發(fā)酵型酸奶生產(chǎn)車間設(shè)計

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(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）驗收過濾、凈化標準化配料、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，再降溫攪拌破乳、冷卻，分裝到包裝容器內(nèi)。因為這類產(chǎn)品經(jīng)過攪拌成糊

3、狀，黏度較大，呈半流動狀態(tài)，也稱作液體酸奶。其工藝流程為：原料乳（乳粉）驗收過濾、凈化標準化配料、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，當達到所需的pH值（接近4.2）時，果汁、糖和穩(wěn)定劑就被充分的混合進去，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）驗收過濾、凈化標準化配料、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）驗收過濾、凈化標準化配料、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）驗收過濾、凈化標準化配料、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)出來后到保持消費者能夠接受的質(zhì)量特性的時間（通常以天計）。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，仍會引起酸奶變質(zhì)。所以在倉儲、運輸、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)品的風味，建議控制貯存在20的干燥通風、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)計是以生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)車間為核心的設(shè)計。根據(jù)計劃（設(shè)計）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、原料來源、動力供應(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)備進行生產(chǎn)車間的布置等。工藝設(shè)計還需對工廠設(shè)計其他部門或階段設(shè)計提供

6、技術(shù)要求和基本數(shù)據(jù)資料。工藝設(shè)計應(yīng)力求技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。工廠工藝設(shè)計的基本內(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；工藝計算，包括物料衡算、生產(chǎn)車間設(shè)備生產(chǎn)能力的計算和選型、勞動力要求計算及分配；生產(chǎn)車間水、電、汽、冷用量計算；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)計還需向其他設(shè)計提供要求和信息，包括對土建面積、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)量及儲存要求；輔助車間的工藝要求等2。工藝設(shè)計的主要依據(jù)是：設(shè)計任務(wù)書；項目工程師下達的設(shè)計工作提綱；采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料時的技

7、術(shù)鑒定報告；選用設(shè)備的有關(guān)產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料；其他設(shè)計資料。1.3 酸乳制品的發(fā)展趨勢及工藝流程的確定1.3.1酸乳制品的發(fā)展趨勢隨著冷鏈技術(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者所接受。20世紀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，這類酸乳因其常溫下半年以上的保質(zhì)期更適合運輸和消費。（5）在冷鏈情況下消費的包裝形式是現(xiàn)階段和未來產(chǎn)品的熱點和趨勢，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人體有益的活菌數(shù)。1.3.2 本設(shè)計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準和食品GMP的要求。（2）優(yōu)先選擇先進、科學的工藝流程，以確保生產(chǎn)符合時代的要求的、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，生產(chǎn)規(guī)模大型化和集中化是其主要特點之一。而生產(chǎn)規(guī)模大型化和集中化導(dǎo)致市場的地域更大和

10、運輸距離更長，這使得延長產(chǎn)品貨架期的加工方法成為必不可少的，同時對能貯存在室溫下的熱處理酸奶存在著需求。因此本設(shè)計針對飲用型酸奶生產(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）驗收過濾、凈化標準化配料、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存成品。針對該工藝流程，還需對殺菌和UHT處理工藝流程進行選擇與論證。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，達到同樣的巴氏殺菌效果可以有不同的溫度、時間組合。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菌，但并不能達到滅菌的程度。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巴氏殺菌、高溫短時巴氏殺菌和超巴氏殺菌法4。(1) 低溫長時巴氏殺菌：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。該法的特點是：簡單、方便，殺菌效果達99%，致病菌完全被殺死；不能殺死嗜熱耐熱性細菌及孢子，乳中存在的一些酶也未被鈍化；設(shè)備較龐大，殺菌時間較長。此法雖然設(shè)備簡單、便宜，但它處理量低、費時、費力、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，又稱高溫瞬時殺菌法。此法一般選用片式或管式熱交換器，可以在短時間內(nèi)連續(xù)處理大量牛乳，目前廣為使用。它可隨設(shè)備條件的不同而實現(xiàn)升溫、熱交換、冷卻安排在同一臺設(shè)備

13、中，充分利用熱能，降低燃料消耗。該法的特點是：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；可于密閉條件下進行操作，減少污染的機會；加熱時間短，營養(yǎng)成分損失少，乳質(zhì)量高，無燜煮味；可于CIP（原地無拆卸循環(huán)清洗系統(tǒng)）清洗配套設(shè)施節(jié)省勞力，提高效率；溫度控制檢測系統(tǒng)要求嚴格（儀表要準確）。(3） 超巴氏殺菌：超巴氏殺菌的溫度為125138，時間24s，然后將產(chǎn)品冷卻到7以下儲存和分銷，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、時間再長，它仍然與超高溫滅菌有根本的不同點：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來看，乳的熱處理強度是越強越好。但是強烈的熱處理對乳的外觀、味道和營養(yǎng)價值會產(chǎn)生不良后果。如乳中蛋白質(zhì)在高溫下變性；強烈的加熱使乳的味道改變，出現(xiàn)“蒸煮味”及焦味。因此，時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，以達到最佳效果。在本設(shè)計中,均質(zhì)后的原料乳在90/5min的工藝條件下進行殺菌。這樣，除了達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間，以達到殺死所有病菌，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)價值。UHT處理是指物料通過加熱至135150，保溫時間為28s，以達到商業(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加熱牛乳到140150的滅菌溫度,保持14s后,乳進入蒸發(fā)室,將乳中由蒸汽液化而來的水分等量閃蒸出去,同時乳迅速冷卻。該法的優(yōu)點是加熱快速,冷卻快速,對乳中化學物質(zhì)的影響相對較小,也不存在結(jié)垢現(xiàn)象。缺點是加熱設(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,且會影響乳中的風味物質(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)換熱來實現(xiàn)的。目前,我國大多數(shù)企業(yè)在進行UHT處理時使用間接加熱的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)計中,UHT處理選擇間接加熱系統(tǒng).2 主要構(gòu)筑物的設(shè)計計算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、加工品的市場需求，酸乳廠生產(chǎn)工藝特點，原料特性及加工設(shè)備的生產(chǎn)能力和運轉(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,每個工作日實際產(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 標準化工藝的設(shè)計計算為了使產(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準化。如果原料乳中脂肪含量不足時，應(yīng)添加稀奶油或分離一部分脫脂乳；當原料乳中脂肪含量過高時則可添加脫脂乳或提取一部分稀奶油。標準化在貯乳缸的原料乳中進

20、行或在標準化機中連續(xù)進行。2.2.1.1 確定標準化需加脫脂乳還是稀奶油：在本設(shè)計中，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。所以標準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）含量高于成品標準中所規(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(標準化乳)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，標準化時所加脫脂乳的量為，則有:解之得: ()則混合后所得乳量為: ()（2）標準化乳中總蔗糖加入量計算標準化乳中總蔗糖加入量為：，式中 為標準化乳中的蔗糖配比率，??；代入數(shù)字，得: ()（3）原料乳經(jīng)標準化后所得的標準化乳量計算：()時，標準化乳密度為，而時標準化乳體積增加倍，所以標準化乳為:(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）標準化乳的量為：（)；（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）標準化乳的量：（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算酸奶廠全廠物料衡算，計算結(jié)果見表

23、1。表1 全廠物料衡算表物料名稱單位對100原料乳對100L酸奶每班定額量原料乳10086.21.18標準化時原料乳98.584.92.68脫脂乳17.014.8621357.61蔗糖8.0857.5210761.58標準化乳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，標準化乳的溫度從預(yù)熱至。時，原料乳的比熱容kJ/(K）；脫脂乳的比熱容（kJ/(K)；故 標準化

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，原料乳的比熱容 kJ/(K）；脫脂乳的比熱容 kJ/(K）；故 標準化乳的比熱容為： 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，取殺菌時間，蒸發(fā)量為每小時。則殺菌蒸發(fā)水分量為：（)；查表知，時，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，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)保溫時間為，蒸發(fā)量為每小時，則蒸發(fā)水的量為:()查表知，時，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），故每小時耗水量為：（/h）；2.4.2 標準化乳預(yù)熱的熱水耗量W2根據(jù)工藝，標準化乳 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，乳的比熱容kJ/（K），則每小時耗水量為：=（/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，乳的比熱容kJ/（K），則每小時耗水量為：（/h）2.4.6 UHT處理過程的耗汽量W6查表知，時水的蒸汽熱焓為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，冷卻后達到，設(shè)冷卻水的溫度從，上升到。此時乳的比熱容kJ/（K），則每小時耗水量為：W7=（/h）2.5 耗冷量計算發(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結(jié)構(gòu)耗冷量、用電設(shè)備運轉(zhuǎn)放熱耗冷量等。具體的計算公式

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、運轉(zhuǎn)機械、維護結(jié)構(gòu)及管道等均會耗用或散失冷量，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)驗數(shù)據(jù)求取。根據(jù)經(jīng)驗，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耗冷量的二倍，則高峰耗冷量為：（kJ/h）2.5.2.2 過濾機及管道等散失冷量Q7：通常，根據(jù)實驗經(jīng)驗取，所以,(kJ/h)；因此， （kJ/h）2.6 主要構(gòu)筑物的設(shè)計計算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械雜質(zhì)并減少微生物數(shù)量，確保產(chǎn)品達到衛(wèi)生和質(zhì)量標準的要求。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)過凈化機凈化。離心凈乳一般設(shè)在粗濾之后，冷卻之前。凈乳時的乳溫在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)運轉(zhuǎn)8h，凈化高溫牛乳（57），則僅可連

32、續(xù)運轉(zhuǎn)4h。新式凈化機可自動排污。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排渣凈乳或三用分離機（奶油分離、凈乳、標準化），對提高乳的質(zhì)量和產(chǎn)量起了重要的作用。離心過濾機的設(shè)計與選型:根據(jù)工藝，每小時處理原料乳的量為：=15521.52（/h），L/h=14996.64L/h=15m3/h用于乳品生產(chǎn)的離心分離機都力求提高轉(zhuǎn)數(shù)，一般都達60007000r/min以上，根據(jù)以上條件，查化工工藝設(shè)計手冊，選擇型號DPJ464/48-21-30，轉(zhuǎn)鼓直徑：464；當量沉降面積：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，必須及時進行冷卻，以保持乳的新鮮度。一般采用板式換熱器進行冷卻。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，又由于流體在換熱器中無論進行并流、逆流、錯

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，但它們在結(jié)構(gòu)與制造上尚存在問題。板式換熱器的主要缺點是：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，它的處理量也相對較小。隨著科學技術(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、動物油等的加熱殺菌和冷卻。板式換熱器今后的發(fā)展趨勢是：提高操作溫度和操

35、作壓力，加大處理量，擴大使用范圍，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。換熱器的設(shè)計與選型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)。計算熱負荷（不計熱損失）（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)對每

36、股物流計算雷諾數(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計算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計算兩邊的傳熱膜系數(shù)： 計算總的傳熱膜系數(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估計傳熱板的數(shù)目從第五步到第七步計算出的板的數(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)計算所需的板數(shù)流道數(shù)ns98765根據(jù)傳熱計算所需要的板數(shù)N70.465.359.954.248.2npass=4時所需總板數(shù)NT7365574941npass=5時所需總板數(shù)NT9181716151由表2看出，npass=5時滿足?？紤]到壓力降和經(jīng)濟性，選擇npass=5，ns =6，NT =61。計算的總傳熱系數(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，由乳槽車泵入貯乳罐。貯乳罐的容量一般達幾十萬升，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。為了避免攪動和產(chǎn)生泡沫，貯乳罐是從底部進料。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、收乳時間、運輸時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于兩個貯乳罐的乳容量，否則用多個貯乳罐會增加調(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?shù)臄嚢铏C構(gòu)，定時

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，則裝置所需揚程為10.5m。一般要求泵的額定揚程為裝置所需揚程的1.051.1倍。查相關(guān)表，選取型號為：IS80-50-200，流量：25m3/h，揚程：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?？紤]設(shè)備用泵1臺，故泵的數(shù)量為2臺，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。這些氣體對牛乳加工有破壞作用，所以，在牛乳處理的不同階段進行脫氣是非常必要的。分散氣體對牛乳加工的破壞作用主要有：影響牛乳計量的準確度；使巴氏殺菌機中結(jié)垢增加；影響分離和分離效率；影響牛乳標準化的準確度；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，以避免泵送牛乳時影響流量計的準確度。其次，是在乳品廠收乳間流量計之前安裝脫氣設(shè)備。但上述兩種方法對牛乳中細小

43、的分散氣泡是不起作用的。因此，在進一步處理牛乳的過程中，還用使用真氣脫氣罐，以除去細小的分散氣泡和溶解氧。2.6.2 標準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)物有時是有毒的；此外，微生物還會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)熱的典型溫度和時間是：經(jīng)6070預(yù)熱

44、后的原料乳被送到均質(zhì)機均質(zhì)（1520MPa）后再回到板式熱交換器進行升溫（9095）、保溫殺菌35min之后被冷卻到發(fā)酵溫度（3843）。在本設(shè)計中，預(yù)熱的典型溫度和時間選擇：經(jīng)60預(yù)熱后的原料乳被送到均質(zhì)機均質(zhì)（1520MPa）后再回到板式熱交換器進行升溫（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。由于標準化乳的密度也很小，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，而此時有:kJ/（K），mPaS，W/(mK)，/m3；，W/(mK)。計算熱負荷（不計熱損失）（J/S）平均溫度差標準化乳 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對每股物流計算雷諾數(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計算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計算兩邊的傳熱膜系數(shù)：計算總的傳熱膜系數(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估計傳熱板的數(shù)目從第五步到第七步計算出的板的數(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)計算所需的板數(shù)流道數(shù)ns98765根據(jù)傳熱計算所需要的板數(shù)N60.054.750.245.440.4npass=3時所需總板數(shù)NT5549433731npass=4時所需總板數(shù)NT7365574941由表3看出，當npass=3時都不滿足，而npass=5時均能滿足?？紤]到壓力降和經(jīng)濟性，選擇np

47、ass=4，ns=6，NT=49。計算的總傳熱系數(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間的殺菌對黏稠度也有很大的提高。均質(zhì)的原理是均質(zhì)機的均質(zhì)頭是一圓柱形的外環(huán)包著帶四個葉片的特殊形狀的芯子，這些部件相互配合，只留一個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。在此細縫中，高靜壓能被轉(zhuǎn)化成動能，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，它是帶有一個背壓裝置的高壓泵。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。標準化乳殺菌以后，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確降溫到發(fā)酵溫度，這樣可以節(jié)約能源。殺菌時換熱器的設(shè)計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，而此時有:kJ/（K），mPaS，W/(mK)，/m3；mPaS，W/(mK)。計算熱負荷（不計熱損失）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對每股物流計算雷諾數(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計算每股流的傳熱系數(shù)由上面的計算可知，兩邊的Re均大于400，因此采用式計算兩邊的傳熱膜系數(shù)：計算總的傳熱膜系數(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估計傳熱板的數(shù)目N=5.6104/K從第五步到第七步計算出的板的數(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)計算所需的板數(shù)流道數(shù)ns87654根據(jù)傳熱計算所需要的板數(shù)N23.521.619.617.415.1npass=1時所需總板數(shù)NT171513119npass=2時所需總板數(shù)NT3329252117由表4看出，當npass=2時均能滿足?？紤]到壓力降和經(jīng)濟性，選擇npass=2，ns =8，NT =33。計算的總傳熱系數(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從上面的壓力降計算可知兩股物流的壓力降都滿足工藝條件的要求。殺菌后