本科毕业设计
题 目年产4000吨苹果醋生产车间设计 学生姓名 XXx 专业名称 化学工程与工艺 指导教师 XXXX
2015 年 4 月 22日
目 录
1绪论 ............................................................................................................................................... 2
1.1 苹果醋的简介 .................................................................................................................... 2 1.1.1 苹果醋的价值 ................................................................................................................. 2 1.1.2 苹果醋的国外市场需求 ................................................................................................. 2 1.1.3 国内苹果醋市场的发展现状 ......................................................................................... 3 1.2 本课题研究的意义 ............................................................................................................ 3 1.3 本课题的研究内容 ............................................................................................................ 3 1.4 设计原则 ............................................................................................................................ 4 2 厂址选择....................................................................................................................................... 4
2.1 厂址选择 ............................................................................................................................ 4 2.2厂址的环境条件 ................................................................................................................. 4 3工艺设计........................................................................................................................................ 5
3.1 生产工艺流程的选择 ........................................................................................................ 5 3.1.1 生产工艺流程选择的原则 ............................................................................................. 5 3.1.2 生产工艺的确定 ............................................................................................................. 5 3.1.3 生产工艺流程图 ............................................................................................................. 6 3.2生产时间安排及班产量确定 ..................................................................................................... 6
3.2.1 产品生产时间安排 ......................................................................................................... 6 3.2.2 班产量确定 ..................................................................................................................... 6 3.3 材料与仪器设备 ........................................................................................................................ 7
3.3.1 主要原料 ......................................................................................................................... 7 3.3.2 主要仪器 ......................................................................................................................... 7 3.4 工艺要点 ............................................................................................................................ 7 3.4.1 调整糖度 ......................................................................................................................... 7 3.4.2 杀菌、冷却 ..................................................................................................................... 7 3.4.3 酒精发酵 ......................................................................................................................... 7 3.4.4 醋酸发酵 ......................................................................................................................... 8 3.4.5调配 .................................................................................................................................. 8 3.4.6 罐装 ................................................................................................................................. 8 3.4.7 冷却 ................................................................................................................................. 9 3.4.8 灯检 ................................................................................................................................. 9 3.4.9 陈酿 ................................................................................................................................. 9 3.5 产品质量标准 .................................................................................................................... 9 3.5.1感官指标 .......................................................................................................................... 9 3.5.2 理化指标 ......................................................................................................................... 9 3.5.3微生物指标 .................................................................................................................... 10 3.6 讨论.......................................................................................................................................... 10
3.6.1温度对发酵的影响 ........................................................................................................ 10 3.6.2 不同接种量对发酵的影响 ........................................................................................... 10 3.6.3 糖度堆发酵的影响 ....................................................................................................... 10
1
3.7 物料衡算 .................................................................................................................................. 10
3.7.1 衡算原理 ....................................................................................................................... 11 3.7.2 计算准则 ....................................................................................................................... 11 3.7.3 苹果醋生产指标和数据 ............................................................................................... 11 3.7.4 100kg浓缩苹果汁需要苹果醋的物料衡算 ................................................................. 11 3.7.5 生产1吨苹果醋所需原料衡算 ................................................................................... 13 3.7.6 生产4000吨苹果醋所需原料的计算 ......................................................................... 14 3.7.7 生产能力计算 ............................................................................................................... 14 3.7.8 生产1吨苹果醋消耗的原料和包装材料的定额 ....................................................... 15 3.8 设备生产能力的计算与选型 .................................................................................................. 15
3.8.1 工厂设备选择原则 ....................................................................................................... 15 3.8.2发酵车间的设备选型与论证 ........................................................................................ 16 3.8.3 灌装车间设备选型 ....................................................................................................... 20 3.9 车间管路布置 ........................................................................................................................ 22
3.9.1 管径的计算 ................................................................................................................... 22 3.9.2 物料管的选择 ............................................................................................................... 22 3.9.3 自来水管的选择 ........................................................................................................... 22 4 对水、电、气用量的估算 ......................................................................................................... 23
4.1用水量的估算 ................................................................................................................... 23 4.2 用电量的估算 .................................................................................................................. 23 4.3用气量的估算 ................................................................................................................... 23 5 生产车间工艺布置 ..................................................................................................................... 24
5.1生产车间工艺布置原则 ................................................................................................... 24 5.2 苹果醋车间平面布局特点 .............................................................................................. 24 5.3 车间尺寸 .......................................................................................................................... 24 5.4 车间其它设施及结构设计内容 ...................................................................................... 25 6结语 ............................................................................................................................................. 25 参考文献......................................................................................................................................... 26 谢 辞......................................................................................................................................... 27
2
年产4000吨苹果醋生产车间设计
摘要：本设计的主要内容是年产4000吨苹果醋的车间设计。本着用最少的资源创造最大经济效益的原则，兼顾环境效益、投资成本等方面，从原料来源、生产技术、销售渠道等条件出发，对4000吨苹果醋进行车间平面、立体设计，其中具体包括厂址选择、生产工艺、设备选型、设备布置、物料衡算、生活设施等方面。联系生活实际和目前市场状况，对方案进行合理安排。
关键词：苹果醋；生产工艺；平面设计；立体设计；设备选型；物料衡算
A Design of an annual output of 4000 tons of apple cider vinegar factory
Abstract：The main content introduces a design of an annual output of 4000 tons of apple cider vinegar factory.Following the principle of with the least amount of resources to creat the biggest economic benefits and concerning the environmental benefits,capitalized cost and other aspects,for 4000 tons of apple cider vinegar,we carry out the design of the plane and three-dimensional workshop starting from the condition the raw material source,production technology,sales channel and others.Some specific steps include production site
selection,production process,equipment selection,equipment arrangement,material balance,living facilities and so on.We should have a knowledge of the actual life and market conditions so that this design can get reasonable arrangement.
Key words: Apple cider vinegar; Production process; Plane design; Three-dimensional design; Equipment selection; Material selection.
3
1绪论
1.1 苹果醋的简介 1.1.1 苹果醋的价值
苹果一直来有“智慧果”、“记忆果”的简称，人们很早以前就发现，多吃苹果有加强记忆、提高智能的效果。苹果含有丰富的糖、维生素、矿物质等大脑必须的营养素，其中最重要的是含有锌元素，我们都知道锌是人成长过程中促进生长发育的必须元素，缺少锌多的话可能会使儿童的记忆能力和学习能力直接受到严重阻碍。在日常生活中，多吃苹果有很大的益处，苹果成分中含有丰富的无机盐，其中钾盐、镁盐对心血管具有保护作用[1]。
近几年，随着科技的进步，苹果种植管理技术大大提升，再加上我国苹果本身种植面积广、种类多，产量比起以往年年大丰收。水果除了国内出售和出口以外，剩余量、田间腐烂率还是很高，为了提高利用率、最大限度的变废为宝，许多产区将剩余苹果进行储存加工，发酵加工制成苹果醋，很大程度上提升了经济效益和社会效益。
食醋是我们日常生活中的基本酸性调味品，主要由大米、高粱、玉米等粮食作物制成，现在以水果代替粮食来酿醋，不仅充分利用了水果资源而且也大量节约了粮食资源。水果醋在传统酸性醋的基础上又增添了独具一格的风味、营养、口感，而且果醋将苹果中的矿物质、氨基酸等营养成分在很好的保留了下来，对人体健康有利。因此苹果醋是一种集营养、保健、食疗等功能为一体的新型饮品。 1.1.2 苹果醋的国外市场需求
人类生产、食用果醋已有7000多年的悠久历史，比粮食醋早3800多年，10世纪时苹果醋在法国已相当盛行，17世纪以后欧洲各国结合各自的物产和饮食习惯生产出不同品种的果醋[2]。后来随着人们对果醋的不断深入了解，各类果醋产品更是层出不穷。现在发达国家的果醋市场已相当成熟，不仅规模大发展也快，果醋作为一种营养保健型产品，深得广大消费者的亲睐与喜爱。在日本70年代末就将果醋纳入国家标准，并于80年代末掀起一股保健醋热潮[2]。日本货架上陈列着各种各样的果醋，不是作为调味品，更多则是日本女孩子日常生活中的美
2
容、保健产品。
1.1.3 国内苹果醋市场的发展现状
在中国，苹果醋作为商品始于二十世纪九十年代末，随着经济的发展，人们对生活品质的要求越来越高，消费观念也在不断转变，苹果醋作为一种新型饮料呈现出一种蓬勃向上的发展势头。苹果醋因其原料丰富、营养丰富、功能卓越，越来越被人们认可和接受，因此被誉为是继碳酸饮料、饮用水果汁和茶饮料之后的“第四代黄金”饮品[3]。近些年我国癌症死亡率明显上升，这也唤起了人们对养生之道的重视，不论电视还是报纸、杂志都在大大宣传尽量食用无添加、无污染的农家绿色产品，这样也正好迎合了苹果醋市场的发展，吸引了大批消费者，从而不断扩大其规模产业。 1.2 本课题研究的意义
苹果醋加工方法可以归纳为鲜果浸泡制醋、果汁制醋、鲜果制醋、果酒制醋。本课题主要采用鲜果浸泡制醋，是将鲜果浸泡在一定浓度酒精溶液或食醋溶液后，再进行醋酸发酵，这样酿造不仅酸度高而且工艺简洁果，而且发酵中微生物将水果中原本具有的丰富的有机酸、氨基酸、维生素以及矿物质等营养物质导入到果醋中，使其很好的保留了下来，和鲜活水果的功效差不多。
苹果醋作为果汁的一种新开发产品，既消解了原醋的生醋味，还带有果汁的甜香，酸中有甜，甜中带酸，喝起来非常爽口。苹果醋中含有果胶、维他命、矿物质及酵素，苹果醋含有酸性成分具有杀菌功效，有助排除关节、血管及器官毒素。果胶能帮助排泄、磷遏止制腐细菌的生长、钾能滋润细胞及平衡钠含量[4]。同时苹果醋中含有的抗氧化物质可以抑制人体中过氧化物的形成，缓解细胞衰老，有很好的抗衰老作用。 1.3 本课题的研究内容
本次毕业课题的内容是年产4000吨苹果醋的车间设计，设计内容包括：产址的选择、工艺设计、物料衡算、设备选型、车间尺寸规划、辅助设施等。
3
1.4 设计原则
本设计根据项目的特点，综合考虑了资源的合理利用与绿色环保要求，以降低损耗、提高设备机械生产能力，求得最大经济效益为标准。设计根据目前市场状况，对产品的包装力求创新，运输环节力求简单易操作，利用最佳的原料、最先进的工艺、最严格的措施生产出世界上最优质的产品。
2 厂址选择
2.1 厂址选择
本苹果醋产位于陕西省延安市洛川县西南角，洛川苹洛川是世界上公认的苹果最佳优生区，宝地出宝果，由于果型端正、口感香甜，色泽鲜艳，洛川苹果受到了国内外的亲睐，洛川苹果还曾经获得省部级以上的170项大奖，被第11届亚运会和第22届大运会作为指定水果，作为人民大会堂的专供苹果 [5]。将产址选在洛川县，首先解决了原料问题，更重要的是产址西延铁路沿洛河川北上，210国道穿境而过，洛韩公路横贯东西，地理位置优越，交通四通八达，为成品运输提供了良好的便利条件。
该产地势较高，可防洪防灾，而且位于偏远郊区，周围树木居多，工厂较少，没有各种污染性的源头，水、电供应也很充足。
该产生产的苹果醋饮料销往延安市区及洛川县各中小城市，另外利用交通便利的优势销往全国各地大小城市。 2.2厂址的环境条件
表2.1 环境条件参数
环境条件
参数 年平均气温 极端最高温度
气温
最热月平均气温 极端最低温度 最冷月平均气温
参数值 9.2℃ 38℃ 21.6℃ -23℃ -4.6℃
4
湿度
年平均相对湿度
夏季相对湿度 冬季相对湿度
60% 64%
53%
885.4mmHg 878.5mmHg 892.3mmHg （地面以上10米）19m/s
3 m/s 东南向 西北向
615.4mm 115.7mm 4.7mm 156.1mm 66天
大气压
年平均气压 最热月平均气压 最冷月平均气压
风
瞬时风速 年平均风速 夏、秋季主导风向 冬、春季主导风向
降雨量
年平均降雨量 月平均最大降雨量 月平均最小降雨量 最长连续降雨 最长连续降雨天数
3工艺设计
3.1 生产工艺流程的选择 3.1.1 生产工艺流程选择的原则
（1）秉承技术上的先进性和经济上的合理可行，尽量选择物料损耗小、循环量少、能量消耗小、回收利用好的生产方法。
（2）依靠技术的成熟性进行投产，同时考虑项目的可持续性原则。 （3）结合企业与当地情况，选用与建设规模、产品方案以及工产员工素质、管理水平相适应的设备，同时也要与当地环境要求相适应。
（4）严格按照食品市场监督制度的要求制定工艺流程。 3.1.2 生产工艺的确定
因本设计选址在陕西延安洛川，洛川所在的区域属渭北黄土高原丘陵沟壑
5
区，暖温带半湿润性大陆性季风气候，土层深厚，土质优良，四季分明，光照充足，环境优良，昼夜温差大，延安的气象条件完全符合世界优质苹果生产的全部七项指标，是世界公认的苹果最佳优生区[5]，因此洛川有很多农副产品加工工厂。苹果生产和季节有一定关系，7、8、9月是苹果的主要生长、成熟区，降水量丰富，出产量大，但其它月份为了让苹果保鲜投入较高，不适合工业生产，而将苹果加工再经过发酵成为苹果醋，花费低很多，因此该设计是采用浓缩苹果汁作为发酵原料的果醋发酵工艺。 3.1.3 生产工艺流程图
图1 苹果醋生产工艺流程图
3.2生产时间安排及班产量确定
3.2.1 产品生产时间安排
从产品方案设计的合理性、简洁性、经济性原则出发，从工厂的实际情况出发，综合考虑产品产量、人员分配、资金投入、利用率等情况，确定生产分为4班次，每天运转3班次，每班工作8小时。 3.2.2 班产量确定
年产量：4000t;
6
每小时生产量：0.55t; 生产天数：300天； 日产量：约13.3t;
班产量：3个班平均每天生产约4.4吨.
3.3 材料与仪器设备
3.3.1 主要原料
菌种：活性醋酸菌、活性干酵母，特点是繁殖力强，耐高温，抑制发酵过程中杂菌的生长。
原辅料：优质苹果榨成的浓缩鲜苹果汁、维生素C、白砂糖、蜂蜜、苹果香精、葡萄糖、酒精、果胶酶、维生素B、纯净水。 3.3.2 主要仪器
分析天平、显微镜、灭菌锅、台秤、保温箱、蒸馏装置、发酵罐、酒精比重计、均质机。 3.4 工艺要点 3.4.1 调整糖度
根据发酵时生成酸度要求调整糖度，将蔗糖溶液生成的糖浆煮沸杀菌后加入苹果浆中，苹果中的总糖含量一般在120g/L左右，能发酵7%v/v左右的酒，若要发酵酒精度更高的苹果酒就要添加更多的糖。工业上常用98.0%～99.5%的结晶白砂糖来调整苹果汁的糖分[6]。 3.4.2 杀菌、冷却
用板式热交换器把经过调配的的原料加热到60-70℃，目的是杀死原料中的杂菌，再进行冷却，最后温度保持为25℃。 3.4.3 酒精发酵
将苹果汁接种后放入到一定温度条件下进行酒精发酵，3天后发酵基本完成，静置澄清后调整酒精度，进入醋酸发酵。酒精发酵分为以下三个时期：
7
发酵前期：前发酵期中将活化酵母接入发酵醪中，酵母菌主要进行有氧呼吸，前发酵期时间的长短主要取决于接种量的大小，当接种量越大，前发酵期就会越短，整个前发酵期的温度应该保持在低于30℃的范围内[7]，发酵持续时间一般大约为10小时左右。前发酵期，应特别注意污染杂菌的感染，因为此时期杂菌易抑制较少的酵母数量，故应加强卫生管理。
发酵中期：此时已形成大量酵母数量，发酵醪中基本没有氧气剩余，酵母菌停止繁殖主要开始进行酒精发酵，这时酵母菌就从有氧呼吸转入厌氧呼吸，酒精发酵主发酵期开始。这时发酵醪中的糖分含量下降明显，酒精含量随之上升[7]。后发酵期：后发酵阶段，醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，酒精含量过高，抑制了酵母菌生长。发酵作用减弱，发酵醪的温度下降，此时醪液温度应控制在30-32℃左右。 3.4.4 醋酸发酵
乙醇在醋酸菌作用下氧化成乙酸，这个过程称为醋酸发酵，是食醋生产主要环节。乙醇氧化过程可分为两个阶段，首先乙醇在乙酸脱氢酶的催化下氧化生成乙醛，然后乙醛再吸水形成乙醛水合物，然后在乙醛脱氢酶作用下氧化生成乙酸
[8]
。发酵前期为菌种适应期，生长慢，对氧需求量少，故通风量要少。发酵中期
醋酸菌活性上升，有大量菌种繁殖，呼吸作用加强需要大量氧，故应加大通风量。 发酵后期随着醋酸菌大量繁殖，氧化酶含量大大提升，催化乙醇有氧反应生成乙酸。 3.4.5调配
过滤后得到的发酵液为苹果原醋，还具有一定酸度，为了保持苹果醋在风味上香甜可口、口感爽，通过实验确定，其最佳饮料配方为（以100ml饮料计）：7g,蔗糖7g,苹果醋6ml,香精2ml[9]。其余加纯净水补充，充分混匀各种配料。 3.4.6 罐装
将调配好的混合液预热杀菌，再进行超高温杀菌，冷却后，进行加盖，密封，罐装。在这过程中要防止受到外来细菌的污染，做好瓶盖的消毒处理。
8
3.4.7 冷却
灌装后的产品要淋水冷却至室温，等到完全干燥后，贴上标签。 3.4.8 灯检
产品最后在放入包装箱前要进行灯检，确保饮料中不含多余杂质。 3.4.9 陈酿
刚制出来的苹果醋喝起来并不是那么地口感舒适，一般还要经过陈酿这一工序，在陈酿过程中，氧化加强，乙醇大部分转化为乙醛，芳香物质增多，色、香、味上都有了不同程度的提升，这才是真正意义上的风味饮料，陈酿一般时间为1-2个月。 3.5 产品质量标准 3.5.1感官指标
表3.1 感官指标
项目 色泽 滋味 组织及形态
[10]
指标 浅黄色
具有苹果醋饮料应有的滋味
汁液呈透明状，并有纤维均匀分布长时间放
置允许有少量杂志沉淀
香气 杂质
具有苹果香味，香气协调浓郁 无肉眼可见的外来杂质
3.5.2 理化指标
表3.2 理化指标
项目
醋酸含量（以醋酸计） 乙醇含量（体积）
指标 ≥4.0g/100mL ≤0.5﹪
9
铜 铁 重金属
≤5.0mg/kg ≤l0.0mg/kg ≤1.0mg/kg
3.5.3微生物指标
菌洛总数≤100cfu/ml,大肠菌群≤6MPN/100ml,致病菌不得检出[10]。
3.6 讨论
3.6.1温度对发酵的影响
在一定温度范围内随着温度的升高，发酵速度加快，30℃的产酸率最高， 8天后醋酸浓度达到最大（4.62%），但当温度达到35℃时，发酵速度反而降低，
[11]发酵10天的醋酸浓度仅为3.02%。结果表面，最适宜的发酵温度为30℃，高
于这个值或低于这个值都不利于发酵，温度偏高，酵母菌和醋酸菌老化速度加快，酶活性会降低；温度偏低，酵母菌和醋酸菌会保持静止状态，生长缓慢，不能体现出酶活性。
3.6.2 不同接种量对发酵的影响
接种量对发酵有着重要的影响，相同浓度的发酵液在30℃条件下，当接种量有5%增至10%时，发酵8天后，醋酸浓度有3.02%增至4.36%[11]，10%时接种量和15%时差不多，所以接种量选择为10%比较合适。 3.6.3 糖度堆发酵的影响
糖是细菌增长和繁殖的必要条件，在温度为30℃，接种量为15%时，发酵原料中糖含量与得到的果醋醋酸含量成正比，但当糖浓度达到15%时就不再增长，此时醋酸含量抑制了发酵的继续，故糖浓度最适宜为15%。
3.7 物料衡算
根据苹果醋生产工艺流程图，计算出理论上年产4000吨苹果醋要用的原材料、动力消耗、燃料等指标来指导生产。
10
3.7.1 衡算原理
G=Gp+Gd
G：引入系统的物料重量。 Gp：得到产品的重量。 Gd：损失物料的重量。 3.7.2 计算准则
根据质量守恒，对单位时间处理的物料量建立平衡。 3.7.3 苹果醋生产指标和数据
表3.3苹果醋生产指标和基础数据
项目 定额指标
损失率 总损失率
名称
浓缩果汁总糖含量 发酵液总糖含量 酵母接种量 醋酸菌接种量 发酵罐有效容积 发酵损失 管路损失 过滤损失 灌装损失 检验及其他操作损失
空瓶损失 胶帽损失 瓶盖损失 标签损失 发酵液总损失
百分比% 70 10 0.2 15 70 6 1 2 2 4 1 0.5 1 0.5 15
备注
3.7.4 100kg浓缩苹果汁需要苹果醋的物料衡算
11
表3.4 100kg浓缩苹果汁需要的苹果醋物料衡算
12
项目
发酵液计算
物料量 浓缩苹果汁 纯净水 待发酵的果汁量 加入的酵母菌悬液 酒精发酵液总量 加入的醋酸菌培养液 醋酸发酵液总量 发酵过程损失 过滤及管路损失 调配罐中液体总量
计算值 100kg
100×70%÷10%-100=600 kg 100+600=700kg 700×0.2%=1.4kg 700+1.4=701.4kg 701.4×15%=105.2kg 701.4+105.21=806.6kg 806.6×6%=48.4kg
（806.6-48.4）×（1+2）%=22.7kg 806.6-48.4-22.7=735.5kg （0.1×7%+0.1×7%+0.002+0.006）÷0.1×735.5=161.81 kg 735.7+161.81-(735.7+161.81) ×3%×2=843.66 kg
调配液计算
成品醋计算
调配液量 成品醋量
3.7.5 生产1吨苹果醋所需原料衡算
表3.5 1吨苹果汁所需苹果醋物料衡算
13
物料量及损失 浓缩苹果汁用量 纯净水用量 酵母培养液用量 醋酸发酵液 发酵损失 管路及过滤损失 调配罐中液体总量
调配液量
计算值
100 ×1000÷843.66=118.5 kg 1000 × 600 ÷843.66=711.2 kg （118.5+711.2）×0.2%=1.7kg 118.5+711.2+1.7+124.5=955.9kg
955.9×6%=57.4kg （955.9-57.4）×3%=27.0kg 955.9-57.4-27.0=871.5kg （0.1×7%+0.1×7%+0.002+0.006）
÷0.1×871.5=191.7 kg
醋酸菌培养液用量 （118.5+711.2）×15%=124.5kg
3.7.6 生产4000吨苹果醋所需原料的计算 浓缩苹果汁用量：118.5×4000÷1000=474.0t 纯净水用量：711.2×40 00÷1000=2844.8t 酵母培养液用量：1.7×4000÷1000=6.8t 醋酸菌培养液用量：124.5×4000÷1000=498.0t 调配液用量：191.7×4000÷1000=766.8t 3.7.7 生产能力计算 工作日：300天 生产周期：6天
一个周期的生产能力：4000÷(300÷6)=80 t 每天生产能力：4000÷300=13.33 t
浓缩苹果汁用料量：13.33×118.5=1579.61kg 纯净水需要量：13.33× 711.2=9480.3kg 酵母培养液用料量：13.33×1.7=22.661kg 醋酸菌培养液用料量：13.33× 124.5=1659.585kg 调配液用料量：13.33 ×191.7=2555.4kg
14
3.7.8 生产1吨苹果醋消耗的原料和包装材料的定额
表3.5 苹果醋生产指标和基础数据
项目
定额指标
损失率 总损失率
名称
浓缩果汁总糖含量 发酵液总糖含量 酵母接种量 醋酸菌接种量 发酵罐有效容积 发酵损失 管路损失 过滤损失 灌装损失 检验及其他操作损失
空瓶损失 胶帽损失 瓶盖损失 标签损失 发酵液总损失
百分比%
70 10 0.2 15 70 6 1 2 3 3 1 0.5 1 0.5 15
备注
3.8 设备生产能力的计算与选型
3.8.1 工厂设备选择原则
设备的选择和计算是根据设计工程中提出的各作业处理物料量和相应的产品质量、并考虑到物料的机械物理性质、设备性能和制造质量、建厂设备水平及自动化程度来确定考虑的，一般要遵循以下原则[12]：
（1）与生产能力相匹配的原则。
（2）利于加工设备在生产线上相互配套的原则。 （3）设备的先进性、经济性原则。 （4）工作可靠性原则。
（5）利于产品改型及扩大生产规模的原则。
15
3.8.2发酵车间的设备选型与论证
在工艺计算的基础上确定车间内发酵设备的型号、台数以及基本尺寸，在这基础上进行车间布置设计。
（1）调配罐选型
浓缩苹果汁在发酵前需要进行调配，本设计日生产量为13.33吨，需要浓缩苹果汁1579.61kg，因此选用2个容积10m3的调配罐比较合适也方便以后扩大生产。本设备带有搅拌功能，适用于果汁的加热、冷却、保温、杀菌、贮存、具有节能，消声耐震，节能等特点，带搅拌功能[13]。
表3.6 调配罐的主要技术参数
容积m3 10
重量kg 1650
加热面积m2
11
电机功率kw
2.2
外形尺寸mm 1800×4200
（2）酒精发酵罐选
所选用的发酵罐广泛用于食品等行业，进行各类发酵操作，一般内胆采用耐腐蚀、耐酸、耐碱的材料，罐外选择不锈钢制造的，配备有利于清洗的清洗头，而且双速搅拌的工艺特点更符合发酵工艺要求。
?发酵罐容积和数量
每天的生产约为13.33吨，需要稀释的苹果汁大约为1579.61kg,纯净水量为9480.3kg,酵母菌培养液为22.661kg.
酒精发酵的液料量为:1579.61+9480.3+22.661=11082.571kg 混合液密度为p=1000kg/ m3，罐装系数为0.8。 则发酵罐每天总容量为：11082.571÷1000÷0.8=13.85 m3
本设计根据发酵罐的各个参数，选择容积10 m3的发酵罐发酵，则每天需要发酵罐个数为：
13.85÷10=1.385≈2个
16
表3.7 酒精发酵罐的主要技术参数
搅拌轴转速(r.p.m)
搅拌轴功率(kw)
17-22
10
1800
14
160-120
公称容积(m
3)
内筒体直径(dg) 换热面积(m)
2
酒精发酵的周期一般为3天，考虑放罐洗罐等时间，周期为4天 可知：总罐数=2×96÷24+1=9个（其中一个备用） 则需要容积为10 m3的酒精发酵罐9个。 ?发酵罐主要尺寸的确定 V全=V筒+2V封 =10m3
公称容积可近似为圆柱体的容积，设H0=2.5D，则 V全=(π/4)D2H0 3－1 10=0.785×D2×2.5D，
罐直径D = [5/(0.785×2.5）] 1/3 = 1.7m
罐圆柱高H0=2.5D=2.5×1.7=4.25m由于罐直径D≤2m,封头直边高度hb=25mm,封头短半轴高度ha=1/4D
封头高h=ha+hb=1.7/4+0.025=0.45m 罐总高 H=h0+2h=4.25+20.45=5.15m 椭圆封头体积：
V封=(π/4)D2hb+(π/6)D2ha =0.785×1.7×1.7×（0.025+1.7/6）=0.69 m3 圆柱部分容积：
V筒= (π/4)D2H0 =0.7851.7×1.7×4.25=9.64 m3 罐全容积 V全=V筒+2V封3－4 =9.64+20.69=11.02 m3 ?冷却面积的确定
对容积为10m3的发酵罐，实际装液量为8.8m3.对于苹果醋发酵，每1m3发酵液，
17
每1小时传给冷却器的最大热量为4.18 ×6000kJ/(m3.h),采用竖式蛇管换热器，k取经验值为4.18× 500kJ/(m3.h)。 平均温差：?tm = ?t1??t2?t1ln?t2 32 ℃ → 32℃ 20 ℃ → 26℃ 12 6
12-6 =8.7℃12ln6 A=Q/(k?tm) ?tm ==(4.18 ×6000 ×8.8)/(4.18× 500 ×8.7)=12.13 m3 ④搅拌器设计
采用六弯叶涡轮搅拌器，该搅拌器的各部尺寸与罐径D有一定比例关系，现将主要尺寸列后。
搅拌器的直径=/3=1.7/3=0.57m 取d=0.6m 叶宽=0.2=0.12m 弧长=0.375=0.225m
底距C=D/3=0.57m 取C=0.6m 盘径=0.75d=0.45m 叶弦长L=0.25d=0.15m 叶距Y=D=1.7m 弯叶板厚=12mm
取两档搅拌，转速为110r/min
雷诺数 Rem=D2Nρ/μ 代入数据：
式中 D搅拌器直径，D=0.6m
N搅拌器转速，N=110/60=1.83r/s ρ 醪液密度， ρ =1000kg/m3 μ 醪液粘度， μ=1.3×10-3N·s/㎡ 代入数据得
18
Rem=(0.6×0.6× 1.83×1000)/1.3×10-3=5.1×105 >104 因此可视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7 计算不通气时的搅拌轴功率
P1=NPD3D5ρ
式中 NP ——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N —— 搅拌转速，N=110r/min=1.83r/s D——搅拌器直径，D=0.6m ρ ——醪液密度，ρ =1000kg/ m3 代入上式则有
P1=NPD3D5ρ =4.7× 1.833×(0.6)5 ×1000 =2239.8W
选用两档搅拌P=2P1=4479.6W=4.5kw
通气时的搅拌轴功率P2=2.25×103×(P2ND3/Q0.08）0.39 式中 P2=4.52=20.25kw D3=0.63×106=2.16 ×105 Q为通风量（ml/min）,通风比取0.11. 则Q=79.1 ×0.11× 10 6=8.7× 106(ml/min) Q0.08=3.59 代入上式： P2= 3.325（kW） ⑤ 求电机功率P电：
P电=[P2/(η1 η2 η3)]× 1.01
采用三角带传动η1=0.92;滚动轴承 η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加的功率为1%；代入公式数值得：
P电 =[3.325/(0.92×0.99×0.98)]=3.725 （kW） (3)醋酸发酵罐计算与选型
由于酒精发酵罐的物料和醋酸发酵罐所需物料基本相同，所以醋酸发酵罐的选型跟酒精发酵罐的选型都差不多。醋酸一般发酵周期为48h，所以本次设计需
19
要容积为10 m3醋酸发酵罐4个，1个10m3备用罐。
（4）泵的选型
使用泵是为了更方便将苹果醋或苹果汁转移到所需地方，便于苹果输送，所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量、吸程等工艺参数的要求。对于输送苹果汁、苹果醋这样的酸性物质要求泵对流部件运用耐损坏性材质，如氟塑料耐损坏泵。机械方面要求噪声低、可靠性高、振动小。
(5)板式杀菌机
为了提高果醋新鲜度，延长货架期，增加果醋中的有害微生物，增加果醋的生物稳定性，保证果醋风味，苹果汁调整糖度后，需要经过杀菌冷却，然后再进入发酵工段。
该设计选用的为BR型板式热换器，各方面技术参数如下表。
表3.8 板式杀菌机的主要技术参数
型号 单板热换面积 板间距（mm） 当量直径（m） 单流道截面积（㎡） 角孔直径（m） 最大处理量（m3/h） 可组换换热器面积（㎡）
最高工作压力 换热器的工作温度
BR0.05 0.0618 3.8 0.0076 0.000494 38 25 1-5 20 视垫片材料而定
3.8.3 灌装车间设备选型
（1）硅藻土过滤机的选择
过滤机的使用能把醪液中的杂质颗粒过滤掉，过滤机理分成三种主要的机理：筛分作用，深层效应，吸附作用[14]。此机器操作起来简便，成本低，效率较高。硅藻土因其具有细小的多孔结构，其密度很小100-250kg/m3，而表面积很大（10000-20000㎡/㎏），颗粒大小为2-100μm,因此，它具有极大的吸附能力，能滤除0.1-1μm及以下的粒子[14]。
20
表3.9 硅藻土过滤机的主要技术参数
型号 GZ33-I
理论流量 T/h 3-5
过滤面积 m3 3.4
滤片数 （张） 20
阀门口径 mm Dg32
工作压力 MPa ≤0.3
外形尺寸 mm 1700×600×7
50
（2）罐装压盖机的选择
酿造好的苹果醋要经过密封、装罐，再装箱，这一工序相当重要，关系到苹果醋能否长期贮存。
表3.10 罐装压盖机的技术参数
GCP-18A型全自动液体定量罐装压盖机
型号
2500
生产能力（瓶/小时）
18
灌注头数
150-180
罐装量（ml）
1990×1280×1650
外形尺寸（mm）
0.75
配套功率（kw）
1500
整机重量（kg）
（3）灯检机的选择
苹果醋饮料成品在装箱前要经过灯检，主要检测装置是否合适，液线是否整齐一致，封口是否严密，有无渗漏等。
表3.11 灯检机主要技术参数
生产能力（瓶/分钟）
60-120 21
1400×780×1200
外形尺寸（mm）
0.5
机器功率（kw）
100
机器净重(kg)
3.9 车间管路布置
3.9.1 管径的计算
根据泵的选型，可得知工艺过程所需的各类流体介质的流量，根据流体在管内的流量、流速与管径之间的关系即可计算出管道的内径[15]： d=18.8×
Q W式中：d—管道内径 Q—流体流量，m3/h w—流体的流速，m/s 3.9.2 物料管的选择
进料流量Q=20m3/h采用不锈钢管，查表可知淀粉酶发酵液的流速为0.8m/s[15]，则：
d=18.8×
Q=94mm W故选物料输送总管径为DN100的不锈钢管。 3.9.3 自来水管的选择
查表可知自来水的流速为2.5m/s[15]，则 d=18.8×
Q=53mm W
22
故选自来水总管径为DN60的不锈钢管。
4 对水、电、气用量的估算
4.1用水量的估算
（1）稀释果汁调配，通过物料衡算对纯净水的计算，年生产4000吨苹果醋需要纯净水用量：711.2×4000=2844.8t。
（2）工艺其他部分用水量：工艺流程中有一些过程需要添加一定的水量，大约估算一年所需水量总数为2000t
（3）清洗设备，每班清洗一次设备，每次清洗大概用水3吨，因此每年清洗水量为3×4×300=3600t
（4）清洗地坪，每个班如果清洗一次，每平米地坪清洗需要用水0.01t，车间占有总面积为2500㎡，那么地坪一年用水量为2500×0.01×300=7500t 4.2 用电量的估算
车间设备每天消耗功率为156kw/h,其他各种泵消耗电、照明消耗电、取暖用电等根据一般用电情况大约共耗电50kw;共需功率为156+50=206kw/h,每日用电总量为206kw/h×8=1648度。 4.3用气量的估算
苹果和自来水在恒温70℃下浸掉，后逐步冷却至25℃进行酒精发酵。苹果原醋进入贮存罐前需要超高温瞬时杀菌，苹果醋由25℃加热到121℃。每小时罐装0.55t苹果醋，25℃时水的初始值为105.38KJ/Kg,121℃时水的焰值为535.45KJ/Kg,0.3Mpa（表压）饱和蒸汽的始值为2731KJ/Kg，每小时需热量Q=0.84×1000kg/h×(535.45-105.38)KJ=361258.8kJ/h,消耗蒸汽为D=（Q/R)/η=361258.8kJ/h/2731kJ/h/90%=146.9kg/h。
23
5 生产车间工艺布置
5.1生产车间工艺布置原则
（1）总体符合设计总的要求。
（2）保证设备灵活调动，满足多种生产的可能，注意设备与设备间隔及建筑物与设备的安全维修距离。
（3）一般设备按工艺流水线安排，特殊设备按相同类型集中。
（4）保持车间工序间相互配合，运输通畅，将人员和物料进出区分开来。 （5）把设备合理分隔开，降低输送管路中的损失。 （6）注意生产过程中的卫生和劳动保护。 5.2 苹果醋车间平面布局特点
本布局有以下特点：
(1)本工艺设计加工厂主要分为苹果醋的发酵生产车间和灌装生产车间，还有水处理生产车间。按照工艺流程，苹果醋生产线主要由水处理工段、调配工段、酒精发酵工段、醋酸发酵工段、过滤工段、灌装封口工段、冷却工段等。发酵车间和灌装车间采用“U”型，这样设备的位置布置灵活，而且整个车间易于扩建，有良好的清洁环境、修建时间快。水处理车间采用“-”型方式布置，采光好，卫生也好，易于掌握车间物流和人员分配情况[16,17]。
(2)车间周围还有辅助车间，厕所、更衣室。辅助车间有配电室、化验室、空气净化机、瓶堆间等。车间物流和成品应当分两端走，将更衣室、厕所设在门口。
(3)设备与设备之间，设备与车间建筑物之间的距离满足安全距离的要求，又确保操作方便、物流畅通。 5.3 车间尺寸
本车间全长200m,宽50m,高5m,设置为二层楼，一楼有车间办公室、车间化验室、原料库和成品库，二楼为生产苹果醋的车间。
发酵车间长45m,宽30m,高5m,罐与罐之间的距离为0.5-1m,建筑用钢筋混凝土结构。
24
灌装车间全长60m,宽30m,高5m,车间地面用防滑、耐腐蚀性材料修建，且平坦、不积水，并保持清洁。车间墙壁、门窗、天花板使用没有毒性易清洗的材料修建，应当在适当地点设足够的洗手、消毒用品。
水处理车间长15m,宽30m,高5m。 5.4 车间其它设施及结构设计内容
（1）门：是人出入和货物进出口通道，不仅要防蝇、防虫，而且进出口处应该有消毒等设施。
（2）窗：采用封闭的钢窗，下层用推拉窗，上部用固定窗。生产车间的下风向设有机械通风装置。
（3）墙：外墙采用190mm混凝土空心切块。 （4）地坪：车间采用水磨石地面，i=1%。
6结语
这次年产4000吨苹果醋的车间设计方案，根据工艺设计流程图，进行了设备选择，最经济工艺选择，并按照指导书的说明，合理分配苹果醋的发酵车间、灌装车间、水处理车间。根据气象、地理条件选择产址，进行平面图、立体图设计，而且经过技术经济投资成本计算也都在合理利益范围之内，因此本设计选择科学、有考究价值。
由于方案只是根据理论数据设计出来的，没有实践经验，再者设备选型也可能有差距，计算数据误差不同，所以信息与实际情况肯定不同，我们需要根据实际生活中苹果醋发酵车间来合理设计自己的方案，许多不合理之处还望老师多加指点，促进我加以改正。
25
参考文献
[1] 厚德树．液态深层发酵苹果醋及苹果醋饮料的研制[J]．现代食品科技，2010，26（5）:523-526.
[2] 宋芝强．苹果醋市场状况分析及发展前景[J]．饮料工业，2002，5（5）：4-6. [3] 李素云,杨留枝．苹果醋饮料研制的现状及发展前景[J].饮料工业，2007，11:8-10. [4] 卢丙俊．苹果醋的加工[J]．现代农业，2011.05:28-29.
[5] 张永祥．延安市苹果产业发展研究[D].农业推广，2013：22-24.
[6] 刘婧琳．浓缩苹果汁酿造苹果酒的工艺优化及不同发酵基质苹果酒成分分析[D]．食品科学，2012.
[7] 方海龙．固态法制蟠桃果醋的工艺优化研究[D]．食品工程，2014. [8] 刘月梅．柿子原浆果醋加工工艺研究[D]．植物资源加工与利用，2008.
[9] 张智雄，魏尚洲，李宏梁．苹果醋营养饮料的配方设计[J].陕西科技大学学报,，2004，22（1）：50-52.
[10]于芳，果醋饮料被看好,有望成饮料业新宠[J]．饮品世界，2004，5
[11] 卢怡，苏有勇．多菌混合发酵酿造苹果醋的工艺研究[J]．中国调味品，2011，36（3）：84-86.
[12]杨春瑜，马岩，石彦国，张天君.食品机械设备选型原则与方法[J].食品工业科技，2004，5:113-114.
[13] 无锡轻工业大学.食品工厂机械与设备[M].北京：中国轻工业出版社，1997. [14]毛青钟.硅藻土过滤黄酒的研究[J]．山东食品研究，2003，2:33-34. [15]王颉.食品工厂设计与环境保护[M].化学工业出版社，2006，183-239. [16]李云瑞.食品工厂设计原理[M].陕西科学技术出版社.1998，76-186.
[17]无锡轻工业大学，食品工厂机械与设备[M]. 北京：中国轻工业出版社，1997，76-180.
26
谢 辞
经过大概半个月的时间，我的苹果醋车间设计论文最终成功完成。在此期间，我在认真查找资料、积极思考之外，遇到不懂的难点还找老师进行探讨，由衷的感谢老师不辞辛苦，在百忙之中抽空帮我修改、检阅论文，最终才有我现在完整的论文。同时还要感谢我的同学，当我在做论文期间感到烦躁、郁闷时给予我学术上的帮助与心理的安慰与鼓励，你们的关心和照顾大力提升了我论文完成效率。
论文完成之后，我即将步入社会，开始走上工作生涯，我会谨记老师的教诲，努力实现自己的人生价值观。
谢谢，我的老师，我的同学。
27