日产80吨浓缩苹果汁的工厂设计(3)

《食品工厂设计》课程设计说明书

第3章 物料衡算

3.1 物料衡算的重要性

设计中，物料衡算是最先进行的项目，其结果是后续各单项设计的依据，直接关系到整个工艺设计的可靠度。在物料衡算的基础上，可进行能量衡算、设备的选型或工艺设计，以确定设备的容积、台数和主要尺寸，确定消耗定额，进行车间布置设计和管道设计。

3.1.1.1 浓缩苹果汁饮料的物料衡算

本次设计为日产80吨，因果汁生产受季节影响较大，依据经验，每年实际按6个月，每月30天计算。榨季一旦开始，16小时生产时间，考虑期间设备维护，班间工人就餐以及其他影响因素，每日2班，每班8小时。

浓缩果汁班产量的确定 日产浓缩汁量为：80t

班产浓缩汁量为：80t÷2班＝40t/班

通过酶解、超滤和脱色得到的澄清果汁经蒸发浓缩，一般浓缩到原来质量的1/5-1/7,糖度在65%-75%左右，糖酸比一般在12：1——15:1之间。在设计按照浓缩到1/6,浓缩果汁的浓度为70±1Brix，糖酸比为13:1来计。

因此澄清果汁班产40t×6＝240t 生产的损耗计算如下:

生 产 的 损 耗 项目损失量(%) 拣选 0.5 清洗 0.2 破碎 0.2 压榨(去渣) 13.2 第一次巴氏杀菌、酶解 0.4

超滤、浓缩 83.33(浓缩至1/6） 第二次巴氏杀菌、冷却、灌装 0.2

出汁率为:100％-0.5％-0.2％-0.20％-13.2％-0.4％-0.3％-0.2％=85％ 所以每班需将40\\85%= 47.1t新鲜苹果进行生产。

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每天需将94.2t苹果进行生产

因为产品中浓缩到1/6,浓缩果汁的浓度为70±1Brix，糖酸比为13:1（即酸度为5.38%）。

故要求原料总可溶固形物（Brix）为 70 *14.25% = 9.975Brix， 酸度为 0.0538*14.25%=0.767% 此时浓缩苹果汁无需额外调节糖酸比即可以满足产品需求。 .设计条件

本设计每日工作为2班制，每班实际工作时间为8h，因此平均1h生产浓缩果汁 40 t÷8＝5t

每天应将94.2吨新鲜苹果用于两班生产。 3.1.2 包装材料的衡算

每班采用8小时生产制，每日两班，A班每小时苹果消耗量=47.1÷8=5.89t；B班每小时品苹果消耗量=47.1÷8=5.89t

每班生产8小时，可得每小时产量=40×1000÷8=5000kg/h

由于产品中含水量较高其密度可以近似为1kg/L。所以每班每小时生产量近似为5000L/h

使用250ml的容器进行包装，可知每小时灌装量=5000×1000÷250=20000袋/每小时

则日产量=20000×16=320000袋

容器消耗数量=320000×（1+1%）=323200（瓶）

按每箱24袋计算，每天可生产箱数323200÷24=13466（箱） 纸箱消耗个数=13466×（1+0.1%）=13600（个）

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第4章 热量衡算

4.1 整个车间热交换流程图

物料(20℃) 塔水(20℃) 料液(50℃) 冷却 预巴杀 酶解 (97℃、(50℃) 蒸发浓缩 (5效) 料液 塔水(10℃) (50-60℃) 无菌灌装 (10℃) 冰水(二乙醇、﹣10℃)冷却后巴杀 (97℃、 冷却到20℃

图4-1 热交换流程图

4.1.1 第一次巴氏杀菌耗能估算

在预巴氏杀菌工段，20℃的物料被加热到97℃，再利用这些热量去预热进入预巴氏杀菌之前的20℃的物料，97℃的物料降温到60℃。因此相当于计算将20℃的物料加热到60℃所消耗的能量。(注：由于苹果汁的焓与水相似，因此后面均按照水的焓计算，均不考虑热损失。)

20℃到60℃所消耗的热量(Hl、H2、R引用表4-2、4-1的数据)：

Q＝qm,h(Hl- H2)＝74070 kg/h×(251.67 kJ/kg－84.48 kJ/kg)＝1.24×107kJ/h

4.1.2 蒸发浓缩耗能估算

(1)各效蒸发水量

已知原料液处理量为：G＝37035kg/h

总蒸发水量为：W＝37035kg/h×5/6＝30862.50 kg/h (浓缩到1/6，故蒸发水量占5/6)

各效蒸发水量之比为：W1∶W2∶W3∶W4∶W5＝1∶1.1∶1.2∶1.3∶1.4 W1＝30862.50 kg/h×1/6＝5143.75 kg/h W2＝30862.50 kg/h×1.1/6＝5658.13 kg/h W3＝30862.50 kg/h×1.2/6＝6172.50 kg/h W4＝30862.50 kg/h×1.3/6＝6686.88 kg/h W5＝30862.50 kg/h×1.4/6＝7201.25 kg/h (2)浓缩物料时所需热量及蒸汽消耗量计算

a、蒸发水分所需热量：但R1、R2、R3、R4、R5引用表4-1的数据) Ql＝W1×R1＝5143.75 kg/h×2634.1kJ/kg＝1.35×107kJ/h Q2＝W2×R2＝5658.13 kg/h×2622.4kJ/kg＝1.48×107kJ/h Q3＝W3×R3＝6172.50 kg/h×2606.4kJ/kg＝1.61×107kJ/h

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Q4＝W4×R4＝6686.88 kg/h×2594.0kJ/kg＝1.73×107kJ/h Q5＝W5×R5＝7201.25 kg/h×2578.5kJ/kg＝1.86×107kJ/h b、各效消耗蒸汽量： D1＝5105.32kg/h D2＝5618.62kg/h D3＝6139.41kg/h D4＝6637.51kg/h D5＝7170.39kg/h

蒸汽总消耗量D＝Dl＋D2＋D3＋D4＋D5＝30671.25 kg/h

表4-1 不同温度水蒸气的热焓

R(生蒸

R0 R1 R2 R3

汽)

水蒸气温

164.7 81.2 75.0 66.5 60.1

度℃ 热焓kJ/kg 2767.8 2644.3 2634.1 2622.4 2606.4

R4 53.5

R5 45.3

2594.0 2578.5

本设计选用的饱和蒸汽压强为700kPa，对应温度为164.7℃

表4-2 不同温度液态水的热焓

液态水温度（℃） 液态水热焓（kJ/kg）

10 42.61 15 63.55 20 84.48 30 126.28 40 168.06 45 188.95 50 209.85 55 230.75 60 251.67 70 293.53

水的比热：C水=4.187kJ/kg

4.1.3 第二次巴氏杀菌耗能估算

在后巴氏杀菌工段，经过蒸发浓缩的55℃的物料被加热到97℃，再利用这些热量

去预热进入后巴氏杀菌之前的55℃的物料，97℃的物料降温到70℃。因此相当于计算将55℃的物料加热到70℃所消耗的能量。(注：由于苹果汁的焓与水相似，因此后面均按照水的焓计算，均不考虑热损失。)

55℃到70℃所消耗的热量(Hl、H2引用表4-2的数据)：

Q＝qm,h(Hl- H2)＝74070 kg/h×(293.53 kJ/kg－230.75 kJ/kg)＝4.65×106kJ/kg qm,h：物料的质量流量，kg/h；Hl：70℃时水的焓，kJ/kg；H2：55℃时水的焓，kJ/kg。

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消耗的蒸汽量： D＝1758.50kg/h 4.5塔水热交换

第一次塔水热交换：20℃的塔水将60℃的物料冷却到50℃，塔水温度升到30℃。 热平衡公式：q物料(H物科l－H物料2)＝q塔水(H塔水1·H塔水2)(H1、H2引用表4-2的数据) 74070 kg/h×(251.67 kJ/kg－209.85 kJ/kg)＝q塔水(126.28 kJ/kg－84.48 kJ/kg) q塔水＝7.41×104 kg/h

第二次塔水热交换：10℃的塔水将70℃的物料冷却到20℃，塔水温度升到15℃。 热平衡公式：q物料(H物科l－H物料2)＝q塔水(H塔水1·H塔水2)(H1、H2引用表5-2的数据) 74070 kg/h×(293.53 kJ/kg－84.48 kJ/kg)＝q塔水(63.55 kJ/kg－42.61 kJ/kg)

5

q塔水＝7.40×10kg/h

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