年產(chǎn)3 000噸紅皮發(fā)芽花生醬的工廠設(shè)計(jì)

關(guān)正萍，李艷輝，肖春玲，張 娟，崔 娜

（山西師范大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，山西臨汾041000）

0 引言

花生，原名落花生，是世界上食用最廣泛的豆類之一，因?yàn)樗粌H營養(yǎng)豐富，而且人們也比較能接受它的價(jià)格?；ㄉ泻休^多的蛋白質(zhì)，已經(jīng)被全世界大部分消費(fèi)者接受。除此之外，花生紅衣中含有白藜蘆醇、原花色素等天然多酚類物質(zhì)[1]。生活中，很多人認(rèn)為花生發(fā)芽之后就會(huì)產(chǎn)毒或者霉變，其實(shí)發(fā)芽花生不僅可以食用，更重要的是其主要營養(yǎng)成分會(huì)提高，容易被人體較好地吸收[2]。

目前，花生醬在生活中的用途也越來越廣泛，并且深受大眾喜愛。中西餐的涂抹面包、調(diào)味料中也越來越常見它的身影，除此之外，花生醬還被應(yīng)用于小糕點(diǎn)的制作中[3]。

研究年產(chǎn)3 000 t紅皮發(fā)芽花生醬的工廠設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)原料的供應(yīng)、產(chǎn)品的要求等條件選擇紅皮發(fā)芽花生醬的生產(chǎn)工藝流程。根據(jù)地理位置、市場(chǎng)需和經(jīng)濟(jì)條件等進(jìn)行紅皮發(fā)芽花生醬的廠址選擇。并且參考工藝流程和阿里巴巴選擇具體的生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)進(jìn)行工廠車間設(shè)計(jì)、物料衡算、水電氣估算及最后的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，做出最合理的紅皮發(fā)芽花生醬的工廠設(shè)計(jì)。

1 產(chǎn)品方案

工廠設(shè)計(jì)的產(chǎn)品方案又叫做設(shè)計(jì)綱領(lǐng)?？偟膩碚f，產(chǎn)品方案就是紅皮發(fā)芽花生醬工廠設(shè)計(jì)可行性的一個(gè)推演。紅皮發(fā)芽花生醬工廠的工作日程不同，所安排的生產(chǎn)計(jì)劃也不同。即使同一種原料也因?yàn)槠贩N不同、加工地區(qū)不同、制作流程不同而存有很大的區(qū)別。因此，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案的時(shí)候，首先設(shè)計(jì)了發(fā)芽花生醬的生產(chǎn)線，對(duì)花生醬的加工特性進(jìn)行分析，從而設(shè)計(jì)出更適合花生醬的加工方式。

1.1 建設(shè)規(guī)模

本廠考慮建設(shè)年產(chǎn)成品發(fā)芽花生醬3 000 t的生產(chǎn)工廠1個(gè)。

1.2 產(chǎn)品方案

年產(chǎn)量：Q=3 000 t。

生產(chǎn)班制：設(shè)計(jì)的加工工廠定位二班倒，每天有效工作時(shí)間為8 h/班，年工作約270 d。本設(shè)計(jì)的班產(chǎn)量：3 000 t/年÷270 d/年÷2班/日=5.55 t/班，每小時(shí)生產(chǎn)規(guī)模：P=年產(chǎn)量（t）/（X×Y×4）=3 000/（270×2×4）=1.39 t/h。

在必要的生產(chǎn)情況下，在條件允許時(shí)，采取適當(dāng)延長生產(chǎn)周期的措施，以便于職工能得到較好休息，同時(shí)能避免生產(chǎn)設(shè)施長時(shí)間不合理運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生的損壞、降低損失。

2 廠址選擇

工廠地理位置的選擇對(duì)工廠有很大影響，建廠必須考慮所選位置的地理環(huán)境、交通設(shè)施、自然條件、水資源及當(dāng)?shù)卣恼叩?。所選地址要滿足地理位置優(yōu)越、自然條件適宜、交通便利、水資源豐富、政策支持，以及勞動(dòng)力、設(shè)施設(shè)備完善等基本條件。

擬將廠址選在山東省魯西北地區(qū)的濟(jì)南市濟(jì)陽縣。根據(jù)王艷[4]的研究，在中國的花生生產(chǎn)大省中，具有花生生產(chǎn)綜合優(yōu)勢(shì)的排名在第1位的是山東省。經(jīng)調(diào)查，山東省目前的花生加工公司有臨沂市鮮夫子食品有限公司，位于山東省郯城縣，主營黃金豆、蠶豆、花生酥等；還有位于山東濟(jì)陽縣的濟(jì)陽縣鶴立食品廠，主營蛋黃花生、老醋花生等。該地區(qū)為暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和，年平均氣溫為12℃左右，降水較多。四周100 km都是農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)，因此成為食品工業(yè)的有力保證。此地有248、249兩條省道和104、220兩條國道，交通設(shè)施完善。濟(jì)陽擁有豐富且素質(zhì)較高的勞動(dòng)力資源，每年可提供技術(shù)人才8 000余人。國家支持在該地大力發(fā)展食品工業(yè)，并且濟(jì)北經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)已經(jīng)被授予“中國最佳食品投資園區(qū)”等稱號(hào)。

廠址選擇圖見圖1。

圖1 廠址選擇圖

3 總平面布置

3.1 廠區(qū)平面設(shè)計(jì)

依照課題的基本規(guī)則，規(guī)范排放出的廢水、廢氣、廢料。對(duì)紅皮發(fā)芽花生醬加工工廠的各種必須物質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的衡算，為生產(chǎn)加工中的需要設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的選型，還要進(jìn)行各類經(jīng)費(fèi)的匯總、核算。

廠區(qū)平面設(shè)計(jì)圖見圖2。

圖2 廠區(qū)平面設(shè)計(jì)圖

考慮當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，紅皮發(fā)芽花生醬加工工廠的主生產(chǎn)車間等應(yīng)該放在工廠的上風(fēng)向位置，鍋爐房和污水處理廠等應(yīng)該放在工廠的下風(fēng)向；并將工廠的生活休息區(qū)域與生產(chǎn)工作區(qū)域嚴(yán)格分離開，工廠內(nèi)生產(chǎn)車間的職員應(yīng)該與工廠內(nèi)包裝車間的職員盡量區(qū)分開，盡可能地降低生產(chǎn)車間職員身上所攜帶的細(xì)菌和粉塵，防止產(chǎn)生不必要的污染。

3.2 廠房的整體布局

紅皮發(fā)芽花生醬加工工廠的廠房設(shè)計(jì)應(yīng)該明亮寬敞，為生產(chǎn)和操作留下足夠的空間。工廠的內(nèi)部設(shè)施必須要完善，設(shè)有員工更衣間、消毒間、成品存放間等，同時(shí)廠房?jī)?nèi)必須設(shè)有防護(hù)設(shè)施。例如，紅皮發(fā)芽花生醬加工工廠要做好防蟲、防火、防潮工作，而且工廠應(yīng)該具有很好的通風(fēng)能力。車間普通裝修需要按照國家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。消防設(shè)施也應(yīng)該配備完善，放在明顯、安全的位置，并且需要經(jīng)常檢修。

3.3 紅皮發(fā)芽花生醬加工工廠的生產(chǎn)部門與輔助部門

工廠的部門有生產(chǎn)車間、包材庫、研發(fā)中心、員工宿舍、食堂、辦公樓、成品倉庫、物流停車場(chǎng)、物流辦公室、勞保用品庫、污水處理處、鍋爐房、變電所、機(jī)修車間、水泵房、員工停車場(chǎng)、車棚、廁所、噴泉等。

3.4 車間布置

生產(chǎn)車間一覽表。

主車間功能布置圖見圖3。

4 主要生產(chǎn)設(shè)備的選擇

設(shè)備清單見表1。

圖3 主車間功能布置圖

5 產(chǎn)品制作工藝流程

5.1 原材料

供應(yīng)范圍和收購方法：工廠原料主要通過貨車運(yùn)送并收購于山東省魯西北地區(qū)。

表1 設(shè)備清單

5.2 加工工藝流程論證

5.2.1 工藝設(shè)計(jì)概要設(shè)計(jì)的工藝流程主要分為2個(gè)部分內(nèi)容：花生芽的培育和發(fā)芽花生醬制作。

5.2.2 生產(chǎn)工藝流程圖

（1）花生芽的培育。籽粒篩選→沖洗→浸種→清洗→催芽。（2）發(fā)芽花生醬的制作

發(fā)芽花生→烘烤→冷卻→脫膜→打漿→微磨→調(diào)配→均質(zhì)→真空濃縮及殺菌→灌裝→殺菌→冷卻→成品→出廠。

5.3 生產(chǎn)工藝操作要點(diǎn)

5.3.1 花生芽的培育

品種篩選：通過對(duì)5個(gè)花生品種的營養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明四粒紅生長最快,其花生芽的營養(yǎng)成分也含量最高[1]。

（1）籽粒篩選。通過自動(dòng)篩選機(jī)選出大小相差不大的花生，并且人工去除干癟、有害的種子。

（2）浸種。應(yīng)盡量每隔2～3 h翻動(dòng)1次花生種子[5]。

（3）清洗。用清水清洗2～3次。

（4）催芽。催芽需要設(shè)置合適的溫度，一般在22～30℃，經(jīng)過2～3 d基本可以出芽。催芽期間應(yīng)小心翻動(dòng)種子，以利于花生呼吸。

5.3.2 發(fā)芽花生醬的制作

（1）熱燙及冷卻。在烘烤機(jī)中進(jìn)行5 min烘烤即可進(jìn)行冷卻。

（2）脫膜及漂洗。用脫膜機(jī)去除花生紅衣，并進(jìn)行漂洗。

（3）打漿及微磨。先用打漿機(jī)打?yàn)榇譂{，再用微磨機(jī)細(xì)細(xì)研磨[6]。

（4）調(diào)配。調(diào)配比例為每30 kg花生漿液對(duì)應(yīng)250 g瓊脂和35 kg白砂糖[6]。

（5）均質(zhì)。調(diào)配好的料液在均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行均質(zhì)，壓力定為40 M[6]。（6）裝罐及殺菌。盡量在花生醬溫度高于85℃的條件下進(jìn)行裝罐[6]。

5.4 工藝論證

經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，將紅皮花生經(jīng)浸種、清洗及催芽等操作之后再進(jìn)行熱燙、脫膜打漿、調(diào)配均質(zhì)、殺菌等操作后制成紅皮發(fā)芽花生醬，經(jīng)調(diào)查研究，該工藝流程較合理，且成品發(fā)芽花生醬營養(yǎng)豐富，實(shí)施具有可行性[7-10]。

6 勞動(dòng)力定員的組成確定

6.1 生產(chǎn)車間定員

生產(chǎn)車間定員見表2。

表2 生產(chǎn)車間定員

一班共計(jì)人數(shù)66人。

6.2 全廠管理部門定員

管理部門定員合計(jì)131人。

7 生產(chǎn)車間水電汽估算

7.1 用水量估算

設(shè)備用水量根據(jù)工藝用水和輔助用水2個(gè)部分進(jìn)行估算。

7.1.1 工藝用水

（1）清洗空罐。

待處理物料名：空罐

待處理物料量：2 842只/h

已知LB4B1型空罐清洗機(jī)噴水量為100 mL/只

本工序用水量=2 842×100×10-6=0.2 842（t/h）

（2）沖洗。

待處理物料名：未加工花生

待處理物料量：1.21 t/h

每處理1 t未加工花生需要用水量（t）：0.7 t/t

本工序用水量=1.21×0.7=0.847 t/h

（3）浸種。

待處理物料名：初花生

待處理物料量：1.20 t/h

每處理1 t未加工花生需要用水量（t）：0.2 t/t

本工序用水量=1.20×0.2=0.24 t/h

（4）清洗。

待處理物料名：未清洗花生

待處理物料量：1.18 t/h

每處理1 t未加工花生需要用水量（t）：0.5 t/t

本工序用水量=1.18×0.5=0.59 t/h

（5）催芽。

待處理物料名：待催芽花生

待處理物料量：1.18 t/h

每處理1 t未加工花生需要用水量（t）：0.2 t/t

本工序用水量=1.18×0.2=0.236 t/h

（6）冷卻。

待處理物料名：無菌花生醬

待處理物料量：1.39 t/h

每處理1 t無菌花生醬需要用水量（t）：5 t/t

本工序用水量=1.39×5=6.95 t/h

7.1.2 輔助用水

（1）沖地清洗用水量。

設(shè)備清洗用水為5.0 t/班。1 t水約可沖洗生產(chǎn)車間地坪50 m2，且每4 h沖洗1次。需沖洗面積1 800 m2，用水量為1 800/50×2=72（t/班）。則沖地清洗需要用水72 t/班，即72/4=18（t/h）。

（2）車間員工用水。

員工人數(shù)131人，人均最大用水量（t/人h）：0.012；最大用水量（t/h）：1.572。

7.1.3 車間總用水量

車間總用水見表3。

表3 車間總用水

7.2 用電量估算

車間總用電，設(shè)備用電，76.145 kW；照明用電19.51 kW。

7.3 用氣量估算

車間總用氣，耗氣量（t/h）：生產(chǎn)用量1.72 t/h；清潔用量0.5 t/h。

8 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

廠區(qū)的主營產(chǎn)品是500 g/瓶的發(fā)芽花生醬，每瓶市場(chǎng)售價(jià)為16元/瓶。則產(chǎn)品的年銷售額為：3 000 t/500 g×16=9 600萬元。

工廠經(jīng)濟(jì)分析見表4。

表4 工廠經(jīng)濟(jì)分析

9 結(jié)語

對(duì)年產(chǎn)3 000 t紅皮發(fā)芽花生醬的工廠設(shè)計(jì)研究。首先，從紅皮花生、發(fā)芽花生等方面分析了花生醬的好處并對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容做出簡(jiǎn)明的概括[11-13]。并給出設(shè)計(jì)的產(chǎn)品方案和生產(chǎn)制度，經(jīng)過分析計(jì)算，紅皮發(fā)芽花生醬每1 h生產(chǎn)規(guī)模為1.39 t/h。根據(jù)建廠的基本條件，從地理位置、交通、自然環(huán)境、水資源、政策、勞動(dòng)力資源等方面進(jìn)行綜合考慮，將廠址選在山東省魯西北地區(qū)的濟(jì)南市濟(jì)陽縣。

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)紅皮發(fā)芽花生醬的工藝流程進(jìn)行分析及操作要點(diǎn)進(jìn)行撰寫，經(jīng)分析，工藝流程較合理。同時(shí)，對(duì)紅皮發(fā)芽花生醬工廠的原輔料以及包材進(jìn)行物料衡算，生產(chǎn)1 t成品需要1.24 t的花生原料，并且每生產(chǎn)1 t的成品，需要0.65 t的白砂糖、0.004 6 t的瓊脂、2 020只500 g的玻璃瓶及255只瓦楞紙箱，并規(guī)定每個(gè)瓦楞紙箱中放8瓶紅皮發(fā)芽花生醬的成品。

根據(jù)發(fā)芽花生醬的工藝流程圖繪制出設(shè)備流程圖，然后通過計(jì)算，可以確定出個(gè)工段的單位時(shí)間處理量[14-16]；從阿里巴巴上進(jìn)行分析與選擇確定出各設(shè)備的型號(hào)、生產(chǎn)能力、外形尺寸及電機(jī)功率等基本信息，最后根據(jù)所選設(shè)備確定出紅皮發(fā)芽花生醬工廠的每個(gè)工段所需人數(shù)，并對(duì)各部門的所需人數(shù)進(jìn)行匯總，確定全廠共需要人員131人。

車間用水量主要包括工藝用水和輔助用水2個(gè)部分內(nèi)容，最后匯總出得出車間的總用水量為28.6 t/h。然后是對(duì)車間的用電量進(jìn)行估算，包括車間設(shè)備用電量及車間照明用電量，然后對(duì)車間總用電量進(jìn)行匯總，得出總用電量為95.7 kW。最后，對(duì)車間用氣量進(jìn)行估算，根據(jù)清洗用量和生產(chǎn)用量得出該車間的總用汽量為2.2 t/h。

經(jīng)計(jì)算，紅皮發(fā)芽花生醬工廠的輔助設(shè)施中，成品倉庫面積為160 m2，原料倉庫面積為96 m2，包裝材料倉庫面積為100 m2。

紅皮發(fā)芽花生醬的平面布置包括車間布置、全廠布置以及土地建筑系數(shù)的確定。車間總面積為1 800 m2，全廠建筑面積為4 500 m2，參加計(jì)算的總面積為15 000 m2，最后得出土地建筑系數(shù)為30%。

最后，對(duì)紅皮發(fā)芽花生醬工廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行分析，包括技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的依據(jù)和支出費(fèi)用進(jìn)行估算。其中，固定資產(chǎn)為54.94萬元；原輔料及包材費(fèi)用中，原料花生3 685.7萬元/年，白砂糖982.8萬元/年，瓊脂4.61萬元/年，玻璃瓶871.70萬元/年，瓦楞紙箱61.2萬元/年；能源消耗費(fèi)用如下：電費(fèi)51.65萬元/年，水費(fèi)24.74萬元/年，氣費(fèi)86.31萬元/年；工人工資5 000元/月計(jì)，工人工資786萬元/年；土建投資以及設(shè)備的折舊費(fèi)中，土建資金為70萬元/年，設(shè)備投資的折舊費(fèi)為5.494萬元/年，維修費(fèi)0.83萬元/年。收入估算如下，銷售額為9 600萬元/年。經(jīng)匯總計(jì)算，工廠的利潤為2 914.026萬元/年。