制糖課程設(shè)計

1、年產(chǎn)2.3萬噸二1. 糖化：采用雙酶法工藝糖化，通過淀粉酶液化和糖化酶糖化將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的工藝，分為兩步：第一步是液化過程，用淀粉酶將淀粉液化，轉(zhuǎn)化為糊精及低聚糖，是淀粉的可溶性增加。第二步是糖化，利用糖化酶將糊精或低聚糖進(jìn)一步水解，轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?。?yōu)點為：淀粉轉(zhuǎn)化率高，耗能小，粗淀粉原料成本低，糖液純度高，DE值可達(dá)98%以上，液化泵采用低壓蒸汽噴射技術(shù)，可節(jié)省蒸汽，提高效率，改善工作環(huán)境。4雙酶法：雙酶法是通過淀粉酶將淀粉液化和糖化酶將其糖化成葡萄糖的生產(chǎn)工業(yè)。整個工業(yè)可分為兩步：第一步，液化過程，用-淀粉酶將淀粉液化為糊精及低聚糖，使淀粉可溶性增加。第二步，糖化，利用糖化酶將糊精或低聚

2、糖進(jìn)一步水解，轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?。其?yōu)點在于：固酶的專一性，水解糖液濃度高。酶解條件溫和，降低設(shè)備強(qiáng)度，可在較高的淀粉濃度下水解，水解液還原糖濃度高達(dá)30%以上，淀粉乳濃度高，制得的糖色淺無苦味，質(zhì)量好，也適用于粗淀粉。其缺點：酶反應(yīng)時間長，夏天糖液容易變質(zhì)，糖液過濾困難，設(shè)備較多，須具備專門酶培養(yǎng)條件。綜上所述，本設(shè)計將擬采用雙酶法制糖工藝。工藝技術(shù)要點：(1) 調(diào)漿配料 根據(jù)需要，將淀粉乳調(diào)成15-20°Bé。用Na2CO3水溶液調(diào)pH6.4-6.5。CaCl2用量為干淀粉的0.15-0.3%，如果水中Ca2+超過50mg/l,也可不加CaCl2。-淀粉酶加量按10-12單位

3、u/g干淀粉計算。(2) 噴射液化，其規(guī)格根據(jù)需要選定，一般工作蒸汽壓力0.4MPa，淀粉乳供料泵壓力0.2-0.4MPa。噴射溫度100-105，層流罐維持95-100，液化時間60min，以點色反應(yīng)程棕紅色即可。然后液化液經(jīng)130-140滅酶5-10min，再經(jīng)板式換熱器，冷卻至70以下，進(jìn)入糖化罐。從換熱器出來的熱水供配料和洗濾渣用。(3) 糖化，糖化溫度60±1，pH4.0-4.4,糖化酶加量按100-120u/g干淀粉計算。糖化時間30-40h，以無水乙醇檢查無白色沉淀為終點，終點DE值為95-98%。然后將物料加熱至80-85，滅酶30min。(4)過濾，糖液先用Na2C

4、O3水溶液調(diào)至pH4.6-4.8，不加或少量加助濾劑珍珠巖或活性炭，然后過濾，不加助濾劑的濾渣可用作飼料。所得糖液為淡黃或無色透明液體，還原糖含量25-38%。常用的酶法制糖工藝流程為：調(diào)漿配料一次噴射液化液化保溫二次噴射高溫維持二次液化冷卻糖化此工藝有如下五點：1. 連續(xù)噴射液化：此法是利用噴射器將蒸汽直接噴射入淀粉乳薄層，在短時間內(nèi)達(dá)到要求的溫度，完成淀粉糊化、液化。從生產(chǎn)情況可以看出，此法液化效果較好，蛋白質(zhì)雜質(zhì)凝結(jié)在一起，使糖化液過濾性好，同時該設(shè)備簡單，便于連續(xù)化操作。2. 層流罐的應(yīng)用：眾所周知，淀粉液化的目的是為糖化酶作用創(chuàng)造條件，而糖化酶水解糊精及低聚糖時，需要先與底物分子結(jié)合

5、生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，然后才發(fā)生水解作用，使葡萄糖單位逐個從糖甘鍵中裂解出來，這就要求被作用的底物分子具有一定的大小范圍，才有利于于糖化酶生成這種絡(luò)合物，為了保證底物分子大小在一定范圍內(nèi)，客觀上要求液化要均勻。傳統(tǒng)的液化保溫罐，先進(jìn)入的料液不能保證先出去，造成先進(jìn)料液液化過頭，后進(jìn)料液液化不完全，如此前后液化不均勻。為此設(shè)計了一層流罐。本罐細(xì)而高，料液從上部切線進(jìn)料以防料液走短路，料液從下部排出，從而保證了料液先進(jìn)先出，最后液化均勻一致。3. 快速升溫滅酶：高溫處理時，通過噴射器快速升溫至120-145，快速升溫比逐步升溫產(chǎn)生的“不溶性淀粉顆?！鄙伲玫囊夯杭韧该饔忠走^濾，淀粉出糖濾高，同時由于采

6、取快速升溫法，縮短了生產(chǎn)周期。4. 高溫分散：通過噴射器加熱到120-145，在維持罐內(nèi)維持5-10分鐘左右，使已形成的“不容性淀粉顆粒”在高溫作用下分散，同時蛋白質(zhì)進(jìn)一步凝固。5. 真空閃急冷卻：液化液濃度可以增高，同時利用高壓差淀粉會進(jìn)一步分散，出糖率可以增高。(1) 工藝操作要點：1. 淀粉乳進(jìn)罐前，先檢查一下罐底閥門是否關(guān)閉，罐內(nèi)有無積水，如有積水應(yīng)全部排出。2. 糖化開始前，先泵入底水，以浸沒鍋內(nèi)底部盤管為度一般水解鍋泵入底水，加熱器預(yù)熱，使底水沸騰。3. 淀粉乳攪拌要均勻，做到無沉淀，無結(jié)塊，泵入水解鍋時，調(diào)漿槽內(nèi)淀粉乳做到邊進(jìn)料邊攪拌，防止沉淀。4. 往糖化鍋進(jìn)料時，一定要保持正

7、壓，使進(jìn)入的淀粉乳越過糊化溫度，糊化時間短，溫度低，糖的色澤好。否則直接進(jìn)料淀粉將會結(jié)塊。5. 進(jìn)料壓力要恒定，防止忽高忽低，上下波動。應(yīng)用蒸汽閥門和進(jìn)料閥門合理調(diào)節(jié)流速。6. 糖化開始，應(yīng)隨時注意蒸汽總壓力，嚴(yán)防水液倒壓，一旦出現(xiàn)氣壓下降到不足糖化壓力時，應(yīng)立即關(guān)掉進(jìn)氣閥門，并與鍋爐間聯(lián)系。7. 合理控制水解鍋排氣閥門。進(jìn)料和升壓時排氣閥門要適當(dāng)開啟，既要防止逃液又要保持鍋內(nèi)料液充分沸騰。當(dāng)壓力升到規(guī)定壓力時，排氣閥門可關(guān)小。8. 水解完畢，放料要快，以免水解過頭。進(jìn)入中和罐要及時降溫，以免色素加深。（一）制糖工序的物料衡算、設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)：年產(chǎn)量99.9%以上的L-谷氨酸2.3萬噸;采用8

8、5%以上純度的玉米淀粉為原料；全年生產(chǎn)天數(shù)為340天；氣候條件：極端高溫42，最低氣溫0-23，一般為10-30，主導(dǎo)風(fēng)向，冬夏均為北風(fēng)。粉糖轉(zhuǎn)化率98%產(chǎn)酸率：13 g/dl糖酸轉(zhuǎn)化率：61%提取收率：96%糖化周期40hr；雙酶法制糖生產(chǎn)周期48hr；1淀粉漿及加水量：1：1.51000kg工業(yè)淀粉產(chǎn)淀粉漿量為：1000×(1+1.5)=2500(kg)加水量為1500kg2淀粉漿干物質(zhì)濃度：(1000×85%)/2500×100%=34%3液化酶量：2500×0.25%=6.25(kg)4CaCl2量：2500×0.25%=6.25(kg

9、)5糖化酶量，用液體糖化酶：2500×0.25%=6.25(kg)6糖化液產(chǎn)量：(1000×85%×1.111×98%)/30%=3082(kg)30%的糖液相對密度為1.113糖化液體積：3082/1.113=2769(L)7加珍珠巖量為糖液的0.15%3082×0.15%=4.6(kg)8濾渣產(chǎn)量為含水的廢珍珠巖4.6/(1-70%)=15.3(kg)9生產(chǎn)過程中進(jìn)入的蒸汽和洗水量：3082+15.3-2500-6.25×3-4.6=574(kg)由于車間設(shè)計需留一定余量，故按每日處理噸淀粉進(jìn)行糖化車間設(shè)計。10衡算結(jié)果：根據(jù)總物

10、料衡算，日投入工業(yè)淀粉321t，物料衡算匯總列如下：工業(yè)淀粉1000kg 321000kg 321t配料水1500kg 481500kg 481.5t液化酶6.25kg 2006kg 2tCaCl26.25kg 2006kg 2t糖化酶6.25kg 2006kg 2t珍珠巖4.6kg 1477kg 1.5t洗水和蒸汽574kg 184254kg 184.3t糖液3082kg 989322kg 989.3t濾渣15.3kg 4911.3kg 4.9t（二）液化工序熱量衡算1粉漿（1）淀粉漿量：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉321；連續(xù)液化，32113（）加水為：，粉漿量為：13000×32

11、500（）（2）粉漿干物質(zhì)濃度：（13000×32500）×（3）粉漿比熱水（）××（）kJ（）（4）蒸汽用量（）（）32500××（）（）3170（）2滅菌用蒸汽量滅菌時將液化液由加熱至，在時的為滅32500××（）（）461（）要求在內(nèi)使液化液由升至，則蒸汽高峰量為：461×1383（）以上兩項合計，平均量31704613631（）每日用量1.4×33.6（）高峰量317013834553（）3液化液冷卻用水量使用板式換熱器，將物料由降至，使用二次水，冷卻水進(jìn)口溫度，出口溫度，需冷卻水量（）

12、：（325003631）××（）（）×25719（）617（）（二）糖化工序熱量衡算日產(chǎn)的糖液267即267240（）糖化操作周期，其中糖化時間，糖化罐，裝料，需糖化罐（240）×（）4，取4臺。使用板式換熱器，使糖化液（經(jīng)滅菌后）由降至，用二次水冷卻，冷卻水進(jìn)口溫度，出口溫度，平均用水量為：36131××（）（）×28438（）式中36131為糖化液量（糖化液蒸汽冷凝水325003631）要求在把糖化液冷卻至，高峰用水量為：（28438/36131）×（×）（）每日糖化罐同時運(yùn)轉(zhuǎn)4×3.3罐每

13、投（放）料罐次：2403.2罐次每日冷卻水用量：××3.3217（）三、水平衡（一）糖化工序用水量1配料用水量：日投工業(yè)淀粉321，加水比：，用水量為321×482（）因連續(xù)生產(chǎn)，平均水量高峰水量48220（）（用新鮮水）2液化液冷卻用水量：平均量高峰量617（）25.7（）（二次水）3糖液冷卻水用量（使用二次水）：每日用冷卻水量217平均量2179（）高峰量32.9（）第四節(jié) 設(shè)備計算1. 調(diào)漿槽：1) 34%的淀粉乳波密度為19.1，相對密度為1.1519，淀粉干基含量33.941%，淀粉干基體積百分含量390.160g/L。每日處理淀粉乳體積(321

14、5;103×103×10-3)/390.160=822.7m3取裝填系數(shù)85%則需調(diào)漿槽體積822.7/80%=967.9m3故取200m3調(diào)漿槽5個。D/H=1:1.5 D=(4V/1.5)1/3=5.538m取D=5600mm 故H=8400mm調(diào)漿槽用水泥，瓷磚砌成即可。2) 攪拌器設(shè)計：攪拌器作用為均勻淀粉乳，故選用兩擋六葉渦輪式攪拌器即可。葉徑：d=0.6D=0.6×5.6=3.36m3葉寬：b=0.2d=0.672m轉(zhuǎn)速：n=260r/min=4.3r/s已知攪拌器功率準(zhǔn)數(shù) Np=4.8 淀粉乳=1.1579kg/m3P0=Npd5N3=4.8

15、5;3.365×4.33×1.1519=188kf選擇電機(jī)型號為JS2-355M2-2額定功率190kW轉(zhuǎn)速為1476r/min。2.液化噴射系統(tǒng)（1） 液化噴射器每小時淀粉漿量321/24=13.375（t/h）。HYW7型 噴射液化器處理量為10 t/h（干物質(zhì)）30 m3/hr（液化計）選用不銹鋼材料。產(chǎn)地淮海工業(yè)技術(shù)研究中心。（2） 緩沖罐，層流罐，滅酶罐的選擇緩沖罐 1200×5000 2個 材質(zhì)A3層流罐 1000×10000 10個 材質(zhì)A3滅酶罐 1000×2600 2個 材質(zhì)A3（3） 淀粉乳進(jìn)口直徑和蒸汽進(jìn)口直徑：進(jìn)材料30

16、 m3/hr（液化計）d=18.8(V/v)1/2d管道內(nèi)徑（mm） V介質(zhì)容積流量（m3/h） v介質(zhì)平均流速d=18.8×(30/0.7)1/2=123mm查<<化工原理>>上冊取直徑為12.5無縫鋼管選用133×4.0材料為不銹鋼。蒸汽需要量：蒸汽壓力為6kgf/cm2 r=2113kJ/kg Cp=4.18kJ/kgK淀粉乳在冬天時為10Q=MsCpt=(321×85%)/(17×2%)×103×4.18×(110-10)=33.54×107kJ故需蒸汽33.54×107/

17、2113=158.7×103 取160t由于連續(xù)液化即每小時蒸汽量為160/24=6.7t/hr取蒸汽速度v=30m/s 蒸汽比容為0.606 m3/kg蒸汽容積流量：6.7×107 ×0.606=4060 m3/hr故d=18.8×(4060/30)1/2=218.71mm故選用245×13材料為不銹鋼。3糖化前的調(diào)酸罐：糖化前調(diào)PH值4.34.5。采用硫酸來調(diào)酸罐的高徑比D/H=1/1.5。取糖化系統(tǒng)兩套。即每天調(diào)酸兩次處理160t。淀粉的液化液體積為160/30%=533 m3考慮裝填系數(shù)取為630 m3取14個45 m3調(diào)酸罐。D=（4

18、V/1.5）1/3=（4×45/1.5×3.14）1/3=3.36m取實際直徑D=3400 mm H=5100 mm。罐內(nèi)需襯耐酸襯層以防止腐蝕為安全起見，需加善為調(diào)酸均勻，罐內(nèi)應(yīng)有攪拌系統(tǒng)。攪拌器設(shè)計：選用兩檔二葉漿式攪拌器45度。葉徑：d=0.6D=0.6×3.4=2.04 m葉寬：b=0.1d=0.1×2.04=0.204 m轉(zhuǎn)速h=60r/min 1r/s故Re=end2/u=1.1519×1×2.042/2.23×10-3=2.15×103A=14+(b/D)670×( d/D-0.6)0.6+

19、185=14+(0.156/2.6)×670×(1.56/2.6-0.6) 0.6+185=25.1B=101.3-4b/D-0.52-1.14d/D=0.694P=1.1+4(b/D)-2.5(d/D-0.5)27(b/D)4=1.135Np=A/Re+B(103+1.2Re0.66)/( 103+3.2 Re0.66)(D/A)(0.35+b/D)sin1.2=9.83kW選用Y180u8電動機(jī)轉(zhuǎn)速730r/min8極4.糖化罐每天處理321×85%×98%=267.4t換算成30%糖液質(zhì)量為267.4/30%=891t其間通蒸汽，加酸估計淀粉液化液

20、總質(zhì)量不會超過1000t。按1000t計算液化液密度應(yīng)于淀粉乳密度相當(dāng)取為1.1519×103kg/ m3液化體體積為V=1000 m3103/1.159×103=868 m3取糖化罐填充系數(shù)為80%則需糖化罐容積為868/80%=1085.2 m3故取糖化罐容積為90 m3 又糖化生產(chǎn)周期為48hr。至少取24只，取25只，1只備用或轉(zhuǎn)換使用。（1） 罐體設(shè)計1罐直徑與罐體圓筒高取D/H=1/1.5取D=（4V/1.5）1/3=4.24m取實際直徑D=4250mm H=6400mm罐體選用不銹鋼制造，設(shè)備為常壓容器，不需耐壓 查得味精工業(yè)手冊P791表919取壁厚=22m

21、m2罐體圓筒內(nèi)表面積和容積：F=DH=3.14×4.24×6.4=85.2V=1/4DH=1/4×3.14×4.242×6.4=90.32 m3（2）冷卻裝置設(shè)計1.選型糖化過程是一個放熱過程，同時機(jī)械攪拌也會產(chǎn)生少量的熱量。從液化液到糖化液也需要降溫。因此，糖化罐中需冷卻裝置。參考有關(guān)資料，結(jié)合設(shè)計要求，決定采用蛇管換熱器，其形狀為管子繞著圓柱體盤呈螺旋形。2.冷卻面積計算液化二次噴射溫度為130,放置溫度為100,糖化溫度為60,冷卻水溫度為1321,取為15。K總傳熱系數(shù)=12172930kJ/hrKm2料液比熱 C=3.01kJ/kgK

22、1) 每小時冷卻料液量:取液化液進(jìn)關(guān)時間為30分鐘90.32×80%×103/0.5=144.5kg/hr2) 冷卻水的流量為液化液3倍:冷卻水的終溫:t2=288+144.5×103×3.01×(100-60)/144.5×103×3×4.187=297.6K3) 平均溫度差373K333K 297.6K288K t=58.94) 冷卻面積冷卻水帶走熱量Q=144.5×103×3.01×(100-60)=17.4×107J/hr取 K=2000kJ/khm2Q=KAtA=1

23、.45×107/2000×58.9=123.1(m2)5) 選擇管型:管道環(huán)繞半徑為:0.8×3500=2800mm管道每個螺旋圈數(shù):18展開后螺旋長度 18×3.14×2.8=172.4m冷卻管直徑:172.4×3.14Dg=82.6 Dg=0.147m故選擇Dg=150mm的無縫鋼管。3)攪拌裝置設(shè)計糖化管中攪拌器主要用于調(diào)勻液體.故選用漿式直葉攪拌器較合適,且設(shè)備簡單,加工方便。1. 選用45度直葉漿式攪拌器:葉徑:d=0.6D=0.6×4.24=2.54m葉寬:b=0.1d=0.1×2.54=0.254m轉(zhuǎn)

24、速:n=30r/min=0.5r/s2. 功率計算Re=1.1519×0.5×2.542/1.193×10-3=3.11×103A=14+(b/d)670×(d/D-0.6)0.6=185=25.1=14+(0.264/4.4)670×(2.64/4.4-0.6)0.6+185=25.1B=101.3-44×b/D-0.52-1.14b/DP=1.1+4(b/D)-2.5(d/D-0.5)2-7(b/D)4=1.135N=A/Re=B103+1.2Re0.66(103+3.2Re0.66)p(D/A)(0.35+b/D)si

25、n1.2=7.66kW因攪拌軸上裝有兩個攪拌器 故功率應(yīng)為:N=2Np=2×7.66=18.6(kW)。3.攪拌器安裝查<<發(fā)酵設(shè)備>>攪拌器安裝部分下面攪拌器離罐底一般超過一個攪拌器的直徑高度取為1.5m上面攪拌器在液層以下1.7m兩攪拌器相距6.4-1.5-1.7=3.2m4.攪拌器設(shè)計查<<化學(xué)工程手冊>>軸直徑估算公式:d(71620/0.2Tk)1/2(N/n)1/3=(71620/0.2×400)1/2(1.576/30)1/3=11.2cm軸分三段,考慮到干槽的影響,軸徑可加0.5%液體軸的腐蝕,加裕量8mm則軸

26、徑:d=11.2+11.2×0.5%+0.8=12.0cm取直徑為120mm5.軸承設(shè)計參考<<材料與零件>>上軸承攪拌器受到軸向力和徑向力的共同作用.故軸承選擇雙向心，球面滾軸承GB28664較寬系列。中間軸承中間軸承僅為防止軸承來回擺動和固定軸的作用，無軸向力。為防止軸磨損，在軸上安裝部位焊上厚的磨鐵（KT2）。選用結(jié)構(gòu)簡單的滑動軸承即可。6.聯(lián)軸器軸分三段選用兩只聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，具有優(yōu)點為折裝方便，折裝時無軸向運(yùn)動。查材料與零部件P547選用HG5-213-65立式夾殼適量軸承器。7.軸封形式軸封在此處是罐頂與軸之間縫隙加以密封。防止泄漏和染菌。常用軸封有填

27、料與端面軸封兩種。由于填料函軸封缺點多，故此初選用端面軸封，優(yōu)點為清潔，密封可靠，使用時間長，不會泄漏，無死角可防污染，壽命長；功率損耗小，對軸的零動敏感性好，軸和軸套，不受磨損。（4） 傳動力裝置傳動裝置為攪拌系統(tǒng)提供動力1. 攪拌器采用電動機(jī)拖動，三角皮帶傳動。三角皮帶傳動效率：=0.94，立式夾殼式聯(lián)軸器連接效率=0.98，灌內(nèi)裝滾動軸承，傳動效率=0.97，罐外裝兩只滑動軸承，傳動效率為=0.98。故總傳動功率為：N傳=N/(0.942×0.982×0.97)=14.73kW2. 選用JO2-71-2(W)型電動機(jī)。（5） 糖化罐的外接管道：1. 進(jìn)料管：90 m3

28、容積糖化罐的填充系數(shù)80%，要求30分鐘加充料，則流量：Q=90×80%/30×60=0.04 m3/s取流速V=1.2m/s則管徑d=(1.273Q/V)1/2=206mm查材料與零部件P123,取Dg=200mm選219×7的無縫鋼管，材料為1G18Ni9Ti。2. 排料管：要求30分鐘排完糖化液，取流速為V=1.2m/sd=(1.273Q/V)1/2=206mm取Dg=200mm選用219×7的無縫鋼管，材料為1G18Ni9Ti。3. 取料管：僅供取樣用。無特殊要求，選219×7的無縫鋼管，材料為1G18Ni9Ti.4. 排氣管：因糖化罐不是耐壓容器，故排氣管無特殊要求，選219×7的無縫鋼管，材料為1G18Ni9Ti。5. 溫度計選用及接口設(shè)計：為了便于觀察和自動控制，