本章知識點：了解食品工廠工藝設計的內容；熟悉食品工廠工藝設計的方法和步驟；掌握產品方案、工藝計算、設備選型、生產車間工藝布置、管路設計與布置等工藝設計的內容和方法；熟悉工藝設計對非工藝設計和其他有關方面的要求。

第一節概述

按設計任務的職責范圍分，可將食品工廠設計分為“工藝設計”及“非工藝設計”兩類。工藝設計就是按工藝過程的要求進行的工廠設計工作，其中又以車間工藝設計為主，并對其他部門提出各種數據和要求，作為非工藝設計的設計依據。工藝設計的所有工作都應由食品工程專業的技術人員去承擔完成。

食品工廠工藝設計大致包括工藝流程設計和車間布置設計兩個主要內容。它們決定著車間的功能和生產合理與否。決定工廠的工藝計算、車間組成、生產設備及其布置的關鍵步驟。一般工藝流程設計在先，車間布置設計是在工藝流程設計的基礎上進行的。

食品工廠工藝設計包括以下具體內容。

（1）產品方案的確定（全年要生產的產品品種和各產品的數量、規格標準、產期、生產班次等的計劃）。

（2）主要產品及綜合利用產品的工藝流程確定。

（3）物料衡算、生產過程蒸汽用量及耗水量的估算等。

（4）生產車間設備生產能力計算和設備選型。

（5）生產車間設備的工藝布置。

（6）管路設計。

工藝設計主要是在由原料到各個生產過程中，設計物質變化及流向，包括所需設備。食品工廠工藝設計的步驟大致如下。

（1）根據前期可行性調查研究，確定產品方案及生產規模。

（2）根據當前的技術、經濟水平選擇生產方法。

（3）生產工藝流程設計。

（4）物料衡算。

（5）能量衡算(包括熱量、耗冷量、供電量計算)和用水量計算。

（6）設備生產能力計算及選型。

（7）車間工藝布置。

（8）管路設計。

（9）其他工藝設計。

（10）編制工藝流程圖、管道設計圖及說明書等。

非工藝設計是除工藝設計任務以外的關于其他公用系統或設施的全部設計工作。主要包括：總平面、土建、給排水、動力、供電和儀表、制冷、通風、供暖、環境保護等設計，以上這些非工藝工程需要不同的專業工種技術人員承擔。

非工藝設計都是根據工藝設計的要求和所提出的數據進行設計的，食品工程專業的技術人員必須向非工藝設計專業工程技術人員提出相關要求和提供相關的技術參數，主要包括以下幾個方面：

（1）工藝對全廠總平面布置中建筑物相對位置的要求。

（2）工藝對車間建筑在土建、采光、通風及衛生方面的要求。

（3）生產車間水、電、汽、冷的消耗量計算。

（4）生產工藝對用水水質的要求。

（5）對三廢（廢水、廢渣、廢氣）排放的要求。

（6）關于各種倉庫建筑面積的計算及對倉庫在保溫、防潮、防鼠、防蟲等方面的特殊要求。

本章主要介紹食品工廠工藝設計方面的內容。

第二節產品方案及班產量的確定

一、制定產品方案的意義和要求

產品方案又稱生產綱領，實際是食品廠準備全年（季度、月）生產哪些品種和各種產品的規格、產量、產期、生產車間及班次等的計劃安排。實際生產計劃中工廠一般以銷定產，產品方案既作為設計依據，又是工廠實際生產能力的確定及挖潛余量的計算。影響產品方案的因素有諸多方面，主要包括：產品的市場銷售、人們的生活習慣、地區的氣候和不同季節的影響。

在制定產品方案時，首先，要調查研究，得到資料，以此確定主要產品的品種、規格、產量和生產班次。其次，是要用調節產品用以調節生產忙閑不均的現象。最后，盡可能把原料綜合利用及儲存半成品，以合理調劑生產中的淡、旺季節。例如乳品廠主要的原料是牛奶或羊奶，一般城市的居民在冬季喜歡飲用鮮奶，但夏季卻喜歡吃冰激凌、冰糕和酸奶，致使鮮奶的銷售有所下降，所以在夏季可以把部分鮮奶制成人們喜歡吃的冰激凌、冰糕和酸奶等產品。在牧區奶源供應充足，但其交通運輸不夠便利，所以應以生產奶粉為主。由此可見，盡管乳品廠全年生產的主要原料是牛奶，但因市場的需求變化而引起乳品工廠生產產品品種的變化，這樣就需要制定一個合理的產品方案。又例如根據市場對小包裝食用油產品消費的淡季和旺季之分，在旺季到來之前，組織充足的力量生產，使工廠有一定的小包裝食用油產品的儲備，來滿足節日期間市場的集中消費需求。再例如：飲料的生產企業在夏季大多以生產碳酸飲料及不同種類的果汁飲料為主，在冬季為了滿足飲料市場的生產需要，大多生產杏仁露、花生乳等蛋白飲料或含有酒精的飲品。上述的這些食品工廠全年生產所需要的原料變化不大，而罐頭加工和速凍果蔬、凍干果蔬等是以季節性原料為加工品種的食品工廠，品種繁多、季節性又強，生產過程有淡季和旺季區別，生產所用原料各異，即使同一種原料也往往因為品種不同、地域不同，收獲季節有很大差異。

所以食品工廠在制定產品方案時，要進行全面的市場調查，確定產品的種類及包裝規格；根據設計規格，結合各產品原料的供應量、供應周期的長短等實際情況，確定各種產品在總產量中所占比例及產量；根據原料的生產季節及保藏時間確定產品的生產時間；根據各種產品的設計產量，確定班次產量及生產班次數等。由于罐頭食品工廠在所有的食品工廠中產品最多，季節性又強，產品方案編排最為復雜，所以下面以罐頭工廠的工藝設計進行舉例。

在安排產品方案計劃時，要盡量做到“四個滿足”和“五個平衡”。

“四個滿足”為：

（1）滿足主要產品產量的要求；

（2）滿足原料綜合利用的要求；

（3）滿足淡旺季平衡生產的要求；

（4）滿足經濟效益的要求。

“五個平衡為”：

（1）產品產量與原料供應量應平衡；

（2）生產季節性與勞動力應平衡；

（3）生產班次要平衡；

（4）產品生產量與設備生產能力要平衡；

（5）水、電、汽負荷要平衡。

在編排生產方案時，應根據設計計劃任務書的要求及原料供應的情況，并結合各生產車間的實際利用率，設計需要安排幾個生產車間才能使方案得以順利實施。另外，在編排產品方案時，每月按25d計（員工可按雙休日調配休息），全年的生產日為300d，考慮原料供應方面等原因，全年的實際生產日數不宜少于250d，每天的生產班次一般為1～2班，季節性產品高峰期則要按3班考慮。

二、班（日、年）產量的確定

主要班產量是工藝設計的最主要的計算基礎，班產量直接影響到車間布置、設備配套、占地面積、勞動定員、產品經濟效益以及輔助設施、公共設施的配套規格等。班產量大小的影響因素有：原料供應、產品市場銷售狀況、配套設備的生產能力及運行情況、延長生產期的條件（如冷庫及半成品加工設施等）、每天生產班次及產品品種的搭配等。

一般情況下，食品工廠班產量越大，單位產品成本越低，經濟效益越好。由于投資局限及其他方面制約，班產量有一定的限制，但是必須達到或超過合理、適宜經濟規模的班產量。最適宜的班產量實質就是經濟效益最好的規模。

（一）年產量

年生產能力按如下估算：

Q=Q1+Q2-Q3-Q4+Q5

式中：Q——新建廠某類食品年產量；

Q1——本地區該類食品消費量；

Q2——本地區該類食品年調出量；

Q3——本地區該類食品年調入量；

Q4——本地區該類食品原有廠家的年產量；

Q5——本廠準備銷出本地區以外的量。

對于淡旺季明顯的產品，如飲料、月餅、巧克力可按下式計算：

Q=Q旺+Q中+Q淡

式中：Q旺——旺季產量；

Q中——中季產量；

Q淡——淡季產量。

（二）生產班制

班產量受到各種因素的影響，每個工作日的實際產量并不完全相同。一般食品工廠每天生產班次為1~2班，淡季一班，中季二班，旺季三班制，具體根據食品工廠工藝和原料特性及設備生產能力來決定。

（三）食品工廠工作日及日產量

不同食品的生產天數和生產周期受到市場需要、季節氣候、生產條件（溫度、濕度等）和原料供應等方面影響。盛夏的冷飲、冰激凌，春節前后的糖果、糕點和酒類，中秋節的月餅等生產都具有明顯的季節性。糖果、巧克力在南方梅雨季節及酷暑、盛夏應縮短生產天數。而夏季6~8月是面包生產的旺季，工作日78d（t旺），中季生產為135d（t中），淡季生產75d（t淡），余下77d為節假日和設備檢修日，則全年面包生產天數為：

t=t旺+t中+t淡=78+135+75=288（d）

由于受到各種因素的影響，每個工作日實際產量不完全相同。平均日產量等于班產量與生產班次及設備平均系數的乘積。即：

q=q班nk

式中：q——平均日產量；

q班——班產量，t/d；

n——生產班次，旺季n=3，中季n=2，淡季n=1；

k——設備不均勻系數，k=0-7～0-8。

（四）班產量q班

班產量q班計算公式如下：

q班=Q/k（3t旺+2t中+t淡）

式中：k——設備不均勻系數；

t旺——旺季天數；

t中——中季天數；

t淡——淡季天數。

如果某種產品生產只有旺季、淡季，則：

q班=Q/k（3t旺+t淡）

例如：設計任務書規定年產面包2000t，求班產量。

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

三、產品方案的制定

一般來說，一種原料生產多種規格的產品時，應力求精簡，以利于實現機械化生產和連續性的操作。但是，為了盡可能地減少浪費，提高其利用率和使用價值，或為了滿足消費者的需求，往往有必要將一種原料生產成幾種規格的產品。例如：

（1）凍豬片加工肉類罐頭的搭配：3～4級的凍豬片出肉率在75%左右，其中55%～60%可用于午餐肉罐頭，1%～2%用于圓蹄罐頭，5%左右用于排骨罐頭，8%～10%用于扣肉罐頭，其余的可生產其他豬肉罐頭。

（2）番茄醬罐頭罐型的搭配：盡可能生產70g裝的小型罐，但限于設備的加工條件，通常是70g裝的占13%～30%，198g裝占10%～20%，3000g或5000g裝的大型罐占40%～60%。

（3）水果罐頭品種的搭配：在生產糖水水果罐頭的同時，應考慮果汁、果醬罐頭的生產，其產量視原料情況和碎果肉的多少而定。

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

通常用表格的形式來表示食品工廠的產品方案，其主要內容包括產品名稱、年產量（Q）、班產量（q班）、1～12月的生產安排、用線條或數字兩種形式表示產量及生產情況。

四、產品方案比較與分析

在設計產品方案時，作為設計人員，應按照下達任務書中的年產量和品種，從生產可行性和技術先進性入手，制定出兩種以上的產品方案進行分析比較，盡量選用先進的設備、先進的工藝并結合實際情況，考慮實際生產的可行性和經濟上的合理性，作出決定。比較項目大致如下：

（1）主要產品年產值的比較；

（2）每天所需生產工人數的比較；

（3）勞動生產率的比較（年產量／工人總數）；

（4）每天（月）原料、產品數之差比較；

（5）平均每人每年產值的比較［元／（人·年）］；

（6）生產季節性的比較；

（7）基建投資情況的比較；

（8）水、電、汽耗量的比較；

（9）組織生產難易情況的比較；

（10）環境保護比較；

（11）社會效益的比較；

（12）經濟效益（利稅，元／年）的比較；

（13）結論。

將比較的情況及結論寫成產品方案說明書報上級批準，從中找出一個最佳方案作為設計依據，產品方案比較與分析表如2-7所示。

結論

結合以上項目的比較，借用諸多產品方案中的一個最佳方案，作為以下設計依據。罐頭廠的空罐車間，其生產能力以主要品種各種不同罐型的需要量為依據，并適當留有發展余地?？展捃囬g生產每天按1~2班計算。日產量應與主要品種各種罐型的空罐需要量相平衡。若季節性特強，產量特高或因罐型小所需空罐量特多（如70g番茄醬的空罐）的情況下，可于高峰來到前提前生產，儲存于倉庫中備用，用不著選擇生產能力過大的空罐設備，造成大部分時間里生產能力過剩，而使投資增加，資金浪費。對于空罐生產設備，在一般產量的情況下都選半自動生產線，產量很高時就應選生產能力高的自動生產線。

目前，國際上有些國家（如美國、德國等）規定禁用焊錫罐，而要用電阻焊接罐。焊錫罐的焊錫中含鉛，特別是自動焊錫機所用的焊錫中，錫鉛比為2∶98，而鉛是有毒金屬，為保障消費者的健康，所以禁用焊錫罐，錫是稀有金屬，國際價格很高，這亦是使焊錫罐淘汰的另一原因。電阻焊接機有半自動和自動兩種。半自動電阻焊接機每分鐘的生產能力在30罐左右。自動電阻焊接機的生產能力，根據不同型號其生產能力亦不一致，有150罐／分鐘，250罐／分鐘等，所以，可根據空罐不同的需要量，選擇不同生產能力的電阻焊接機。