(zhì)構(gòu)類酸乳的菌種選育已受到廣泛重視，此后發(fā)酵酸乳菌種研究也引起人們的重視。（3）通過改變牛乳基料的成分生產(chǎn)低熱量的發(fā)酵產(chǎn)品。（4）生產(chǎn)方便、口味溫和、幾乎不用添加劑的長貨架期產(chǎn)品。利用現(xiàn)代殺菌技術(shù)生產(chǎn)“長壽酸乳”已成為酸乳發(fā)展的熱點(diǎn)，這類酸乳因其常溫下半年以上的保質(zhì)期更適合運(yùn)輸和消費(fèi)。（5）在冷鏈情況下消費(fèi)的包裝形式是現(xiàn)階段和未來產(chǎn)品的熱點(diǎn)和趨勢(shì)，這一方面由于冷鏈技術(shù)的發(fā)展，另一方面有利于保持酸乳中有足夠的對(duì)人體有益的活菌數(shù)。1.3.2 本設(shè)計(jì)確定工藝流程的原則（

9、1）保證產(chǎn)品符合國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)和食品GMP的要求。（2）優(yōu)先選擇先進(jìn)、科學(xué)的工藝流程，以確保生產(chǎn)符合時(shí)代的要求的、優(yōu)質(zhì)適銷的產(chǎn)品。（3）在保證生產(chǎn)要求的前提下，選擇可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)消耗和成本的生產(chǎn)工藝。（4）選擇的流程能縮短生產(chǎn)周期，減少生產(chǎn)工序和環(huán)節(jié)，優(yōu)先采用機(jī)械化、連續(xù)話作業(yè)線。（5）在保證生產(chǎn)要求的前提下，盡量節(jié)省廠房和生產(chǎn)設(shè)備，特別是盡量減少特殊的廠房和設(shè)備。（6）減少“三廢”處理量，注意“三廢”處理效果。1.3.3 工藝流程的選擇與論證70年代以來，世界乳品工業(yè)呈穩(wěn)步發(fā)展的趨勢(shì)，生產(chǎn)規(guī)模大型化和集中化是其主要特點(diǎn)之一。而生產(chǎn)規(guī)模大型化和集中化導(dǎo)致市場(chǎng)的地域更大和

10、運(yùn)輸距離更長，這使得延長產(chǎn)品貨架期的加工方法成為必不可少的，同時(shí)對(duì)能貯存在室溫下的熱處理酸奶存在著需求。因此本設(shè)計(jì)針對(duì)飲用型酸奶生產(chǎn)，選擇長貨架期的生產(chǎn)工藝流程，其生產(chǎn)工藝流程如下：原料乳（乳粉）驗(yàn)收過濾、凈化標(biāo)準(zhǔn)化配料、預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌、冷卻接種發(fā)酵混合UHT處理無菌包裝室溫儲(chǔ)存成品。針對(duì)該工藝流程，還需對(duì)殺菌和UHT處理工藝流程進(jìn)行選擇與論證。殺菌以殺滅微生物為主要目的，是最常用的延長食品保存期的加工保藏方法，幾乎所有乳制品的安全衛(wèi)生都離不開熱殺菌。根據(jù)要滅微生物種類的不同可分為巴氏殺菌和商業(yè)殺菌。1.3.3.1 各種巴氏殺菌工藝的比較：相對(duì)于商業(yè)殺菌而言，巴氏殺菌是一種較溫和的熱殺菌形式

11、，巴氏殺菌的處理溫度通常在100以下，典型的巴氏殺菌條件是62.8/30min，達(dá)到同樣的巴氏殺菌效果可以有不同的溫度、時(shí)間組合。巴氏殺菌可使食品中的酶失活，并破壞食品中熱敏性的微生物和致病菌。巴氏殺菌的目的及其產(chǎn)品的貯藏期主要取決于殺菌條件、食品成分（如pH值）和包裝情況。巴氏殺菌可消滅所有的致病菌、酵母、霉菌和絕大部分其他細(xì)菌，但并不能達(dá)到滅菌的程度。因此，經(jīng)過巴氏殺菌的酸乳都需在低溫下保存，貨架期一般只有數(shù)周。目前乳品廠所采用的巴氏殺菌方法主要包括低溫長時(shí)巴氏殺菌、高溫短時(shí)巴氏殺菌和超巴氏殺菌法4。(1) 低溫長時(shí)巴氏殺菌：該法是很久以來沿用的巴氏殺菌法，具體殺菌條件為6265，并在此溫

12、度下保持30min，故又稱保持式殺菌法。該法的特點(diǎn)是：簡單、方便，殺菌效果達(dá)99%，致病菌完全被殺死；不能殺死嗜熱耐熱性細(xì)菌及孢子，乳中存在的一些酶也未被鈍化；設(shè)備較龐大，殺菌時(shí)間較長。此法雖然設(shè)備簡單、便宜，但它處理量低、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、能耗大，不宜循環(huán)利用。因此這種方法目前已很少使用。(2) 高溫短時(shí)巴氏殺菌：即采用（8085）/（1015s）或（7275）/（1640s）的殺菌方法，也可采用（8590）/（14s）的直接蒸汽閃蒸殺菌法，又稱高溫瞬時(shí)殺菌法。此法一般選用片式或管式熱交換器，可以在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)處理大量牛乳，目前廣為使用。它可隨設(shè)備條件的不同而實(shí)現(xiàn)升溫、熱交換、冷卻安排在同一臺(tái)設(shè)備

13、中，充分利用熱能，降低燃料消耗。該法的特點(diǎn)是：殺菌效果好，殘存菌主要是耐熱性乳酸桿菌和芽孢桿菌，其他細(xì)菌幾乎全部殺滅；占地少、緊湊（僅為單缸法的占地面積的20%）；處理量大，連續(xù)化生產(chǎn)，節(jié)省熱源，成本低；可于密閉條件下進(jìn)行操作，減少污染的機(jī)會(huì)；加熱時(shí)間短，營養(yǎng)成分損失少，乳質(zhì)量高，無燜煮味；可于CIP（原地?zé)o拆卸循環(huán)清洗系統(tǒng)）清洗配套設(shè)施節(jié)省勞力，提高效率；溫度控制檢測(cè)系統(tǒng)要求嚴(yán)格（儀表要準(zhǔn)確）。(3） 超巴氏殺菌：超巴氏殺菌的溫度為125138，時(shí)間24s，然后將產(chǎn)品冷卻到7以下儲(chǔ)存和分銷，即可使保質(zhì)期延長至40d甚至更長。這需要極高的生產(chǎn)衛(wèi)生條件和優(yōu)良的冷鏈分銷系統(tǒng)。但超巴氏殺菌溫度再高，

14、時(shí)間再長，它仍然與超高溫滅菌有根本的不同點(diǎn)：超巴氏殺菌產(chǎn)品并非無菌罐裝；超巴氏殺菌產(chǎn)品不能在常溫下儲(chǔ)存和分銷；超巴氏殺菌產(chǎn)品不是商業(yè)無菌產(chǎn)品。從殺死微生物的觀點(diǎn)來看，乳的熱處理強(qiáng)度是越強(qiáng)越好。但是強(qiáng)烈的熱處理對(duì)乳的外觀、味道和營養(yǎng)價(jià)值會(huì)產(chǎn)生不良后果。如乳中蛋白質(zhì)在高溫下變性；強(qiáng)烈的加熱使乳的味道改變，出現(xiàn)“蒸煮味”及焦味。因此，時(shí)間和溫度組合的選擇必須考慮到微生物和產(chǎn)品質(zhì)量兩方面，以達(dá)到最佳效果。在本設(shè)計(jì)中,均質(zhì)后的原料乳在90/5min的工藝條件下進(jìn)行殺菌。這樣，除了達(dá)到殺滅微生物和鈍化酶的目的外,還有以下效果:原料乳中氧的去除以及由于乳清蛋白的變性增加了硫氫基,降低了氧化還原電位,有效助長

15、了乳酸菌的生長繁殖;由于蛋白質(zhì)的變性,改善酸乳的硬度與組織;防止乳清分離。1.3.3.2 各種UHT處理工藝的比較：商業(yè)殺菌一般有簡稱為滅菌，是一種較強(qiáng)的熱處理形式，通常是將食品加熱到較高的溫度并維持一定的時(shí)間，以達(dá)到殺死所有病菌，腐敗菌和絕大部分微生物的目的，使殺菌后的食品符合貨架期的要求。超高溫滅菌的出現(xiàn)，大大改善了滅菌乳的特性，不僅使產(chǎn)品從顏色和味道上得到了改善，而且還提高了產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值。UHT處理是指物料通過加熱至135150，保溫時(shí)間為28s，以達(dá)到商業(yè)無菌要求，然后在無菌狀態(tài)下罐裝于無菌包裝容器中的產(chǎn)品。按照物料與加熱介質(zhì)是否接觸，UHT系統(tǒng)可分為直接加熱和間接加熱系統(tǒng)5。(1)

16、 直接加熱法：該法是將乳混注到一定壓力下的蒸汽室內(nèi)或?qū)⒄羝⑷肴橹?在蒸汽瞬間冷凝的同時(shí)加熱牛乳到140150的滅菌溫度,保持14s后,乳進(jìn)入蒸發(fā)室,將乳中由蒸汽液化而來的水分等量閃蒸出去,同時(shí)乳迅速冷卻。該法的優(yōu)點(diǎn)是加熱快速,冷卻快速,對(duì)乳中化學(xué)物質(zhì)的影響相對(duì)較小,也不存在結(jié)垢現(xiàn)象。缺點(diǎn)是加熱設(shè)備比較復(fù)雜,需要純凈的蒸汽,系統(tǒng)的熱回收能力差,生產(chǎn)成本高,且會(huì)影響乳中的風(fēng)味物質(zhì)以及乳脂肪的穩(wěn)定性。(2) 間接加熱法：該法是采用中壓蒸汽或中壓水為加熱介質(zhì),熱量經(jīng)過固體換熱壁轉(zhuǎn)傳給待加熱殺菌的物料。物料的冷卻也是通過與冷卻介質(zhì)換熱來實(shí)現(xiàn)的。目前,我國大多數(shù)企業(yè)在進(jìn)行UHT處理時(shí)使用間接加熱的UHT

17、系統(tǒng),采用板式或管式換熱期。管式和板式間接加熱系統(tǒng)的熱回收率一般在90%以上,與直接加熱系統(tǒng)相比,大大降低了生產(chǎn)成本。因此,在本設(shè)計(jì)中,UHT處理選擇間接加熱系統(tǒng).2 主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 班產(chǎn)量的確定班產(chǎn)量的大小直接影響到設(shè)備的配套、車間的布置和面積、公用設(shè)施和輔助設(shè)施的大小，以及勞動(dòng)力的定員等。班產(chǎn)量主要由原料供用量的多少、生產(chǎn)季節(jié)的長短、延長生產(chǎn)期的條件（如冷庫及半成品加工措施等）、定型作業(yè)線或主要設(shè)備的生產(chǎn)能力、每天生產(chǎn)班次及產(chǎn)品品種的搭配以及廠房、公用設(shè)施的綜合能力等因素制約。另外，班產(chǎn)量的確定還與市場(chǎng)銷售能力有關(guān)系6。2.1.1 生產(chǎn)班制酸乳生產(chǎn)企業(yè)每天生產(chǎn)班次為12班。根據(jù)

18、加工品的市場(chǎng)需求，酸乳廠生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，原料特性及加工設(shè)備的生產(chǎn)能力和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，一般淡季一班，中季二班，旺季三班。2.1.2 生產(chǎn)天數(shù)及日產(chǎn)量酸乳廠由于受到市場(chǎng)需要、季節(jié)氣候、生產(chǎn)條件（溫度、濕度等）和原料供應(yīng)等方面影響，生產(chǎn)天數(shù)和生產(chǎn)周期大不相同。酸乳生產(chǎn)旺季在夏季6月、7月、8月，旺季工作日（）為82d。2月、3月、4月為生產(chǎn)的淡季，工作日為78d（），中季生產(chǎn)為140d（），余下77d為節(jié)假日和設(shè)備檢修日，則全年生產(chǎn)天數(shù)為：(d)由于受到各種因素的影響,每個(gè)工作日實(shí)際產(chǎn)量不完全相同。平均日產(chǎn)量等于班產(chǎn)量與生產(chǎn)班次及設(shè)備平均系數(shù)的乘積。即:式中 q平均日產(chǎn)量，t/d，由給定條件知t/d； 班

19、產(chǎn)量，t/d； n生產(chǎn)班次，旺季，中季，淡季； k設(shè)備不均系數(shù), ，在本設(shè)計(jì)中取0.75。2.1.3 年產(chǎn)量及班產(chǎn)量年產(chǎn)量：(t)；班產(chǎn)量：(t/班)2.2 物料衡算2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算為了使產(chǎn)品符合規(guī)定的要求,酸奶成品中脂肪與非脂乳固體含量要求保持一定比例.但是原料乳中脂肪與非脂乳固體含量隨乳牛品種、地區(qū)、季節(jié)和飼養(yǎng)管理等因素不同而有較大的差別。因此必須調(diào)整原料乳中脂肪與非脂乳固體含量之間的比例關(guān)系,使起符合要求。一般把該過程稱為標(biāo)準(zhǔn)化。如果原料乳中脂肪含量不足時(shí)，應(yīng)添加稀奶油或分離一部分脫脂乳；當(dāng)原料乳中脂肪含量過高時(shí)則可添加脫脂乳或提取一部分稀奶油。標(biāo)準(zhǔn)化在貯乳缸的原料乳中進(jìn)

20、行或在標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)中連續(xù)進(jìn)行。2.2.1.1 確定標(biāo)準(zhǔn)化需加脫脂乳還是稀奶油：在本設(shè)計(jì)中，理想化假設(shè)原料乳到成品（酸乳）中的脂肪與無脂干物質(zhì)的比例不發(fā)生變化。所以標(biāo)準(zhǔn)化的原料乳中含有的脂肪與無脂干物質(zhì)的比例也就是成品（即酸乳）中的脂肪與無脂干物質(zhì)的比例。設(shè)原料乳中含脂率為，總干物質(zhì)含量為，則非脂乳含量為：；設(shè)產(chǎn)品中含脂率為，非脂乳含量為。則：，故，說明原料乳中的奶油（脂肪）含量高于成品標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的值，需向原料乳中加入一部分脫脂乳。2.2.1.2 計(jì)算加入量設(shè)原料乳的數(shù)量為，脫脂乳含脂率為，脫脂乳量為，按比例混合后乳(標(biāo)準(zhǔn)化乳)含脂率為，取，則有:代入數(shù)字，得: 整理，得: 2.2.2 原料乳生產(chǎn)

21、酸奶的物料衡算（1）設(shè)有原料乳，原料損失率為，標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)所加脫脂乳的量為，則有:解之得: ()則混合后所得乳量為: ()（2）標(biāo)準(zhǔn)化乳中總蔗糖加入量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化乳中總蔗糖加入量為：，式中 為標(biāo)準(zhǔn)化乳中的蔗糖配比率，??；代入數(shù)字，得: ()（3）原料乳經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后所得的標(biāo)準(zhǔn)化乳量計(jì)算：()時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化乳密度為，而時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化乳體積增加倍，所以標(biāo)準(zhǔn)化乳為:(L)；（4）殺菌冷卻后的乳量： （L）；（5）發(fā)酵后的乳量： （L）；（6）UHT處理后的乳量： （L）；（7） 灌裝后的乳量： （L）；上面2.2.2.42.2.2.7式中，、為工藝過程的損失率。2.2.3 生產(chǎn)L酸奶的物料衡算 （1）生產(chǎn)L酸奶需耗原料

22、乳的量為：（)；（2）脫脂乳耗用量為：（)；（3）蔗糖耗用量為：（)；（4）標(biāo)準(zhǔn)化乳的量為：（)；（5）熱處理乳量為：（L）；（6）殺菌乳量為：（L）；（7）發(fā)酵乳量為：（L）；（8）UHT處理乳量為：（L）2.2.4 日產(chǎn)300t酸奶的物料衡算（1）成品酸奶體積： (L)（2）生產(chǎn)90000t酸奶耗原料乳的量為： （3）脫脂乳耗用量為：（4）蔗糖耗用量為：（5）標(biāo)準(zhǔn)化乳的量：（6）熱處理量：（7）殺菌乳量：（8）發(fā)酵乳量：（9）UHT處理乳量：2.2.5 酸奶廠全廠物料衡算表設(shè)成品（酸奶）的密度為/L，根據(jù)原料乳生產(chǎn)酸奶的物料衡算和生產(chǎn)L酸奶的物料衡算可以計(jì)算酸奶廠全廠物料衡算，計(jì)算結(jié)果見表

23、1。表1 全廠物料衡算表物料名稱單位對(duì)100原料乳對(duì)100L酸奶每班定額量原料乳10086.21.18標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)原料乳98.584.92.68脫脂乳17.014.8621357.61蔗糖8.0857.5210761.58標(biāo)準(zhǔn)化乳123.6106.55.3熱處理乳L124.6107.4.32殺菌乳L124.0106.9.5發(fā)酵乳L119.0102.6.68UHT處理乳L118.4102.07.86酸乳L116.0100.732.3 每班熱量衡算2.3.1 預(yù)熱耗熱量2.3.1.1 升溫耗熱量：根據(jù)工藝，標(biāo)準(zhǔn)化乳的溫度從預(yù)熱至。時(shí)，原料乳的比熱容kJ/(K）；脫脂乳的比熱容（kJ/(K)；故 標(biāo)準(zhǔn)化

24、乳的比熱容kJ/(K）；則升溫耗熱量為：(kJ);2.3.1.2 預(yù)熱的熱損失假如升溫過程中消耗的熱損失約為升溫耗熱量的。則預(yù)熱的熱損失為：故 (kJ)2.3.2 殺菌耗熱量2.3.2.1 升溫耗熱量：根據(jù)工藝，乳的溫度從預(yù)熱至。時(shí)，原料乳的比熱容 kJ/(K）；脫脂乳的比熱容 kJ/(K）；故 標(biāo)準(zhǔn)化乳的比熱容為： kJ/(K）；則升溫耗熱量為：(kJ);2.3.2.2 殺菌蒸汽帶出的熱量根據(jù)工藝，取殺菌時(shí)間，蒸發(fā)量為每小時(shí)。則殺菌蒸發(fā)水分量為：（)；查表知，時(shí)，水的汽化潛熱為：kJ/，則蒸發(fā)熱量為：（kJ）2.3.2.3 假如升溫過程中消耗的熱損失約為前二次耗熱量的10%，則殺菌耗熱量為：

25、；2.3.3 UHT處理過程的耗熱量2.3.3.1 升溫所需熱量：根據(jù)工藝，利用間接加熱系統(tǒng)使發(fā)酵乳從加熱至。時(shí)，發(fā)酵乳的比熱容為kJ/（K），因此升溫過程所需的熱量為：(kJ)2.3.3.2 設(shè)保溫時(shí)間為，蒸發(fā)量為每小時(shí)，則蒸發(fā)水的量為:()查表知，時(shí)，水的汽化潛熱為kJ/，所以蒸發(fā)熱量為:(kJ)2.3.3.3 設(shè)升溫過程中消耗的熱損失約為前二次耗熱量的，則UHT處理過程的耗熱量為：(kJ)2.4 水汽平衡計(jì)算2.4.1 原料乳的冷水耗用量根據(jù)工藝，原料乳的溫度從降低至；假設(shè)冷卻水的溫度從升至，每班工作，原料乳每班定額量為，則班量為：（/h）；原料乳的比熱容kJ/（K），水的比熱容kJ/（

26、K），故每小時(shí)耗水量為：（/h）；2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)化乳預(yù)熱的熱水耗量W2根據(jù)工藝，標(biāo)準(zhǔn)化乳 熱水 W2=（/h）2.4.3 殺菌耗汽量（）式中 加熱過程中的熱量總消耗量，J； 蒸汽熱焓，J/； 冷凝液的熱焓，J/；查表知，J/。而 ，式中，為加熱蒸汽的溫度，在本設(shè)計(jì)中取；故=（）2.4.4 殺菌冷卻的冷水耗量根據(jù)工藝，殺菌后乳溫度為，冷卻到發(fā)酵溫度為；設(shè)冷卻水的溫度從升至，每班工作,殺菌乳每班定額量為L，則班量為：（/h）；此時(shí)，乳的比熱容kJ/（K），則每小時(shí)耗水量為：=（/h）2.4.5 發(fā)酵后冷卻水的耗用量發(fā)酵后的溫度設(shè)為，冷卻后的溫度為；設(shè)冷卻水的溫度從升至，每班工作，發(fā)酵乳每班定額量

27、為L，則班量為：（/h）；此時(shí)，乳的比熱容kJ/（K），則每小時(shí)耗水量為：（/h）2.4.6 UHT處理過程的耗汽量W6查表知，時(shí)水的蒸汽熱焓為kJ/，所以UHT處理過程的耗汽量為：W6=（）2.4.7 UHT處理后冷卻水的耗用量W7根據(jù)工藝，UHT處理后乳的溫度為，冷卻后達(dá)到，設(shè)冷卻水的溫度從，上升到。此時(shí)乳的比熱容kJ/（K），則每小時(shí)耗水量為：W7=（/h）2.5 耗冷量計(jì)算發(fā)酵工廠的耗冷量分為工藝耗冷量（）和非工藝耗冷量（），而工藝耗冷量又包含了發(fā)酵培養(yǎng)基和發(fā)酵罐體的冷卻降溫耗冷，生物反應(yīng)放熱（發(fā)酵熱）的除去等，非工藝耗冷量則包括維護(hù)結(jié)構(gòu)耗冷量、用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱耗冷量等。具體的計(jì)算公式

28、為：2.5.1 工藝耗冷量2.5.1.1 原料乳冷卻耗冷量 原料乳 4 水 025每班乳量為：，kJ/（K）；工藝要求在1h內(nèi)完成冷卻過程，則所耗冷量為：2.5.1.2 冷卻殺菌乳的耗冷量Q2 殺菌乳 9042 水 2575每班乳量為：，kJ/（K）；工藝要求在1h內(nèi)完成冷卻過程，則所耗冷量為：=（kJ/h）2.5.1.3 發(fā)酵耗冷量Q3假定發(fā)酵乳固形物均為乳糖、蔗糖等，而它們的發(fā)酵放熱量為18000kJ/(m3h)，設(shè)發(fā)酵度為60%。則1L發(fā)酵乳每小時(shí)放熱量為：根據(jù)物料衡算，每班的發(fā)酵量為.5L，工藝要求在3h內(nèi)完成，則總發(fā)酵熱為：（kJ）；發(fā)酵時(shí)間為3h，考慮到發(fā)酵放熱的不平衡，取系數(shù)1.

29、5，忽略發(fā)酵期的乳溫升高，則發(fā)酵期耗熱量為：（kJ/h）2.5.1.4 冷卻發(fā)酵乳的耗冷量 根據(jù)工藝， 發(fā)酵乳 4220 水 1530每班乳量為：，kJ/（K）；工藝要求在30min內(nèi)完成冷卻過程，則所耗冷量為：（kJ/h）2.5.1.5 UHT處理后冷卻耗冷量Q5 根據(jù)工藝，UHT處理乳 14020 水 080UHT處理乳的每班定額量為：（）；而此時(shí)乳的比熱容為：kJ/（K），工藝要求在1h內(nèi)完成冷卻過程，則所耗冷量為：（kJ/h）綜合上述知，工藝耗冷量為：2.5.2 非工藝耗冷量Qnt除上述的工藝過程耗冷量外，發(fā)酵罐外壁、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械、維護(hù)結(jié)構(gòu)及管道等均會(huì)耗用或散失冷量，構(gòu)成所謂的非工藝耗冷量

30、。2.5.2.1 露天錐形罐冷量散失Q6：錐形罐酸奶發(fā)酵廠幾乎都把發(fā)酵罐置于露天，由于太陽輻射、對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)等造成冷量散失。通常，這部分的冷量散失可由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)求取。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，年產(chǎn)90000噸酸奶廠露天錐形罐的冷量散失在1300030000kJ/t酸奶之間，故旺季每天耗冷量為：（kJ/d）式中，G旺季酸奶日產(chǎn)量，t若白天日曬高峰耗冷為平均每小時(shí)耗冷量的二倍，則高峰耗冷量為：（kJ/h）2.5.2.2 過濾機(jī)及管道等散失冷量Q7：通常，根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)取，所以,(kJ/h)；因此， （kJ/h）2.6 主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算2.6.1 原料乳的預(yù)處理工藝原料乳的預(yù)處理是酸乳生產(chǎn)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，

31、也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工段。該工序包括凈乳（過濾、凈化）、冷卻和貯存等基本步驟。2.6.1.1 凈乳：原料乳在加工之前經(jīng)過多次凈化，目的是去除乳中的機(jī)械雜質(zhì)并減少微生物數(shù)量，確保產(chǎn)品達(dá)到衛(wèi)生和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。凈乳的方法主要有過濾法及離心凈乳法。離心凈乳是乳與乳制品加工中最適宜也是最常用的方法。離心凈乳機(jī)不僅能分離灰塵、砂土等雜質(zhì)，而且能將牛乳中的一些乳腺體細(xì)胞和某些微生物除去，所以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牛乳必須經(jīng)過凈化機(jī)凈化。離心凈乳一般設(shè)在粗濾之后，冷卻之前。凈乳時(shí)的乳溫在3040為宜，在凈乳的過程中要防止泡沫的產(chǎn)生。在一般情況下，如果凈化低溫牛乳（415），可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8h，凈化高溫牛乳（57），則僅可連

32、續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)4h。新式凈化機(jī)可自動(dòng)排污。以減少拆卸清洗和重新組裝等手續(xù)。故目前大型工廠采用自動(dòng)排渣凈乳或三用分離機(jī)（奶油分離、凈乳、標(biāo)準(zhǔn)化），對(duì)提高乳的質(zhì)量和產(chǎn)量起了重要的作用。離心過濾機(jī)的設(shè)計(jì)與選型:根據(jù)工藝，每小時(shí)處理原料乳的量為：=15521.52（/h），L/h=14996.64L/h=15m3/h用于乳品生產(chǎn)的離心分離機(jī)都力求提高轉(zhuǎn)數(shù)，一般都達(dá)60007000r/min以上，根據(jù)以上條件，查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇型號(hào)DPJ464/48-21-30，轉(zhuǎn)鼓直徑：464；當(dāng)量沉降面積：481072；轉(zhuǎn)速：6615r/min；分離因素：11370；生產(chǎn)能力：24m3/h；配套功率：30kW；外形尺

33、寸（長寬高）/：8；質(zhì)量：1200；制造廠：浙江輕工業(yè)機(jī)械廠。2.6.1.2 冷卻：凈化后的乳最好直接加工，如果短期貯藏時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行冷卻，以保持乳的新鮮度。一般采用板式換熱器進(jìn)行冷卻。換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見，在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，特別是耗能用量十分大的領(lǐng)域，隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類開發(fā)越來越多。按傳熱原理可分為直接接觸式換熱器，蓄能式換熱器，板、管式換熱器。其中板、管式換熱器用量非常大，占總量的99%以上，原理是熱介質(zhì)通過金屬或非金屬將熱量傳遞給冷介質(zhì)的傳熱設(shè)備。相對(duì)管式換熱器來說，板式換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，又由于流體在換熱器中無論進(jìn)行并流、逆流、錯(cuò)

34、流都可以，板片還可以根據(jù)傳熱面積的大小而增減，因此適應(yīng)性較強(qiáng)，但它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)與制造上尚存在問題。板式換熱器的主要缺點(diǎn)是：密閉周邊長，目前大型板式換熱器墊圈總長超過2800m,使用中常常需要拆卸和清洗，故漏泄的可能性很大，不易處理懸浮狀的物料，對(duì)有墊圈的板式換熱器使用溫度受到墊圈材料的限制，溫度不能很高，它的處理量也相對(duì)較小。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，板片式換熱器正不斷完善，應(yīng)用也日趨廣泛。板式換熱器用于處理從水到高黏度的液體，用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等過程。它在食品工業(yè)中應(yīng)用得最早、最廣泛，如牛奶、果汁、葡萄糖、啤酒、植物油、動(dòng)物油等的加熱殺菌和冷卻。板式換熱器今后的發(fā)展趨勢(shì)是：提高操作溫度和操

35、作壓力，加大處理量，擴(kuò)大使用范圍，研制采用新的結(jié)構(gòu)材料和新的制造工藝，而研制新的墊片材料以提高其使用溫度和使用壓力，將是其中的重點(diǎn)。換熱器的設(shè)計(jì)與選型7板式換熱器是以波紋板為傳熱面積的新型高效換熱器。由于原料乳的密度很小，采用板式換熱器使其從35冷卻至4，假設(shè)冷卻水從0升溫至25，而此時(shí)有:物料流量為15521.52/h，=3.931kJ/（K），=1.800mPaS，=0.5W/(mK)，=1030/m3；=1.2028mPaS，=0.6W/(mK)。計(jì)算熱負(fù)荷（不計(jì)熱損失）（J/S）平均溫度差逆流:T1m=6.55（）NTUmin=4.73由圖查得：流道分配冷/熱=1/1，溫度校正系數(shù)對(duì)每

36、股物流計(jì)算雷諾數(shù)Re選用的波紋板參數(shù)為LP=2.5m，LW=0.90m，Dp =0.22m；通道寬b=0.0084m，波紋板的通道面積為：（）波紋板的傳熱面積為：（）假定兩邊的流道數(shù)相同都為ns（m）物料的流速G1=570.31/（S）水的流速G=665.05/（S）物料 Re1=5.32103/ns水 Re2=0.93104/ns計(jì)算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計(jì)算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計(jì)算兩邊的傳熱膜系數(shù)： 計(jì)算總的傳熱膜系數(shù)水的污垢系數(shù)r2=0.；物料的污垢系數(shù)r1=0.；忽略金屬板的熱阻，總的傳熱系數(shù)為：估算總的傳熱面積：為了留有裕量，給總的傳熱系數(shù)乘以0.8的系數(shù)。AT

37、=1.15105/K估計(jì)傳熱板的數(shù)目從第五步到第七步計(jì)算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)ns有關(guān)。波紋板換熱器的實(shí)際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關(guān)系表示為：表2 不同流道數(shù)和程數(shù)計(jì)算所需的板數(shù)流道數(shù)ns98765根據(jù)傳熱計(jì)算所需要的板數(shù)N70.465.359.954.248.2npass=4時(shí)所需總板數(shù)NT7365574941npass=5時(shí)所需總板數(shù)NT9181716151由表2看出，npass=5時(shí)滿足?？紤]到壓力降和經(jīng)濟(jì)性，選擇npass=5，ns =6，NT =61。計(jì)算的總傳熱系數(shù)K=1236.2W/（K）需要的傳熱系數(shù)為：K=667.44W/（K）1236.2，滿足。計(jì)算兩股物料

38、的壓力降物料的壓力降出入口的流速 u=0.11（m/s）出入口的壓力降 Pm1=57.23（Pa）通過板的壓力降 PB1=5351.57（Pa）PT1=5408.8Pa=0.053atm0.4atm冷卻水方的壓力降出入口的流速 u=0.132（m/s）出入口的壓力降 Pm2=80.0（Pa）通過板的壓力降 PB2=6567.52（Pa）PT2=16647.52Pa=0.066atm2.0atm從上面的壓力降計(jì)算可知兩股物流的壓力降都滿足工藝條件的要求。2.6.1.3 貯存：原料乳送到加工廠時(shí)，由乳槽車泵入貯乳罐。貯乳罐的容量一般達(dá)幾十萬升，因此，真空輸送是不可能的。一般用離心泵將牛乳泵入罐中，

39、可以使脂肪球的破壞程度降到最低。為了避免攪動(dòng)和產(chǎn)生泡沫，貯乳罐是從底部進(jìn)料。為保證連續(xù)生產(chǎn)的需要，乳品廠必須有一定的原料貯存量。(1) 貯奶罐的設(shè)計(jì)與選型一般工廠總的貯乳量應(yīng)根據(jù)各廠每天牛乳總收納量、收乳時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間及能力等因素決定。一般貯乳罐的總?cè)萘繎?yīng)為日收納總量的2/31。而且每只貯乳量的容量應(yīng)與每班生產(chǎn)能力相適應(yīng)。每班的處理量一般相當(dāng)于兩個(gè)貯乳罐的乳容量，否則用多個(gè)貯乳罐會(huì)增加調(diào)罐、清洗的工作量和增加牛乳的損失。貯乳罐使用前應(yīng)徹底清洗、殺菌，待冷卻后貯入牛乳。每罐需放滿，并加蓋密封。如果裝半罐，會(huì)加快乳溫上升，不利于原料乳的貯存。貯乳罐要有良好的絕熱保溫措施，并配有適當(dāng)?shù)臄嚢铏C(jī)構(gòu)，定時(shí)

40、攪拌乳液，防止脂肪上浮而造成分布不均勻。一般乳經(jīng)過24h貯存后，乳溫上升不得超過23。牛乳貯罐裝乳能力一般為5噸、10噸或30噸，現(xiàn)代化大規(guī)模乳品廠的貯乳罐可達(dá)100噸。10噸以下的貯藏罐多裝于室內(nèi)，為立式或臥式，大罐多裝于室外，帶保溫層和防雨層，均為立式。根據(jù)工藝，每班用量為：.18，即124.2t，在旺季時(shí)一天生產(chǎn)3班。設(shè)貯乳罐的總?cè)萘繎?yīng)為日收納總量的1，則所需貯乳罐的容量為：。所以用5個(gè)100t的貯奶罐。由于原料乳的密度為1.030/L，則罐的體積為：罐的半徑取2.0m，則罐高為：H=7.8（m）(2) 乳泵的設(shè)計(jì)與選型根據(jù)工藝，泵的輸送介質(zhì)為原料乳，其黏度為0.00150.002Pas

41、，密度為1.030/L，溫度為40以下；介質(zhì)為均勻的膠體溶液，具有奶香味且有特殊香味；操作條件為室溫、常壓。流量 （），班流量 （/h）（L/h）=15.3m3/h安全系數(shù)取1.1，則最大流量為：Vmax=16m3/h；最小流量為：Vmin=15m3/h。由于貯奶罐的高度為7.8m，則裝置所需揚(yáng)程為10.5m。一般要求泵的額定揚(yáng)程為裝置所需揚(yáng)程的1.051.1倍。查相關(guān)表，選取型號(hào)為：IS80-50-200，流量：25m3/h，揚(yáng)程：12.5m，轉(zhuǎn)速：1450r/min,氣蝕余量：2.5m，泵效率：65%，軸功率：1.31kW，配帶功率：2.2 kW。考慮設(shè)備用泵1臺(tái)，故泵的數(shù)量為2臺(tái)，流量可

42、用閥門調(diào)節(jié)。2.6.1.4 牛乳的真空脫氣：牛乳剛剛被擠出后含5.5%7%的氣體；經(jīng)過貯存、運(yùn)輸和收購后，一般其氣體含量在10%以上，而且絕大多數(shù)為非結(jié)合的分散氣體。這些氣體對(duì)牛乳加工有破壞作用，所以，在牛乳處理的不同階段進(jìn)行脫氣是非常必要的。分散氣體對(duì)牛乳加工的破壞作用主要有：影響牛乳計(jì)量的準(zhǔn)確度；使巴氏殺菌機(jī)中結(jié)垢增加；影響分離和分離效率；影響牛乳標(biāo)準(zhǔn)化的準(zhǔn)確度；影響奶油的產(chǎn)量；促使脂肪球聚合；促使游離脂肪吸附于奶油包裝的內(nèi)層；促使發(fā)酵乳中的乳清析出。首先，要在乳槽車上安裝脫氣設(shè)備，以避免泵送牛乳時(shí)影響流量計(jì)的準(zhǔn)確度。其次，是在乳品廠收乳間流量計(jì)之前安裝脫氣設(shè)備。但上述兩種方法對(duì)牛乳中細(xì)小

43、的分散氣泡是不起作用的。因此，在進(jìn)一步處理牛乳的過程中，還用使用真氣脫氣罐，以除去細(xì)小的分散氣泡和溶解氧。2.6.2 標(biāo)準(zhǔn)化乳的殺菌工藝由于原料乳中含有各種豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，是微生物的良好培養(yǎng)基，再加之原料乳收購間隔時(shí)間延長，盡管有現(xiàn)代的制冷技術(shù)，但原料乳中的微生物還是有足夠的時(shí)間繁殖并產(chǎn)生酶類，而且微生物代謝產(chǎn)生的副產(chǎn)物有時(shí)是有毒的；此外，微生物還會(huì)引起原料乳中某些成分分解，引起Ph值下降等不良反應(yīng)。因而，進(jìn)行巴氏殺菌是很有必要的，是酸奶生產(chǎn)工藝中的重要工序。該工序包括預(yù)熱、均質(zhì)、殺菌和冷卻等基本步驟。2.6.2.1 預(yù)熱：通常在酸奶的現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)中，預(yù)熱的典型溫度和時(shí)間是：經(jīng)6070預(yù)熱

44、后的原料乳被送到均質(zhì)機(jī)均質(zhì)（1520MPa）后再回到板式熱交換器進(jìn)行升溫（9095）、保溫殺菌35min之后被冷卻到發(fā)酵溫度（3843）。在本設(shè)計(jì)中，預(yù)熱的典型溫度和時(shí)間選擇：經(jīng)60預(yù)熱后的原料乳被送到均質(zhì)機(jī)均質(zhì)（1520MPa）后再回到板式熱交換器進(jìn)行升溫（90）、保溫殺菌5min之后被冷卻到發(fā)酵溫度（42）。換熱器的設(shè)計(jì)與選型板式換熱器是以波紋板為傳熱面積的新型高效換熱器。由于標(biāo)準(zhǔn)化乳的密度也很小，采用板式換熱器使其從4升溫至60，假設(shè)熱水從75降溫至25，而此時(shí)有:kJ/（K），mPaS，W/(mK)，/m3；，W/(mK)。計(jì)算熱負(fù)荷（不計(jì)熱損失）（J/S）平均溫度差標(biāo)準(zhǔn)化乳 460

45、水 2575逆流:T1m=18（）NTUmin=2.78由圖查得：流道分配冷/熱=1/1，溫度校正系數(shù)F=0.94對(duì)每股物流計(jì)算雷諾數(shù)Re選用的波紋板參數(shù)為LP=2.0m，LW=0.90m，Dp =0.22m；通道寬b=0.0084m，波紋板的通道面積為：（）波紋板的傳熱面積為：（）假定兩邊的流道數(shù)相同都為ns，（m）物料的流量（/h）=6.15/S，流速/（S）水的流速=848.15/（S）物料 Re1=7.0103/ns水 Re2=3.75104/ns計(jì)算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計(jì)算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計(jì)算兩邊的傳熱膜系數(shù)：計(jì)算總的傳熱膜系數(shù)水的污垢系數(shù)r2=0.；物料

46、的污垢系數(shù)r1=0.；忽略金屬板的熱阻，總的傳熱系數(shù)為：估算總的傳熱面積：為了留有裕量，給總的傳熱系數(shù)乘以0.8的系數(shù)。AT=0.8105/K估計(jì)傳熱板的數(shù)目從第五步到第七步計(jì)算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)ns有關(guān)。波紋板換熱器的實(shí)際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關(guān)系表示為：表3 不同流道數(shù)和程數(shù)計(jì)算所需的板數(shù)流道數(shù)ns98765根據(jù)傳熱計(jì)算所需要的板數(shù)N60.054.750.245.440.4npass=3時(shí)所需總板數(shù)NT5549433731npass=4時(shí)所需總板數(shù)NT7365574941由表3看出，當(dāng)npass=3時(shí)都不滿足，而npass=5時(shí)均能滿足。考慮到壓力降和經(jīng)濟(jì)性，選擇np

47、ass=4，ns=6，NT=49。計(jì)算的總傳熱系數(shù)為：K=1.5103W/（K）需要的傳熱系數(shù)為：K=1.07103W/（K）1.5103，滿足。計(jì)算兩股物料的壓力降物料的壓力降出入口的流速 u=0.163（m/s）出入口的壓力降 Pm1=100.0（Pa）通過板的壓力降 PB1=4760.95（Pa）PT1=4860.95Pa=0.048atm0.4atm熱水方的壓力降出入口的流速 u=0.44（m/s）出入口的壓力降 Pm2=771.2（Pa）通過板的壓力降 PB2=5518.9（Pa） PT2=6230.1Pa=0.061atm2.0atm從上面的壓力降計(jì)算可知兩股物流的壓力降都滿足工藝

48、條件的要求。2.6.2.2 均質(zhì)：均質(zhì)是酸乳生產(chǎn)中很重要和必不可少的步驟，它對(duì)酸乳的黏稠度、幼滑度和質(zhì)地的穩(wěn)定性有積極的幫助。一般說來，隨著均質(zhì)壓力的提高，酸乳的黏稠度明顯上升；而較高溫度和較長時(shí)間的殺菌對(duì)黏稠度也有很大的提高。均質(zhì)的原理是均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)頭是一圓柱形的外環(huán)包著帶四個(gè)葉片的特殊形狀的芯子，這些部件相互配合，只留一個(gè)非常窄的間隙讓牛乳通過。牛乳在高壓下被送入外環(huán)和芯子之間的空隙。在此細(xì)縫中，高靜壓能被轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，這樣，牛奶在狹窄的、環(huán)形的間隙中獲得非常高的速度（200300m/s）。均質(zhì)的主要設(shè)備是均質(zhì)機(jī)，它是帶有一個(gè)背壓裝置的高壓泵。均質(zhì)的目的主要是使原料充分混合均勻，阻止奶油上浮

49、，提高酸奶的穩(wěn)定性和稠度，并保證乳脂肪均勻分布，從而獲得質(zhì)地細(xì)膩、口感好的產(chǎn)品。均質(zhì)方法一般采用二段式，即第一段均質(zhì)使用較高的壓力（16.720.6MPa）目的是破碎脂肪球。第二段均質(zhì)使用低壓（3.44.9MPa），目的是分散已破碎的小脂肪球，防止黏連。2.6.2.3 殺菌和冷卻：經(jīng)均質(zhì)的乳回流到熱交換器加熱到90，保溫5min進(jìn)行殺菌。目的在于殺滅原料乳中的雜菌確保乳酸菌的正常生長和繁殖；鈍化原料乳中的天然抑制物；使乳清蛋白變性，以達(dá)到改善組織狀態(tài)，提高黏稠度和防止成品乳清析出的目的。標(biāo)準(zhǔn)化乳殺菌以后，從殺菌后保溫的溫度直接冷卻到發(fā)酵溫度。所用的冷卻器冷交換介質(zhì)是待預(yù)熱的乳和冰水。先用乳冷卻

50、，再用冰水把殺菌乳準(zhǔn)確降溫到發(fā)酵溫度，這樣可以節(jié)約能源。殺菌時(shí)換熱器的設(shè)計(jì)與選型板式換熱器是以波紋板為傳熱面積的新型高效換熱器。由于熱處理乳的密度也很小，采用板式換熱器使其從60升溫至90，假設(shè)蒸汽從140降溫至100，而此時(shí)有:kJ/（K），mPaS，W/(mK)，/m3；mPaS，W/(mK)。計(jì)算熱負(fù)荷（不計(jì)熱損失）平均溫度差熱處理乳 6090 汽 100140逆流： T1m=45（） NTUmin=0.89由圖查得：流道分配冷/熱=1/1，溫度校正系數(shù)F=0.97對(duì)每股物流計(jì)算雷諾數(shù)Re選用的波紋板參數(shù)為LP=1.0m，LW=0.45m，Dp=0.11m；通道寬b=0.0042m，波紋

51、板的通道面積為：（）波紋板的傳熱面積為：（）假定兩邊的流道數(shù)相同都為ns，物料的流量 ，流速/（S）汽的流量W=28980.36（/h）=8.05/S流速/（S）物料 Re1=1.6104/ns水 Re2=2.39106/ns計(jì)算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計(jì)算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計(jì)算兩邊的傳熱膜系數(shù)：計(jì)算總的傳熱膜系數(shù)水的污垢系數(shù)r2=0.；物料的污垢系數(shù)r1=0.；忽略金屬板的熱阻，總的傳熱系數(shù)為：估算總的傳熱面積：為了留有裕量，給總的傳熱系數(shù)乘以0.8的系數(shù)。AT=3.31105/K估計(jì)傳熱板的數(shù)目N=5.6104/K從第五步到第七步計(jì)算出的板的數(shù)目與傳熱系數(shù)K即流道數(shù)n

52、s有關(guān)。波紋板換熱器的實(shí)際板數(shù)NT和流道數(shù)ns以及程數(shù)的關(guān)系表示為：表4 不同流道數(shù)和程數(shù)計(jì)算所需的板數(shù)流道數(shù)ns87654根據(jù)傳熱計(jì)算所需要的板數(shù)N23.521.619.617.415.1npass=1時(shí)所需總板數(shù)NT171513119npass=2時(shí)所需總板數(shù)NT3329252117由表4看出，當(dāng)npass=2時(shí)均能滿足?？紤]到壓力降和經(jīng)濟(jì)性，選擇npass=2，ns =8，NT =33。計(jì)算的總傳熱系數(shù)為：K=2383.0W/（K）需要的傳熱系數(shù)為：K=1343.6W/（K）2383.0，滿足。計(jì)算兩股物料的壓力降物料的壓力降出入口的流速 u=0.55（m/s）出入口的壓力降 Pm1=764.52（Pa）通過板的壓力降 PB1=20700.95（Pa）PT10.4atm蒸汽方的壓力降出入口的流速 u=1.89（m/s）出入口的壓力降82=8209.56（Pa）通過板的壓力降 PB2=72778（Pa）= 0.8atm2.0atm從上面的壓力降計(jì)算可知兩股物流的壓力降都滿足工藝條件的要求。殺菌后