第6章 食品工厂工艺设计(1)

本章知识点：了解食品工厂工艺设计的内容；熟悉食品工厂工艺设计的方法和步骤；掌握产品方案、工艺计算、设备选型、生产车间工艺布置、管路设计与布置等工艺设计的内容和方法；熟悉工艺设计对非工艺设计和其他有关方面的要求。

第一节概述

按设计任务的职责范围分，可将食品工厂设计分为“工艺设计”及“非工艺设计”两类。工艺设计就是按工艺过程的要求进行的工厂设计工作，其中又以车间工艺设计为主，并对其他部门提出各种数据和要求，作为非工艺设计的设计依据。工艺设计的所有工作都应由食品工程专业的技术人员去承担完成。

食品工厂工艺设计大致包括工艺流程设计和车间布置设计两个主要内容。它们决定着车间的功能和生产合理与否。决定工厂的工艺计算、车间组成、生产设备及其布置的关键步骤。一般工艺流程设计在先，车间布置设计是在工艺流程设计的基础上进行的。

食品工厂工艺设计包括以下具体内容。

（1）产品方案的确定（全年要生产的产品品种和各产品的数量、规格标准、产期、生产班次等的计划）。

（2）主要产品及综合利用产品的工艺流程确定。

（3）物料衡算、生产过程蒸汽用量及耗水量的估算等。

（4）生产车间设备生产能力计算和设备选型。

（5）生产车间设备的工艺布置。

（6）管路设计。

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。食品工厂工艺设计的步骤大致如下。

（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。

（5）能量衡算(包括热量、耗冷量、供电量计算)和用水量计算。

（6）设备生产能力计算及选型。

（7）车间工艺布置。

（8）管路设计。

（9）其他工艺设计。

（10）编制工艺流程图、管道设计图及说明书等。

非工艺设计是除工艺设计任务以外的关于其他公用系统或设施的全部设计工作。主要包括：总平面、土建、给排水、动力、供电和仪表、制冷、通风、供暖、环境保护等设计，以上这些非工艺工程需要不同的专业工种技术人员承担。

非工艺设计都是根据工艺设计的要求和所提出的数据进行设计的，食品工程专业的技术人员必须向非工艺设计专业工程技术人员提出相关要求和提供相关的技术参数，主要包括以下几个方面：

（1）工艺对全厂总平面布置中建筑物相对位置的要求。

（2）工艺对车间建筑在土建、采光、通风及卫生方面的要求。

（3）生产车间水、电、汽、冷的消耗量计算。

（4）生产工艺对用水水质的要求。

（5）对三废（废水、废渣、废气）排放的要求。

（6）关于各种仓库建筑面积的计算及对仓库在保温、防潮、防鼠、防虫等方面的特殊要求。

本章主要介绍食品工厂工艺设计方面的内容。

第二节产品方案及班产量的确定

一、制定产品方案的意义和要求

产品方案又称生产纲领，实际是食品厂准备全年（季度、月）生产哪些品种和各种产品的规格、产量、产期、生产车间及班次等的计划安排。实际生产计划中工厂一般以销定产，产品方案既作为设计依据，又是工厂实际生产能力的确定及挖潜余量的计算。影响产品方案的因素有诸多方面，主要包括：产品的市场销售、人们的生活习惯、地区的气候和不同季节的影响。

在制定产品方案时，首先，要调查研究，得到资料，以此确定主要产品的品种、规格、产量和生产班次。其次，是要用调节产品用以调节生产忙闲不均的现象。最后，尽可能把原料综合利用及储存半成品，以合理调剂生产中的淡、旺季节。例如乳品厂主要的原料是牛奶或羊奶，一般城市的居民在冬季喜欢饮用鲜奶，但夏季却喜欢吃冰激凌、冰糕和酸奶，致使鲜奶的销售有所下降，所以在夏季可以把部分鲜奶制成人们喜欢吃的冰激凌、冰糕和酸奶等产品。在牧区奶源供应充足，但其交通运输不够便利，所以应以生产奶粉为主。由此可见，尽管乳品厂全年生产的主要原料是牛奶，但因市场的需求变化而引起乳品工厂生产产品品种的变化，这样就需要制定一个合理的产品方案。又例如根据市场对小包装食用油产品消费的淡季和旺季之分，在旺季到来之前，组织充足的力量生产，使工厂有一定的小包装食用油产品的储备，来满足节日期间市场的集中消费需求。再例如：饮料的生产企业在夏季大多以生产碳酸饮料及不同种类的果汁饮料为主，在冬季为了满足饮料市场的生产需要，大多生产杏仁露、花生乳等蛋白饮料或含有酒精的饮品。上述的这些食品工厂全年生产所需要的原料变化不大，而罐头加工和速冻果蔬、冻干果蔬等是以季节性原料为加工品种的食品工厂，品种繁多、季节性又强，生产过程有淡季和旺季区别，生产所用原料各异，即使同一种原料也往往因为品种不同、地域不同，收获季节有很大差异。

所以食品工厂在制定产品方案时，要进行全面的市场调查，确定产品的种类及包装规格；根据设计规格，结合各产品原料的供应量、供应周期的长短等实际情况，确定各种产品在总产量中所占比例及产量；根据原料的生产季节及保藏时间确定产品的生产时间；根据各种产品的设计产量，确定班次产量及生产班次数等。由于罐头食品工厂在所有的食品工厂中产品最多，季节性又强，产品方案编排最为复杂，所以下面以罐头工厂的工艺设计进行举例。

在安排产品方案计划时，要尽量做到“四个满足”和“五个平衡”。

“四个满足”为：

（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）满足淡旺季平衡生产的要求；

（4）满足经济效益的要求。

“五个平衡为”：

（1）产品产量与原料供应量应平衡；

（2）生产季节性与劳动力应平衡；

（3）生产班次要平衡；

（4）产品生产量与设备生产能力要平衡；

（5）水、电、汽负荷要平衡。

在编排生产方案时，应根据设计计划任务书的要求及原料供应的情况，并结合各生产车间的实际利用率，设计需要安排几个生产车间才能使方案得以顺利实施。另外，在编排产品方案时，每月按25d计（员工可按双休日调配休息），全年的生产日为300d，考虑原料供应方面等原因，全年的实际生产日数不宜少于250d，每天的生产班次一般为1～2班，季节性产品高峰期则要按3班考虑。

二、班（日、年）产量的确定

主要班产量是工艺设计的最主要的计算基础，班产量直接影响到车间布置、设备配套、占地面积、劳动定员、产品经济效益以及辅助设施、公共设施的配套规格等。班产量大小的影响因素有：原料供应、产品市场销售状况、配套设备的生产能力及运行情况、延长生产期的条件（如冷库及半成品加工设施等）、每天生产班次及产品品种的搭配等。

一般情况下，食品工厂班产量越大，单位产品成本越低，经济效益越好。由于投资局限及其他方面制约，班产量有一定的限制，但是必须达到或超过合理、适宜经济规模的班产量。最适宜的班产量实质就是经济效益最好的规模。

（一）年产量

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。

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

式中：Q旺——旺季产量；

Q中——中季产量；

Q淡——淡季产量。

（二）生产班制

班产量受到各种因素的影响，每个工作日的实际产量并不完全相同。一般食品工厂每天生产班次为1~2班，淡季一班，中季二班，旺季三班制，具体根据食品工厂工艺和原料特性及设备生产能力来决定。

（三）食品工厂工作日及日产量

不同食品的生产天数和生产周期受到市场需要、季节气候、生产条件（温度、湿度等）和原料供应等方面影响。盛夏的冷饮、冰激凌，春节前后的糖果、糕点和酒类，中秋节的月饼等生产都具有明显的季节性。糖果、巧克力在南方梅雨季节及酷暑、盛夏应缩短生产天数。而夏季6~8月是面包生产的旺季，工作日78d（t旺），中季生产为135d（t中），淡季生产75d（t淡），余下77d为节假日和设备检修日，则全年面包生产天数为：

t=t旺+t中+t淡=78+135+75=288（d）

由于受到各种因素的影响，每个工作日实际产量不完全相同。平均日产量等于班产量与生产班次及设备平均系数的乘积。即：

q=q班nk

式中：q——平均日产量；

q班——班产量，t/d；

n——生产班次，旺季n=3，中季n=2，淡季n=1；

k——设备不均匀系数，k=0-7～0-8。

（四）班产量q班

班产量q班计算公式如下：

q班=Q/k（3t旺+2t中+t淡）

式中：k——设备不均匀系数；

t旺——旺季天数；

t中——中季天数；

t淡——淡季天数。

如果某种产品生产只有旺季、淡季，则：

q班=Q/k（3t旺+t淡）

例如：设计任务书规定年产面包2000t，求班产量。

解：q班=Q/k（3t旺+2t中+t淡）=2000/0-75（3×78+2×135+75）=4-6（t/班）

三、产品方案的制定

一般来说，一种原料生产多种规格的产品时，应力求精简，以利于实现机械化生产和连续性的操作。但是，为了尽可能地减少浪费，提高其利用率和使用价值，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。例如：

（1）冻猪片加工肉类罐头的搭配：3～4级的冻猪片出肉率在75%左右，其中55%～60%可用于午餐肉罐头，1%～2%用于圆蹄罐头，5%左右用于排骨罐头，8%～10%用于扣肉罐头，其余的可生产其他猪肉罐头。

（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%，3000g或5000g装的大型罐占40%～60%。

（3）水果罐头品种的搭配：在生产糖水水果罐头的同时，应考虑果汁、果酱罐头的生产，其产量视原料情况和碎果肉的多少而定。

（4）蘑菇罐头中整菇和片菇、碎菇比例的搭配：一般整菇占70%，片菇和碎菇占30%左右。

通常用表格的形式来表示食品工厂的产品方案，其主要内容包括产品名称、年产量（Q）、班产量（q班）、1～12月的生产安排、用线条或数字两种形式表示产量及生产情况。

四、产品方案比较与分析

在设计产品方案时，作为设计人员，应按照下达任务书中的年产量和品种，从生产可行性和技术先进性入手，制定出两种以上的产品方案进行分析比较，尽量选用先进的设备、先进的工艺并结合实际情况，考虑实际生产的可行性和经济上的合理性，作出决定。比较项目大致如下：

（1）主要产品年产值的比较；

（2）每天所需生产工人数的比较；

（3）劳动生产率的比较（年产量／工人总数）；

（4）每天（月）原料、产品数之差比较；

（5）平均每人每年产值的比较［元／（人·年）］；

（6）生产季节性的比较；

（7）基建投资情况的比较；

（8）水、电、汽耗量的比较；

（9）组织生产难易情况的比较；

（10）环境保护比较；

（11）社会效益的比较；

（12）经济效益（利税，元／年）的比较；

（13）结论。

将比较的情况及结论写成产品方案说明书报上级批准，从中找出一个最佳方案作为设计依据，产品方案比较与分析表如2-7所示。

结论

结合以上项目的比较，借用诸多产品方案中的一个最佳方案，作为以下设计依据。罐头厂的空罐车间，其生产能力以主要品种各种不同罐型的需要量为依据，并适当留有发展余地。空罐车间生产每天按1~2班计算。日产量应与主要品种各种罐型的空罐需要量相平衡。若季节性特强，产量特高或因罐型小所需空罐量特多（如70g番茄酱的空罐）的情况下，可于高峰来到前提前生产，储存于仓库中备用，用不着选择生产能力过大的空罐设备，造成大部分时间里生产能力过剩，而使投资增加，资金浪费。对于空罐生产设备，在一般产量的情况下都选半自动生产线，产量很高时就应选生产能力高的自动生产线。

目前，国际上有些国家（如美国、德国等）规定禁用焊锡罐，而要用电阻焊接罐。焊锡罐的焊锡中含铅，特别是自动焊锡机所用的焊锡中，锡铅比为2∶98，而铅是有毒金属，为保障消费者的健康，所以禁用焊锡罐，锡是稀有金属，国际价格很高，这亦是使焊锡罐淘汰的另一原因。电阻焊接机有半自动和自动两种。半自动电阻焊接机每分钟的生产能力在30罐左右。自动电阻焊接机的生产能力，根据不同型号其生产能力亦不一致，有150罐／分钟，250罐／分钟等，所以，可根据空罐不同的需要量，选择不同生产能力的电阻焊接机。