食品工程原理課程設(shè)計(jì)管式超高溫瞬時(shí)滅菌設(shè)備

1、淮 海 工 學(xué) 院食品工程原理課程設(shè)計(jì)題 目：管式超高溫瞬時(shí)殺菌設(shè)備設(shè)計(jì)(10噸/班) 系（院）： 海洋生命與水產(chǎn)學(xué)院 專 業(yè)： 食品科學(xué)與工程 班 級(jí)： 食品14 姓 名： 2017年 7月 日目錄一、引言1.1超高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)的工作原理31.2超高溫滅菌的加工類型31.3超高溫瞬時(shí)滅菌設(shè)備特點(diǎn)31.4超高溫瞬時(shí)殺菌設(shè)備在食品中的應(yīng)用31.5超高溫滅菌乳的定義41.6生產(chǎn)滅菌乳的主要目的4二、工藝設(shè)計(jì)（在牛奶中的應(yīng)用）2.1工藝流程52.2工藝要求52.3操作要點(diǎn)5三、物料衡算3.1工藝流程損失率表63.2物料衡算圖7四、殺菌機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算4.1確定物性數(shù)據(jù)74.2估算傳熱面積84.3校核

2、總傳熱系數(shù)K94.4設(shè)備選型9五、總結(jié)9六、參考文獻(xiàn)10一、引言1.1超高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)的工作原理一般物料由離心泵泵入滅菌機(jī)中冷熱料熱交換裝置中而得到預(yù)熱，再經(jīng)過(guò)充滿高壓的高溫桶，物料被迅速加熱到殺菌溫度并在此前后保持約3秒，其中的微生物及酶類很快被殺滅。物料出高溫桶后通過(guò)與冷料的熱交換獲得冷卻，一般溫度低于65。如果下道工序需要提高溫度則可通過(guò)調(diào)節(jié)角式截止閥或循環(huán)等途徑達(dá)到要求，反之則通過(guò)接入冷卻水來(lái)降低出料溫度。出料通過(guò)節(jié)流閥控制，此閥能使在維持一定壓力下物料的沸點(diǎn)高于最高溫度。正常生產(chǎn)時(shí)調(diào)節(jié)此閥，由泵的推動(dòng)力克服彈簧壓力而產(chǎn)生背壓控制流量，在清洗滅菌機(jī)時(shí)則應(yīng)全部開(kāi)啟。循環(huán)貯槽可用來(lái)配制酸堿

3、溶液，對(duì)盤管內(nèi)壁積垢進(jìn)行有效清洗。由于同時(shí)采用不銹鋼三通旋塞，流量可以得到適當(dāng)調(diào)節(jié)。1.2超高溫滅菌的加工類型超高溫殺菌（UHT）方法分間接式和直接式加熱兩種。間接式加熱采用高溫蒸汽噴射牛乳，首先將鮮牛乳預(yù)熱至75。85保持4 rain。6 min，而后于135一150高溫滅菌2 S一5 s；直接加熱式是將鮮牛乳在高壓下噴射于蒸氣中，達(dá)140數(shù)秒鐘。uHT殺菌法較好的保持了產(chǎn)品風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)，由于耐熱性細(xì)菌都被殺死，故貯藏性明顯提高，無(wú)需在10以下冷藏保存，保存期較長(zhǎng)。1.3超高溫瞬時(shí)滅菌設(shè)備特點(diǎn)（1）殺菌溫度很高,效果明顯,高溫時(shí)間極短,因此引起的化學(xué)變化很小,保證了物料特性,穩(wěn)定制品質(zhì)量；（2

4、）使用安全,操作方便,設(shè)備采用全密封的形式,操作規(guī)程具有程序化；（3）占地面積小,一臺(tái)2噸/小時(shí)的瞬時(shí)超高溫滅菌機(jī)占地僅1左右；（4）可實(shí)現(xiàn)設(shè)備原地?zé)o拆卸循環(huán)清洗(CIP)；（5）由于設(shè)計(jì)上采用有冷熱料的熱交換器具有廢熱利用的經(jīng)濟(jì)效果,故蒸汽消耗量?。唬?）與離心泵或高壓均質(zhì)機(jī)串聯(lián)使用,應(yīng)用范圍很廣,適宜于高粘度物料的滅菌,如煉乳；（7）設(shè)備耐用,折舊率低,除了定期更換密封圈等易損件外,絕大部分能長(zhǎng)時(shí)間保持較好的性能；1.4超高溫瞬時(shí)殺菌設(shè)備在食品中的應(yīng)用（1）超高溫殺菌在牛奶加工中的應(yīng)用 超高溫滅菌牛奶是殺死所有能導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)的微生物，并采用無(wú)菌灌裝，因而產(chǎn)品具有衛(wèi)生、安全、保質(zhì)期長(zhǎng)又無(wú)需冷

5、藏等優(yōu)點(diǎn)。但是超高溫牛奶佑質(zhì)期一般長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，從營(yíng)養(yǎng)的角度，超高溫牛奶采用高溫瞬時(shí)殺菌、無(wú)菌灌裝工藝，雖然熱處理溫度高，但滅菌時(shí)間只有2-4秒，因而牛奶中的營(yíng)養(yǎng)成分損失不大；又因?yàn)槌邷禺a(chǎn)品采用阻光、阻氧化和阻水的包裝，因而產(chǎn)品在儲(chǔ)存期內(nèi)，營(yíng)養(yǎng)成分基本上也可以保證穩(wěn)定。從風(fēng)味方面，超高溫產(chǎn)品在剛加工好后的1-2周里，會(huì)有比較明顯的蒸煮味，這主要是由于牛奶中的部分蛋白加熱后生成少量的含硫化合物造成。但是這種蒸煮味在生產(chǎn)后2-3周后逐漸消失，此后進(jìn)入飲用的最佳時(shí)期。（2）超高溫殺菌在果酒加工中的應(yīng)用 果酒酒精度低,糖度較高,營(yíng)養(yǎng)豐富,微生物容易生長(zhǎng)、繁殖,預(yù)防果酒生物危害是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

6、果酒加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)感官指標(biāo)變差,通常果酒不采用瓶裝后巴氏滅菌,而通過(guò)灌裝前高溫瞬時(shí)滅菌,適當(dāng)添加防腐劑控制生物危害。超高溫殺菌在飲料加工中的應(yīng)用  在飲料中的殺菌，需要快速有效的熱傳導(dǎo)，通常采用刮板式或管式熱交換器。在飲料殺菌采用超高溫殺菌有：溫度控制準(zhǔn)確設(shè)備精密溫度高，殺菌時(shí)間極短，殺菌效果顯著，引起的化學(xué)變化少，適于連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn).(3)超高溫殺菌在豆奶加工的應(yīng)用 經(jīng)超高溫瞬間滅菌后,豆奶中的細(xì)菌在瞬間高溫下全部被殺死,并且最大限度地保存了豆奶中的營(yíng)養(yǎng)成分。無(wú)菌包裝控制了產(chǎn)品的微生物數(shù)量,所得到的產(chǎn)品可在室溫下保存3個(gè)月,在4條件下保存4個(gè)月到6個(gè)月。產(chǎn)品由于不需要添加任何防腐劑,

7、流通過(guò)程中不需要冷藏環(huán)境,因此降低了成本,更為重要的是避免了因?yàn)槔滏湴l(fā)生意外導(dǎo)致的產(chǎn)品變質(zhì)問(wèn)題,極大地提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。超高溫殺菌在茶飲料加工中的應(yīng)用由于微生物對(duì)高溫的敏感性遠(yuǎn)大于大多數(shù)食品成分對(duì)高溫的敏感性，故UHT殺菌能在很短的時(shí)間內(nèi)有效地殺死微生物，能保持食品應(yīng)有的品質(zhì)。采用UHT殺菌可避免茶飲料殺菌后色澤加深和風(fēng)腐劑也可增強(qiáng)殺菌效果或減少殺菌時(shí)間。殺菌罐裝時(shí)充人氮?dú)饣蚨趸?、排除氧氣，可穩(wěn)定茶湯中的兒茶素物質(zhì)。在熱灌裝過(guò)程中采用UHT殺菌，沒(méi)有密封后的二次殺菌，故可以減少產(chǎn)品的受熱時(shí)間，降低對(duì)風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分的熱破壞，同時(shí)降低了本道味劣變，加人維生素C 可加強(qiáng)殺菌效果，加

8、人防腐劑也可增強(qiáng)殺菌效果或減少殺菌時(shí)間。殺菌后罐裝時(shí)充人氮?dú)饣蚨趸?、排除氧氣，可穩(wěn)定茶湯中的兒茶素物質(zhì)。在熱灌裝過(guò)程中采用UHT殺菌，沒(méi)有密封后的二次殺菌，故可以減少產(chǎn)品的受熱時(shí)間，降低對(duì)風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分的熱破壞，同時(shí)降低了本道工序中易發(fā)生的瓶破和跳蓋等。1.5超高溫滅菌乳的定義指物料在連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)下通過(guò)熱交換器加熱至135150，在這一溫度下保持一定的時(shí)間，以達(dá)到商業(yè)無(wú)菌水平，然后在無(wú)菌狀態(tài)下罐裝于無(wú)菌包裝容器中。1.6生產(chǎn)滅菌乳的主要目的 使產(chǎn)品的特性在加工后保持穩(wěn)定并使此時(shí)間盡量延長(zhǎng)。滅菌乳應(yīng)符合兩項(xiàng)要求：加工后產(chǎn)品的特性應(yīng)盡量與其最初狀態(tài)接近；貯存過(guò)程中產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)與加工后產(chǎn)品的質(zhì)

9、量保持一致。二、工藝設(shè)計(jì)（在牛奶中的應(yīng)用）2.1工藝流程原料乳的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)化凈乳預(yù)殺菌（15min）脫氣（冷卻，貯存）均質(zhì)UHT滅菌灌裝檢驗(yàn)2.2工藝要求生產(chǎn)能力： 10噸/班假設(shè)班生產(chǎn)時(shí)間為12h,空消時(shí)間為1h，生產(chǎn)后清洗消毒時(shí)間為1h,則每小時(shí)處理原料奶1噸即1000kg/h2.3操作要點(diǎn)原料乳的要求及理化指標(biāo)檢測(cè) 制造優(yōu)良品質(zhì)的乳制品，必須選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的原料乳，驗(yàn)收時(shí)要對(duì)原料乳進(jìn)行嗅覺(jué)，味覺(jué)，外觀，塵埃，溫度，酸度，酒精，比重，脂肪，蛋白質(zhì)，全乳固體，細(xì)菌數(shù)等嚴(yán)格檢查。原料乳的標(biāo)準(zhǔn)化 為了使產(chǎn)品符合規(guī)格要求，乳制品中的脂肪，蛋白質(zhì)和非脂乳固體含量保持一定，符合生產(chǎn)產(chǎn)品要求。但是原料中的脂

10、肪，蛋白質(zhì)和非脂乳固體含量隨乳牛的品質(zhì)，地區(qū)，季節(jié)和飼養(yǎng)管理等因素不同有很大差異，因此必須對(duì)原料乳進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，調(diào)整原料乳脂肪，蛋白質(zhì)，非脂乳固體含量，使其比例符合制品的要求。原料乳的凈化 凈化的目的是去除乳中的機(jī)械雜質(zhì)并且減少微生物的數(shù)量，可以采用過(guò)濾凈化或離心凈化等，簡(jiǎn)單的粗濾是在受乳槽上裝有過(guò)濾篩網(wǎng)并鋪上多層紗布進(jìn)行，呂布應(yīng)經(jīng)常清洗滅菌。使用離心凈乳機(jī)可以顯著提高凈化效果，有利于提高品質(zhì)量。離心凈乳機(jī)還能將乳中的乳腺體細(xì)胞和某些微生物除去，凈乳機(jī)放在粗濾之后冷卻之前。 預(yù)熱殺菌 原料乳在均質(zhì)之前用巴氏殺菌法進(jìn)行預(yù)熱殺菌，預(yù)殺菌的目的有：1.初步殺死大部分的細(xì)菌和致病菌，使UHT的殺菌更徹底

11、，以保證食品的安全性，提高食品的貯藏性。2.抑制酶活性，以免成品產(chǎn)生脂肪水解，酶促褐變等不良現(xiàn)象。采用殺菌溫度為80，實(shí)踐為15min。冷卻，貯存 冷卻溫度為5-10，以抑制細(xì)菌的繁殖。為了保證工廠的連續(xù)生產(chǎn)的需要，必須要有原料乳一定的儲(chǔ)存量，一般設(shè)有多個(gè)貯乳罐。貯乳罐配有攪拌器，定時(shí)攪動(dòng)液體，防止脂肪上浮，造成原料乳的成分分布不均。均質(zhì) 均質(zhì)是對(duì)脂肪球進(jìn)行機(jī)械處理，使脂肪球均勻一致分散在乳中。均質(zhì)采用二級(jí)均質(zhì)，均質(zhì)溫度采用55-80，均質(zhì)壓力為2.0MPa-2.5MPa。若溫度降低后再均質(zhì)，不僅降低了均質(zhì)效果，而且有時(shí)會(huì)使脂肪球形成乳油粒。超高溫瞬時(shí)（UHT）滅菌 超高溫瞬時(shí)滅菌是指物料在連

12、續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)下通過(guò)熱交換器加熱到135-150，在這一溫度下保持一定的時(shí)間以達(dá)到商業(yè)無(wú)菌，用這種方法滅菌在有效殺滅微生物的前提下，最大限度地保留了牛奶中的營(yíng)養(yǎng)成分，生產(chǎn)的牛奶可在常溫下長(zhǎng)期保存。無(wú)菌灌裝 灌裝必須確保在無(wú)菌的狀態(tài)下進(jìn)行，計(jì)量準(zhǔn)確，封口可靠，成型完好，噴碼清晰。檢驗(yàn) 合格的產(chǎn)品直接裝箱出庫(kù)，有問(wèn)題的產(chǎn)品進(jìn)行一次復(fù)檢，仍不合格的產(chǎn)品直接銷毀。三、物料衡算3.1工藝流程損失率表步驟損失率標(biāo)準(zhǔn)化1%凈乳1%預(yù)殺菌2%脫氣1%均質(zhì)1%UHT滅菌2%（1）因每小時(shí)產(chǎn)量為1000千克/小時(shí)，取標(biāo)準(zhǔn)化的損失率為1%，則標(biāo)準(zhǔn)化后的質(zhì)量為1000*（1-1%）=990千克（2）取凈乳的損失率為1%

13、，則凈乳后的質(zhì)量為 990*（1-1%）=980.1千克取預(yù)殺菌的損失率為2%，則預(yù)殺菌后的質(zhì)量為980.1*（1-2%）=960.498千克取脫氣的損失率為1%，則預(yù)殺菌后的質(zhì)量為960.498*（1-1%）=950.893千克取均質(zhì)的損失率為1%，則均質(zhì)后的質(zhì)量為950.893*（1-1%）=941.473千克取UHT滅菌的損失率為2%，則UHT滅菌后的質(zhì)量為941.473*（1-2%）=922.644千克則無(wú)菌灌裝時(shí)的質(zhì)量為922.644千克3.2物料衡算圖原料乳驗(yàn)收（1000kg）標(biāo)準(zhǔn)化（1000kg）-1%凈乳（990g）-1%預(yù)殺菌（980.1kg）-2%冷卻貯藏（960

14、.498kg)脫氣(960.498kg)-1%均質(zhì)(950.893kg)-1%UHT滅菌(941.473kg)-2%冷卻(922.644kg)無(wú)菌灌裝(922.644kg)四、殺菌機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算 4.1確定物性數(shù)據(jù) 主要物性參數(shù)表介質(zhì)性質(zhì)密度kg/m3比熱kJ/(kg·)粘度Pa·s熱導(dǎo)率W/(m·)牛奶冷流體10302.50.002120.61蒸汽熱流體926.14.2870.2010.6844假設(shè)進(jìn)入設(shè)備的物料從80上升到137150，且在此環(huán)境下保持3s-4s，蒸汽在設(shè)備中嚴(yán)格的按照逆流方式進(jìn)行傳熱，蒸汽釋放出氣化潛熱。牛奶進(jìn)口溫度80，出口溫度140；

15、熱蒸汽溫度150，汽化潛熱r=2118.5 溫度差的計(jì)算： t=T-t=150-140=10 t=T-t=140-80=60 式中：T熱蒸汽溫度， T熱蒸汽出口溫度， t物料進(jìn)口溫度， t物料出口溫度，換熱平均溫度差：tm=（t-t）/（t/t） =（60-10）/（60/10）=27.9冷物料所需要的熱量：Q=WcCpc（t-t） =(941.473/3600)×2.5×（140-80）=39.23kw式中，Wc每秒鐘所處理的物料量，kg/s Cpc牛乳比熱容，KJ/（kg·）根據(jù)能量守恒定律：D=Q/r=39.23/2118.5=0.019kg/s=68.4k

16、g/h式中，D蒸汽消耗量，kg/h r加熱蒸汽的汽化熱，KJ/kg4.2估算傳熱面積傳熱面積S1，（假設(shè)K=1000W/·）S1=Q/Ktm=39230/（1000×27.9）=1.4為保證傳熱效果，取放大系數(shù)1.2計(jì)算校正傳熱面積SS=1.2S1=1.68。4.3校核總傳熱系數(shù)K選用25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=1.50m/s。Rei=di*ui*i/i=0.02*1.5*1030/0.00212=14575.47,i=0.023i/di(di*ui*i/i)0.8*(Cpi*i/i)0.4=1673.36w/(.)=0.725*(gr2

17、3)/(dNT)0.25g=9.8,r=2118500,=926.1,=0.6844,=0.201,d=0.025,T=150-(140+80)/2=40,3.14*dLn=S d=0.025,L=2 n=22 N=5=2747.71/K=1/+1/i+b/ b=0.0025,=45 K=982.36K值與估算值相差較小實(shí)際傳熱面積S=Q/Ktm=39230/（982.36×27.9）=1.431.2*S=1.72 4.4設(shè)備選型根據(jù)物料衡算和能量衡算結(jié)果，所選用的是上?？苿跈C(jī)械設(shè)備有限公司的型號(hào)為RP6L10的盤管式超高溫瞬時(shí)殺菌機(jī)，其產(chǎn)量為1噸/小時(shí)，尺寸可設(shè)計(jì)為為1200*1200*2000mm五、總結(jié)一個(gè)學(xué)期的食品工程原理課程結(jié)束了，在學(xué)期尾聲，我們進(jìn)行了課程設(shè)計(jì)，我所要做的是超高溫瞬時(shí)殺菌機(jī)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我需要計(jì)算很多東西，比如物料衡算、主要設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算。由于我的知識(shí)范圍有限，我參考了很多課程設(shè)計(jì)的模板，按照人家的設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算方法，一步一步地完成了我的設(shè)計(jì)，同時(shí)我也能在遇到困難時(shí)向同學(xué)及老師請(qǐng)教。經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我鞏固了食品工程原理的理論知識(shí)，培養(yǎng)