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1、第三章食品工厂工艺设计 了解食品工厂工艺设计的内容及其作用，熟悉工艺设计的方法和步骤。驾驭产品方案、物料计算、设备选型、车间平面布置等工艺设计内容；熟悉工艺设计对非工艺设计和其他有关方面的要求。第一节第一节 概述概述l一、食品工厂工艺设计的内容l食品工厂工艺设计包括生产工艺设计、设备选择和管路设计、车间工艺布置等内容。生产工艺设计和车间工艺布置是工艺设计的两个重要内容。它们确定工厂的工艺计算、车间组成和生产设备选择等。二、食品工厂工艺设计的步骤二、食品工厂工艺设计的步骤l食品工厂工艺设计重要是在由原料到各个生产过程中，设计物质变更及流向，包括所需设备的运用。具体步骤如下：l（1）依据前期可行性
2、调查探讨，确定产品方案及生产规模。l（2）依据当前的技术，经济水平选择生产方法。l（3）生产工艺流程设计。l（4）物料衡算。l（5）能量衡算（包括热量、耗冷量、供电量、给水量计算）。l（6）选择设备。l（7）车间工艺布置。l（8）管路设计。l（9）其它工艺设计。l（10）编制工艺流程图、管道设计图及说明书等。其次节其次节 产品方案及班产量的确定产品方案及班产量的确定l一、产品方案l产品方案即生产纲领，指食品工厂全年生产的品种、数量、生产周期、生产班次的支配支配。在支配产品方案时，应尽量做到“四个满足”和“五个平衡”。“四个满足”是：（1）满足主要产品产量的要求；（2）满足经济效益的要求；（3）
3、满足淡旺季平衡生产的要求；（4）满足原料综合利用的要求。“五个平衡”是：（1）产品产量与原料供应量平衡；（2）生产班次要平衡；（3）产品生产量与设备生产实力要平衡；（4）水、电、气负荷要平衡。（5）生产季节性与劳动力要平衡;二、班产量（年产量）的确定二、班产量（年产量）的确定lQ=Q1+Q2-Q3-Q4式中Q新建厂某类食品年产量，吨；Q1本地区该类食品消费量，吨；Q2本地区该类食品年调出量，吨；Q3本地区该类食品年调入量，吨；Q4本地区该类食品原有厂家的年产量，吨；三、产品方案的编制三、产品方案的编制l在编制产品方案时，班产量是最重要的依据，同时还须要产品生产品种、规格、包装方式等方面的依据，
4、如饮料厂产品方案、罐头厂产品方案。制订产品方案步骤制订产品方案步骤1.确定产品的种类及包装规格；2.依据设计规模，结合各产品原料的供应量、供应周期的长短等实际状况，确定各种产品在总产量中所占比例及产量；3.依据原料的生产季节及保藏时间确定产品的生产时间；4.依据各种产品的设计产量，确定班次产量及生产班次数；天产量=各产品生产规模/预料生产天数班产量=天产量/班次班产量的单位有：吨/班、公斤/班。5.产品方案比较：（1）主要产品年产值的比较；（2）每天所需生产工人数的比较；（3）劳动生产率的比较（年产量t/工人总数）（4）每天工人最多最少之差的比较；（5）平均每人每年产量的比较（元/人年）；（6
5、）季节性的比较；（7）设备平衡状况的比较；（8）水、电、汽耗量的比较；（9）组织生产难易状况的比较；（10）基建投资的比较；（11）社会效益的比较；（12）经济效益（利税元/年）的比较；（13）结论。6.产品方案表达，可以是文字叙述的方式，也可以用图表表达的形式。第三节第三节 主要产品的工艺流程设计与确定主要产品的工艺流程设计与确定一、工艺路途的选择一、工艺路途的选择（一）工艺流程和工艺流程设计：（一）工艺流程和工艺流程设计：1.工艺流程：就是各种产品生产所接受的方法、工艺流程：就是各种产品生产所接受的方法、步骤和途径及其各环节必需的技术参数。步骤和途径及其各环节必需的技术参数。2.工艺流程设
6、计：是确定生产过程的具体内容、工艺流程设计：是确定生产过程的具体内容、依次和组合方式，并最终以工艺流程图的形式依次和组合方式，并最终以工艺流程图的形式表示出整个生产过程的全貌。表示出整个生产过程的全貌。（二）工艺路途选择的原则和要求：1.依据产品规格要求及有关标准来选择加工产品的工艺路途；2.依据原料的加工特性，选择易于加工，原料消耗少，养分损失低的工艺路途；3.应优先接受机械化、连续化作业生产线，以保证半成品不发生变色、变味、变质，节约能耗，降低成本；4.一些名、特、优的产品生产不得随意改动；若需改动，必需经反复试验，经专家鉴定认可后，方可接受；5.非定型产品的工艺路途，要待成熟以后方可接受
7、；6.新产品的加工路途，必需经过中试放大，确认能够符合大批量生产的要求，方可用于设计中；7.对于改进后的新工艺，必需经过鉴定认可后，方可用于设计中。二、工艺流程设计中的留意事项：1.依据所生产的产品品种确定生产线的数量，若产品加工的性质差别很大，就要考虑几条生产线来加工；2.依据生产规模，投资条件，确定操作方式。3.确定主要产品工艺过程。4.在主要产品的工艺流程确定后，就要确定工艺过程中每个工序的加工条件。如原料处理的方式及达到的要求。5.正确选择合理的单元操作，确定每一单元操作中的流程方案及设备的形式。三、工艺流程图的绘制三、工艺流程图的绘制l工艺流程一般有两种表示方法：一种是用框图的形式表
8、示，另一种是所谓的生产工艺流程图的形式。l框图的优点是步骤明确、易懂，能清晰显现工艺的原理，但缺点是不具体，一般多在科技论文叙述中予以接受。l工艺的设备流程图是一种直观性的表示方式，它以形象的图形、符号、代号表示食品加工设备、输送路途、限制仪表等、借以表达食品生产过程和物料流向。（一）分类1.工艺流程示意图；2.工艺流程草图；3.正式工艺流程图。（二）工艺流程图设计步骤：l1、搜集资料调查探讨l（1）技术路途特点，工艺参数。l（2）原材料及公用工程单耗，产品的质量。l（3）三废治理。l（4）各种技术路途的发展状况与动向等。l2、落实设备l（1）探讨各技术路途设备状况。l（2）分清设备供货类型。
9、国产引进重新设计l3、全面比较l（1）几种工艺在国内外接受状况及发展趋势。l（2）产品质量状况。l（3）生产实力及产品规格。l（4）原材料及能源消耗状况。l（5）建设费用及产品最终成本。l（6）三废的产生和治理状况。果冻生产工艺流程图（三）工艺流程图的设计（三）工艺流程图的设计1.生产工艺流程示意图生产工艺流程示意图2.工艺流程草图的设计工艺流程草图的设计完成工艺流程示意图后，即开展物料平衡计算。完成工艺流程示意图后，即开展物料平衡计算。设备设计通常分两阶段进行。设备设计通常分两阶段进行。第一阶段的设计内容是：计算、确定计量和贮存设备的容第一阶段的设计内容是：计算、确定计量和贮存设备的容积以及
10、确定这些容积型设备的尺寸和台数等。积以及确定这些容积型设备的尺寸和台数等。其次阶段设备设计与水、电、汽等能量计算。其次阶段设备设计与水、电、汽等能量计算。生产工艺流程草图由五部分组成：生产工艺流程草图由五部分组成：（1）物料流程；（2）图例；（3）设备一览表；（4）图鉴；（5）图框。（1）物料流程物料流程要求包括：厂房各层地平线及标高；设备示意图（设备外形尺寸须按比例画，（尺寸大小应适当相称且大致形似，还要画出设备各管口等）；设备流程号；画出设备的物料及水、汽、真空、压缩空气、冷凝剂等管线和流淌方向；管线上主要的阀门等；必要设备及管道上的附件，如阻火器、管道过滤器、冷凝水解除器；必要的计量限制
11、仪表，如转子流量计、玻璃计量管、压力表、真空表、温度计等；必要的文字注解，如废水的下水道、废料、废气及半成品、副产品的去向等。物料流程的比例一般接受1：100。如设备过小或过大，则比例相应接受1：50或1：200。（2）图例；图例是将物料流程中画出的有关管线、阀门、设备附件、计量限制仪表等图形用文字予以比照。(3)设备一览表设备一览表的作用是表示出物料流程中全部设备的名称、数量规格、材料等。设备一览表是列在图签上部，由下往上写。它包括下列项目：序号；流程号（有的与序号合在一起）；设备名称；备规格；设备数量；设备材料；备注（4）图签（标题栏）图签的作用是表明图名、设计单位、设计、制图、审核人员签
12、名、图纸比例尺、图号等。其位置一般在流程草图右下角，其尺寸依据机械制图中的标准。而设备一览表的长度需和图签长度取齐，这样显得整齐美观。（5）图框（边框线）图框接受粗线条，给整个流程图（包括流程图、图例、设备一览表和图签）以框界。幅面一般宽度依据机械制图中的标准。3.正式工艺流程图的设计正式工艺流程图的设计 作为正式的设计成果，工艺流程图将被编作为正式的设计成果，工艺流程图将被编入设计文件，供上级部门审批和今后施工运用。入设计文件，供上级部门审批和今后施工运用。具体绘制工艺流程草图的步骤如下：具体绘制工艺流程草图的步骤如下：（1）用双细线绘出各楼层地面线，并注上标高。（2）依据设备所处的高度，从
13、左至右，画出设备外形。（3）用粗实线表达物料，细实线表达其它协助物料，用箭头表示流向。（4）画设备流程号。（5）标准设备流程号。（6）必要的文字说明。四、生产工艺流程的平安设计四、生产工艺流程的平安设计l见课本P40第四节第四节 物料衡算物料衡算一、物料衡算的概念和意义一、物料衡算的概念和意义 物料衡算是指：依据质量守恒定律，凡引物料衡算是指：依据质量守恒定律，凡引入某一系统或设备的物料重量入某一系统或设备的物料重量Gm，必等于所，必等于所得到的产物重量得到的产物重量Gp和物料损失量和物料损失量Gt之和，即：之和，即：Gm=GP+Gt二、物料计算方法和步骤二、物料计算方法和步骤（一）技术经济定
14、额指标法（一）技术经济定额指标法每班耗用原料量（每班耗用原料量（Kg/班）班）=单位产品耗用原料量单位产品耗用原料量（Kg/t）X班产量（班产量（t/班）班）每班耗用各种协助材料量（每班耗用各种协助材料量（Kg/班）班）=单位产品耗用单位产品耗用各种协助材料量（各种协助材料量（Kg/t）X班产量（班产量（t/班）班）每班耗用包装容器量（只每班耗用包装容器量（只/班）班）=单位产品耗用包装单位产品耗用包装容器（只容器（只/t）X班产量（班产量（t/班）班）X（1+损耗率）损耗率）(二二)物料衡算的方法和步骤物料衡算的方法和步骤l1弄清题意和计算的目的要求l2绘出物料衡算流程示意图l3写诞生物反应
15、方程式l4收集设计基础数据和有关物化常数l5确定工艺指标及消耗定额等l6选定计算基准l(1)以单位时间产品量或单位时间原料量作为计算基准。l(2)以单位重量、单位体积或单位摩尔数的产品或原料为计算基准。l(3)以加入设备的一批物料量为计算基准。l7.由已知数据，依据物料衡算式进行物料衡算l8校核与整理计算结果，列出物料衡算表l9绘出物料流程图第四节第四节 设备生产实力及选型设备生产实力及选型一、设备选型及设备设计的原则一、设备选型及设备设计的原则 食品工厂生产设备大体可分四个类型：计量和贮存食品工厂生产设备大体可分四个类型：计量和贮存设备；定型专用设备；通用机械设备和非标准专业设备。设备；定型
16、专用设备；通用机械设备和非标准专业设备。在选择设备时，要依据下列原则进行：在选择设备时，要依据下列原则进行：（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量。）满足工艺要求，保证产品的质量和产量。（2）一般大型食品工厂应选用较先进的，机械化程度高的）一般大型食品工厂应选用较先进的，机械化程度高的设备；中型厂则看具体条件，一些主要产品可选用机械设备；中型厂则看具体条件，一些主要产品可选用机械化、连续化程度较高的设备；小型厂则选用较简洁的设化、连续化程度较高的设备；小型厂则选用较简洁的设备。备。（3）所选设备能充分利用原料，能耗少，效率高，体积小，修理便利，劳动强度低，并能一机多用。（4）所选设备应符合食
17、品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料要不易腐蚀，不致对食品造成污染。（5）设备结构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、压力、酸碱度等）。（6）在温度、压力，真空度，浓度，时间、速度、流量、液位，计数和程序等方面有合理的限制系统，并尽量接受自动限制方式。二、设备生产实力的计算二、设备生产实力的计算食品工厂所用设备的生产实力，有些一看铭牌就可知道，但有些设备的生产实力随物料、产品品种、生产工艺条件等而变更，例如流槽、输送带、杀菌锅等等。第五节第五节 生产车间工艺布置生产车间工艺布置一、概述平面布置图，就是生产车间内，设备布置的俯视图。在平面图中，必需表示清晰各种设备的安装位置。下水
18、道、门窗、各工序及车间生活设施的位置，进出口及防蝇、防虫措施等。除平面图外，有时还必需画诞生产车间剖面图，剖面图又叫“立剖面图”。它是解决平面图中不能反映的重要设备和建筑物立面之间的关系，以及画出设备高度、门窗高度等在平面图中无法反映的尽寸。二、车间布置设计的依据二、车间布置设计的依据(1)生产工艺图；(2)物料衡算数据及物料性质；(3)设备资料,包括设备的外形尺寸、重量、支撑形式、保温状况及其操作条件，设备一览表等;(4)公用系统耗用量供排水、供电、供热、供冷、压缩空气、外管资料等;(5)土建资料和劳动平安、防化、防爆资料等;(6)车间组织及定员资料;(7)厂区总平面布置；(8)国家、行业有
19、关方面的规范资料。三、生产车间工艺布置的原则三、生产车间工艺布置的原则1.要有总体设计的全局观点；2.设备布置要尽量按工艺流水线支配；3.应考虑到进行多品种生产的可能；4.生产车间与其他车间的各工序要相互协作；5.必需考虑生产卫生和劳动爱护；6.应留意车间的采光、通风、采暖、降温等设施；7.可以设在室外的设备，尽可能设在室外，上面可加盖简易棚。8.依据生产工艺对品质限制的要求，对生产车间或流水线的卫生限制等级要进行明确的区域划分和区间隔离；9.严格执行 HACCP、IS014000、GMP的规范性；10.要对生产协助用房或空间留有充分的面积。要使各协助部门在生产过程中对生产的进行、限制做到便利
20、、刚好、精确。四、生产车间工艺布置的步骤与方法四、生产车间工艺布置的步骤与方法 食品工厂生产车间平面设计一般有两种状况，一种是新设计车间的平面布置;另一种是对原有厂房进行的平面布置设计。（1）整理好设备清单和生活室等各部分的面积要求(2)对设备清单进行全面分析，哪些是轻的、可以移动的，哪些是几个产品生产时公用的，哪些是某一产品专用的等。对于笨重的、固定的和专用的设备，应尽量排布在车间四周;而对于轻的、可移动的设备，可排在车间的中间，这样，在更换产品时调换设备比较便利。(3)依据该车间在全厂总平面中的位置，确定车间建筑物的结构形式、朝向和跨度;用坐标纸按厂房建筑设计的要求，绘制厂房建筑平面轮廓草
21、图(比例可用 1：100，必要时也可用1：200 或 1：50)，画好生产车间的长度、宽度和柱子以及大体上的区域位置。(4)依据总平面图的构思，确定生产流水线方向。(5)将设备尺寸按比例大小，剪成方块状(或设备外形轮廓俯视图)，在草图上进行排布，应排出多种不同的方案，以便分析比较。若接受 AutoCAD 制图，会更加便利，这也是作为一个现代的工程设计人员所必需驾驭的基本技能。(6)对不同的方案可从以下几个方面进行比较工艺流程的合理性，人流、物流的畅通，与总平面的协调(包括废弃物及包装物的流向)；建筑结构的造价、建筑形式的好用和美感;管道安装(包括工艺、上下水、冷、电、汽等方面)的便捷、隐藏、规
22、范和美观，与公用设施的距离及施工的便利;车间内外运输的流畅(包括原料进厂及产品出厂的流向);生产卫生条件的合理、规范;操作条件的牢靠性、消防平安措施的完整;通风采光等。(7)对自己确认的方案征求配套专家的看法，在此基础上完善后，再提交给托付方和相关专家征求看法，集思广益，依据探讨征求的看法做出必要的修改、调整，最终确定一个完整的方案。(8)在平面图的基础上再依据须要确定剖视位置，画出剖视图，最终画出正式图五、生产车间工艺布置对非工艺设计的要求五、生产车间工艺布置对非工艺设计的要求（一）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，其长度取决于生产流水作业线的形式
23、和生产规模，一般60m左右适宜，车间层高按房屋的跨度（食品工厂生产车间的跨度有：9m、12m、15m、18m、24m）和生产工艺要求而定，般以6m为宜。单层厂房可酌量提高，车间内立柱越少越好。国外生产车间柱网一般610m，车间为1015m连跨，般高度78m（吊平顶4m），也有车间达13m以上。（二）建筑物的统一模数制 基本尺度的单位称作模数 M0，基本的模数M0=l00mm。在平面方向和高度方向都运用一个扩大模数。在层高(楼层的高度方向)方向，单层为200mm 的倍数，多层为60Omm的倍数;在平面方向的扩大模数用30Omm(3M0)，即柱网布置均接受300mm的倍数。在开间方向可用3.6m、
24、3.9m、4.2m、4.5m、6.Om。其中以4.2m和6m在食品工厂生产车间用得较普遍;跨度小于或等于18m时，跨度的建筑模数是3m，跨度大于18m时，跨度的建筑模数是6m，所以，食品工厂生产车间的跨度有6m、9m、12m、15m、18m、24m、30m等，至于生产车间的开间及进深应多少为好，必需由平面布置的状况来确定。（三）门（三）门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，如水幕、风幕、暗道或飞虫限制器，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
25、双层门（一层纱门和一层开关门，门的代号用“M”表示）。（四）对采光的要求车间的采光系数一般要求为1/41/6。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%。（五）生产车间最好有空调装置（五）生产车间最好有空调装置（六）对地坪的要求（六）对地坪的要求 食品工厂的生产车间常常受水、酸、碱、油等腐食品工厂的生产车间常常受水、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。的水
26、泥铺盖。生产车间设计陶土砖或设计为水磨石地面。工艺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。到局部设防，缩小腐蚀范围。地坪应有地坪应有1.5%至至2.0%的坡度，并设有明沟或地的坡度，并设有明沟或地漏排水。漏排水。（七）对内墙面的要求（七）对内墙面的要求 食品工厂对车间内墙面要求很高，要防霉、防湿、食品工厂对车间内墙面要求很高，要防霉、防湿、防腐、有利于卫生。转角处理最好设计为圆弧形，具防腐、有利于卫生。转角处理最好设计为圆弧形，具体要求如下：体要求如下：（1）墙裙）墙裙 一般
27、有一般有1.52.0m的墙裙（护墙），可用白的墙裙（护墙），可用白瓷砖。墙裙可保证墙面少受污染，并易于洗净。瓷砖。墙裙可保证墙面少受污染，并易于洗净。（2）内墙粉刷）内墙粉刷 一般用白水泥沙浆粉刷，还要涂上耐化一般用白水泥沙浆粉刷，还要涂上耐化学腐蚀的过氯乙烯油漆或六偏水性内墙防霉涂料。也学腐蚀的过氯乙烯油漆或六偏水性内墙防霉涂料。也可用仿瓷涂料代替瓷砖，可防水、防霉。这种涂料对可用仿瓷涂料代替瓷砖，可防水、防霉。这种涂料对食品工厂车间内墙面很适宜。食品工厂车间内墙面很适宜。（八）楼盖（八）楼盖 楼盖是由承重结构、铺面、天花、填充物楼盖是由承重结构、铺面、天花、填充物等组成。承重结构是梁和板，
28、铺面是楼板层表等组成。承重结构是梁和板，铺面是楼板层表面层，它可爱护承重结构，并承受地面上的一面层，它可爱护承重结构，并承受地面上的一切作用力。填充物起隔音、隔热作用。天花起切作用力。填充物起隔音、隔热作用。天花起隔音、隔热和美观作用。顶棚必需平整，防止隔音、隔热和美观作用。顶棚必需平整，防止积尘。保持积尘。保持1.5%2.0%的坡度，以利排水，的坡度，以利排水，保证楼盖不渗水、不积水。保证楼盖不渗水、不积水。（九）（九）楼梯楼梯形式有:单跑、双跑、三跑及双分、双合式楼梯(如图3-20所示课本p104)。（十）（十）建筑结构食品工厂生产车间的建筑结构大体上可分为砖木结构、混合结构、钢筋混凝土结
29、构和钢结构等。（十一）车间办公室、限制室、质量检查（十一）车间办公室、限制室、质量检查室以及福利设施的设计标准室以及福利设施的设计标准(1)车间办公室按车间值班的最大班的管理和技术人员人数以及4m2/人的运用面积计算，建筑平面系数接受65%。(2)车间限制室不宜与变压器室、动力机房、化学药品室相邻。当与办公室、操作工值班室、生活间、工具间相邻时，也应以墙隔开，中间不要开门，不要相互串通。限制室的布置应当有很好的视野，应设置在从各个角度都能看到装置的地方;仪表盘和限制箱通常都是成排布置，盘后要有安装和修理的通道，通道宽度不小于lm，操作台至墙(窗)至少应有23m的间距，以供人员通行。(3)会议室
30、可兼作休息室，供交接班、用餐时运用，面积按最大班人数以及运用面积1.2m2/人计算，建筑平面系数65%。(4)质量检查室依据检测分析试验工作的须要，应安放检验仪器桌和分析桌、药品 柜和上下水具以及检测人员制表、统计用办公桌和资料柜，一般可依据实际布置确定用房面积，建筑平面系数65%。(5)更衣间应设在靠车间进口处为宜，供上下班工人运用。随着食品生产卫生平安 管理要求的提高，一般出口食品工厂要求二道更衣，工人进入车间要供应每人一格的密闭保管橱柜以放置私人物品，在一道更衣间将自己的外衣、鞋脱下，换上拖鞋进入二道更衣间换上进入车间的工作服、工作鞋，再进入洗手、消毒程序。这样更衣间的运用面 积就比以前要增大，一般可按 3m2/人计算，建筑平面系数65%。(6)车间浴室按最大班人数每10人设一个淋浴器，每个淋浴器按运用面积5m2 计算，建筑平面系数65%。(7)车间卫生间的卫生标准应符合出口食品工厂、库最低卫生要求，厕所便池蹲位数量应按最大班人数计，男每 40-50人设一个，女每 30-35人设一个(车间工人以女工为主时另计)，厕所建筑面积按2.5-3.0m2/蹲位计算。