生物工厂设计概论

《生物工厂设计概论》结课论文题目：日产50t宠物食品厂设计

学院：生物工程

专业：生物工程（微生物工程）

姓名（学号）：李保同（09042207）

王俊坡（09042212）

宋丽娜（09042226）

孙海焕（09042227）

王慧茹（09042228）

王轶菲（09042231）任课教师：乔长晟

摘要

宠物食品是指人工配制的全价配合饲料及各种保健食品，它正随全球宠物驯养文化的兴起而崛起，与名目繁多的各式配套项目形成全球范围的“宠物经济”，尤其在发达国家己形成庞大的工艺体系。

本文主要研究论述几个方面的内容：宠物食品工艺流程确定及论证；厂区车间平面设计；宠物食品工艺设计；主要设备选型；主要设备安装。

本宠物食品加工工艺分为原料接收，清理，配料，混合，粉碎，膨化，烘干，喷涂，冷却，筛分，成品打包等几个基本工序。针对宠物食品生产的技术要求，重要原料主要采用喷涂添加工艺"本工艺尽量采用机械软性输送，避免了在输送过程中产生破碎，提高成品率。本工艺选用一秤式配料工艺,采用单螺杆膨化机膨化，既节约设备投资又保证产品质量。

本课题设计每天50t宠物食品生产线产品工艺,在学习国际国内先进生产工艺的基础上，确定了本工艺的生产工艺流程，根据实际情况及设计原则，科学合理地得出主要设备布置方案。

关键词:宠物食品加工厂；车间；设备；设计。

1. 总论

1.1 宠物食品简述

宠物一般是人们为了精神目的而豢养的动物，多为哺乳纲、鱼纲或鸟纲的动物，但现如今宠物已扩大到爬行纲、两栖纲甚至昆虫。宠物的兴起是社会经济高速发展和消费层次多元化的必然产物。宠物食品是专门为宠物提供的食品，介于人类食品与传统畜禽之间的高档动物食品。其作用主要是为各种宠物提供最基础的生命保证、生长发育和健康所需的营养物质。具有营养全面、消化吸收率高、配方科学、质量标准、饲喂方便以及可预防某些疾病等优点。按照宠物食品的形态来区分，一般可将宠物食品分为干燥性宠物食品，如狗粮、猫粮；半干型宠物食品，如宠物罐头类食品；宠物流质食品，如：宠物营养粥等。按照宠物食品的用途又可分为：宠物日粮、日粮伴侣、宠物保健食品、宠物零食、处方食品等。

在一些经济发达的国家，如美国、澳大利亚、日本和欧洲的大部分地区，宠物业的发展规模是相当大的，据报道：法国养犬900多万只，宠物业的年营业额达到40多亿法郎，相当于法国国民生产总值的3%，不仅提高了税收还大大增加了就业机会。

由宠物带动的相关产业发展中，最重要的是宠物食品业。传统的喂养宠物方式是用残羹剩饭、自制食物以及从自然界中捕捉来的食物，随着人们生活水平的提高、消费观念的改进，逐渐用购买来的加工型食品喂养宠物。人们不但注意自己的营养、保健，也同样注意宠物的食品营养搭配。商家研制出不同种类、适合各种宠物需要的食品。在超级市场上，通常设有宠物专柜，可以随心所欲地买到狗饭、狗草、猫点心、狗罐头、猫饮料，主人可根据所养宠物的品种、年龄、性别及生长发育状况购买到相应的营养平衡食品。

中国的宠物食品加工兴起于90年代，国内目前的宠物食品公司规模小、产品单一，和世界上百年历史的著名宠物食品产业相比，还处在萌芽阶段。国内的宠物食品市场几乎是国外名牌企业的天下，一些国际著名品牌，像“伟嘉”、“宝路”、“皇家”、“普瑞纳”等纷纷进入中国市场。在沿海发达地区，一些国际著名品牌，如普瑞纳已投资与当地饲料厂家合资生产宠物食品。当各大著名食品及饲料公司争相看好宠物食品业，占据世界发达国家宠物食品市场赚得巨额利润的同时，己把目标投向中国宠物食品市场。中国的“宠物热”虽兴起于近些年，但由此带来的相关产业经济的发展已初规模，中国宠物经济潜力相当大。

1.2设计依据

主要依据为：

（1）日产50t宠物食品厂，主要生产对象以猫、狗为主;

（2）建设一个国内先进型的宠物食品工厂。

1.3 设计原则

基本原则为：

(1)经济上合理，技术上先进。

(2)通过施工投产后，在产品的质量和产量上达到规定的标准，各项经济指标达到国内同类工厂的先进水平。

(3)在“三废”治理和环境保护方面符合国家有关规范。

1.4 设计意义

本厂建设在天津经济技术开发区西区，海运、高速公路、空运条件优越，既可覆盖整个华北甚至全国范围内，又可为出口销售打下良好的基础。

1.5 设计内容

研究日产50t宠物食品厂总体设计。

2．厂址要求及选址

2.1厂址选择的要求

(1)厂址选择首先应符合国家的方针政策，设在当地的规划区内，以适应当地远近期规划的统一布局，宜利用荒地，并尽量不占或少占良田，做到节约用地。

(2)厂区用地、生活区用地、污水排放场地等应同时考虑，统一规划，相互协调，做到远近期合理规划。

(3)食品工厂一般倾向于设在原料产地附近的大中城市的郊区，个别产品为有利于销售也可设在市区。

(4)厂区的标高应高于当地的历史最高水位，特别是主厂房及仓库的标高更应高出当地的历史最高水位。厂区自然排水坡度最好在0.004一0.008之间。

(5)所选厂址要有可靠的地质条件，应避免将工厂设在流沙、淤泥、土崩断裂层上。

(6)所选厂址附近应有良好的卫生环境，没有有害气体、放射性源、粉尘和其他扩散型污染源(包括污水、传染性医院等)。特别是在上风向地区的工矿企业，要注意它们对食品工厂生产有无危害。厂址不应选在受污染河流的下游。

(7)所选厂址应有较方便的运输条件(公路、铁路或水路)。

(8)有一定的供电条件，以满足上产需要，最好采用两线路供电。在供电距离和容量上应得到供电部门的保证。

2.2厂址选择

厂址拟建地点为天津经济技术开发区西区

3 . 总平面设计

3.1 基本原则

(1)总平面布置宜根据生产、防火、卫生、安全、施工等要求，结合地形、地势、气象等自然条件，全面地、因地制宜地布置厂区建筑物、构筑物、露天堆场、运输路线、管线、绿化及美化设施，为生产和职工生活创造良好条件;

(2)应按任务书要求，结合周围环境，力求布置紧凑合理，做到节约用地。并根据生产特点和产品发展需要，正确处理近期和远期工程关系，使近期建筑物、构筑物布置适当集中，并考虑扩建的可能性;

(3)生产车间(即主车间)应在工厂的中心，其他车间、部门及公共设施均需围绕主车间进行排布;

(4)主车间、仓库等应按生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料往返运输。全厂的货流、人流、原料、管道等的运输应有各自路线，力求避免交叉，合理加以组织安排;

(5)动力设施应接近负荷中心;

(6)生产区(各种车间和仓库)和厂前区(传达室、化验室、办公室等)分开;

(7)生产车间应注意朝向，保证阳光充足，通风良好;

(8)合理确定建筑物、构筑物的室内地坪标高，室内外高差应不小于0.15米

(9)生产车间与城市公路之间有一定的防护区，一般为30~50米，中间最好有绿化带阻挡尘埃污染;

(l0)根据生产性质不同，动力供应、货运周转和卫生防火等应分区布置。

(ll)总平面中要有一定的绿化面积，但又不宜过大;

(12)厂区道路应按运输量及运输工具的情况决定其宽度，一般厂区道路应采用水泥或沥青路面，以保持清洁。

(l3)厂区各建筑物布置也应合理利用地质、地形和水文等自然条件;

(l4)成品间应接近入口，运煤出渣不宜穿越生产区，而应另设出口

3.2 主建筑物设计原则

3.2.1 基本原则

(l)应根据当地施工条件和材料供应情况，采用技术先进，经济合理，安全可靠，施工方便的结构形式，设计中必须注意节约用料;

(2)生产方便清洗，地面宜设计排水坡度为1%~1.2%;

(3)在结构设计中，为方便车间清洁卫生工作及车间防霉，应避免在车间内出现过多的阴角及凹凸不平处。

3.2.2 主建筑设计图

主建筑设计图如下

3.2.3 辅助部门

（1）化验室

化验室主要负责原料验收，生产过程质量控制，成品出厂检验。

（2）蒸煮车间

处理肉汁加工，使鲜肉经过绞、粉碎、蒸煮熟化等加工后成为需要的添加原料;牛油软化处理，经过水浴加热后使牛油成液体性状，适合加入喷涂机。

（3）中心实验室

中心实验室的主要责任为根据市场调研结果，开发出市场需要的产品，同时密切注意正在生产的产品的质量变化，改进工艺，保证产品质量，使企业保持良好的市场竞争力。

（4）工厂运输

①厂外运输

本厂的厂外运输有：原料运送至生产车间；用车将成品运送至各销售网点或港口；用卡车将煤运送至锅炉房，并运走煤渣；用卡车将包装材料运至各包装材料库。

②厂内运输

本厂的厂内运输主要为用电瓶叉车堆码运送成品。

③厂内道路

人行宽1.5m；单车道宽12m；双车道宽18m；厂内围墙与道路边缘间距3m；建筑物外墙与道路边缘间距，由汽车出入处为6m，无车出入处为1.5m。

4 . 产品方案确定

产品方案，即宠物食品厂全年生产哪几种产品，以及每一品种的产量、质量规格和

生产班次等。在制定产品方案时,应根据计划任务书确定主要产品的品种、产量和生产班次，同时考虑有调节性的产品来调整生产的忙闲不均现象。根据以上原则及任务书的要求，行选择比较后确定：①设计设计的宠物食品厂全年只猫和狗两类产品，为每天生产，顾观赏鱼；猫和狗食品营养标准。

5 . 生产工艺流程

5.1 生产工艺流程简图如下：

5.2工艺流程各基本工段的目的及要求

(l)原料接收要求

本工段的任务是通过一定的程序和一系列作业设备的运作，将各种不同的外来原料运入场内进行接纳、整理和储存，以确保生产的需要。

原料要求：

①颜色、感官、无不良风味、杂质、水分(与标准样对比)；

②检查批号，检验报告单，与规格说明对比；

③无金属、无木头、无玻璃、无虫子或其他不可接受的物质存在，没有霉变;

④储存:密封、防水、防鼠、通风；

(2)原料筛选

筛选的目的是清理物料中的大杂，根据物料的特性，谷实类颗粒料一般选用圆筒初清筛，辅料一般选用圆锥粉料初清筛。

(3)磁选

除本段外，在后续粉碎机、膨化机等设备之前设置，以保证设备安全运行

(4)计量

秤的目的一方面是能计算出每天的生产能力，另一方面也有校准的作用。l)是校准配料的准确性；2)是计算生产过程的损耗；国内大多采用电子秤分批次计量，秤的等级应达到：大比例原料配料秤W级准度；微量添加剂达到111级准度。

(5)混合

混合的目的是将各种原料组分均匀分布，不产生营养偏析。一般由待混合仓、气动闸门和料位器组成，目前常采用双轴桨叶混合机，混合周期短、混合均匀度高、出料快、残留量小。

(6)粉碎

设备布置简单，二次粉碎粒度细、细度分布均匀，且相对于一次粉碎有较低的单位产量电耗。国内大多采用先进的水滴形粉碎室，合理二次粉碎结构的设计，有利产量提高。在做微粉碎时，采用粉碎机、沙克龙、除尘器、料封绞龙的方式，以减轻除尘器压力。

(7)膨化

膨化段有膨化仓和膨化机组成，在膨化前应设置磁选和筛分设备，磁选主要是为了除铁，保护膨化机的正常运行。筛分主要是防止粉碎机筛网破碎后大颗粒进入膨化机或保证进入膨化机物料的细度，以免影响膨化效果。国内目前大多采用单螺杆膨化机。

(8)烘干

干燥的目的是将进入干燥机的物料的水分从23%一26%降低到15%。为了减轻干燥机的能耗，在膨化机出来后采用气力输送的方式可“闪蒸”2%一3%的水分。目前主要采用的是带式环流箱式干燥机，产品在一个深度合适的料床上均匀通过，93~148℃的热空气以60m/min风速吹过料床，因为干燥程度与时间/温度有一定关系，因此干燥机传送带的有效面积决定了所需空气的温度。当空气在理想状态下运行，产品中除去水分可达0.8kWh/kg。

(9)喷涂

干燥后喷涂前，有必要清理在干燥、翻转过程中产生的残渣，合适的操作系统其残渣量平均3%一5%，那些碎粒在膨化前可回收到原料混合物中，这样会减少产品损失。多数宠物料在干燥后均要喷涂油脂和风味剂，目的是在冷却前加强产品的适口性和风味，油脂和风味剂一般放入选择的圆筒转盘里，喷洒雾状液体在产品表面。待称重的传送带或计量装置，测量宠物料进入量确保产品精确的油脂组分。转盘下面一般有热源保持油脂不凝固。

(l0)输送

在喷涂完成后，为了减少输送过程中的破碎，主要采用Z字型提升机做垂直输送，采用傍边皮带机做水平输送。

(11)令却

冷却是为了将物料的水分和温度降到产品的安全范围内。

(12)包装

成品包装的作业为：成品仓一金属检测一称重—灌包一缝包一运送一成品库堆放。

6 生产设备选择

6.1 设备选择的一般原则

(l)符合工艺要求，保证产品的质量和产量；

(2)技术上先进，经济上合理，安全适用，成熟可靠，设备体积小，效率高，能耗少，操作维修方便，配套，易损件可以就近解决；

(3)设备结构合理，材料性能可靠，能适应各种特定的工作条件，如对温度、湿度、压力、酸碱度等的适应性；

(4)符合食品卫生条件，易清洗，对食品无污染；

(5)在温度、压力、浓度、时间、流速、流量、计量和程序等方面有合理的控制系统；

(6)后道工序能力略大于前道工序；

(7)同一设备生产不同产品时，以最大单位时间生产量计算。

6.2 设备生产能力的计算及选型

本工艺采用先粉碎后混合。宠物食品使用的原料大部分是豆粕和大豆粗粉、棉籽粕、肉粉、骨粉、禽肉粉和鱼粉等，原料的颗粒大小将影响最终产品的质地和均匀度。膨化熟化过程对原料颗粒度大小的要求不大，但物料颗粒大小和密度最好一致(并非必须)，这样既可以减少膨化前混合和运输过程中出现的分级，又可以确保所有颗粒均匀的吸收水分。原料的存在形式有颗粒状、粕状、粉状等，且吸水率不相同。多数宠物料在膨化前要进行粉碎，一般

先用孔径为1.6mm或1.2mm的锤式粉碎机粉碎，然后进行配料混合，牧羊的超越粉碎机在粉碎粒度均匀性方面远远优越于其他粉碎机。某些工厂采用先配料后粉碎工艺，在输送过程中影响颗粒的均匀性，从而对膨化的最终效果产生不利。原料的颗粒大小均匀统一，可以确保所有颗粒在被熟化和膨化过程中的均匀度，避免最终产品中出现硬的、未完全熟化的颗粒；若原料颗粒太大，终产品则可能含一些尚未熟化的物料颗粒，产品外观和适口性较差，使产品降级；若原料颗粒尺寸大于模具孔径，就会填塞或部分阻塞模具的孔口，影响产品外观。

7.生产车间设备布置

7.1生产车间工艺布置

生产车间工艺布置一般原则

(l)设备布置应根据生产工艺流程安排，相同类型的设备可适当集中，务必使生产过程中各工序衔接通畅，线路最短,操作最简便，要避免交错和紊乱；

(2)布置要紧凑合理，既要保证操作方便，又要保证设备维修装拆和进行清洁卫生工作的可能性；

(3)保证各种物料运输通畅，避免重复往返，尽可能利用空间运输，合理安排各种废料排出，人员进出和物料进出尽量分流；

(4)干湿区分开,噪音区单独隔开，减少噪音影响；

(5)较大型的设备要考虑搬运方便，应在其安装位置设有大门，门的宽度比设备宽0.2~0.5米。如果此设备安装后不需搬离车间,则可在安装位置近旁的外墙上预留墙洞，待设备安装好后在封砌；

(6)有较剧烈震动的设备的基础要考虑装减震器减震；

(7)车间必须备有通风设备，吸入的空气必须清洁新鲜。没有通风设备的厂房，应通过气窗或气帽进行自然通风；

(8)车间应备有充足的照明,照明器具不应安装在敞开的暂存原料、半成品、成品的设备上；

(9)车间内应备有为设备、管道、工具进行清洗消毒的必要的设备和工器具。

7.2主要设备布置及安装要求

(1)初清筛

作为工艺中的第一道清理工序,本工艺中布置在三层。安装要求：

①清理筛底座及检修平台应按设计要求制作，与予埋件焊接牢固，焊接前应通过调整垫铁使支座保持水平，偏差不大于2/1000；

②清理筛与支座采用螺栓连接，螺栓型号正确,连接牢固；

③清理筛杂物出口出料溜管应接至底层或下层楼面，并安装集灰袋；

④清理筛进出料口法兰连接处应保证密封，防止漏灰；

⑤TCQY系列圆筒初清筛安装时应考虑筛筒更换的空间。

(2)混合机

混合机机座应按图纸设计要求制作安装,与予埋件焊接应牢固可靠，本工艺中布置在二层。安装要求：

①将混合机主机转子的方位角按标牌转向指示要求调整好，装上链条，适当张紧使其传动平稳；

②进料口可根据工艺要求在上盖上开孔与进料溜管连接；

③混合机上盖应根据设计要求安装回风透气孔；

④混合机各连接处保证密封,进料溜管角度应大于55。

⑤混合机下缓冲斗(检修人孔)应严格按图纸设计要求制作安装，仓容应达到设计要求(原

则上要求缓冲斗仓容为混合机仓容的1.3~1.5倍,SLHSJZ以上混合机缓冲斗需在仓斗的外壁焊接加强筋以保证仓斗的强度；

⑥小料添加进入混合机溜管应在混合机的中部。

8. 环境保护

8.1工厂卫生

8.1.I厂区环境

厂区周围应有良好的卫生环境，厂区周围不得有有害气体，放射源，分成和其他扩散性污染源。厂址不应设在受污染河流的下游和传染病医院近旁。

8.1.2厂区公共卫生

(l)厂区排水要有完整的不渗水的并与生产规模相适应的下水系统"下水系统要保持通畅,不得采用开口明沟排水,厂区地面不得有污水积存;

(2)厂内厕所一般采用槽式,便于水冲,不易堵塞"厕所内要有不用手开关的洗手消毒设备。

8.1.3车间卫生

(1)车间地面应能防渗漏,防滑,防腐蚀.地面坡度1%一1.5%,并装置地漏或明沟,明沟不宜用盖板;

(2)车间按照功能区适当分隔。

8.1.4卫生消毒

(l)漂白粉(含有有效氯0.25%):用于清洗垃圾桶及室外墙角喷洒消毒;

(2)漂白粉(含有有效氯0.002一0.004):用于设备器皿消毒;

(3)漂白粉(含有有效氯0.0015一0.002):用于洗手后消毒。

8.2环境保护

8.2.1危害及有害因素

宠物食品厂存在的危险和有害因素可分为物理性、化学性、生物性、心理、生理性、行为性及其它危险和有害因素六大类。

8.2.2环境保护措施

进入宠物料市场的饲料生产者一定要了解工厂卫生标准和美国FDA的优良生产操作章程。且食品产业链将会有自己的卫生和感染标准,要求供应商一定要达到。

环境保护措施:

(l)污水处理站的位置应在主导风向的下风侧,与生产车间之间应有绿化隔离带;

(2)局部送风系统的气流方向,宜从人体的前侧上方吹向头,颈和胸部;

(3)机械排风风机,宜采用低噪音轴流排风机,排风机的奠基必须采用封闭型"

(4)煤灰扎营有固定的堆放场地,及时运出或进行综合利用;

(5)噪音超过标准的机械设备应采取有效的隔音,吸声,消声,减震等措施。

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本文由六人合作完成，个人分工情况如下：

孙海焕：资料的搜集汇总，本文方向的确定；王慧茹、王轶菲：文章的主要撰写、整理工作；宋丽娜：设计图的绘制、本文的审核工作；

李保同、王俊坡：

成绩得分情况：