第四节 食品加工机械设备的选型

合理的设备选型是保证产品高质量的关键和体现生产水平的标准，可以为动力、配电、水、汽用量计算提供依据。因此，如何选用生产能力适宜、配套性强、通用性广的生产设备已成为食品加工厂建厂设计的重要内容，也是诸多食品厂建厂投产前要解决的首要问题。

一、食品机械设备选型的原则

食品机械设备选型主要应从以下几方面考虑。

（一）满足工艺要求

设备选型时，一定要弄清楚生产过程中的具体工艺条件（例如，对象特性、过程中的反应情况，处理的温度、压力等）要求。相同类型和名称的设备，在金属加工工艺、结构特点和用材方面会存在这样或那样的差异。设备间存在的差异，有时即使很微小，也会对加工生产过程产生明显的影响。例如，用于无机材料的滚筒式干燥机，如用来对淀粉进行干燥，很有可能发生严重的粘壁现象，这主要是滚筒的同心度和表面粗糙度不够，使得铲刀无法将已干燥的（糊化）淀粉从滚筒整齐地铲下。因此，设备选型必须符合工艺条件的要求。又如，选用罐头杀菌设备时，一定要了解待杀菌的产品是酸性的还是低酸性的，从而可确定是选用加压杀菌设备还是常压杀菌设备。

（二）生产能力匹配

产品产量是选定加工设备的基本依据。应考虑到生产线前后工序工时安排特点，确定具体工段的物料处理产能量。所选设备的产能量、规格和台数，必须满足相应生产工段的产能量要求。考虑到停电、机器保养、维修等因素，设备选型应具有一定的储备系数。

（三）配套性

要充分考虑到各工段、各流程设备的合理配套，保证各设备流量的相互平衡。连续型生产线各工序设备的产能大小应基本一致，以确保整个工艺流程中前后各个工序环节的合理衔接、平稳过渡和顺利进行。

（四）可靠性

生产过程中，任何一台设备的故障将或多或少地影响整个企业生产，降低生产效率，影响生产秩序和产品质量，因此选择设备时应尽量选择系列化、标准化的成熟设备，并考虑到其性能的稳定性和维修的简便性。

（五）兼容性

设备选型时，从维持企业可持续发展和便于扩大生产规模角度，应注意选用通用性好、一机多用的设备，尽可能选用易于配套生产线的设备。

（六）性能价格比合理

在基本满足以上选型条件的基础上，要对不同厂商的设备报价进行比较，尽量选择精度高、性能优良，价格合理的设备。

以上几方面，其中最主要的是要满足工艺要求和与生产能力配套，连续性生产线设备选型时，设备前后的配套性也尤应加以注意。

二、设备选型计算

设备选型计算主要目的是根据生产线或工段的产量、工艺特点以及可选定型设备的参数，确定具体设备规格和台数。如无定型设备，则可根据选型计算结果，向设备厂商提出设备非标设计制造时所要求规格参数，例如，设备的产能、容量和几何尺寸等。

尽管食品加工机械设备类型繁多，但在处理量计算方面，大部分机械设备可分为以下三类进行选型计算，即输送通过性设备、罐器类设备和连续处理设备。

（一）输送通过性设备的计算

输送通过性设备在加工过程中的物料滞留量可以忽略不计，物料被认为是瞬时通过这类设备的。属于此类设备的例子有输送泵、粉碎机、均质机、胶体磨、过滤机、输送机等。这些设备内滞留的物料量与被处理物料的总量相比，可以忽略不计。

这类设备的衡算通式如下：

式中 N——设备数，台，原则上向上则整数；

Q_s——选型设备的生产能力，物料单位/（时间单位·台），一般由设备厂商提供；

Q_T——生产工序规定的平均生产能力，物料单位/时间单位，其中的物料单位和时间单位应与Q_s中的相应单位一致。

Q _T是由生产规模确定了的，一般是不能变的，而其余两项在一定范围内都是可变的。根据生产工序规定的生产能力Q_T，以及现有的设备资料提供的单机生产能力，就可以选取适当生产能力的设备。相同功能的设备，往往有不同生产能力的型号。因此，同样的生产能力，既可以选择一台设备，也可以选择多台设备，具体台数，需要视具体情况而定。

物料单位，可以质量为单位（t或kg），也可以体积为单位（m³），还可以单件产品为单位（如“瓶”“罐”“包”“袋”和“盒”等），时间单位可取小时（h）或分钟（min）。

有些选型设备有其习惯使用的产能单位，例如，蒸发器和某些干燥器，往往以单位时间的水分蒸发能力为产能单位。这种情形下，往往要将生产线的生产能力单位，换算成选型设备习惯使用的产能单位。例如，乳粉的生产线，其生产能力往往以单位时间鲜乳处理量表示或以单位时间成品乳粉量表示。如要为乳粉生产线的蒸发器或干燥器选型，则首先要根据工艺条件进行物料衡算，将生产线单位时间鲜乳处理量转换成相应工段物料的单位时间水分蒸发量。这种水分蒸发量规定了蒸发器或干燥器的水分蒸发量。

（二）罐器类设备的计算

这是一类属于间歇性处理（包括贮存）物料的设备。例如，贮料罐、杀菌锅、酶反应罐、发酵罐、混合搅拌罐等。

这类设备的选型计算可用下式表示：

式中 N——选型设备的数量，台，原则上向上取整数；

V_s——单台罐器设备的有效容量，物料单位/台，物料单位的选用，参见式（1-1）中物料单位的解释；

Q_T——生产工艺规定的平均生产能力，物料单位/时间单位，物料单位应与V_s所取的单位一致，时间单位一般取小时（h）或分钟，（min）；

t——物料在此工序的总滞留时间（包括生产工艺确定的处理时间及物料进出设备所需的时间），t所取的时间单位应与Q_T所取的时间单位一致。

式（1-2）中的Q_T与t一般也由生产规模和生产工艺所规定，不能变更，而其余的两个因素在一定范围内是可以进行选择的。

【例1-1】某罐头生产线的生产能力为24t/班，针对某主要罐型的杀菌工艺公式为升温10min，保温60min，冷却20min。选用T7C5型杀菌锅进行杀菌，T7C5型的罐头装锅量约为2t/台。预计每锅罐头进出锅的时间为20min。杀菌工段每班的处理时间按4h计。请计算杀菌工段所需的T7C5型杀菌锅的台数。

解：

已知：

杀菌工段的生产能力Q_T=24（t/班）/4（h/班）=6（t/h）；

罐头在此工段的滞留时间t=（10+60+20+20）/60=1.83（h）；

每台T7C5型杀菌锅的装锅量V_s=2t/台；

从而，根据式（1-2），杀菌工段所需配备的T7C5型杀菌锅的台数可按以下估算：

杀菌锅只能为整数，所以T7C5型杀菌锅取6台可以满足要求。

（三）连续处理设备的计算

食品加工中不乏连续处理设备的例子，如连续杀菌机、连续速冻机、连续干燥机、连续式烤炉等。

对于定型的连续处理设备，通常要核算的是设备的实际处理能力。对于非标设备，通常需要估算的是设备的尺寸。

这类设备选型计算可用以下通用式表示：

式中 Q_T——连续处理设备的生产能力（处理对象物料单位/时间单位），其中的物料单位及时间单位的选取参见式（1-1）中Q_s的单位解释；

v——连续处理设备输送装置的线速度，m/时间单位，时间单位与Q_T所用的一致；

D_s——输送装置上的装载密度，物料单位/m，物料单位与Q_T所用的一致；

L——输送线的长度，m；

t——物料在设备内的滞留时间（时间单位），由生产工艺规定，时间单位与Q_T所用的一致。

显然，这类设备的生产能力Q_T与输送装置的线速度v成正比，也与装置的输送线长度L成正比；但与物料在设备内的滞留时间t成反比。对于定型设备，式（1-3）中的因素是相互关联的，因此，在一定范围内，可以在不改变处理量的前提下对其他参数进行调整。式（1-3）中输送线的长度L不一定等于连续处理设备的长度，例如，如果将输送装置的长度L分为三段平行（上下安排，或左右安排）排列，则相应设备的长度就可以缩短到原来直线排列的1/3。而且还可以将输送带做成螺旋式（参见第二章内容）。所有这些，允许用户在与设备生产厂家洽谈时，提出某些设备尺寸的调整要求。此外，当输送装置用在拣选工序，尤其是人工拣选时，其输送速度受限于拣选速度，输送带宽度还应符合人体工学的要求。

【例1-2】瓶装饮料用单层喷淋式常压连续杀菌设备以网带式输送机输送进行杀菌。已知：输送带的有效载物宽度为1.0m，长度为7m，速度在110～550mm/min范围内可变，对于瓶装饮料的装载密度为70kg/m²。生产工艺规定的瓶装饮料在杀菌设备内（包括升温杀菌和冷却操作在内）的总处理时间为20min。请确定：（1）该杀菌设备的最大与最小处理能力；（2）该设备在规定杀菌时间下的实际处理量是多少？该杀菌设备是否满足所需的处理量要求？（3）如果该杀菌设备满足实际处理量要求，此时的输送带速度应为多少？

解：

已知：输送带的长度L=7.0m

输送带速度v=110～550mm/min

输送带的线装载密度D_s=70kg/m²/1.0m=0.07（t/min）

杀菌处理时间t=20min

（1）杀菌设备的最大与最小处理能力。由于处理能力与输送带的速度成正比。因此，根据式（1-3）：

最大处理能力Q_Tmax=550/1000×0.07=0.0385（t/min）

最小处理能力Q_Tmin=110/1000×0.07=0.0077（t/min）

（2）设备在规定杀菌时间下的处理量为：

实际处理为0.0245t/min，在该杀菌设备的处理能力范围0.0077～0.0388t/min以内，因此满足处理量要求。

（3）规定杀菌时间下的输送带速度，根据式（1-3）为：

即此时的输送带速度为350mm/min。显然它在可调速度110～550mm/min范围之内。