苏打水生产车间工艺设计

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引 言

苏打水是带有弱碱性的饮料，常添加 甜味剂和香料的饮料，市面上亦存在无添加甜味剂苏打水，以下所述危害大多为人工甜味剂及香料摄入过多的危害。它是碳酸氢钠的水溶液，含有弱碱性，医学上外用可消毒杀菌，内服可综合人体内的酸碱平衡，改变酸性体质。

本次设计是年产8kt苏打水，通过对原水的处理，加入碳酸氢钠和一些必要的微量元素，配成苏打水溶液。根据工艺流程、物料衡算和所要求的生产参数，划分了车间生产阶段和生产时间。在每个生产阶段中，根据需要生产的产量，计算得到所需要的设备的生产能力。通过设备的选型，选择了相应的处理设备，并且选择了型号和台数，班次和人员最后列出了所选设备的设备一览表。对工厂平面进行总体布置，最后完成工厂平面设计图。

关键词：工艺流程，物料衡算，设备选型，厂房布置。

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第一章 设计总论

1.1设计依据

劳动法 食品安全法 设计任务书

GB5749生活饮用水卫生标准 GB/T47产品中微生物标准 中华人民共和国食品卫生法 食品添加剂使用卫生标准 中华人民共和国食品包装法

1.2设计任务

年产8千吨苏打水生产车间工艺设计。

1.3产品方案

1.3.1班次

一年工作300天，一日二班，每班工作八个小时，班产量为

Q班=

8000000Q==19047.62kg 300×2×0.7nk

1.3.2产品规格

每瓶苏打水350ml近似380g。

1.4 产品简介

苏打水是带有弱碱性的饮料，它是碳酸氢钠的水溶液，含有弱碱性，医学上外用可消毒杀菌，内服可综合人体内的酸碱平衡，改变酸性体质。苏打水分有气苏打水和无气苏打水，其常添加甜味剂和香料的饮料，市面上亦存在无添加甜味剂苏打水。

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1.4.1苏打水的营养价值

天然苏打水除含有碳酸氢钠外，还含有多种微量元素成分，因此是上好的饮品。

目前，世界上只有法、俄、德等少数国家出产天然苏打水。天然苏打水富含硼、锌、硒、铬等离子矿物和微量元素，这些微量元素呈离子状态，更易被人体吸收；有理想的PH值，天然苏打水的酸碱性值呈弱碱性，对传输氧气，调节新陈代谢，排除酸性废物和预防疾病是非常必要的。

1.4.2苏打水的优点

1、苏打水呈弱碱性。但是我们每天吃很多肉类、鱼类，都是酸性食物，造成人体内环境也是弱酸性。因此，需要进行酸碱平衡。那么，多吃些碱性食品更有利于身体健康（无肠胃病史）。

2、苏打水有利于养胃，因为苏打水能中和胃酸。 3、苏打水有助于缓解消化不良和便秘症状。

4、美容：苏打水有抗氧化作用，能预防皮肤老化。柠檬+苏打水： 有助于增进食欲、预防皮肤老化、美容养颜。

1.4.3苏打水的危害

长期地喝应该小心人工甜味剂和香料摄入过多影响健康。另外苏打水能中和胃酸、强化肠胃吸收、健胃。但是，长期服用苏打水可能会引起碱中毒，轻则厌食、恶心、头痛、抽搐，重则昏迷，尤其老年人及肾脏病患者，长期服用更易发生碱中毒。

1、苏打水会溶解牙的珐琅质

2、苏打水会让肥胖的几率提升1.6倍 3、苏打水会造成钙流失

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第二章 工艺流程

2.1生产工艺流程确定原则

确定生产工艺流程时必须遵循以下原则：

(1)保证产品符合国家食品安全标准，出口产品还须满足销售地产品质量要求，并保 (2)应优先选择先进、科学的工艺流程，以确保生产符合时代要求的、优质适销的产品。

(3)应确保产品有市场竞争能力，选择可以提高产品质量和生产效率、降低生产消耗和成本的生产工艺。

(4)要选择有利于原料综合利用和对产品经行多层次深加工的流程。

(5) 选择的流程要能缩短生产周期，减少生产工序和环节，优先采用机械化、连续化作业线。

(6) 选择的流程要尽量节省厂房和生产设备，特别是要尽量减少特殊的厂房和设备。 (7) 应结合建厂条件和生产规模选择与生产规模相适应的流程。

(8) 选择的流程要考虑到安全操作和劳动保护问题，尽量采用封闭式操作，生产过程没有或很少有毒、有害物质与作用的流程。

2.2 工艺流程操作要点

在整个工艺过程中对各个步骤进行操作要点[5]的控制。

2.2.1 原水过滤

原水过滤首先需要经过活性炭过滤机，再通过微孔过滤。活性炭过滤主要用于水中有机杂质和水中分子状的胶体微小颗粒杂质，以及去除清水中的异色，异味等。微孔过滤机作为精滤和除菌工艺设备，它可滤除滤液、气体的0.01μm以上微粒和细菌。其特点是高捕捉能力、过滤面积大、使用寿命长、过滤精度高、阻力小、机械强度大、无剥离现象、抗酸碱能力强、使用方便。

2.2.2 调配罐调配

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调配罐分缸体、缸盖、搅拌桨、进料口、出料阀均采用材质为SUS304或316不

锈钢制成，按 GB741-80 技术条件进行，内表面镜面抛光至Ra≤0.28μm，外表面抛亚光、镜面、喷砂或冷轧原色亚光，缸体内有搅拌桨，起搅拌作用。管口设有液位计口（静压式、电容式、无触点式、超声波式、玻璃管式）、空气呼吸口、温度计（数显式或表盘式）、CIP清洗口、视镜、防爆视灯（视镜视灯一体化）、SIP灭菌口、进出液口及卫生人孔等。

2.2.3 臭氧杀菌

所谓臭氧杀菌器是利用臭氧的强氧化性而达到杀菌的目的。臭氧是强烈的氧剂，其杀菌作用比氯高15∽30倍，在一定浓度下作用5∽10min，臭氧对各种菌类都可以达到灭菌的程度。

2.2.4 灌装

无菌灌装机广泛应用于果汁，果浆和果酱等流体食品的无菌包装。室温下，产品可保存一年以上，可省去低温冷藏运输的费用及风险。无菌灌装机与杀菌机直接相连，经杀菌后直接灌装。

2.2.5 包装检验

包装检验是根据合同、标准和其他有关规定，对商品包装以及包装标志进行检验。包装检验首先核对外包装上的商品包装标志（标记、号码等）是否与贸易合同相符。对商品主要检验外包装是否完好无损，包装材料、包装方式和衬垫贸物等是否符合合同规定要求。对外包装破损的商品，要另外进行验残，查明货损责任方以及货损程度。对发生残损的商品要检查其是否由于包装不良所引起。对商品的包装检验，除包装材料和包装方法必须符合贸易合同、标准规定外，还应检验商品内外包装是否牢固、完整、干 燥、清洁，是否适于长途运输和保护商品质量、数量的习惯要求。商检机构对进出口商品的包装检验，一般抽样或在当场检验，或进行衡器计重的同时结合进行。

2.2.6 成品

成品要求包装完好，无挤压、损坏现象出现，且外包装上的日期、文字、图片、条形码均需要清晰可见，经过检验合格的成品方可出厂。

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2.3 工艺流程图

具体流程图见图 2-1

原 水 活性炭过滤 微孔过滤 调配罐调配 碳酸氢钠 食用香精 AK糖 对羟基苯甲酸钠微量元素 臭氧杀菌 灌 装 包装及检验

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成 品 图2-1 工艺流程图

第三章 物料衡算

3.1 各物料的量

物 料 原水 碳酸氢钠 食用香精 AK糖

对羟基苯甲酸甲酯钠

质量（kg） 30493.73 406.68 203.34 20.33 20.33

3.2物料衡算

3.2.1 各工艺物料衡算

（1）由设计任务年产8kt/a苏打水，设备不均匀系数为0.7，按一年生产300天计

算，日产为8000000kg/(300×0.7)=38095.24kg，一天2班生产，每班生产38095.24/2=19047.62kg；

（2）则一班生产19047.62kg所需原水的量m1=30280.26（3）管道损失0.2%，m

2

kg

kg

=30280.26×（1−0.002）=30219.70

（1−0.03）=29313.10kg （4）活性炭过滤损失3%，m3=30219.70×

（1−0.333）=19551.84kg （5）微孔过滤损失33.3%，m4=29313.10×（6）加入碳酸氢钠（50:1），m

碳

=19551.84×

1

=391.04kg 50

7

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（7）加入食用香精（100:1），m

香

=19551.84×

1

=195.52kg 100

（8）加入AK糖（200:1），m

糖

=19551.84×

1

=97.76kg 200

1

=97.76kg 200

（9）加入对羟基苯甲酸甲酯钠（200:1），m（10）配料罐中的质量

钠

=19551.84×

m5=m4+m碳+m香+m糖+m钠=19551.84+391.04+195.52+97.76+97.76=20333.91kg

（1−0.002）=20293.24kg （11）管道损失0.2%，m6=20333.91×

（1−0.05）=19278.58kg （12）臭氧杀菌损失5%，m7=20293.24×

（1−0.01）=19058.79kg （13）灌装损失1%，m7=19278.58×

（1−0.002）=19047.62kg （14）包装检验损失0.2%，m8=19058.79×

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3.2.2物料衡算图

班产量19047.62kg物料衡算图详见图3-1

损失912.68kg 粗过滤 (30219.70kg)损失60.96kg 原水 (30280.26kg) 0.2% 3% 损 失 1014.66kg 损 失 40.67kg 损 失79.2kg 微孔杀菌 (29313.10kg) 33.3% 碳酸氢钠391.04kg 食用香精195.52kg AK糖97.76kg 对羟基苯甲酸甲酯钠97.76kg调配罐调配 (20333.91kg)0.2%臭氧杀菌 (20293.24kg)5% 灌装 (19278.58kg) 91% 损 失 三达水（北京）科技有限公司

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包装检验 (19085.79kg)0.2%

第四章 设备选型

4.1 设备选型原则

在进行设备选型时必须遵循以下原则: （1）必须满足生产工艺要求。

（2）选用的设备要生产效率高，耗能低，且结构紧凑，占有空间及地面小，操作劳动强度低，清洗、维修方便，安全可靠。

（3）所选用的设备应满足食品生产卫生要求，易清洗装拆，不对食品造成污染。 （4）选用设备时应尽量考虑选用配套的、连续式、自动化程度较高的设备。 （5）应尽量选用通用设备，标准定型设备以及实践证明有效的名牌设备。 （6）对一些关键又易出故障的设备，应适当考虑设备有足够的富裕量。

（7）设备的结构应合理，所用材料能适应各种工作条件（温度、压力、湿度、酸碱度等）。

4.2 主要设备参数

整个生产过程中对主要设备进行选型和计算。

4.2.1输水泵

原水的储存罐在厂区外的大型储罐里，通过输水泵将原水引入厂区内生产区内，输水泵有流量计，每小时都有固定的输水量，当到达输水量就会停止工作，输水泵有全自动和人工控制，经计算苏打水的班产量为19047.62kg，每班8小时，工作时间

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为6小时，所以需要的原水的量为19047.62÷6=3147.60kg

h，由于设备不能满负荷

运作，所以设设备的有效工作能力为75%，故需要设备的生产能力为3147.60÷0.75=4232.80kg，所选的设备性能如表4-1：

h表4-1输水泵 外形尺寸

序口径 功率 流量 台

型号 (长×宽×号 （mm） kw （m3/h）数

高）/mm

QW25-8-560 × 320

1 25 5.2 8 1

22-1.1 × 380

效率

（%） 38.5

扬程 （m） 100

4.2.2活性炭过滤机

活性炭过滤的班产量为30219.70kg，每班8小时，工作时间为6小时，所以需要的蒸煮锅的生产能力为30219.70÷6=5036.62kg，由于设备不能满负荷运作，所

h以设设备的有效工作能力为75%，故需要设备的生产能力为5036.62÷75%=6715.49kg，所选的设备性能如表4-2：

h

序号 2

表4-2 活性炭过滤机

标准通水量外形尺寸

台数

（m3/h） （Ф×H）

10

1600mm×1525mm

1

型号 AK-3

生产厂商 九江精业食品

机械有限公司

4.2.3 微孔过滤机

微孔过滤的班产量为29313.10kg，每班8小时，工作时间为6小时，所以需要的蒸煮锅的生产能力为29313.10÷6=4885.52kg，由于设备不能满负荷运作，所以设

h设备的有效工作能力为75%，故需要设备的生产能力为4885.52÷75%=6514.02kg，

h所选设备性能如表4-3。

表4-3 微孔过滤机

电机过滤

外形尺寸

功率 面积

（Ф×H）

Kw （m2）1.1 1.4 1000mm×16

11

序流量 层

型号 号T/H 数 3 CT-Ф

台 孔径

数 （微米） 1

0.2-1

生产厂商 海宁市正兴

8 10

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SANDA WATER（BEIJING）TECHNOLOGY CO.,LTD1000

50mm

特种过滤设备制造有限公司

4.2.4 调配罐

调配罐的设计及选型比较简单，一般给出公称的容积及物料的物理性质就可以设计生产了。调配罐的用途较广泛属通用性不锈钢储存容器。不锈钢暂存储罐有液位计接口、呼吸器接口、温度计接口、CIP清洗口、视镜、防爆视灯、SIP灭菌口、进出液口及人孔等。调配时间为30min，调配好后进行检验，使溶液ph在7.2-8.0范围内。达到符合标准后进入下一工段。

调配罐的班产量为20333.91kg，每班8小时，工作时间为6小时，所以需要的调配罐的生产能力为20333.91÷6=3388.985kg，由于设备不能满负荷运作，所以设设

h备的有效工作能力为75%，故需要设备的生产能力为3388.985÷75%=4518.65kg，

h所选的设备如表4-4：

序

型号 号

容积L

表4-4 调配罐

台 转速 外形尺寸

数 （r/min）（Ф×H）/mm1800×2000

1

36/72

功率

Kw

生产厂商 杭州亿安设备有限公司

4 F-316 5000

2.2

4.2.5 臭氧杀菌机

臭氧杀菌机通过利用臭氧的强氧化性杀死前面设备无法杀死的菌种。通过臭氧杀菌后生产出健康的产品。

臭氧杀菌机的班产量为20293.24kg，每班8小时，工作时间为6小时，所以需要的臭氧杀菌的生产能力为20293.24÷6=3382.21kg，由于设备不能满负荷运作，

h所以设设备的有效工作能力为75%，故需要设备的生产能力为3382.21÷75%=4509.61kg，所选设备性能如表4-5。

h表4-5 臭氧杀菌机 序 号

型号

产量 外形尺寸 台数

（kg/h） （长×宽×高）/mm

12

生产厂商

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OZORB-Z5 5000

5000

1960×2320×2720

1 济南东泰机械制造有限公司

4.2.6 灌装机

无菌灌装机广泛应用于果汁，果浆和果酱等流体食品的无菌包装。室温下，产品可保存一年以上，可省去低温冷藏运输的费用及风险。无菌灌装机与杀菌机直接相连，经杀菌后直接灌装。

经计算灌装机的班产量为19085.79kg，每班8小时，工作时间为6小时，所以需要的暂存罐的生产能力为19085.79÷6=3180.965kg，由于设备不能满负荷运作，

h所以设设备的有效工作能力为75%，故需要设备的生产能力为3180.965÷75%=4241.29kg，每瓶为380g，所以每小时生产11162瓶，每分钟生

h产186瓶，所选设备性能如表4-6。

表4-6 无菌灌装机

序 号

生产能力 瓶/h

外形尺寸 （长×宽×高）

/mm

6800×800×1800

功率 （kw）2.39

台 数 3

型号 生产厂商

5 DY-2500 4000 该灌装机包括

淮北市大禹水处理设备厂

自动冲瓶机： 直径0.8米╳ 高1.5米

常压12头灌装机:长0.9米╳ 宽0.9米╳ 高1.6米 自动旋盖机: 长0.9米╳ 宽0.8米╳ 高1.6米 输送台: 长0.6米╳ 宽0.6米╳ 高0.86米 总长: 7.6米(加输送链条)

4.2.7 喷码机

喷印速度快、性能稳定。适用材料范围广，可标刻绝大部分非金属材料。设备可通过调节激光输出的功率，控制雕刻的深浅，不仅可对加工材料进行表面喷印，还可

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以对产品进行深度雕刻和切割，极大的丰富了产品的加工表现力，软件具有强大的自动编码功能，可标记序列号、日期、时间、条形码等，亦可与自动防伪防串货系统配合使用，喷印行数不受。并适合现代流水生产线的生产特点。所选设备参数见表4-7

表4-7 喷码机

序 号 3

型号 2000E

字符激光功外形尺寸

频率台

高度率 (长×宽×高）

kHZ 数

mm w /mm 1.5-1200×500×

10/30 0-100 3 15 900

生产厂商

沈阳市佳正威食

品机械有限公司

4.2.8 贴标机

是以粘合剂把纸或金属箔标签粘贴在规定的包装容器上的设备。贴标签机是现代包装不可缺少的组成部分。GL-BA贴标机高速稳定，使用寿命长，安全性能好，运转成本低廉，更换包装物容易。所选设备参数见表4-8。

表4-8 贴标机

贴标瓶子外形尺寸

生产能力

外径(长×宽×高）

（瓶/h）

（mm） /mm

2000×720×

<4000 Ф35-96

1240

序 号 3

型号 GL-BA

台数3

生产厂商

沈阳市佳正威食品机械有限公司

4.2.9 CIP清洗系统

CIP就地清洗机利用离心泵清洗液在物料管道和设备容器内进行强制循环，达到

清洗的目的。因此不需对管道设备解体，可以提高设备利用率，减轻人工劳动强度。能使生产计划合理化及提高生产能力，与手洗相比，不但没有因作业者之差异而影响清洗效果还能提高产品质量，还能防止作业中的危险，节省清洗剂、蒸汽、水及生产成本等多方面的优点。所选设备参数见表4-9。

序

型号 号

生产能力 功率 外形尺寸 容积t/h kw (长×宽×高）/mmkg

14

台

数

生产厂商

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6 SHCP

10

2.2 3800×1200×1450

800 1

江苏科威有限公

司

表4-9 CIP清洗系统

第五章 生产车间平面布置

5.1生产车间平面布置原则

在生产车间平面布置时必须遵循以下原则:

1.首先满足生产、卫生方面的要求，同时还必须从本车间在总平面图上的位置、与其他车间或部门间的关系以及发展前景等方面，满足总体设计的要求。

2.设备布置要尽量按流水线安排，但有些特殊设备可按同类型作适当集中，务必使生产过程占地最少，生产周期最短，操作最方便。

3.在进行生产车间设备布置时，应考虑到进行多品种生产的可能，并留有适当的余地，以便灵活调动和更换设备。同时，还应注意操作台之间、设备之间的间距和设备与建筑物的安全维修距离，既要保证操作方便，又要保证维修装拆和清洁卫生的方便。

4.生产车间与其他车间的各工序要相互配合，保证各物流运输通畅，避免重复往返，力求缩短物流的运输距离。

5.必须考虑生产卫生和劳动保护。首先满足生产、卫生方面的要求，同时还必须从本车间在总平面图上的位置、与其他车间或部门间的关系以及发展前景等方面，满足总体设计的要求。

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6.应注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施。对散发热量、气味及有腐蚀性的介质，要单独集中布置。对空压机房、空调机房、真空泵房等既要分隔，又要尽可能接近使用地点，以减少输送管路及管路损失。

7.可以设在室外的设备，尽可能设在室外，上面可加盖防雨、防晒棚。 8.车间的门窗：每个车间必须有两道以上的门。作为人流、货流和设备的出入口门的规格应比设备高0.6～1.0m，比设备宽的0.2～0.5m。为满足货物或交通工具进出，门的规格应比装货物后的车辆高出0.4m以上，宽出0.3ｍ以上。

9.每一个设备都有考虑一定地位，包括设备本身所占用的地位，设备附属装置所占地 位，操作地位，设备检修拆卸地位以及设备与设备、设备与建筑物间的安全距离等。

10.设备布置应考虑为操作工人能管理多少台设备或多少种设备创造条件。 11设备布置不宜过挤或过松，宜尽量对称紧凑，排列整齐，充分利用空间。 12.要考虑相同设备或相似设备互换使用的可能性和方便性。

13.设备的自动测量仪表要集中控制，阀门控制尽量集中，便于工人操作。 14.满足生产的要求，同时，还必须从本车间在总平面图上的位置，与其他车间或部门间的关系，以及发展前景等方面，满足总体设计的要求。

15.布置生产车间的设备时要考虑到今后生产多种产品的可能,以便灵活调动设备,并留有适当的余地。在进行生产车间设备布置时，应考虑到进行多品种生产的可能，以便灵活调动设备，并留有适当的余地，以便更换设备。同时，还应注意设备相互间的间距和设备与建筑物的安全维修距离。既要操作方便，又要保证维修装拆和清洁卫生的方便。

5.2 车间工作人员的安排

安排2名员工在中控间，男女各一人。 安排一男一女两名员观察罐装前的操作仪器。 安排2名男员工输送原料到调配罐。

灌装机为全自动化的，安排一男一女两名员工来操作以及控制仪器并在灌装完成时对产品进行必要的检查。

包装线共3条，需要安排6名女员工两个分成一组对产品进行包装检验，安排2名男员工进行送货等工作。

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为了对生产全过程进行监督，安排班长跟副班长各1名，其中一男一女。来保证生产线的快速稳定安全的进行。

因此车间需要工人18名，其中女工10人，男员工8人。

5.3车间平面布置说明

生产区内机器的排布要有规律，同种机器尽量排布在一起，充分利用空间，根据设计任务书的年产量要求，得出各设备的尺寸，再根据车间布置要求，确定车间的面积。为了厂房空间的合理安排，本车间厂房外形采用长方型，长为48m，柱距6m。厂房宽为36米，跨度为9m。

设备与墙之间的距离为1.2-2m，设备与设备之间的距离为1.5m。在厂房的进口处设置生活区部分，包括消毒间、女更衣室、女卫生间、男卫生间、男更衣室。设备摆放，以设备中心线到墙的距离为2.5米为基准，设备整齐排列在一条线上，方便工作运输及清洗。具体车间设备布置见年产8千吨苏打水车间设备平面布置图。

在生产区内，机器设备与墙要有一定的距离，这个距离即要符合车间布置的原则，同时也要考虑车间自身的实际情况，例如设备的维修、工人的操作，并且要考虑到工人的安全，另外就是行政生活区，要有卫生间、更衣室、浴室以及消毒室等，根据车间的实际情况安排所需的行政生活区的房间设置，不需要的尽量不要安排，还有各房间的空间够用即可，不要设计过大，以造成一些不必要的浪费，另外房间的安排要合理，防止交叉污染和再次污染。苯设计生产线设备的布置，设备与墙之间的距离都在1.2m以上，设备与设备之间的距离为1.5m，为员工的操作提供方便。

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总结

本次设计的内容是在食品工艺学这门理论课程的基础上提出的，主要任务是对年产量8千吨苏打水生产车间工艺设计。

在设计初期查阅资料到产品方案的确定，再根据工艺流程进入物料衡算的步骤，紧接着设备选型以及生产车间平面布置图的绘制，整个过程的内容都有其重要的意义。

本次我的设计突出在于产品生产的流程方面，为了切合苏打水这个题目，配方中特添加甘蔗汁，其作用在于既能享受传统火锅的味道，又有益于健康，因甘蔗汁中含有丰富的糖分、水分和对人体新陈代谢非常有益的各种维生素、脂肪、蛋白质、有机酸、钙、铁等物质。但汤料的加工工艺过程仍和传统火锅一样经炒制、蒸煮、暂存、灌装、检验、成品的几个简单工艺步骤。

但是设计过程中仍有不足，需要继续学习和改进。

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参考文献

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[4] 刘玉现德．食品加工设备选用手册[M]．北京.化学工业出版社．2006 [5] 吴思方.发酵工厂工艺设计概论.北京.中国轻工业出版社.2008

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