第三章食品工厂工艺设计_2

1第三章食品工厂工艺设计2第三章食品工厂工艺设计•目的和要求：掌握产品方案及班产量的有关要求；熟悉有关工艺计算、设计的一般步骤、方法及要求；熟悉工艺流程图、车间布置图、管路图等图纸的内容和制图方法。•重点：工艺流程设计、车间布置设计和有关的几种计算方法。•难点：有关的几种计算方法、有关的工程图纸要求。3•概论：一、食品工厂工艺设计的重要性二、食品工厂工艺设计的依据三、工艺设计的内容四、工艺设计的步骤五、计算机在设计中的应用4第三章食品工厂工艺设计概述一、工艺设计的重要性工业企业工程项目，设计工作一般包括总（整）体设计与局部设计。凡是设计范围涉及到整个工业企业的，称总体设计。如食品工厂的总体设计有总平面、工艺、给排水、供汽、供电、土木建筑等设计以及有关厂址选择、生产检测与控制仪表、环境保护、生产组织与劳动定员、技术经济与概算等内容。5凡是设计不涉及整个工业企业的全部内容，而只是其中的某些部分，甚至于某一部分或某一个设备，称局部设计。新建厂的设计一般属于总体设计，扩建厂的设计一般属于局部设计的居多。第三章食品工厂工艺设计6食品工厂设计是整个设计的主体和中心，决定食品工厂生产工艺技术的先进性和合理性，并对工厂建设的投资费用以及产品质量、生产成本、劳动强度有着重要的影响，同时又是其他专业设计的依据。因此，食品工厂工艺设计具有重要的作用和地位。生产工艺设计是总体设计的主导设计，它起着贯穿全过程并且组织协调各非工艺设计的作用。7工艺设计的范围：全厂生产工艺流程设计各生产车间的设计向非工艺设计提供设计依据、提出设计要求例如：工艺人员对厂房的长、宽、高提出要求，土建人员要按要求进行设计；反过来，土建专业为了贯彻国家标准，要求厂房的长、宽、高符合国家模数制的规定，工艺专业也要执行。第三章食品工厂工艺设计8从中我们可以看出，生产工艺设计不仅要求工艺设计具有先进性和合理性，而且也将影响到其它协同设计的配套专业的设计先进性和合理性，而且工艺专业提出的要求还将作为配套专业设计的重要依据。评价一个工厂设计的优劣最主要的是看工艺技术是否先进可靠，安全实用，在经济上是否合理。而工艺技术先进性，主要考核其工艺流程、设备、工艺控制和工艺条件、技术经济指标，环境污染等，可见工艺设计是起着主导的决定性作用。可见生产工艺设计是起着主导的决定性作用的。这就要求工艺专业人员，不仅要熟练地拿握本专业的知识和技能，而且还要熟悉有关专业(例如，土建、供热、自控仪表等)的知识和技能。只有这样，才能更好地与各专业相互配合，紧密合作，共同搞好设计工作。9食品工厂的总体设计是由各个车间设计所构成的，车间设计是总体设计的组成部分。工厂的总体设计也好，车间设计也好，都是由生产工艺设计和其他非工艺设计(包括土建、采暖通风、供水、供电、供热等)组成的。而生产工艺设计人员主要是担负工艺设计部分，共中尤以车间工艺设计为主。因此，车间工艺设计是本书的中心内容。10例如：•罐头食品工厂的生产车间一般有实罐车间、空罐车间和综合利用车间等，其中以实罐车间为设计重点。•乳品工厂的生产车间一般有奶粉车间、鲜奶车间、冰淇淋车间和酸奶车间等，其中以奶粉车间和鲜奶车间为设计重点。•饮料工厂的生产车间一般有果汁车间、纯水车间和罐装车间等，其中又以果汁车间和装罐车间为设计重点。其余车间和辅助部门等均围绕生产主车间进行设计。11二、工艺设计的依据主要依据可行性研究报告及设计计划任务书；项目工程师或项目负责人下达的设计工作提纲和总工程师做出的技术决定；采用新原料、新技术、新设备时，必须在技术上有切实把握，并且依据了正式的实验研究报告和技术鉴定书，经设计院领导核准后方可作为设计依据。12三、工艺设计的内容13•食品工厂工艺设计主要包括下列项目：1.产品方案、产品规格及班产量的确定2.主要产品生产工艺流程的确定及其安全设计3.物料计算和食品包装4.生产车间设备的生产能力计算、选型及配套5.生产车间平面布置6.劳动力平衡及劳动组织7.生产车间水、电、汽、冷用量的估算8.生产车间管路计算及设计本章内容按工艺设计所涉及的八项内容分别加以阐述14•工艺流程除上述内容外，还必须向非工艺设计和有关方面提出下列要求：1.工艺流程、车间布置对总平面布置相对位置的要求；2.工艺对土建、采光、通风、采暖、卫生设施等方面的要求；3.生产车间水、电、汽、冷耗用量的计算及负荷要求；4.对给水水质的要求；5.对排水水质、流量及废水处理的要求；6.各类仓库面积的计算及温湿度等特殊要求。15四、工艺设计的步骤*工艺设计主要是在由原料到各个生产过程中，设计物质变化及流向，包括所需设备的运用。具体步骤如下：（1）根据前期可行性调查研究，确定产品方案及生产规模。（2）根据当前的技术，经济水平选择生产方法。（3）生产工艺流程设计。（4）物料衡算。16（5）能量衡算（包括热量、耗冷量、供电量、给水量计算）。（6）选择设备。（7）车间工艺布置。（8）管路设计。（9）其它工艺设计。（10）编制工艺流程图、管道设计图及说明等。17五、计算机在工艺设计中的应用近20年来，科学技术发展迅速，新技术、新材料，尤其是计算机的技术已渗透到工艺设计领域，应用计算机进行各种计算和绘制各种设计图纸，促进了设计质量的提高，加快了设计进度。计算机的应用已在各设计工作中取得了良好的效果。有条件的设计单位，应尽量引进和应用计算机进行设计工作。18在工艺设计中，常遇到复杂的生产工艺物料衡算、能量衡算、复杂的设备工艺设计计算、复杂的管道设计以及大量的费时的绘制各种设计图纸等工作。虽然设计的理论已被人们所掌握，也有定量的公式引用，但由于计算工作量和绘图工作量的浩繁，手工计算和绘图费时而容易差错，人们往往望而生畏，因而趋向保守，使不合理的设计依然存在。计算机的出现为设计工作带来了福音，人们将计算公式和各种图形编制成程序，用计算机来代替繁琐的人工计算和绘图，解放了人们所承受的浩繁的工作量，并且计算和绘图正确、可靠，使设计人员能从总体设计和生产装置的安装工程上进行周密的考虑，提高了设计质量和速度，显示出了计算机的强大效率。19美国Bentley系统为世界知名的三维工厂设计(3DPlantDesign)及工厂数据管理(PlantDataManagement)软件供应商。Bentley系统所提供的整合性软件目前被广泛应用于石油、石化、电厂、生技、制药、水及废水处理、食品、造纸等工厂设计。美国Bentley系统针对工厂设计，推出PlantSPACE(适用于MicroStation平台)及AutoPLANT(适用于AutoCAD平台)两种产品线是工程公司及业主最佳的选择。美国Bentley系统的工厂设计软件系列包括流程设计(P&ID)，设备(Equipment)、管线(Piping)、管支撑(PipingSupport)、钢结构(Structural)、电器仪表(Electrical&Instrumentation)、管线应力分析(StressAnalysis)及流量压力分布(FlowAnalysis)等。20•第一节产品方案及班产量的确定一、产品方案二、班产量21第一节产品方案及班产量的确定一、产品方案1.产品方案的概念产品方案又称生产纲领，它实际上就是工厂准备全年生产哪些品种，和各产品的数量、产期、生产班次的计划安排。由于食品工厂的生产受到建厂地点、季节变化、市场需求等种种因素的影响，造成生产的波动，这就需要一个产品方案。以乳品厂为例，其生产原料为牛乳或羊乳。2223•饮料工厂在热天生产各类碳酸饮料，而在冬天则生产含酒精饮品。上述这些食品工厂全年生产所用的原料基本变化不大，而罐头加工和速冻果蔬、冻干果蔬等这种以季节性原料为加工品种的食品厂，产品种类繁多，季节性又强，生产过程有淡季和旺季之分，即使同一种原料也往往因品种不同、地区不同、收获季节有很大的差异。242．制订产品方案的方法所以在制定产品方案时：首先应根据设计计划任务书和调查研究的资料制定主要产品的品种、规格、产量、生产季节和生产班次，对受季节性影响的产品优先安排。其次是用调节性的产品（即不受季节限制的产品，如肉类、蚕豆、黄豆、豆芽菜等）来调节生产上忙闲不均的现象。25另外，还应该尽可能利用原材料进行综合利用及加工成半成品储存，延长其贮存期，待到淡季时再进行加工。最后，确定劳动生产日及生产班次。一般每月按25天计，全年劳动生产日300天。最少不得少于250天。一般每天安排1～2班，季节性产品高峰期安排3班。考虑一车间的多用性，提高车间设备的利用率。但不希望在同一车间同时生产两个不同的产品。263．制订产品方案时的要求四个满足1）满足主要产品产量的要求；2）满足原料综合利用的要求；3）满足淡望季平衡生产的要求；4）满足经济效益的要求；五个平衡1）产品产量与原料供应量要平衡；2）生产季节性与劳动力要平衡；3）生产班次要平衡；4）设备生产能力要平衡；5）水、电、汽负荷要平衡；27二、班（日、年）产量的确定•主要产品的班（日）产量是工艺设计中最主要的计算基础，班（日）产量直接影响到车间布置、设备配套、占地面积、劳动定员、经济效益以及辅助设施、公共设施的配套规格等。一般情况下，食品工厂班产量越大，单位产品成本越低，效益越好，由于投资局限及其它方面制约，班产量有一定的限制，但是必须达到或超过经济规模的班产量。最适宜的班产量实质就是经济效益最好的规模。28对于一些厂(如啤酒厂)有最小规模的界限。但在有些条件不具备情况下，规模大，销售难，经济效益反而低。所以，对于规模的确定，一定要经过仔细的调查，周密的分析。选择经济效益最好的规模进行建厂。决定班产量的因素有：（1）原料供应量；（2）设备的生产能力；（3）延长生产期的条件；（4）每天生产班次；（5）产品品种的搭配。注意：在制订产品方案时，应做多方案的技术经济比较，选择最优者。291.年产量的确定年生产能力按如下估算：Q=Q1+Q2-Q3-Q4+Q5式中Q—新建厂某类食品年产量；Q1—本地区该类食品消费量；Q2—本地区该类食品年调出量；Q3—本地区该类食品年调入量；Q4—本地区该类食品原有厂家的年产量；Q5—本厂准备销出本地区以外的量。30•对于淡旺季明显的产品，如饮料、月饼、巧克力可按下式计算：Q=Q旺+Q中+Q淡Q旺：旺季产量Q中：中季产量Q淡：淡季产量31设计上的年产量就是生产能力，或生产规模。工厂生产规模的确定正确与否直接影响到工厂投产后的经济效益。同时它也是工艺设计中主要的计算基础，决定设备的大小、车间布置、面积的大小、劳动人员的定员等。生产规模的大小可根据可行性报告研究，以及对市场的调查预测来确定。有如下几个方面：(1)国内外对产品需求的预测和同地区同类产品生产工厂的能力的估计，(2)原料供应情况预测。(3)规模经济分析。322.工作日及生产班制在编排产品方案时，每月一般按25d计，全年的生产日为300d，如果考虑原料等其他原因，全年的实际生产日数也不宜少于250d，每天生产班次为1~2班，淡季一班，中季二班，旺季三班制，这根据食品工厂工艺和原料特性及设备生产能力来决定，若原料供应正常，或厂有冷库贮藏室及半成品加工设备，可以延长生产期，不必突击多开班次，这样有利于劳动力平衡、设备利用充分、成品正常销售，便生产管理，经济效益提高。333.产品方案的制定在制定产品方案时，班（日）产量是最重要的依据，同时还要考虑产品品种、规格、包装方式等。为了尽可能的提高原材料的利用率和使用价值，或为了满足消费者的需求，往往有必要将一种原料生产成几种规格的产品（即进行产品品种搭配）。下面列举若干种产品品种搭配的具体情况，供参考：34例1.冻猪片加工肉类罐头的搭配3~4级冻猪肉出肉率在65%~80%，其中可用于：•午餐肉罐头（净去皮去骨肉）55%~60%•扣肉罐头（带皮去骨肉）8%~10%•圆蹄罐头1%~2%•排骨罐头5%或扣肉罐头8%~10%•其他肉罐头35例2.番茄酱罐头罐型的搭配尽可能生产70g装的小型罐，但限于设备的加工条件，通常是70g装的占13%~30%，198g装占10%~20%，30