第三章  食品工厂工艺设计

1、  食品工厂工艺设计是以产品生产车间的设计为主。不论是总体设计还是车间设计，都是由工艺设计和非工艺设计（包括土建、采暖通风、给排水、供电、供汽等）组成。工艺设计的好坏直接影响到全厂的生产和技术的合理性，并且对建厂的费用和生产后的产品质量、产品成本、劳动强度等都有着密切的关系。工艺设计又是其他非工艺设计所需基础资料的依据。

2、  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论证；（3）物料计算；（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。

3、  产品方案又称生产纲领，是食品工厂准备全年生产哪些品种和各产品的数量、产期、生产班次等的计划安排。在安排产品方案时，应尽量做到“四个满足”、“五个平衡”。

“四个满足”是：⑴满足主要产品产量的要求；⑵满足原料综合利用的要求；⑶满足淡旺季平衡生产的要求；⑷满足经济效益的要求。

“五个平衡”是：⑴产品产量与原料供应量应平衡；⑵生产季节性与劳动力应平衡；⑶生产班次应平衡；⑷设备生产能力应平衡；⑸水、电、汽负荷应平衡。

4、  ★在编排生产方案时，首先必须确定主要产品的产品规格和班产量。班产量是工艺设计中最主要的计算基础。

★决定班产量的因素主要有：原料供应量的多少，配套设备的生产能力，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。班产量 = 年产量/班次。

每月一般按25天计，全年的生产日以300天计，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250天，每天的生产班次一般为1－2班，季节性产品高峰期则按3班考虑。

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。但是，为了提高原料的利用率和使用价值，或者为了满足消费者的需要，往往有必要将一种原料生产成多种规格的产品（即进行产品品种搭配）。

5、  在工厂设计中应引入一种社会化、公用化、集约化的设计理念，凡是可以采用社会化来解决的部分，工厂自身不一定要配置。譬如：运输的设计，厂外的所有输送完全可以通过物流系统来解决，其运输费用会更低，安全性会更高。

各种类型的专业化生产工厂越来越多，配套分工越来越细；工厂中生活设施的设计可以采用社会化、公益化解决的工厂自身不必要做配套设计。

6、  主要产品及综合利用产品生产工艺流程的确定：

（1）根据产品规格的国家标准、部颁标准、行业标准、企业标准或客户的特殊规格要求拟订；（2）★根据原料的性质拟订；（★工序最少、时间最短、成本最低)；（3）★结合具体条件，应优先釆用机械化、连续化作业线；对尚未实现机械化、连续化的品种，其工艺流程也应尽可能按流水线排布，使成品或半成品在生产过程中停留的时间最短，以避免半成品的变色、变味、变质；假如是需要进行杀菌的食品，为保证其产品质量，最好釆用连续杀菌或高温短时杀菌的工艺；（4）对特产或名产不得随意更改生产方法；（5）非定型产品，要待技术成熟；科研成果，须经过中试放大；新工艺的釆用，需经过有关部门的鉴定，才能应用到设计中来。

7、  工艺论证主要包括三方面的内容：（还有42安全性论证）。

（1）某一单元操作在整个工艺流程中的作用和必要性，它将会对前后工段所产生的影响，并从工艺、设备以及对原料的加工利用角度，从理化、生化、微生物以及工艺技术的原理进行阐述；（2）论述采用何种方法或手段来实现其工艺目的，即采用哪种类型的设备？先进程度如何？加工过程中对物料的影响如何？（3）当设备形式选定后，要对工艺参数的确定进行论证，论证不同形式的设备，不同的工艺方法，将会执行不同的工艺参数，论述选定的工艺参数对原料、成品品质的影响，可操作性如何？加工过程中的安全性如何？连续性和稳定性如何？等等

★以上3个方面的论证都是建立在成熟工艺条件基础之上的，所有工艺参数都应是经过规模型生产实践的检验得出来的。工艺流程确定后，进行工艺论证。

8、  ★工艺论证除要进行以上三方面的论证外，最重要的还要进行安全性方面的论证。

食品工厂对食品原料的加工，其首要的职责就是要保证加工出的食品绝对是安全卫生的，如何保证食品的安全卫生，建立从“农场到餐桌”（From Farm to Table）的整个加工过程的安全卫生质量保证体系。在食品工厂设计时就必须在工艺流程中对原料、辅料、半成品以及直接接触食品和影响食品安全的因子进行预防、控制和管理，做到经过食品安全设计的食品加工厂生产的产品是确保安全卫生的。

9、  ★HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Point)------危害分析和关键控制点)体系。

10、 ★★食品原辅料的计算（为何要进行物料衡算，如何进行物料衡算）。

物料计算包括该产品的原辅料和包装材料的计算。

★（目的）通过物料计算，可以确定各种主要物料的釆购运输量和仓库贮存量，并对生产过程中所需的设备和劳动力定员及包装材料等的需要量提供计算依据。

★（方法1）物料计算的基本资料是“技术经济定额指标”，而技术经济定额指标又是各工厂在生产实践中积累起来的经验数据。这些数据因具体条件而异。往往因地区差别、机械化程度、原料品种、成熟度、新鲜度及操作条件等不同而有一定的变化幅度,选用时要根据具体情况而定。计算时以“班”产量为基准。

每班耗用原料量（kg/班）＝单位产品耗用原料量（kg/t）×班产量（t/班）；

★（方法2）在物料计算时，也有用原料利用率作为计算基础，原料利用率可通过工厂生产实际数据或试验求得。

11、 物料计算，若为老厂改造，则a、根据老厂技术经济指标，b、原料干物质=成品干物质+损耗，c、依据同类产品的技术经济指标；d、同类工厂实际运行数据。

12、 按国家规范和QS标准，几乎所有的加工食品都需包装才能成为商品销售。

食品从原料加工到消费的整个流通环节是复杂多变的，会受到生物性和化学性的侵染，受到流通过程中出现的诸如光、氧、水分、温度、微生物等各种环境因素的影响。

13、 用于食品包装的四大材料为纸与纸板、塑料、金属和玻璃与陶瓷。

包装材料的要求：（1）保全食品质量，要求包装材料对各种气体、光线、水蒸气、气味及微生物有一定的阻隔性，且具有一定的机械性能和尺寸稳定性；（2）提高商品价值，要求包装材料有一定的透明光泽性和良好的印刷展示性；（3）提高包装效果及生产率，要求包装材料的密封性、热封性及机械适应性好，耐热、耐寒性好，抗撕裂，耐穿刺；（4）卫生安全，要求直接用于食品的包装材料不含有毒物质或在规定的卫生指标内，有良好的卫生安全性和加工操作安全性；（5）便利性，指商品流通贮运、销售消费的方便性，食品包装的易开性和开封后的保存性及再利用性。

14、 按被包装食品的不同需要又可分为：①防潮包装；②真空包装；③充气包装；④真空加热杀菌包装。

15、 食品检验中包装检验的目的是：评定包装的功能；包装检验的内容有透气性能的检验和透视性能的检验。

16、 我们通常把食品工厂所涉及的设备分为：①专业设备；②通用设备；③非标准设备。

食品工厂生产中使用的设备大体上可分为四个类型：计量和贮存设备；定型专用设备；通用机械设备和非标准专业设备。

17、 物料计算是设备选型的根据；设备选型要符合加工工艺的要求；设备选型的意义：保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，又是工艺布置的基础，并且为动力配电、水汽用量计算提供依据。

18、 ★设备选型注意点：（1）应根据每一个品种单位时间（小时或分）产量的物料平衡情况和设备生产能力来确定所需设备的台数。（2）若有几种产品都需要共同的设备，在不同时间使用时，应按处理量最大的品种所需的台数来确定。（3）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。（4）关键设备要考虑有备用。

19、 设备选型的原则：

（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量；（2）大型工厂选用较先进的、机械化程度高的设备，中型工厂则视具体条件，一些主要产品可选用机械化、连续化程度较高的设备，小型工厂则选用较简单的设备，做到经济上合理，技术上先进；（3）所选设备能充分利用原料，；能一机多用（4）应符合食品卫生要求；（5）设备结构合理，材料性能可适应各种工作条件；（6）有合理的控制系统，并尽可能采用自动控制方式。

20、 《食品卫生通则》以及《食品企业通用卫生》规范中对食品工厂设备选择的规定，是设备选择必须遵循的行业性法规。

21、 劳动力计算在工厂设计中主要用于工厂定员定编、生活设施（如工厂更衣室、食堂、厕所、办公室、托儿所等）的面积计算和生活用水、用汽量的计算。

工厂职员按其工作岗位和职责的不同分为生产人员和非生产人员两大类。生产人员包括基本工人（岗位生产工人），辅助工人（动力、维修、化验、运输等）；后者包括管理人员（技术人员）和服务人员（行政人员、后勤服务人员等）。

人员 = 班产量 Ⅹ 劳动生产率（人/吨）

劳动生产率 = 单位产品产量所使用的劳动力的量

劳动生产率的高低取决于：原料的新鲜度、原料的成熟程度、工人操作的熟练程度、设备的机械自动化程度。

首先确定基本工，方法是：（1）根据产品方案或全年需要的量最少的工人数确定，（2）生产高峰期所需要的骨干的人数为基本工。劳动力计算的基础是物料计算。

22、  车间布置设计的目的是：对藏放的配置和设备的排列作出合理的安排，并决定车间的长度、宽度、高度和建筑结构的形式，以及生产车间与工段之间的相互关系。

23、 生产车间设计：

★★★平面布置图(plane figure)——掀开车间楼盖(或屋盖)往下看，表示设备与设备、设备与建筑物之间在平面方向上相互关系的图样 。

★★立剖面图(剖面图 sectional drawing)——按车间平面布置图上表示的剖切方向看，表示设备与设备、设备与建筑物之间以及建筑物的结构在立面方向上相互关系的图样 。

24、 主要建筑材料可分为：非金属材料和金属材料。

非金属材料分为：无机建筑材料和有机建筑材料。

金属材料分为：黑色金属（生铁、熟铁、碳钢等）和有色金属（铝、不锈钢、金、银等）。

无机建筑材料有：天然建筑材料（砂、石）、烧土制品（砖、瓦、瓷砖）、胶结材料（石灰、水泥、石膏、砂浆）、非烧土制品（土坯）、无机绝热材料（石棉、泡沫混凝土）。

有机建筑材料有：天然有机材料（木、竹），有机胶结材料（沥青、柏油、油漆、涂料），有机绝热材料（软木、泡沫塑料）。

25、 ★胶结材料：用水调和或经加热后成为液体或浆状体状态在物理变化、化学变化的作用下而会慢慢地凝固、硬结变成像石块样的东西，同时在硬结过程中还会将散粒体或颗粒体凝结成一个整体,这样的材料叫胶结材料。

柏油与沥青的比较：（1）柏油又称煤沥青，是炼制焦碳或制造煤气时的副产品；沥青又称石油沥青，是天然原油加工后的重质产品，多为有机化合物的混合物,有的是从地下直接开采出来供使用的。（2）★柏油中含有蒽、萘等刺激性物质,在太阳下会挥发, 人吸入会恶心，严重时会中毒。而沥青中不含有这些物质。食品厂的马路只能用沥青不能用柏油。（3）

	柏油	沥青
比重	1.25~1.28	约1.0
燃烧时	臭味，黄褐色	松香味，无色
低温下延展性	脆性易裂	延展性好
毒性	有	无
温度敏感性	较大，夏季易软	较小

 

26、 木材的优点：（1）质地轻(比重小) ；⑵强度高(承重大)抗拉性可达900kg/cm^2；⑶弹性好，抗震性好，如铁轨枕木；⑷导电导热性能差；⑸易加工成型，拆卸方便(即易加工)；⑹干燥时，耐腐蚀性好，有一定的抗蚀性；⑺纹理美。

木材的缺点：易燃；吸湿性大；易挠曲；易受虫害侵蚀。

★食品工厂的原辅材料都是人或微生物的营养源。在食品工厂用木头做建材微生物易生长繁殖。所以尤其是生产出口产品的工厂，轻工部规定不许有木材的建筑和设备。食品工厂使用木材的地方是办公楼等类建筑，而不是生产车间。

27、 石灰是气硬性胶结材料，生石灰淋水时会产生大量的热量。石灰只能在空气中硬化并保持和发展强度。

水泥是水硬性胶结材料(水泥不仅能在空气中，也能在水中硬化并保持和发展强度），水泥起凝结作用。水泥优点：水硬性好、强度高、塑性好、可制作各种各样的砂浆。GB175-92硅酸盐水泥，GN1344-92掺合料水泥

水泥的硬化——水泥加水调和后，形成可塑性水泥浆，经一段时间后，其塑性又会逐渐消失而凝结，并产生一定强度，这一过程称水泥的硬化。

水泥的养生——水泥的硬化必须在温暖潮湿的环境中完成，因而要提供适宜的硬化条件，这一过程称水泥的养生。

水泥的标号——用1份水泥和2.5份砂组成的灰用水调和(灰︰水=1︰0.44)在标准状况下养护28天，所测得抗压强度即为水泥的标号。睡你的标号与强度有关，表示水泥的质量优劣。最低标号是225^#，最高标号是625^#。

水泥的初凝和终凝：从水泥加水拌合起到开始失去塑性的时间称初凝，到完全失去塑性开始产生强度的时间称为终凝。水泥终凝后不能再受振动，否则产生质量事故。

28、 砂浆概念——胶结材料(水泥、石灰)加上细骨料 (物料直径D=0.15~5mm，砂、石屑))再加水调制而成，称为砂浆。

砂浆的用途：砌墙、粉面。砂浆的种类：石灰砂浆（1份石灰加3～6份砂用水调和），水泥砂浆（1份水泥加2～6份砂，加水调和），混合砂浆（1份水泥，1份石灰，9份砂，加水调和）。使用混合砂浆是因为石灰砂浆强度不够，水泥砂浆相对又贵。

29、 混凝土——胶结材料加粗骨料(φ＞5mm，碎石、卵石)，再加细骨料(φ0.15～5mm)，加水，调和而成，就是混凝土。

混凝土种类：普通混凝土（又称重混凝土），轻混凝土（又称泡沫混凝土，粗骨料是用空心陶瓷颗粒来代替石子），毛石混凝土（水泥+毛石(山里开采的不规则石块)+砂+水，用于房屋建筑的基础）。

钢筋混凝土——用钢筋(圆钢、螺纹圆钢)扎在混凝土中间，就是钢筋混凝土。用 RC 表示。

钢筋混凝度优点：耐久性好（强度大、使用寿命长、不需经常维修）；耐火性好（不易燃烧）；整体性好（扎好钢筋，浇注混凝土后就形成一个整体骨架，强度大，可抵抗大的振动，抗震性也好）；可模性好（做好模子后，可制成各种各样形状的建筑构件）；价格便宜（与金属木材相比，价格相对便宜）。

钢筋混凝土缺点：自重大；隔热、隔音性能差 (顶楼隔热、隔音差)；施工难度大。

30、 砖瓦：标准砖尺寸：240×115×53(九五砖)。记住砖的尺寸是为了计算墙的厚度

★★半砖墙：120mm   一砖墙：240mm   一砖半墙：370mm    两砖墙：490mm

上述墙厚，其中在两砖之间有10mm的砂浆，但上述墙厚不包括粉面砂浆各10mm。

砖瓦种类：砖、瓦、砌块、瓷砖（白瓷砖）、

瓷砖：以优质瓷土烧制而成，有挂釉和不挂釉两种，食品工厂墙面贴的是挂釉的瓷砖，地面一般用不挂釉的（同质砖）。