年产五千吨冰淇淋工艺设备选型与设计_毕业设计

食品机械与设备
课程设计
设计题目:年产五千吨冰淇淋工艺
设备选型与设计
目录
摘要： (2)
关键词： (3)
第一章前言 (3)
1.1冰淇淋的背景 (3)
1.2国外冰淇淋的生产现状 (3)
1.3国内冰激凌的生产现状 (3)
1.4冰淇淋的生产的目的和意义 (4)
第二章冰淇淋的生产工艺 (5)
2.1产品方案的确定 (5)
2.2产品生产工艺 (5)
2.3工艺介绍 (5)
第三章相关技术指标与基础数据 (6)
3.1原料辅料质量要求 (6)
3.2产品感官指标 (7)
3.3理化指标 (8)
3.4物料衡算 (8)
第四章设备选型与设计 (9)
第五章结论 (18)
参考文献 (19)
年产五千吨冰淇淋工艺
设备选型与设计
生工10级5班
100605006
王婷
摘要:冰淇淋是一种深受人们喜爱的冷冻食品。

属于固体冷饮食品类。

多年以来，它以其轻滑而细腻的组织、紧密而柔软的形状、醇厚而持久的风味，以及营养丰富、冷凉甜美的特点，深受广大消费者的欢迎。

随着经济的发展，越来越多的人们对于它的要求也相应的提高。

本设计主要是进行年产四万吨冰淇淋的生产工艺的相关设备。

选用饮用水、
牛奶、奶粉、奶油为主要原料，加入适量食品添加剂，经混合、灭菌、均质、老化、凝冻、硬化等工艺而制成的体积膨胀的冷冻食品。

针对四万吨冰淇淋项目的需要，进行了产品方案及工艺、设备选型与设计、物料衡算。

最后总结冰淇淋生产工艺的结果，并给予建议。

关键词：冰淇淋生产工艺工艺设计
第一章前言
1.1冰淇淋的背景
冰淇淋是一种冷冻食品。

英语ice cream，译成中文是冰奶油，但习惯都译作冰淇淋，这名称很妙，既有音译近似，又属形义优雅适当，故而至今沿用不衰。

因为冰淇淋是摩登食品，一般人开始时不大问津。

他们宁可喝酸梅汤，也不吃冰淇淋。

两三角钱一杯冰淇淋，那时被一般人看作消夏的奢侈食品了。

如今随着城乡居民生活水平的不断提高，我国人民的饮食结构发生了很大的变化，
一,走进了我们的日常生活。

冰淇淋之所以受到大家的喜爱，与其美味可口、消暑止渴、老少皆宜的特点有着密切的关系。

我国行业标准（SB/T1006-92）中将冰淇淋定义如下：冰淇淋是以饮用水、乳品（乳蛋白的含量为原料的2%以上）、蛋品、甜味料、香味料、食用油脂等为主要原料,加入适量的香料、稳定剂、着色剂、乳化剂等食品添加剂，经混合、灭菌、均质、老化、凝冻等工艺或再经成形、硬化等工艺制成的体积膨胀的冷冻
饮品[2]。

1.2国外冰淇淋的生产现状
目前生产手段已经完成由电脑控制,实现了自动化。

世界上专业生产冷饮设备的著名厂家有美国APV公司成员GLACER公司和CREPAC0公司,瑞典ALFA-LAVAL 集团的HOYER公司,意大利的MAKE公司等。

目前世界最大的冰淇淋生产国是美国,年产量达800多万t,人均40多kg。

我国近二年来冷饮产量在120万t上下徘徊,人
均0.9kg左右,离发达国家相距甚远,有发展前景[1]。

1.3国内冰激凌的生产现状
我国从90年代以来，被誉为"冷饮之王"的冰淇淋生产每年以约10％的速度在递增。

冷饮市场在10年内产量增长12倍，品种从几十种增加到3000多种。

2002年行业产量达到150万吨左右，总量已位居世界第三位，全国大、中、小冷冻
饮品厂近3万家。

广东、北京、上海是冰淇淋销量最集中的三大区，约占全国总量的25％左右。

尽管冰淇淋行业有如此大的发展，但还是存在一定的问题：（一）我国地域广阔，工业发展很不平衡，生活水平差异很大，因此导致了冰淇淋工业的不平衡发展。

高档冰淇淋分布在城市，农村多是中低档产品。

（二）冰淇淋产品的质量不稳定，产品合格率较低。

冰淇淋属于直接入口的食品，其卫生质量将直接影响人体健康。

(三) 生产设备较陈旧，难以与现代技术相比较，抑制了冰淇淋工业
的发展[2]。

1.4冰淇淋的生产的目的和意义
冰淇淋是一种含有优质蛋白质及高糖高脂的食品，另外还含有氨基酸及钙、磷、钾、钠、氯、硫、铁等，具有调节生理机能、保持渗透压和酸碱度的功能。

资料显示，按照国际和国家产品标准，一般奶油冰淇淋，其营养成分为牛奶的2.8-3倍，在人体内的消化率可达95%以上，高于肉类、脂肪类的消化率。

冰淇淋是一种营养价值较高的冷冻食品，可四季享用、老少皆宜。

它含有人体所必需的多种维生素、氨基酸、钙、蛋白质、脂肪等，食用后易消化吸收。

吃冰淇淋在一些国家较为普遍，是家庭餐桌必备的食品，被视为不可缺少的甜点和休闲食品。

我国从90年代开始，增强了冰淇淋技术，1997年全国冰淇淋产量118万吨，是1987年的11倍。

随着人们生活水平不断提高，具有异国情调的冰淇淋
认为只是一种消暑的食品，这是一种传统的消费观念。

四季食用冰淇淋对人类健康是大有益处的。

当前消费者存在一个心理误区，认为吃冰淇淋会发胖，或为了减肥就少吃，甚至不吃冰淇淋及牛奶制品。

其实在一些国家人们综合脂肪摄取量，特别是冰淇淋等奶制品量远远超过我国，像芬兰每年1人消费量是9公斤，瑞典是8.6公斤，英国是5.5公斤，而我国是0.9公斤。

摄入较高的脂肪，是需要减肥，而我国消费者却远没有达到那么高的摄取量。

同时据有关资料表明，我国人均缺钙率较高，还需要每天增加大量牛奶及其制品的食用量。

一些专家还说，每天食用适量冰淇淋产品，不会发胖。

如每天吃一些美登高、和路雪、雀巢等针对我国人口味和习惯研制的系列产品，是很有益处的。

以往一般消费者食用冰淇淋只是消暑降温，现在人们更加重视食品的营养作用。

随着新品种、新工艺的开发与研究，出现了在原有原料的基础上，加入富含维生素C的果料、蔬菜的冰淇淋，还可以加入各种中草药材抽提液。

制成具有保健功能的枸杞冰淇淋、强化微量元素的Ca、Fe、Zn的强化冰淇淋等。

在加上冰淇淋本身含有蛋白质、脂肪、糖类等营养成分，使消费者更看重的是营养价值。

据有关专家分析，今后我国的冰淇淋年产量将达250万吨左右，人均消费量可达2.4升／年。

那时冰淇淋将不再是夏季消暑和孩子们的“专利”，将会从消费时尚转向休闲佳品。

第二章冰淇淋的生产工艺
2.1产品方案的确定
表1冰淇淋产品特点比较
产品
项目
紫雪糕塑杯中砧
定员（人）定额（公斤）附加价值率15
700
0.74
7
1215
0.43
12
1566
0.35
销售特点风味独特，销路广，
四季都宜销售
销路好，食用时举止雅
观、四季都宜销售
经济实惠，销路好
生产方式特点人工操作，手工包
装，劳动程度较筒
砧小，管理方便，
利润高，劳动生产
率偏低
机械灌装，半机械化生
产，劳动生产率高，管
理方便
机械灌装，半机械
化生产，劳动生产
率一般，管理较方
便
从表1数据综合劳动力、管理和利润考虑,选择塑杯生产线既能满足年产,又能获得较高的经济效益[3]。

2.2产品生产工艺
2.2.1冰淇淋加工工艺及其流程图
杀菌→均质→老化→凝冻→灌装→硬化→包装→贮藏
工艺流程图见附图1
2.3工艺介绍
2.3.1原料乳的验收
生产冰淇淋的原料乳，除理化制表符合国家标准外，更重要的是尽可能降低原料乳中细菌总数，确保细菌总数在20个/ml 以下[4]。

2.3.2混合配料
在配料缸中将预热至40℃—50℃的原料乳中加入与5—10倍白糖混合的稳
定剂，还有奶粉，奶油和蛋制品等其他原料，充分搅拌溶解均匀。

2.3.3均质
均质的目的在于将混合料中的脂肪球微细化至1μm左右，以防乳脂层德行成，使各成分完全混合，改善冰淇淋组织，缩短成熟时间，节省乳化剂和曾稠剂，有效的预防在凝冻过程中形成奶油颗粒等。

一般由高压均质泵来完成。

2.3.4杀菌
混合料的杀菌可采用不同的方法，如低温间歇杀菌、高温短时杀菌和超高温瞬时杀菌三种方法。

低温间歇杀菌法，通常的杀菌方法为68℃保持30分钟或75℃保持15min。

如果混合料中使用增稠剂海藻酸钠时，以70℃加热20min以上为好，如果使用淀粉，杀菌温度必须提高或延长保温时间。

高温短式杀菌法采用80～83℃保持30秒。

超高温杀菌温度为100～130℃保持2～3s。

2.3.5冷却
混合料经均质处理后，温度在60℃以上，应将其迅速冷却，以适应老化的需要。

利用板式换热器，冷却速度快，生产能力高，冷却效果好。

2.3.6老化
将混合料在2—4℃的低温下冷藏一定时间，使其在物理上成熟的过程。

目的是提高膨胀率，促使脂肪进一步被乳化，改善冰淇淋组织结构。

2.3.7凝冻
将流体状的混合料在强制的搅刮下进行冰冻，使空气以极小的气泡状态均匀分布于全部混合料中，在体积逐渐膨胀的同时，由于冷冻而成为半固体状的过程。

是冰淇淋生产中最重要的工序之一，是冰淇淋的重量、可口性、产量的决定因素。

凝冻凝固温度要控制在-6℃以上，防止堵塞凝冻机。

2.3.8灌装
根据品种的需要，对冰淇淋进行灌装。

2.3.9硬化
采用速冻隧道等硬化设备对灌装好的冰淇淋进行硬化处理，目的是保持预定的形态，提高产品质量，并且便于运输和销售。

2.3.10贮藏
冷藏库的温度要求保持-15℃～-20℃，贮藏时间不要超过10d。

贮藏时,堆放紧密,以充分利用冷库空间，并可减少冰淇淋温度的变化，保持产品质量[5]。

第三章相关技术指标与基础数据
3.1原料辅料质量要求
芒果浓缩汁：糖度 BRIX 20±0.5 色泽：浅黄色
总酸：（克g/升L）≤0.55
菌群总数：（个/毫升）≤100
大肠杆菌：（个/100毫升）≤3
白砂糖：应符合GB 317-1998标准
生活饮用水：应符合GB 5749-1985标准
全脂奶粉：应符合GB 5410-1999标准
食用色素、增稠剂、香精等其他辅料：应符合GB/T 10791的规定[7] 3.2产品感官指标
3.3理化指标
3.4物料衡算
3.4.1生产制度
根据地区的气候条件和市场需求的情况，对冰淇淋厂的生产制度做如下安排：
旺季时间安排：4月中旬到10月中旬一共214天，有214/7=31个星期，每星期放一天假，五一、端午节、中秋节各放一天假，国庆节放3天假，则还有177天工作日，每天生产两班。

其余时间安排：11月至次年的2月，为销售淡季，有120/7=17个星期，每个星期放一天假，春节放假10天，则还有93天工作日，每天生产一班。

全年共有班次：177╳2+93=447班
年产量：5000吨
班产量：5000／447=11.2吨
3月份为设备维修月。

产品生产表
产品名1
月
份
2
月
份
3
月
份
4
月
份
5
月
份
6
月
份
7
月
份
8
月
份
9
月
份
10
月
份
11
月
份
12
月
份
称
淡
季
旺
季
3.4.2配方
冰淇淋配方（制造1000Kg冰淇淋）
全脂奶粉（Kg）白砂
糖
（Kg）
全蛋
粉
（Kg）
淀粉
（Kg）
明胶
（Kg）
羧甲基
纤维素
钠（Kg）
柠檬酸
（Kg）
稀奶油
（Kg）
饮用水
（Kg）
100 150 3 20 4 1 1 30 511
3.4.3原料的物料衡算
名称班用量（t）全年用量（t）
全脂奶粉 1.12 500．64
白砂糖 1.68 750.96
全蛋粉0.0336 15.0192
淀粉0.224 100.128
明胶0.0448 20.0256
羧甲基纤维素钠0.0112 5.0064
柠檬酸0.0112 5.0064
稀奶油0.336 150.192
饮用水 5.7232 2558.2704
第四章设备选型与设计
生产设备流程简介：原料→配料罐→板式换热器→高压均质机→老化罐→凝冻机→灌装机→速冻隧道→冷库
根据物料平衡计算对定型设备进行选型，冰淇淋主要设备如下：
4.1 配料设备
冰淇淋的配料混合设备一般采用带机械搅拌器的单层立式不锈钢桶，俗称配料罐。

配料罐主要由桶身、搅拌装置、加热装置及排料旋塞等组成。

桶体由2—3mm不锈钢板卷焊制成，内外表面抛光，桶底与水平成倾斜角度，便于洗涤和排放物料。

为便于操作，桶口高度一般离地面不超过1.2m。

表4-1 立式混合搅拌机
搅拌机工作原理：又称配料罐主要由桶身、搅拌装置、加热装置和排料旋塞等构成。

搅拌机通电以后，通过带有保护功能的启动（停止）开关，启动搅拌主电机，当设备进入正常工作状态后，再将需搅拌物质加入到搅拌机的混合盘中，与此同时通过加水泵向混合盘内加入一定量的水，一起搅拌，待物料搅拌均匀后，拉开料门即可排料，在搅拌机的物料全部排净后，关闭料门，即完成了一个搅拌周期。

图1 搅拌机
1.减速器
2.桶体
3.搅拌器
4.物料出口
5.旋塞
/export/factory/1481647.htm
4.2 杀菌设备
目前使用较普遍的连续式杀菌器是由若干片板式换热片叠合而成的板式换热器。

它是一种新型、高效、节能的热交换器。

主要工作部件有板式换热器、温度调节系统、温度保持系统等
表4-2板式换热器
板式换热器的工作原理：它的主体是由许多具有花纹的热交换片依次重叠在框架上压紧而成。

加热（或冷却）介质与料液在相邻两片间流动，通过板式换热片进行交换。

图2 板式换热器
1.扳手
2.压紧螺杆
3.后支架
4.上导杆
5.压紧板
6.中间换热片
7.橡皮垫圈
8.换热片表面
9.前支架
/buyer/offerdetail/876661919.html
4.3 均质设备
高压均质机是冰淇淋生产中使用最普遍的一类均质机。

它是使料液在高压作用下，通过非常狭窄的间隙，（一般不超过0.1mm）。

因流速高达150—200m/s，液流将受三种作用：(一)是缝隙处的强大剪切作用；(二)是料液会和机体发生高速撞击，受到巨大的撞击作用；(三)是高速料液在通过缝隙时产生的空穴作用。

在这三种力的共同作用下，大直径粒子迅速碎裂为1μm左右的微粒，从而使料液均质化。

高压均质机的均质效果好，其均质压力可以很方便的随料液参数的变化进行调节，适用范围广。

表4-3 高压均质机
均质机的工作原理：均质机是一种特殊的高压泵，它使混合料液在高压作用下，通过非常狭窄的间隙（一般不超过0.1mm），料液在间隙中的速度高达150~200mm/s，液流受到缝隙的强大剪切作用；液流中的脂肪球或其他大粒子与机体发生高速撞击，受到巨大的撞击作用；高速液流在通过缝隙时产生空穴作用。

在以上三者的共同作用下，大粒子迅速破裂为2um左右的微粒，使料液均质。

主要结构
①高压泵：高压泵为三柱塞往复泵，它主要由泵体、柱塞、阀门等组成。

②均质阀：均质阀是使料液均质化的主要工作部分。

③机体、底座与曲轴：机体座落在底座上，底座由铸铁铸成，电动机安装其内，曲轴为球墨铁铸成，具有三个互成120度角的曲拐，以适应三柱塞的的工作需要。

④液压系统：液压系统的作用是使均质杆压紧在均质座上，以提供必要的均质压力，并给各传动部件提供润滑。

图3 高压均质机
1.均质阀
2.溢料阀
3.出料口
4.放气塞
5.压力表
6.油压表
7.调压阀
8.调压阀9.机体10.减速器11.液压泵12.滤油器13.电动机14.底座
/st3366/product_528950.html
4.4 老化设备
经过杀菌、均质的混合料，必须迅速冷却到老化温度（2-4℃），并储存一段时间，以便脂肪凝结物、蛋白质和稳定剂发生水和作用，提高混合料的黏度和凝冻时的膨胀率。

这个过程俗称老化或成熟，即物理上的成熟阶段。

老化设备目前都采用有载冷剂冷却、带搅拌器的间歇式老化罐，以适应冰淇淋生产物料数量多、老化时间长的特点。

表4-4 冰淇淋老化罐
名称型号生产能力
L/h 电动机功率
KW
生产厂商
老化罐BW-TANK 1500 1.5 杭州惠合机械
设备有限公司
工作原理：老化罐作为加热、冷却、保温、杀菌处理或贮藏浆液的必须不锈钢罐，是冰淇淋生产线中的必需设备。

老化也就是熟化，降低料液的温度，提高料液的粘度，防止料液出现脂肪上浮现象出现和酸度的增加，使其体系稳定，这样进凝冻机膨化的效果就会比较好。

老化罐目前都采用载冷制剂冷却、带搅拌器和电动机等结构，物料在老化时，载冷剂经泵沿着内胆的外壁面自上而下的流动，以冷却和维持物料的温度。

图4 老化罐
1.放料阀
2.内胆
3.外壳
4.进料管
5.电动机
6.减速器
7.温度计接管
8.搅拌器
9.冷却水10.压力表11.保温层12.安全阀13.出水管14.消毒前放存水15.冷凝水
/showproduct51.html
4.5 凝冻设备
在冰淇淋生产中，凝冻是很重要的工序之一，它是将经配料、均质、杀菌、老化后的混合料在冷冻的同时，均匀地混入空气使物料体积逐渐膨胀，逐步凝冻成半固体状。

凝冻机是冰淇淋整个工艺装备中最复杂,也是最关键的设备。

表4-5 凝冻机
生产厂商
名称型号电机功率KW外形尺寸（长×
宽×高）mm
间歇式凝冻机JBN-1 1.33760×480×510 天津市特斯达食
品机械科技有限
公司
凝冻机的工作原理：利用氨液直接蒸发冷却的一种凝冻机，混合原料进入后，凝
冻筒夹套内是循环流动的氨液蒸发，使混合原料冷冻至-3~-6C 。

刮刀与搅拌器
逆向旋转，刮刀刮下原料，搅拌器搅拌，将空气搅入混合原料中，使料液体积膨胀而成输送的冰淇淋。

图5 间歇式冰淇淋凝冻机
1.进料口
2.凝冻机外壳
3.凝冻筒内壁
4.氨蒸发器
5.软木
6.搅拌器
7.冰淇淋出口
8.放料阀/productshow.asp?id=242109
4.6 灌装设备
表4-6 冰淇淋灌装机
工作原理：纸杯或塑杯冰淇淋是采用纸杯灌装机进行分装的。

它由料斗、定量筒、传送链带、机座以及传送变动装置等组成。

料斗下端连接两个定量筒，当定量筒
内的活塞后退时，冰淇淋由料斗被吸入定量筒；当活塞向前推进时，则将冰淇淋通过注射器挤入正在通过传送带传送来的纸杯或塑料杯。

每杯冰淇淋的容量，可通过调节活塞冲程来控制。

图6 冰淇淋灌装机
1.下蛋筒或杯子
2.整理
3.内壁喷涂
4.一次灌浆
5.二次灌浆
6.三次灌浆
7.罐巧克力8.洒干果等9.加盖10.压盖11.杯子拔出12.蛋筒顶出
/buyer/offerdetail/1098345832.html
4.7 硬化设备
冰淇淋等冷饮食品一般要经过硬化才能投放市场，而硬化设备的优劣，对产品的最后品质有着至关重要的影响。

速冻隧道是一种新型、快速的硬化设备，它可以在很短的时间内（0.5-1h）完成硬化过程，是一种高效的硬化设备。

它主要包括：绝热隧道、传送系统、托盘冷风系统等。

表3-7 速冻隧道
名称型号生产能力T/H 电机功率KW 外形尺寸（长×
宽×高）mm
速冻隧道BSD 1 19.6 7500×3800×26
40
速冻隧道的工作原理：其利用环形传送带，将冰淇淋等冷饮制品置于该传送系统的载物托盘上，随托盘而向前传送，在传送中受冷风降温而硬化，并将硬化好的产品送出室外的一种高效、快速、高产的冰淇淋硬化设备。

图7 速冻隧道
/other.asp?Action=Show&classid=9&ID=75
4.8 设备数量
表4-8设备数量
立式搅拌机板式换热
器
高压均质
机
老化罐凝冻机灌装机速冻隧道
2 2 2 1 4 1 1
第五章结论
本课程设计主要是设计冰淇淋的生产工艺和设备的选型与设计，在设计过程中，通过收集资料来确定产品方案，对生产工艺进行了科学合理的设计，还紧紧围绕工艺实际需要在设备选型等方面进行了合理的设计，使得整厂各环节紧凑、合理，可以发挥最高的工作效率。

食品工业已成为我国工业企业龙头，而冰淇淋行业是我国食品工业的生力军。

根据调查分析，冰淇淋有广泛的市场和开发的前景，我们要抓住时机，加强宏观调控，将冰淇淋工业带上一个新起点。

我们应当做到：合理布局，尽量使城乡协调发展，采用推广新技术，提高从业人员水平，健全销售网点，疏通销售渠道，开发新、奇、特的产品，满足消费者的需要。

在冰淇淋的生产过程中存在着一些问题，为此提出建议如下：
（一）原料处理不当
如：对料液加热杀菌是温度过高、时间过长就会产生烧焦味，因此要严格执行杀菌操作规律。

（二）原料未经很好的预处理
含有的杂质会影响均质机的工作，缩短均质的使用寿命，造成不必要的经济损失；进入凝冻机还会引起堵塞。

因此，在原料预处理阶段要加强工艺监督，在原料进入均质机前，进行二次过滤。

（三）原料混合不均匀
尽管搅拌混合原料，但是由于比重不同，大量的水与油脂不能充分混合，经高压均质机均质时易产生不平衡，影响机器的使用寿命；进入老化罐时易产生成团现象，不利于机上操作。

故搅拌机的搅拌器叶片应偏离中心位置，使原料充分混合均匀。

（四）设备的保养方法的不正确
如：对制冷设备的保养应保持清洁干燥，较长时间不用应切断电源，关闭供水阀，放空冷凝器的存水，尤其是温度低于0℃时，必需排完冷凝器中的剩水，防止冻裂。

（五）设备清洗方法的不正确
为确保食品的卫生指标，冰淇淋生产必须班前班后清洗消毒，如清洗方法不当，直接用漂白粉杀菌消毒，水中不溶解的碳酸钙和质地较硬的杂质，对设备造成伤害。

冰淇淋生产结束后，应用水温高于90摄氏度，含1~2%的碱水清洗，最后用澄清的漂白粉水杀菌。

参考文献
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