全脂乳粉生产工艺设计

目录
1前言 (3)
1.1乳制品的重要性 (3)
1.2产品介绍 (3)
1.2.1乳粉的概念 (3)
1.2.2乳粉的种类 (3)
1.3中国乳制品行业发展现状及前景 (4)
2工艺流程 (5)
2.1生产规模及生产制度 (5)
2.2乳粉生产工艺流程 (5)
2.3操作要点 (5)
2.3.1原料乳的验收与预处理 (5)
2.3.2预热杀菌 (6)
2.3.3真空浓缩 (6)
2.3.4喷雾干燥 (6)
2.3.5出粉、冷却 (6)
2.3.6称量与包装 (7)
3 物料衡算 (8)
3.1每小时产量计算 (8)
3.2原料乳成分及产品成分 (8)
3.3标准化计算 (8)
3.3.1乳脂肪与非脂乳固体之比 (8)
3.3.2稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算 (8)
3.3.3每吨原料乳应添加的脱脂乳 (9)
3.3.4标准乳成分 (9)
3.3.5制脱脂乳需要分离原料乳 (9)
3.3.6一吨原料乳可制得标准乳去除的稀奶油 (10)
3.3.7检验 (10)
3.4工艺流程中一吨原料乳的物料计算 (10)
4 设备选型 (13)
4.1贮奶罐 (13)
4.2配料罐 (13)
4.3平衡罐 (13)
4.4过滤器 (14)
4.5净乳机 (14)
4.6均质机 (15)
4.7板式换热杀菌器 (15)
4.8三效蒸发浓缩器 (16)
4.9喷雾干燥 (16)
4.10筛粉机 (17)
4.11包装机 (17)
5说明 (19)
6参考文献 (20)
7总结 (21)
1 前言
1.1乳制品的重要性
乳是营养最全面的自然食品，在人类食品中占有特殊地位，它对人类健康和增强身体素质的重要价值逐渐被国民重视。

随着国民经济的增长，其地位日益提高，乳业与农业产业结构调整，增加农民收入，改善人们膳食结构和营养水平密切相关，乳业总体水平是衡量一个国家畜牧业发展程度的重要指标。

乳制品营养丰富，物美价廉，是国防，勘探，医护，劳保，旅游等方面必须的方便食品及保健食品，对促进儿童健康成长，营养的供给和维持老年人的身体健康有着突出的作用。

随着人们生活水平的提高，乳制品将日益显示出其重要的作用和意义。

1.2 产品介绍
1.2.1乳粉的概念
乳粉，就是指以新鲜乳为原料，或为主要原料，添加一定数量的植物或动物蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等配料，通过冷冻或加热的方法除去乳中几乎全部的水分，干燥而成的粉末。

1.2.2乳粉的种类
乳粉的种类众多，根据原料的组成、加工方法、辅料及添加剂的种类不同而异。

主要种类有：
①全脂乳粉：以新鲜牛奶经标准化、杀菌、浓缩、干燥制成的粉末状物品。

若按规定标准添加蔗糖，称为全职加糖乳粉或甜乳粉。

②脱脂乳粉：以脱去脂肪的脱脂乳末原料加工制成的粉末状制品。

脱脂乳粉一般不加糖。

③乳清液：利用制造干酪或干酪素的副产品——乳清末原料干燥而成。

④配制乳粉：将乳中的某些成分进行调整，并按要求添加某些营养素制成的干燥制品。

配制乳粉最初主要是针对婴儿营养需要而研制成的，供给母乳不足的婴儿食用。

目前，配制乳粉已呈现出系列化的趋势，如中小学生乳粉，中老年乳粉，降糖乳粉，孕妇乳粉等。

1.3中国乳制品行业发展现状及前景
中国乳制品行业起步晚，起点低，但发展迅速。

特别是改革开放以来，奶类生产量以每年两位数的增长幅度迅速增加，远远高于1%的同期世界平均水平。

中国乳制品产量和总产值在最近的10年内增长了10倍以上，已逐渐吸引了世界的眼光，但同时，中国人均奶消费量与发达国家相比，甚至与世界平均水平相比，差距都还十分悬殊。

令人鼓舞的是，近两年政府出台了一系列有利于乳业持续快速发展的政策，中国乳制品行业正面临增长方式的转变，以市场化、法制化、规范化的不破坏资源生态的生产方式，从源头抓起，从整个乳业产业链抓起，以现代的营销观念，迎接新一轮高品质发展周期的到来。

中国乳品消费在逐步扩大，但目前成规模的消费市场还远没有形成。

中国许多人还没有喝牛奶、食用乳制品的习惯，尤其是农村市场还远没有打开，还有相当部分的人因经济条件所限消费不起，消费习惯的培养还需要一个过程。

乳企须研究中国乳业发展的规律，找到一个比较合理的增长速度，加强乳业发展的计划性。

纵观以往喧嚣的中国乳制品行业，其焦点一直围绕在价格战、奶源战、资本战、圈地战、广告战、口水战等方面，但2007年竞争的话题显然已转移到以产品创新、工艺创新为代表的研发大战。

各个乳制品企业推出的新品无一不注重科技含量，也更加侧重功能性。

中国乳业已进入了新的竞争阶段。

针对国内消费观念逐渐成熟、从“有奶喝”转为“喝好奶”的需求日益强烈，竞争也上了一个新台阶，从低端的价格大战走向高端的技术、产品比拼；从原始的广告战、价格战变为对行业健康、长远发展具有促进作用的差异化竞争。

随着中国乳业的迅速发展，产品结构发生很大的变化，已成为技术装备先进、产品品种较为齐全、初具规模的现代化食品制造业，随着中国人民生活水平的逐渐提高，乳制品消费市场会不断扩大并趋于成熟，中国将成为世界上乳制品消费最大的潜在市场。

2 工艺流程
2.1生产规模及生产制度
设计题目：日处理80吨鲜乳的全脂乳粉生产工艺设计
生产规模：日处理鲜奶80吨/日
生产时间：全年工作300日，每日工作10小时
2.2乳粉生产工艺流程
原料乳的收购与验收——乳的预处理与标准化——杀菌与均质——真空浓缩——喷雾干燥——出粉——冷却——筛粉——晾晒——检验——包装——成品
2.3操作要点
2.3.1原料乳的验收与预处理
原料乳的质量将直接影响成品质量的好坏，故必须严格控制其质量。

原料乳应符合无公害生鲜牛乳的生产技术规范（NY-5054-2001）同时各项指标（感官，指标，理化指标和微生物指标）要结合中国规定生鲜牛乳验收的条件。

原料乳必须新鲜，不能混有异常乳，比重应为1.028-1.032（20℃），酸度不超过20°T,含脂率不低于3.1%，乳固体不低于11.5%。

杂菌数不超过20万个/毫升。

合格牛奶要进行过滤和净化等处理。

原料乳的净化：原料乳经过净乳机净化后可除去大量的乳泥、脱落的乳房上皮组织等物质，达到高度纯净的目的。

原料乳的标准化：保准化后的原料乳脂及非脂乳固体之比应等于成品中脂肪与非脂乳固体之比。

原料乳的均致：均质时一般压力控制在14-21Mpa，温度控制在60℃为宜。

二级均质时，第一级压力为14-21Mpa，第二级压力为350Mpa左右。

均质后脂肪球变小，从而可以有效地防止脂肪上浮，并易于消化吸收。

2.3.2预热杀菌
目的是杀死乳中微生物和破坏酶的活性，同时可提高牛乳的热稳定性和乳粉的香味。

牛乳常见的杀菌方法有很多，具体应用时可根据产品本身特性选择不同的方法。

一般采用高温短时间杀菌法，或超高温瞬时杀菌法。

若使用片式或管事杀菌器，通常采用的杀菌条件为80-85℃、保持30秒钟，或95℃，保持24秒钟。

若用超高温瞬时杀菌装置，则为120-150℃，保持1-2秒钟。

2.3.3真空浓缩
原料乳经杀菌后，应立即进行真空浓缩。

一般浓缩至原料乳体积的1/4左右，即乳固体含量45%左右。

浓缩的方法有：自然蒸发和沸腾蒸发，分为常压蒸发和减压蒸发。

由于牛乳属于热敏性物料，浓缩宜采用减压法。

浓缩设备，一般小型乳品厂多用单效真空浓缩锅，较大型的乳品厂则都用双效或三效真空蒸发器，也有才用片式真空蒸发器的。

浓缩结束，浓缩乳应进行过滤，一般采用双联过滤器。

2.3.4喷雾干燥
干燥是乳粉生产中很关键的一道工序，将直接影响最终产品的质量好坏。

喷雾干燥的方法有很多，应根据需要具体选择。

先将过滤的空气由鼓风机吸进，通过空气加热器加热至130--160℃后，送入喷雾干燥室。

同时将过滤的浓缩乳由高压泵送至喷雾器或由奶泵送至离心喷雾转盘，喷成10—20微米的乳滴与热空气充分地接触，进行强烈的热交换，迅速地排出水分，在瞬间完成蒸发，干燥。

随之沉降于干燥室底部，通过出粉机构不断地卸出，及时冷却。

最后进行筛粉和包装。

2.3.5出粉、冷却
喷雾干燥室内的乳粉要求迅速连续地卸出及冷却，以免受热过久，降低制品质量。

乳品工业常用的出粉机械有螺旋输送器、鼓型阀、涡旋气封阀和电磁振荡出粉装置等工序连接成连续化的生产线。

出粉后应立即筛粉和晾晒。

使制品及时冷却。

喷雾干燥乳粉要求及时冷却至30℃以下。

目前一般采用流化床出粉冷却
装置。

2.3.6称量与包装
乳粉冷却后应立即用马口铁罐、玻璃罐或塑料袋进行包装。

根据保存期和用途的不同要求，可分为小罐密封包装、塑料袋包装和大包装。

需要长期保存的乳粉，最好采用500克马口铁罐抽真空充氮密封包装，保藏期可达3—5年。

如果短期内销售，则多采用聚乙烯塑料袋包装，每袋500克或250克，用高频电热器焊接封口。

小包装称量要求精确、迅速，一般采用容量式或重量式自动称量装罐机。

大包装的乳粉一般供应特别需要者，也分为罐装和袋装。

每罐重2.5千克；每袋重12.5千克或25千克。

3 物料衡算
3.1每小时产量计算
日处理为80吨，每天2班，每班工作5小时，
则每小时处理量为8吨/时
3.2原料乳成分及产品成分
表1原料乳成分表：
乳脂肪
蛋白质 乳糖 水分 灰分 非乳脂固体 3.8% 3.1% 4.8% 0.7% 87.8% 8.6%
注：非乳脂固体（%）=蛋白质（%）+乳糖（%）+灰分（%）
表2产品成分表:
乳脂肪
水分 非乳脂固体 27% 2% 71%
3.3标准化计算
3.3.1乳脂肪(F)与非脂乳固体(S)之比(R) 原料乳：442.0%6.8%8.3000===
S F R 成品：380.0%71%
27===S F
R
标准化的方法：由于R 。

> R ，说明原料乳中的脂肪含量偏高，需要标准化使之平衡。

原料乳中的脂肪含量过高，所以要把部分原料乳进行分离，分离出的脱脂乳要加入原料乳中使它达到标准乳要求，而分离的稀奶油则另用容器贮存。

3.3.2稀奶油及脱脂乳中的非脂干物质的计算
设定：当预热温度为40℃时
脱脂乳含脂肪%1.00F 1=
稀奶油含脂肪%40F 2=
脱脂乳中非脂乳固体：
%94.8%6.88.310001.01001001000011=⨯--=⨯--=S F F S
稀奶油中非脂乳固体：
%16.5%6.801.010040100100100S 0122=⨯---⨯--=S F F
3.3.3每吨原料乳应添加的脱脂乳(M 1)
kg F S R S R F 06.157100001.094.8380.06.8380.08.31000M 11001=⨯-⨯⨯-=⨯-⨯⨯-=
3.3.4标准乳成分
脂肪含量：%3.306.1571000%01.006.157%8.310001000%01.0%8.31000F 11=+⨯+⨯=+⨯+⨯=
M M 标
非脂乳固体：
%16.8%380.0%
1.3R F S ===标标 表3标准乳成分:
乳脂肪
水分 非乳脂固体 3.3% 88.54% 8.47%
3.3.5制(M 1)脱脂乳需要分离原料乳(G)
设：分离(G kg)原料乳可得到(M 1kg)脱脂乳和(M 2kg)稀奶油根据脂肪含量守衡可知：G×F 0=M 1×F 1+M 2×F 2
且G=M 1+M 2
则:kg F F F F M 44.168.34001.08.306.157M 021012=--⨯=--⨯=
则需要分离原料乳： kg M G 50.17344.1606.157M 21=+=+=
3.3.6一吨原料乳可制得标准乳(G 1)去除的稀奶油(G 2) 一吨原料乳可制得标准乳：1G 1000
6.011570
.51173=,则G 1=985.99kg
去除的稀奶油：kg 1.0149.99851000G 1000G 12=-=-=
3.3.7检验
一吨原料乳中含脂肪量：m 0=M 0×F 0=1000×3.8％=38kg 一吨原料乳分离后得到标准乳中的脂肪含量:
m 1=G 1×F 标=985.99x 3.3％=32.54kg 。

一吨原料乳脱去稀奶油中的脂肪含量：
m 2=G 2×F 2=14.01x 40％=5.60kg 。

结论：m 0≈m 1+m 2，计算正确
3.4工艺流程中一吨原料乳的物料计算
查阅资料得：
各流程的损失率为：过滤——0.05% 净乳——0.05%
杀菌——0.05% 均质——0.1% 过筛——0.5%
水分蒸发率：浓缩——48% 喷雾干燥——75% 日处理为80吨，每天2班，每班工作5小时，
则每小时处理量为8吨/时
(1)原料乳的质量为8吨
（2）取过滤的损失率为0.05%，则经过滤后的质量为： 8×（1-0.05%）=7.996吨
（3）取净乳的损失率为0.05%，则经净乳后的质量为：
7.996×（1-0.05%）=7.992吨
（4）取均质的损失率为0.1%，则经均质后的质量为：
7.992×（1-0.1%）=7.991吨
（5）取杀菌的损失率为0.05%，则经杀菌后的质量为：
7.991×（1-0.05%）=7.987吨
（6）取浓缩的水分蒸发率为48%，则经浓缩后的质量为：
7.987×（1-48%）=4.153吨
（7）取喷雾干燥的水分蒸发率为75%，则经喷雾干燥后的质量为：
4.153×（1-75%）=1.038吨
（8）取过筛的损失率为0.5%，则经过筛后的质量为：
1.038×（1-0.5%）=1.033吨
具体物料衡算流程图如下：
原料乳验收8吨/时
↓
过滤 8吨/时
↓-0.05%
净乳 7.996吨/时
↓-0.05%
冷却7.992吨/时
↓
贮乳7.992吨/时
↓
均质 7.992吨/时
↓-0.1%
标准化7.991吨/时
↓
预热杀菌 7.991吨/时
↓-0.05%
真空浓缩 7.987吨/时
↓-48%
喷雾干燥 4.153吨/时↓-75%
出粉冷却1.038吨/时↓
过筛 1.038吨/时
↓-0.5%
包装 1.033吨/时
↓
成品
4 设备选型
4.1贮奶罐
根据物料衡算得，若想生产1.033t/h的乳粉, 则原料量为8t/h，则按一天10小时工作计，则一天贮奶量为80t/d，经计算需要76923.077L/d(密度约为1.04g/ml)。

选用BPC-30型的贮奶罐4个，其主要参数见表4：
表4贮奶罐参数:
项目技术指标
设备名称BPC系列室外储罐
设备型号BPC-30
罐体总高 (mm) 7850
罐体外径 (mm) 2700
进出口径 (mm) 51
电机功率 (kW) 2.2
公称容积( L) 30000
设备重量（kg) 3720
4.2配料罐
根据物料衡算得，若想生产 1.033t/h的乳粉, 则原料量为8t/h，即76923.077L/h。

选用RZGC05-5000型配料罐3个，其具体参数见表5：表5配料罐参数:
项目技术指标
设备名称配料罐
设备型号RZGC05-5000
设备容积5000L
工作压力工作压力：内胆常压
工作压力：夹套≤0.2MPa 电机功率 2.2kw 设备高度4200 直径1500
4.3平衡罐
根据物料衡算得，若想生产 1.033t/h的乳粉, 则原料量为8t/h，即76923.077L/h。

选用5000L平衡罐3个，其具体参数见表6：
表6平衡罐参数:
项目技术指标
公称容积(L) 5000
工作压力0.09Mpa
试验压力0.15Mpa
搅拌器转速36r/min
加热面积（m2）13.3
物料进出口（DN）40
4.4过滤器
根据物料衡算得，若需要生产1.033t/h的乳粉, 则原料量为8t/h，可以选用双联过滤器，其主要参数见表7：
表7双联过滤器参数:
项目技术指标
过滤面积（㎡）0.75
过滤温度（℃）≤ 100
使用压力MPa 0.2
进口管径G2＂
出口管径G2＂
外形尺寸mm(长×宽×高) 1300 ×500 × 1300
4.5净乳机
根据物料衡算得，若想生产 1.033t/h的乳粉, 则原料量为8t/h，即76923.077L/h。

选用DHN550型的净乳机，其主要参数见表8：
表8净乳机参数:
项目技术指标
机型DHN550
处理量（L/h）15000
进口压力（Mpa）0.05
出口压力（Mpa）0.1-0.5
电机功率（kw）22
质量（kg）2300
外型尺寸（mm）长×宽×高1950×1500×1960
4.6均质机
根据物料衡算得，均质量为7.992t/h。

选用SRH4000型均质机，其具体参数见表9：
表9均质机参数:
项目技术指标
规格型号SRH4000-30
柱塞根 3
额定流量升/小时4000
最大工作压力MPa 30
连续工作压力Mpa 24
电源（KW）40
重量（Kg）1800
外形尺寸L×W×H(m) 1.5×1×1.5
4.7板式换热杀菌器
根据物料衡算得，若想生产 1.033t/h的乳粉, 则原料量为8t/h，即76923.077L/h。

选用BR0.05型板式换热器，其具体参数见表10：
表10换热器参数:
项目技术指标
规格BR 0.05
单片换热面积㎡0.05
板片尺寸㎜500 × 168
板片厚度㎜0.8
角孔直径㎜38
接管直径㎜28
波纹形状人字形波纹
平均板间距㎜ 3.8
可组合换热面积㎡0.5 ～ 5
最大允许使用压力Mpa 0.4 ～ 2
最高允许使用温度℃一般 120 ～ 160 ℃特殊可达 250 ℃
传热系数 W/ ㎡℃2000 ～ 6000
4.8三效蒸发浓缩器
根据物料衡算得，真空浓缩量为7.987t/h，经计算浓缩蒸发量为
7.987×1000×48%=3833.76kg/h,选用SJN3-8000型三效外循环真空蒸发器，其具体参数见表11：
表11蒸发器参数:
项目技术指标
型号名称SJN3-8000
蒸发量KgH2O/h 8800
耗气量Kg/h 2200
外形尺寸（L×W×H）m 9×3×5
循环耗水量T/h 40
蒸发温度一效℃85～90
蒸发温度二效℃70～75
蒸发温度三效℃55～65
真空度一效Mpa -0.02～-0.04
真空度二效Mpa -0.05～-0.06
真空度三效Mpa -0.08～-0.09
浓缩比重 1.25～1.4
蒸汽压力Mpa 0.05～0.09
4.9喷雾干燥
根据物料衡算得，喷雾干燥量为 4.153t/h，则喷雾干燥每小时蒸发的水分为4.153×75%=3.115t/h，即蒸发水分量为3115kg/h。

选用LPG6500高速离心喷雾干燥机，其具体参数见表12：
表12干燥机参数:
项目技术指标
型号LPG6500
入口温度℃140-350自控
出口温度℃80-90
喷雾形式高速离心雾化器（机械传动或无极变频调速可供选择水分蒸发量kg/h 6500
雾化器转速rmp 11000-12000
雾化盘直径mm 根据工艺要求确定
电加热最大功率kw 根据工艺流程、场地条件确定
干粉回收率% 根据工艺流程、场地条件确定
占地长度、宽度m 根据工艺流程、场地条件确定
喷头吊装高度m 根据工艺流程、场地条件确定
塔体高度m 根据工艺流程、场地条件确定
塔体直径m 6
注：水份蒸发量与物料特性，含固量及热风进出口温度有关。

用度可根据当地能源选定加热方式，根据物料特性选择收尘，除尘方式。

该喷雾干燥设备带有流化床装置。

4.10筛粉机
根据物料衡算得，筛粉量为1.033t/h，选用S49-A-单层式筛粉机2台，其具体参数见表13：
表13筛粉机参数:
项目技术指标
设备名称吊悬式筛粉机
生产能力1000Kg/h（奶粉）
筛网规格20目
电机功率50Kg/台
设备特点适用于乳粉及其它粉状物料的筛选,筛细不筛粗，块状及颗粒状的物料适合用振动筛进行分级
4.11包装机
根据物料衡算，包装量为1.0338t/h，最终选用25kg每袋大包装。

选用DZ500-T 台式真空包装机4台，其具体参数见表14：
表14包装机参数:
项目技术指标
电源电压220V 50Hz
功率900w
热封功率（>5s) 1.2KW
真空室最低绝对压强1KPa
热封条有效尺寸500×12mm
每室热封条数 2
真空泵排气量20 m3/h
包装速度1-3次/分真空形式及材质不锈钢真空室
真空室尺寸（L×W×H）520×520×975mm 外形尺寸（L×W×H）750×600×530mm 外包装尺寸（L×W×H）750×670×660mm
5 说明
本设计以原奶及成品的指标为计算依据，设备的选型紧紧围绕生产的实际需要，以降能节耗、提高产品品质为原则，使得产品品质为原则，使得整套工艺及设备配置科学合理。

同时在设计的同时考虑到了工艺的兼容性：如在生产线上增加一个配料罐即可实现生产全脂甜奶粉、全脂营养素强化奶粉；流化床的应用可以实现生产各种风味奶粉等。

由于资金预算的限制，本设计对于目前国际先进的设备、技术引进考虑不足。

如国内目前原奶质量差，细菌总数超出国际标准较多，如在此生产线引进离心除菌或过滤膜除菌技术设备，对原奶首先进行除菌，可以大大提高产品的质量本设计没有对原奶及成品的检验进行优化设计，对于控制原奶及产品质量缺乏手段。

以上不足希望在以后的工作中改进。

6 参考文献
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[7]涂建国,食品工厂设备, 北京,中国轻工业出版社.1991
[8]周镇江,轻化工工厂设计概念, 北京,中国轻工业出版社.1992
[9]内蒙古轻工科学研究所,乳品工艺, 北京,中国轻工业出版社.1989
全脂乳粉生产工艺设计
7总结
拿到岳静老师的设计任务后，就开始查找相关资料，然后再根据背景资料和相关数据文献对自己所选的题目进行配方和工艺设计，包括物料衡算，根据相关的参数进行设备选型和绘制设备图纸。

在此过程中，通过对各种文献和资料的查阅，从中学到了对重点的把握和该如何解决问题分析问题，如何更好的利用书本资源和网络资源，和如何更好的与同学和老师讨论分析问题，较高效率地完成老师所布置的任务。

21。