时产吨浓缩柑橘汁加工工艺设计样本.doc

食品工程原理
课程设计说明书
题 目：每小时产2吨浓缩柑橘汁工艺设计
小组组员：
学 院： 食品学院
专 业： 食品科学和工程
年 级：
指导老师：
完成日期：
目 录

设计方案介绍 5
1.设计题目 5
2. 操作条件 5
3. 设计项目 5
4.基础参数 6
生产工艺设计和设备选型 7
1.工艺步骤 7
2.浓缩柑橘汁加工工艺设备选型 9
3.注意事项 10
4.制品质量要求 10
物料衡算和部分管路计算 10
1. 物料衡算 10
2.管路设计及计算（过滤→贮料罐） 12
设计评述 15
1.方案特点 15
2.心得体会 15
附录 16

设计方案介绍
本设计欲采取湖南广柑为原料,生产浓缩柑橘汁饮料。
估计每小时生产2吨浓缩柑橘汁，基础工艺步骤为：原料→检果→洗果→压榨→酶解→过滤→均质→脱气→浓缩→脱油→杀菌→罐装。
我们依据此步骤来进行计算和设计和设备选定工作。

原料介绍：广柑,又称甜橙.常绿小乔木，高2～3米树冠中等大，圆头形或半圆形。分枝多，无毛，小枝呈扁压状棱角，无刺或稍有刺。叶退化呈单叶状：叶柄长0.8～1.8厘米，叶翼窄，宽2～3毫米，和叶交结处有显明隔痕；叶片椭圆形，长6～12厘米，宽3～5.5厘米，先端渐尖，基部阔楔形，边缘有不显著波状锯齿；革质。花萼杯状，3～5裂，裂片卵圆形，先端窄尖；花瓣4～8，通常为5，长椭圆形，长达1.5厘米，宽0.7厘米；雄蕊多数，花丝常数簇愈合着生在花盘上；子房上位，10～13室，每室有胚珠4～8枚，子房近球形。花柱粗大，常早落。果大，径长7～9厘米，圆形至长圆形，果皮淡黄、橙黄或淡血红色，较韧滑。油泡平生微突，果肉橙黄色至血红色，柔软多汁、有香味。果皮和果肉不易分离。果心小而充实。种子多、少或无，因品种而异，卵形或长圆形，多胚，白色。染色体2n=18，也有三倍体、四倍体和六倍体。果实含有大量糖和一定量柠檬酸和丰富维生素C,营养价值较高,色、香、味俱佳,是鲜食用优良果品。
1.设计题目
浓缩柑橘汁饮料生产工艺及管路设计
2. 操作条件
常压： 101kPa
高度： 0～4m
地点：湖南绥宁县
原料：广柑
类别： 果汁饮料
3. 设计项目
（1）设计方案介绍
（2）工艺计算：浓缩柑橘汁饮料生产工艺、选型设备及相关管路计算；
（3）关键结构尺寸设计；
（4）辅助设备选型：离心泵形式；
（5）对本设计进行评述。

4.基础参数
柑橘营养成份列表(每100克可食部分含)
成份名称
含量
成份名称
含量
成份名称
含量
碳水化合物(克)
12.2
水分(克)
86.9
热量(千卡)
52
烟酸（毫克）
0
蛋白质(克)
0.6
脂肪(克)
0.1
胆固醇（毫克）
0
膳食纤维(克)
2.1
胡萝卜素(微克)
0.11
钙(毫克)
58
硫胺素(毫克)
0.08
核黄素(毫克)
0.03
锰(毫克)
0.05
维生素C(毫克)
54
维生素E(毫克)
1.46
磷(毫克)
15
钾(毫克)
182
钠(毫克)
0.9
粗纤维(克)
0.6
镁(毫克)
10.8
铁(毫克)
0.2
尼克酸(毫克)
0.2
锌(毫克)
0
铜(毫克)
0.06
氯(毫克)
1.0
硒(微克)
0.98
碘(毫克)
0

单位选定
名称
单位
备注
质量G
千克 kg

直径 d
毫米 mm

体积V
立方米 m3

重力加速度g
米每平方秒m/s2
9.81 m/s2
力/重量 W
牛顿 N
质量×g kg·m/s2
表压 p
千帕 kPa(G)
1 kPa=1000帕 Pa
1 Pa =1N/ s2
= 9.81 kg／m·s2　1 kPa=1000×9.81 kg／m·s2
绝压p
千帕 kPa(A)

温度T
摄氏度 ℃

TABS
开尔文度K
即（T+273）
时间t
小时h
分 min
秒 s

对于流体：
质量流量QM
千克/小时 kg/h
千克/秒 kg/s

体积流量QV
qV
立方米/小时 m3/h
升/秒 L/s
1 m3/h = 0.2781 L/s
1 L/s = 3.6 m3/h
对于气体：
质量流量QM
体积流量QV
千克/小时 kg/h
立方米/小时 m3/h

生产工艺设计和设备选型
1.工艺步骤
原料→检果→洗果→压榨→酶解→过滤→均质→脱气→浓缩→脱油→杀菌→罐装

（1）工艺步骤设计说明
依据设计任务书条件和要求，经过对现有生产现场调查或对现有资料分析对比，选定适宜步骤方案和设备类型，初步确定工艺步骤。对给定或选定工艺步骤、关键设备型式进行简明叙述。
浓缩柑橘汁饮料生产方案依据其加工工艺步骤进行，分选，清洗，压榨，过滤，脱气，然后提取果汁进行真空浓缩，脱油，杀菌，最终罐装成品。设备选定、管路计算等全部是在在这一工艺步骤下确定。

（2）具体操作关键点
原料:选择湖南广柑为原料.湖南广柑果皮光滑有光泽，肉质致密，香甜可口、细脆，果汁多，含糖量高，成熟度、硬度适中，耐贮藏，比较新鲜品种。

检果: 腐败果会给产品带来腐败味，也是微生物污染根源，病虫害果是苦味原因，有时也会使果汁色泽恶化，所以应选择新鲜良好、汁多、纤维少、充足成熟果实，必需剔除病虫害果和腐败果。

洗果: 原料表面会附着尘土、泥沙、残留农药、微生物等，在加工前应进行清洗，原料经过流水输送至清洗设备中，在含有0.1%高锰酸钾溶液水中浸泡几分钟，用浮洗机清洗，利用水力输送方法输送原果，清洗根本，洁净且不伤物料。在输送流槽水冲力作用下，物料随水流抵达下道工序，带喷淋清洗装置，使砂石沉淀到底层排走。喷淋水用含氯10-30mg/kg清洗水喷淋后经清洁水冲洗。再弃除上个程序挑选过程中漏不合格果实，经输送带送往榨汁机榨汁。

压榨：柑橘榨汁过程中通常会变味，这是因为白衣层、囊衣、种子破碎，苦味成份、果香精油等混入引发。通常不采取破碎压榨方法，而采取逐一榨汁方法，这么就能够避免上述物质大量混入果汁中。可采取螺旋式榨汁机榨汁，加料后，物料就在螺旋推进力作用下沿轴向出料口移动，因为螺距渐小，螺旋内径增大，对物料产生预压力，从而使汁液流出。果汁出汁率受果实质地、品种成熟度、榨汁方法等原因影响，通常出汁率为40%-50%。不一样品种柑橘采取压榨方法也不一样。对于湖南广柑,其出汁率为49%.

脱油: 此时果汁中还含有过量香精油，所以需要进行脱油。用离心机分离出香精油即可完成脱油操作。

酶解:果蔬汁中胶体系统关键是由果胶、淀粉、蛋白质等大分子形成，添加果胶酶和淀粉酶分解大分子果胶和淀粉，破坏果胶和淀粉在果蔬汁中形成稳定体系，悬浮物质伴随稳定体系破坏而沉淀，使果蔬汁得以澄清。生产中常常使用复合酶，这种酶含有果胶酶、淀粉酶和蛋白酶等多个活性酶。。

过滤:榨出果汁中含有果皮碎片和囊衣、较大块果肉等，这些物质不仅影响果汁外观和风味，还有使果汁很快发生变质。混浊型柑橘汁在保留色粒以取得色泽、风味和香味特征前提下，除去分散在果汁中粗大颗粒或悬浮粒。粗率可除去这些杂质。通常榨汁机均附有果汁粗滤设备（滤孔为0.5mm左右），无需另设粗滤机。可依据实际情况将粗滤后果汁送往硅藻土过滤机（孔径为0.3mm），果汁质地可由压力和筛孔大小控制，通常使果肉浆含量为3%-5%。

均质: 均质是混浊橘子汁制造特殊工序，经过均质设备，使果汁中所含悬浮颗粒被破碎，使果胶和果肉均匀分布在果汁中，预防沉淀、产生适宜口感。采取14.1-24.52Mpa压力高压均质机。

脱气: 柑橘组织中溶有一定空气，在加工中经过榨汁均质、和泵管道输送对将大量空气带进果汁中，生产中需要将这些溶解空气除去。因为脱气能够加少或避免柑桔汁氧化，降低其色泽和风味被破坏和营养损失，如维生素C氧化，避免悬浮颗粒上浮，降低腐蚀，预防灌装和杀菌时残产生泡沫，提升杀菌效果。在生产上通常见真空脱气，经过真空条件下使柑桔汁在脱气机中以雾状形式喷出，脱出氧气。为充足脱气，果汁温度比真空罐中温度高2-3℃，热脱气温度50-70℃，脱气罐内真空度为90.7-93.3KPa。本设计采取真空泵真空锅脱气。

浓缩:刚榨出来果汁可溶性固形物含量为12%,而浓缩通常使其含量增加到60~80%,所以,确定浓缩比为5:1。浓缩蒸发量。

杀菌：果蔬汁杀菌和包装是产品得以长久保藏关键。果蔬汁中存在着多种微生物，它们会使产品腐败变质；同时还存在着多种酶，使制品色泽、风味和体态发生改变。在进行杀菌时，首先需要杀灭果蔬汁中有害微生物以达成商业无菌和钝化果蔬汁中酶，同时应考虑产品质量不要受到太大影响。柑橘汁饮料酸度较大，即PH较低，微生物已受到抑制，所以杀菌时酵母霉菌和无芽孢杆菌为杀菌对象。在生产果蔬汁中杀菌方法广泛采取，高温短时杀菌和超高温杀菌。。对于PH<3.7高酸度饮料采取高温短时杀菌，通常温度为95℃，杀菌时间为15-20S。而对于PH>3.7柑橘汁饮料，广泛采取超高温杀菌方法，温度为120-130℃，时间为3.6S。因为柑橘汁饮料PH<3.7，故选择高温短时杀菌，杀菌温度通常为95℃,15-20S。同时为避免果受到长时间加热，要控制好果汁速度。本设计选择列管式杀菌机。

罐装：果汁在杀菌后，趁热进行灌装，容器多用PET瓶，灌装前果汁温度大于80℃，然后进行密封，冷却，冷却后在顶隙会形成一定真空度，能够很好保持果汁品质。同时冷却时，要把果汁温度快速降低到40度以下，预防果汁在高温下变质。

2.浓缩柑橘汁加工工艺设备选型
检果： BXJ拣选机 型号：WXJ-10 生产能力：20t/h 功率：1.1 外形尺寸：3000×1500×900
洗果：MSJ毛刷清洗机系列 型号：MSJ-10 生产能力：20t/h 功率（KW）：9.2 外形尺寸：3500×1200×
压榨：螺旋压榨机（JLY） 型号：JLY-10 生产能力:10t/h 电机功率:11Kw+0.37kw 外型尺寸:3040×1100×1650mm
脱油：三足式离心机 型号：SG/SGZ800 电机功率(kw)：7.5/11 形状尺寸（长×宽×高）(mm)： ×1400×1700
酶解：DVN系列单层储罐 型号：DVN-10 公称容积(L)：10000 外径（D）：2050
过滤：CDEF 系列烛式硅藻土过滤机 型号：CDEF-15 生产能力(T/h)：15 功率(Kw)：4.0 过滤面积(m2)：6
均质：GJ高压均质机 型号：GJ-5-25 额定流量(m3/h)：5 额定压力(Mpa)：25 进料口径(mm)：50 均质出料口径(mm)：25 高压泵出料口径(mm)：ZG3/4″电动机率(kw)：45 外形尺寸(长×宽×高mm)：1400×1250×1600 整体重量(kg)：1450
脱气：真空脱气机 型号：ZT-15 处理能力：15000L/H 电机总功率：8KW 直径：2100
浓缩：多功效浓缩装置 型号：RSZ-12 处理量：6~12t/h 蒸发量：5~10t/h 耗汽比：0.32kg/kg 直径：3000mm
杀菌：管式杀菌机 型号TW10D3000，产能3000 (L/H)，功率25 (KW)，系统设计压力5 (MPa)，蒸汽耗量720(kg/h)，压缩空气耗量12(m3/h)，冷却水耗量25(t/h)，物料杀菌温度90-125 (℃)，杀菌时间120-180 (s)，进料温度60-68 (℃)，出料温度≤40 (℃)，外型尺寸1100×2100×3000(mm)。
总高（H）：4450 进出口径：65
罐装：WGJ 型无菌大袋灌装机 型号：WGJ1(单头) 灌装规格：5 -220L 最大灌装能力：5000L/H 电力：380±38V 蒸汽耗量：0.5MPa 50kg/h 压缩空气：0.7MPa 10m3/h 外型尺寸：2m×2m×3m(长宽高)
注：在某两设备之间，会有部分贮料罐：DVN系列单层储罐 型号：DVN-10 公称容积(L)：10000 外径（D）：2050

3.注意事项
（1） 香精油含量通常保持在0.015%-0.025%,可使柑橘汁含有良好香气和风味。
（2） 柑桔汁属热敏感性果汁，加工和贮藏中易受热氧化，从而引发果汁风味和色泽改变。所以，加工中应尽可能缩短果汁受热时间，成品贮存温度不能过高。
（3） 因为浓缩以后粘度增大，无法使用离心泵输送其进入下一级设备，所以，在浓缩→杀菌设备之间选择螺杆泵。（型号：单螺杆泵G—2.0；流量：2t/h;功率：1.10kW；转速：960rpm）

4.制品质量要求
果汁呈橙黄色或淡黄色。含有鲜柑桔汁应有风味，酸甜适口，无异味。汁液均匀混浊，静置后许可有沉淀，但经摇动后仍呈原有均匀混浊状态。原果汁含量不低于40％、60％或80％。可溶性固形含量(以折光计)为11％～15％。

物料衡算和部分管路计算
1. 物料衡算
依据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。经过物料衡算能够计算原料和产品间定量转变关系，和计算多种原料消耗量，多种中间产品、副产品产量、损耗量及组成。
物料衡算基础是物质质量守恒定律，即进入一个系统全部物料量必等于离开系统全部物料量，再加上过程中损失量和在系统中积累量。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4
∑G1：——输人物料量总和；∑G2：——输出物料量总和
∑G3：——物料损失量总和；∑G4：——物料积累量总和
当系统内物料积累量为零时，本工艺假定系统内物料积累量为零，上式能够写成：
∑G1=∑G2+∑G3
本工艺为连续式操作过程，能够采取单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。物料衡算结果列成原材料消耗定额及消耗量表，见下表和图

混浊浓缩果汁加工工艺恒算表
编号
工艺
∑G1（t）
∑G2（t）
∑G3（t）
损失率（%）
备注
1
检果
22.78
22.32
0.46
2

2
洗果
22.32
22.32
0.00
0.00

3
压榨
22.32
10.49
11.83
53
出汁率47%
4
脱油
10.49
10.33
0.16
1.5

5
过滤
10.33
10.07
0.26
2.5

6
均质
10.07
10.07
0.00
0.00

7
脱气
10.07
10.02
0.05
0.5

8
浓缩
10.02
2.004
7.998
79.8
浓缩比5:1
10
杀菌
2.004
2.004
0.00
0.00

11
罐装
2.00
2.00
0.00
0.00

浓缩柑橘汁物料衡算步骤图
均质
10.07t
损失：0%
原料
22.78t

过滤
10.07t
损失：2.5%

压榨
10.49t
损失：53%

检果
22.32t
损失：2%

洗果
22.32t
损失：0%

脱油
10.33t
损失：1.5%

脱气
10.02t
损失：0.5%

浓缩
2.004t
浓缩比：5:﹕1
杀菌
2.004t
损失：0%

成品
罐装
2t
损失 0.2%

2.管路设计及计算（过滤→贮料罐）
（1）选管子：

查取 ρ=1100Kg /m3 μ=0.0036 Pa.s

取
查管径标准规格选择 管内径为
则实际流量
（2）能量衡算：
依据伯努利方程：
由所设计条件知：
由公式： 得 为湍流
（冷拔无缝钢管）
查赵思明主编《食品工程原理》第16页图1-26摩擦阻力系数和 及相对粗糙度关系图得

（3）阻力计算
取管长 沿程阻力：
A.局部阻力：1个突缩，1个突扩，2个90 标弯，1个截流阀
突缩和突扩：
2个90 标弯：
1个截止阀全开：
B.全程阻力：

由

泵效率取0.67
则泵轴功率为：
（4）选泵：选BAW系列卫生级离心泵
型号：BAW-10-24
流量（吨/小时）：10
扬程（米）：24
电机功率：2.2
进出口径：51/38
外形尺寸：515×275×380
中心高：225

0
0.5m

3.5m

0.5m
1m

0.5m

设计评述
1.方案特点
本产品设计关键是设计时产2吨浓缩柑橘汁饮料生产，关键加工步骤有柑橘原料检果、洗果、榨汁、过滤、脱油、均质、脱气、浓缩、杀菌、罐装等。在工艺设计过程中查找了大量最新文件，
本方案中设计中预期达成生产稳定（设有储罐），生产环境安全，设备性价比较高。生产出来产品在ISO9001H和ISO2和HACCP生产管理下，果汁体系均匀分散稳定，色泽亮丽，酸甜可口，香气浓郁无异味杂质，同时采取合成食品添加剂少，将是备受欢迎浓缩果汁饮料。
该生产线设备选择经济，各个设备功率、生产能力全部是依据产量要求合理选择。同时配合柑橘果汁饮料理化特征合理选择设备和加工条件。本生产线能生产出甜酸适宜、气味芳香、色泽柔和果汁饮料。不过本方案中生产线设计上可能有不完备地方，或考虑不周和缺乏实际工厂生产经验，在生产工程中考虑经济原因，生产简易性，本设计一些工序可能能够省略。

2. 心得体会
到这里，课程设计已经靠近尾声，经过这半个多月查资料和讨论，我们全部收获挺多，而且学会了团结和分工合作。
就课程设计本身而言，经过数次讨论和校正，我们最终比较圆满完成了任务。在这中间，我们一起讨论，一起找资料，每个人全部努力完成任务。从确定工艺步骤到设备选型，从物料和管路计算到最终完成设计图，一步一步我们全部反复筛选和验证，而且不停问询老师和同学，最终才做最终决定。在这一步步过程中，我们经过查资料对以前知识做了一定复习和巩固，从中得到了新了解和体会。而且，因为对多种设备反复筛选和选择，也让我们对现在比较优异机械设备有一定认识，同时，因为需要完成设计图，我们参考前人构想和大量资料，从中学习和吸收了很多她人经验，并对工厂设计和流水线排布有了一定了解。
其次，我们因为讨论而聚在一起，使得相互愈加了解，增加了各自友谊。而且因为数次争论和合作，让我们明白了团体意义，也学会了相互包容和了解。经过半个多月合作，我们对相互有了部分新了解，能够愈加好了解她人思想，而且适时提出自己见解。
总而言之，因为这半个月合作，我们不仅对书本知识有了重新了解，对果蔬汁工业设计有了基础认识，也学会了愈加好利用手中其它资料。同时，因为讨论，我们不仅收获了精神食粮，还收获了一份意外友谊。
附录
【参考文件】
[1]单杨.柑橘加工概论.中国农业出版社..11
[2]张裕中.食品加工技术装备.中国轻工业出版社..4
[3]张宝善，王军.果品加工技术.中国轻工业出版社，.9；
[4] 薛效贤.新型饮料加工及配方.科学技术文件出版社，1998；
[5] 李基洪.软饮料生产工艺和配方.广东科技出版社，；
[6]商训生.果品蔬菜贮藏加工问答.中国农业出版社.1995.3
[7]何东平.食品工厂设计.中国轻工业出版社..5
[8]何铭新，钱可强.机械制图.高等教育出版社..1
[9]蔡希林.AutoCAD实用教程.清华大学出版社..2
[10]肖旭霖.食品机械和设备.科学出版社..7
[11] 轻工业部上海轻工业设计院.食品工厂设计基础.中国轻工业出版社，1992；
[12]胡文忠.生鲜食品厂建厂指南.化学工业出版社..7
[13] 赵思明 主编.食品工程原理.北京；科学出版社，
[14] 邵长富 赵晋府 主编.软饮料工艺学.北京；中国轻工业出版社，.1
[15] 汪远信 主编.机械设计基础.北京；高等教育出版社，.7
[16] 唐克中 朱同钧 主编.画图几何及工程制图.北京；机械工业出版社，.8
[17] 任金泉 主编.机械设计课程设计.西安；西安交通大学出版社，.12
[18] 吴宗泽 主编.机械设计实用手册.北京；高等教育出版社，.11
[19] 匡国柱 史启才 主编.化工单元过程及设备课程设计.北京；化学工业出版社..10
[20] 蒋迪清 唐伟强 主编.食品通用机械和设备.广州:华南理工大学出版社,1996.2
[21] 朱蓓薇 主编.饮料生产工艺和设备选择手册.北京.化学工业出版社，.11
[22] 无锡轻工业学院 轻工业部上海轻工业设计院 主编.食品工厂设计基础.北京.中国轻工业出版社，1992.05
[23] 邓舜扬 主编.新型饮料生产工艺和配方.北京.中国轻工业出版社..8
[24] 崔建云 主编. 食品加工机械和设备.北京.中国轻工业出版社..7
[25] 娄爱娟 吴志泉 吴叙美 主编.化工设计.广州.华南理工大学出版社..8

【符号说明】
λ：阻力系数
ξ：局部阻力系数
μ：粘度
ρ：流体密度
ε： 管壁绝对粗糙度
：阻力
：管路长度
：管路直径