生产能力计算与设备选型

设备选型应符合工艺要求，它的依据是物料计算。设备选型的好坏是保证产品质量的关键，体现生产水平的标准，它为动力配电、水、汽用量计算提供依据。对于生产中关键设备除按实际生产能力所许的台数配备外，还应考虑备用设备。若几种产品都需要的共同设备，应按处理量最大的品种所需的台数确定。一般后道工序设备的生产能力要略大于前道，以防物料积压。

一、食品工厂选择设备的原则

选择设备必须根据生产规模、班产量大小和工艺流程特点和工厂条件综合考虑，一般按如下原则和要求选择：

（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量。

（2）选择技术先进、造型美观、机械化、连续化、自动化程度高的设备，注意设备利用率和成本核算。中小食品厂应选简单设备。

（3）选用能充分利用原料、能耗少、效率高、体积小、维修方便，劳动强度小，并能一机多用。

（4）所选设备应符合食品卫生要求，拆装清洗方便，与食品接触部分用不锈钢或对食品无污染的材料。

（5）设备结构合理，适应各种工作条件（温度、压力、湿度、酸碱度）。在温度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、记数和程序等方面有合理控制系统，并尽量采用自动控制方式。

二、食品工厂部分设备生产能力的计算公式

1.流槽

式中　qm——原料流量，kg/s；

A——流送槽的有效截面积（水浸部分的截面积），m2；

υ——流送槽的流送速度，kg/s；

一般取υ=0.5～1.0，kg/s；

ρ——混合物密度，kg/m3；

m——水对物料的倍数（蔬菜类m=3～6，鱼类n=6～8）。

2.斗式提升机

式中　G——斗式升送机生产能力，t/h；

V——料斗体积，m3；

a——两个料斗的中心距，m；

（对于疏斗可取a=2.3～2.4h，m）

h——斗深。对于连续布置的斗，取a=hm）；

φ——料斗的充填系数；

粉状及细粒干燥物料：φ=0.75～0.95；谷物：φ=0.7～0.9；

水果：φ=0.5～0.7。

υ——带（链）速度，m/s；

ρ——物料的堆积密度，kg/m3。

3.带式输送机

（1）水平式带式输送机：

式中　G——水平带式输送机生产能力，t/h；

B——带宽，m；

ρ——装载密度，t/m3；

φ——装载系数，取φ=0.6～0.8，一般取φ=0.75；

h——堆放层物料的平均高度，m；

υ——带速，运输时取υ=0.8～2.5，m/s。

（2）倾斜带式输送机：

式中　G0——倾斜带式输送机生产能力，t/h；

G——水平带式输送机生产能力，t/h。

φ0——倾斜系数，见表3-20。

表3-20　倾斜系数

注：凡是用带式输送机原理设计的其他设备，如：预煮、干燥、杀菌等设备，均可用此公式。

4.杀菌锅

（1）每台杀菌锅操作周期所需要的时间t′：

式中　t1——装锅时间，min；

t2——恒温时间，min；

t3——降温时间，min；

t4——出锅时间，min。

（2）每台杀菌锅内装罐头的数目：

式中　k——装载系数，随罐头外形而异，常用的k值取0.55～0.60；

a——杀菌篮的高度与罐头高度之比值；

d1——杀菌篮内径，mm；

d2——罐头外径，mm；

z——杀菌锅内杀菌篮数目。

（3）每台杀菌锅的生产能力G（罐/h）：

（4）1h内杀菌x罐所需的杀菌锅数目N（台）：

（5）制作杀菌工段操作表：

a.先计算装完一锅罐头所需时间t（min）

式中　n——杀菌锅内装罐头的数目。

b.然后计算一个杀菌操作周期t和杀菌锅所需的数目N，则可制定杀菌工段的作图表。

例如：设第一个杀菌锅8∶00开始装锅，则第二锅是8∶00+t，第三锅是8∶00+2t，以此类推，直到N锅。

第一个杀菌后出锅完毕的时间是8∶00+t′，第二个锅完毕的时间是8∶00+（t′+t），第三锅是8∶00+（t′+2t），以此类推，直到N锅，这样可以制定出杀菌工段的操作表，见表3-21。

表3-21　杀菌工段的操作表

5.空气压缩机（杀菌锅反压冷却时用）

（1）杀菌锅内所需空气量V2：

式中　V1——杀菌锅内所需空气量，m3；

p1——大气压力，kPa；

p2——反压冷却时的绝对压力，kPa；

V2——锅内反压为p2时所需空气量，m3。

（2）每只杀菌锅在反压杀菌需贮气桶容量V（m3）：

式中　V2——杀菌锅内，反压为p2时所需的空气量，m3；

V3——在贮气桶压力p1下，每立方米空气所提供的常压空气量，m3/m3，见表3-22。

表3-22　不同压力下，贮气桶内1m3所提供的常压空气量单位：m3

（3）空气压缩机每分钟的空气供应量V（m3/min）：

式中　V2——同上，m3；

t——冷却过程所需要的时间，min；

n——杀菌锅数。

6.泵的流量和轴功率

（1）离心泵：

①离心泵的流量qv（m3/s）：

式中　P——轴功率，kW；

H——扬程，m；

ρ——流体密度，kg/m3；

η——泵的总效率（η=0.4～0.6）；

η3——机械效率（轴承密封及摩擦因数）。

②离心泵的功率P（kW）：

式中　PP——电机功率，kW；

α——保留系数（α=0.1～0.2）；

ηa——传动效率（皮带传动为0.9～0.95，齿轮传动为0.92～0.98）。

（2）螺杆泵：

①流量Qv的计算（m3/h）：

n——螺杆转速，r/min；

T——螺杆螺距，cm；

e——偏心距，cm；

D——螺杆直径，cm；

η——泵的体积效率（一般取η=0.7～0.8）。

②电动机功率计算P（kW）：

式中　ρ——料液密度，kg/m3；

QV——料液流量，m3/h；

H——压头，mH2O，（1mmH2O=9.8Pa）；

η机——机械传动效率（0.7～0.8）。

有些设备的生产能力计算时，要用到物料的体积质量，表3-23列出部分物料体积质量供参考。

表3-23　部分物料体积质量表

7.高压均质设备

柱塞高压均质泵的生产能力Q：

式中　Q——单作用多缸往复泵生产能力，m2/h；

d——柱塞直径，m；

S——柱塞行程，m；

n——柱塞每分钟来回数，即主轴转数，r/min；

Z——柱塞数，即缸数；

φ——泵的体积系数，一般为0.7～0.9。

8.摆动筛

（1）生产能力G（t/h）：

式中　B0——筛面有效宽度，m；B0=0.95B

B——设计筛面宽度，m；

h——筛面的物料厚度h=（1～2）D，m；

D——物料最大直径，m；

υcp——物料沿筛面运动的平均速度，m/s，取υcp为0.5m/s以下；

μ——物料松散系数，取μ=0.36～0.64；

ρ——物料密度，t/m3。

（2）功率计算P（W）：

式中　G——筛体满负荷时的重力，N；

E——筛子轴每回转一周时，筛子动能；

λ——振幅，取λ=4～6mm；(www.xing528.com)

n——偏心轮转数；

ηα——传动效率（0.5）。

9.绞肉机

（1）切割能力F（cm2/h）

式中　F——切刀的切割能力，cm2/h；

n——切刀转速，r/min；

D——格板直径，cm；

φ——孔眼总面积与格板面积之比值，（平均为0.3～0.4）；

Z——切刀总数（十字刀为4）。

（2）生产能力G（kg/h）：

式中　A1——被切割1kg物料的面积，cm2/kg；

α——切刀切割能力利用系（0.7～0.8）。

注：当孔径为2mm时，F1=11000～12000cm/kg；

当孔径为3mm时，F1=6000～7000cm/kg；

当孔径为2mm时，F1=700～1000cm/kg。

（3）功率P（kW）：

式中　W——切割1kg物料的能量消耗比率，kW/kg，W取值参见表3-24。

表3-24　W取值范围

三、食品工厂部分主要设备的选择

食品工厂生产的产品种类多，使用的设备各式各样。设备生产厂家遍及国内外，其型号、规格不一，为使设计者正确选择设备，满足工艺要求，确保食品厂产品的产量和质量，下面分类介绍主要食品设备。

（一）罐头工厂主要设备

罐头食品工厂有：空罐车间、实罐车间和其他辅助车间及部门，生产中需要的主要设备有以下六类。

1.输送机械

（1）固体输送设备：

①带式输送机：食品厂中应用最广的一种连续输送机械，适用块状、颗粒状及整件物料水平方向或倾斜方向运送。同时，还可以作拣选工作台、清洗、预处理、装填操作台。

②斗式升送机：食品厂连续化生产中，用于不同高度装运物料，如从地面运送到楼上。

③螺旋输送机适用于需要密闭运输的物料，如颗粒状物料。

（2）液体输送设备：

①流送槽：流送槽是属于水力输送物料装置，用于把番茄、蘑菇、菠萝及其他块茎类原料从堆放场送到清洗机或预煮机中。

②真空吸料装置：是一种利用真空系统对流体进行短距离输送。对果酱、番茄酱等或带有固体块料的物料很适合，但输送距离不大、效率低。

③离心奶泵、螺杆泵、齿轮泵：

离心奶泵：食品厂用于流体输送，在乳品厂该泵应用更广泛。与离心泵工作原理、用途相同，液体接触部分用不锈钢制造，确保食品卫生，又称卫生泵。

螺杆泵是一种回转容积式泵，目前食品厂多用单螺杆卧式泵，多用于黏稠液体或带固体物料的酱体的输送，如番茄连续生产流水线上常采用此泵。

2.清洗和原料预处理设备

食品原料从生长、成熟到运输，贮藏过程中会受尘埃、沙土、微生物及其他污物的污染，加工前必须清洗。此外，为保证食品容器清洁和防止肉类罐头产生油商标等质量事故，也必须有清洗机械设备。

（1）常用清洗设备：

常用清洗设备包括：鼓风式清洗机、空罐清洗机、全自动洗瓶机、实罐清洗机等。

鼓风式清洗机是利用空气进行搅拌，既可加速污物从原料上洗去，又可使原料在强烈翻动下而不破坏其完整性，最适合果蔬原料的清洗。

全自动洗瓶机用于果汁、汽水、牛奶、啤酒等玻璃瓶的清洗。（新、旧瓶均可）。

（2）常用的原料预处理设备：

分级机（滚筒式分级机、摆动筛、三辊筒式分级机、花生米色选机等）。

切片机（蘑菇定向切片机，菠萝切片机）青刀豆切端机。

榨汁机、果蔬去皮机、打浆机、分离机。（用于果品罐头的生产）。

三辊筒式分级机：适用于球形或近似球形的果蔬原料，如苹果、柑橘、番茄、桃等。绞肉机、斩拌机、真空搅拌机用于午餐肉罐头生产。

3.热处理设备

食品工厂热处理设备主要用于原料脱水、抑制微生物或杀菌、排除食品组织中的空气，破坏酶活力，保持产品颜色操作。有：预煮、预热、蒸发浓缩、干燥、排气、杀菌等设备。

（1）热交换器：列管式热交换器用于番茄汁、果汁、乳品等液体食品生产中做高温短时或超高温短时杀菌及杀菌后及时冷却。

板式热交换器用于牛奶高温短时（HTST）或超高温杀菌（HUT）杀菌，也可作食品液料的加热杀菌和冷却。

夹层锅常用于物料的热烫、预煮、调味液的配制、熬煮浓缩产品。连续预煮机广泛用于蘑菇、青刀豆等。

（2）真空浓缩设备（根据食品溶液性质选）：

①结垢性：对加热浓缩易发生垢层的料液选择流速较大的强制循环型或升膜式浓缩设备。

②结晶性：有些溶液在浓度增加时，有晶粒析出，而且沉积于传热面上，从而影响传热效果，严重时会堵塞加热管，对这类食品溶液，常采用带有搅拌器的夹套式浓缩设备或带有强制循环的浓缩器。

③黏滞性：有些食品溶液的黏度随浓度的增加而增加，使流速降低，传热系数变小，生产能力下降。对于这类黏度较高的食品溶液，一般选用强制循环式，刮板式或降膜式浓缩设备。

④热敏性：在食品加工中，各种不同原料对热的敏感性不同，有些产品在加工温度过高时，会影响色泽，使产品质量下降，所以，对这类产品应选用停留时间短，蒸发温度低的真空浓缩设备，通常选用各种薄膜式或真空度较高的浓缩设备。

⑤发泡性：有些食品溶液在浓缩过程会产生大量气泡，这些泡沫易被二次蒸汽带走，增加产品损耗，严重时无法操作。因此在浓缩器的结构上应考虑消除发泡的可能，同时要设法分离回收泡沫，一般采用强制循环型和长管薄膜浓缩器以提高料液在管内流速。

真空浓缩装置中除真空浓缩设备外，还有附属设备，它主要包括捕沫器、冷凝器及真空装置等。

捕沫器分惯性型捕沫器、离心型捕沫器、表面型捕沫器等，一般安装在浓缩设备的蒸发分离室顶部或侧部。其主要作用是防止蒸发过程中所形成的微细液滴被二次蒸汽夹带逸出。从而可减少料液损失，防止污染管道及其他浓缩器的加热表面。

冷凝器的大气式冷凝器、表面式冷凝器、低位冷凝器、喷射式冷凝器等，其主要作用是将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝，并将其中不凝结气体分离，以减少真空装置的容积负荷，同时保证达到所需要的真空度。

真空装置一般有机械泵和喷射泵两大类。常用的机械泵有往复式真空泵和水环式真空泵，常用的喷射泵有蒸汽喷射泵和水力喷射泵等。真空泵的主要作用是抽取不凝结气体，降低浓缩锅内压力，从而降低料液的沸腾温度，有利于提高食品的质量。

（3）杀菌设备：按其杀菌温度不同，可分为常压杀菌和加压杀菌，按其操作方法分，有连续杀菌和间歇杀菌，罐头厂常用的间歇杀菌设备有立式杀菌器、卧式杀菌器（静止式和回转式），连续杀菌设备有：常压连续杀菌器、静水压连续杀菌器、水封式连续高压杀菌器、火焰杀菌器、真空杀菌器及微波杀菌器等。

4.封罐设备

由于罐头的品种繁多，容器及罐形多样，容器的材料不同，所以封罐机多种多样。一般镀锌薄钢板罐头用手动、半自动封罐机和自动封罐机（单机头自动真空封罐机和多头自动真空封罐机）。玻璃瓶封口机也分手动、半自动及自动封罐机。螺口瓶用四旋盖拧盖机封罐。

5.成品包装机械

常用的有：贴标机、装箱机、封箱机、捆扎机等。

6.设备

空罐罐身设备：焊锡罐设备（单机和自动焊锡机）、电阻焊设备。

空罐罐盖设备：波形剪板、冲床、圆盖机、注胶机、罐盖烘干机及球磨机等。

罐头加工厂常用的设备列表3-25、表3-26。

（二）乳制品设备

常用的乳品设备除了前面提过的夹层锅，奶油分离机、洗瓶机、热交换器、真空浓缩设备等外，还有均质机、摔油机、干燥机械及设备、凝冻机、冰淇淋装杯机等。

（1）均质机：它是特殊的高压泵，在高压作用下，使料液中的脂肪球碎裂至直径小于2µm，生产淡炼乳时，减少脂肪上浮现象，并能促进人体对脂肪的消化吸收；冰淇淋生产中牛乳的表面张力降低，增加黏度，得到均匀一致的胶黏混合物，提高产品质量，果汁生产中通过均质可使物料中残存的果渣小微粒破碎，制成液相均匀的混合物，减少成品沉淀的产生。目前常用的均质机是高压均质机。

（2）干燥设备：有喷雾干燥设备（压力喷雾、离心喷雾和气流喷雾）、微波干燥设备，红外辐射干燥设备、真空干燥设备、升华干燥设备、沸腾干燥设备。奶粉生产用压力喷雾干燥设备和离心喷雾干燥设备。麦乳精生产中用真空干燥设备。

表3-25　罐头食品厂制罐机械设备

表3-26　罐头食品厂常用罐头加工设备

续表

表3-27　乳品加工主要设备

表3-28　饮料加工主要设备

（3）冰淇淋生产用凝冻机和冰淇淋装杯机。摔油机用于黄油生产中。可使脂肪球互相聚合而形成奶油粒，同时分出酪乳。

乳品厂常用的乳品加工设备见表3-27。

（三）碳酸饮料生产设备

碳酸饮料生产过程中常用的设备大致分为：水处理设备、配料设备及灌装设备，另外还有洗瓶机、装（卸）箱机，见表3-28。

（四）其他食品生产设备

除以上三大类以外，还有肉类加工、糖果设备，饼干、面包焙烤设备等，可查阅中国食品与包装工程装备手册（中国轻工业出版社，2000年1月版）或机械产品目录第6册（机械工业出版社，1996年版《食品机械部分》）。

食品厂生产的产品，具有品种多、季节性强的特点。因此，对每一种产品都要按最大班产量进行设备计算和选型，然后将各品种所需的设备归纳起来，相同设备按最大需要量计。列出满足生产车间全年所需生产设备清单，见表3-29。

表3-29　××食品厂××车间设备清单