制糖课程设计

1、年产2.3万吨二1. 糖化：采用双酶法工艺糖化，通过淀粉酶液化和糖化酶糖化将淀粉转化为葡萄糖的工艺，分为两步：第一步是液化过程，用淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及低聚糖，是淀粉的可溶性增加。第二步是糖化，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖。优点为：淀粉转化率高，耗能小，粗淀粉原料成本低，糖液纯度高，DE值可达98%以上，液化泵采用低压蒸汽喷射技术，可节省蒸汽，提高效率，改善工作环境。4双酶法：双酶法是通过淀粉酶将淀粉液化和糖化酶将其糖化成葡萄糖的生产工业。整个工业可分为两步：第一步，液化过程，用-淀粉酶将淀粉液化为糊精及低聚糖，使淀粉可溶性增加。第二步，糖化，利用糖化酶将糊精或低聚

2、糖进一步水解，转变为葡萄糖。其优点在于：固酶的专一性，水解糖液浓度高。酶解条件温和，降低设备强度，可在较高的淀粉浓度下水解，水解液还原糖浓度高达30%以上，淀粉乳浓度高，制得的糖色浅无苦味，质量好，也适用于粗淀粉。其缺点：酶反应时间长，夏天糖液容易变质，糖液过滤困难，设备较多，须具备专门酶培养条件。综上所述，本设计将拟采用双酶法制糖工艺。工艺技术要点：(1) 调浆配料 根据需要，将淀粉乳调成15-20°Bé。用Na2CO3水溶液调pH6.4-6.5。CaCl2用量为干淀粉的0.15-0.3%，如果水中Ca2+超过50mg/l,也可不加CaCl2。-淀粉酶加量按10-12单位

3、u/g干淀粉计算。(2) 喷射液化，其规格根据需要选定，一般工作蒸汽压力0.4MPa，淀粉乳供料泵压力0.2-0.4MPa。喷射温度100-105，层流罐维持95-100，液化时间60min，以点色反应程棕红色即可。然后液化液经130-140灭酶5-10min，再经板式换热器，冷却至70以下，进入糖化罐。从换热器出来的热水供配料和洗滤渣用。(3) 糖化，糖化温度60±1，pH4.0-4.4,糖化酶加量按100-120u/g干淀粉计算。糖化时间30-40h，以无水乙醇检查无白色沉淀为终点，终点DE值为95-98%。然后将物料加热至80-85，灭酶30min。(4)过滤，糖液先用Na2C

4、O3水溶液调至pH4.6-4.8，不加或少量加助滤剂珍珠岩或活性炭，然后过滤，不加助滤剂的滤渣可用作饲料。所得糖液为淡黄或无色透明液体，还原糖含量25-38%。常用的酶法制糖工艺流程为：调浆配料一次喷射液化液化保温二次喷射高温维持二次液化冷却糖化此工艺有如下五点：1. 连续喷射液化：此法是利用喷射器将蒸汽直接喷射入淀粉乳薄层，在短时间内达到要求的温度，完成淀粉糊化、液化。从生产情况可以看出，此法液化效果较好，蛋白质杂质凝结在一起，使糖化液过滤性好，同时该设备简单，便于连续化操作。2. 层流罐的应用：众所周知，淀粉液化的目的是为糖化酶作用创造条件，而糖化酶水解糊精及低聚糖时，需要先与底物分子结合

5、生成络合结构，然后才发生水解作用，使葡萄糖单位逐个从糖甘键中裂解出来，这就要求被作用的底物分子具有一定的大小范围，才有利于于糖化酶生成这种络合物，为了保证底物分子大小在一定范围内，客观上要求液化要均匀。传统的液化保温罐，先进入的料液不能保证先出去，造成先进料液液化过头，后进料液液化不完全，如此前后液化不均匀。为此设计了一层流罐。本罐细而高，料液从上部切线进料以防料液走短路，料液从下部排出，从而保证了料液先进先出，最后液化均匀一致。3. 快速升温灭酶：高温处理时，通过喷射器快速升温至120-145，快速升温比逐步升温产生的“不溶性淀粉颗粒”少，所得的液化液既透明又易过滤，淀粉出糖滤高，同时由于采

6、取快速升温法，缩短了生产周期。4. 高温分散：通过喷射器加热到120-145，在维持罐内维持5-10分钟左右，使已形成的“不容性淀粉颗粒”在高温作用下分散，同时蛋白质进一步凝固。5. 真空闪急冷却：液化液浓度可以增高，同时利用高压差淀粉会进一步分散，出糖率可以增高。(1) 工艺操作要点：1. 淀粉乳进罐前，先检查一下罐底阀门是否关闭，罐内有无积水，如有积水应全部排出。2. 糖化开始前，先泵入底水，以浸没锅内底部盘管为度一般水解锅泵入底水，加热器预热，使底水沸腾。3. 淀粉乳搅拌要均匀，做到无沉淀，无结块，泵入水解锅时，调浆槽内淀粉乳做到边进料边搅拌，防止沉淀。4. 往糖化锅进料时，一定要保持正

7、压，使进入的淀粉乳越过糊化温度，糊化时间短，温度低，糖的色泽好。否则直接进料淀粉将会结块。5. 进料压力要恒定，防止忽高忽低，上下波动。应用蒸汽阀门和进料阀门合理调节流速。6. 糖化开始，应随时注意蒸汽总压力，严防水液倒压，一旦出现气压下降到不足糖化压力时，应立即关掉进气阀门，并与锅炉间联系。7. 合理控制水解锅排气阀门。进料和升压时排气阀门要适当开启，既要防止逃液又要保持锅内料液充分沸腾。当压力升到规定压力时，排气阀门可关小。8. 水解完毕，放料要快，以免水解过头。进入中和罐要及时降温，以免色素加深。（一）制糖工序的物料衡算、设定的技术指标：年产量99.9%以上的L-谷氨酸2.3万吨;采用8

8、5%以上纯度的玉米淀粉为原料；全年生产天数为340天；气候条件：极端高温42，最低气温0-23，一般为10-30，主导风向，冬夏均为北风。粉糖转化率98%产酸率：13 g/dl糖酸转化率：61%提取收率：96%糖化周期40hr；双酶法制糖生产周期48hr；1淀粉浆及加水量：1：1.51000kg工业淀粉产淀粉浆量为：1000×(1+1.5)=2500(kg)加水量为1500kg2淀粉浆干物质浓度：(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，用液体糖化酶：2500×0.25%=6.25(kg)6糖化液产量：(1000×85%×1.111×98%)/30%=3082(kg)30%的糖液相对密度为1.113糖化液体积：3082/1.113=2769(L)7加珍珠岩量为糖液的0.15%3082×0.15%=4.6(kg)8滤渣产量为含水的废珍珠岩4.6/(1-70%)=15.3(kg)9生产过程中进入的蒸汽和洗水量：3082+15.3-2500-6.25×3-4.6=574(kg)由于车间设计需留一定余量，故按每日处理吨淀粉进行糖化车间设计。10衡算结果：根据总物

10、料衡算，日投入工业淀粉321t，物料衡算汇总列如下：工业淀粉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珍珠岩4.6kg 1477kg 1.5t洗水和蒸汽574kg 184254kg 184.3t糖液3082kg 989322kg 989.3t滤渣15.3kg 4911.3kg 4.9t（二）液化工序热量衡算1粉浆（1）淀粉浆量：根据物料衡算，日投工业淀粉321；连续液化，32113（）加水为：，粉浆量为：13000×32

11、500（）（2）粉浆干物质浓度：（13000×32500）×（3）粉浆比热水（）××（）kJ（）（4）蒸汽用量（）（）32500××（）（）3170（）2灭菌用蒸汽量灭菌时将液化液由加热至，在时的为灭32500××（）（）461（）要求在内使液化液由升至，则蒸汽高峰量为：461×1383（）以上两项合计，平均量31704613631（）每日用量1.4×33.6（）高峰量317013834553（）3液化液冷却用水量使用板式换热器，将物料由降至，使用二次水，冷却水进口温度，出口温度，需冷却水量（）

12、：（325003631）××（）（）×25719（）617（）（二）糖化工序热量衡算日产的糖液267即267240（）糖化操作周期，其中糖化时间，糖化罐，装料，需糖化罐（240）×（）4，取4台。使用板式换热器，使糖化液（经灭菌后）由降至，用二次水冷却，冷却水进口温度，出口温度，平均用水量为：36131××（）（）×28438（）式中36131为糖化液量（糖化液蒸汽冷凝水325003631）要求在把糖化液冷却至，高峰用水量为：（28438/36131）×（×）（）每日糖化罐同时运转4×3.3罐每

13、投（放）料罐次：2403.2罐次每日冷却水用量：××3.3217（）三、水平衡（一）糖化工序用水量1配料用水量：日投工业淀粉321，加水比：，用水量为321×482（）因连续生产，平均水量高峰水量48220（）（用新鲜水）2液化液冷却用水量：平均量高峰量617（）25.7（）（二次水）3糖液冷却水用量（使用二次水）：每日用冷却水量217平均量2179（）高峰量32.9（）第四节 设备计算1. 调浆槽：1) 34%的淀粉乳波密度为19.1，相对密度为1.1519，淀粉干基含量33.941%，淀粉干基体积百分含量390.160g/L。每日处理淀粉乳体积(321

14、5;103×103×10-3)/390.160=822.7m3取装填系数85%则需调浆槽体积822.7/80%=967.9m3故取200m3调浆槽5个。D/H=1:1.5 D=(4V/1.5)1/3=5.538m取D=5600mm 故H=8400mm调浆槽用水泥，瓷砖砌成即可。2) 搅拌器设计：搅拌器作用为均匀淀粉乳，故选用两挡六叶涡轮式搅拌器即可。叶径：d=0.6D=0.6×5.6=3.36m3叶宽：b=0.2d=0.672m转速：n=260r/min=4.3r/s已知搅拌器功率准数 Np=4.8 淀粉乳=1.1579kg/m3P0=Npd5N3=4.8

15、5;3.365×4.33×1.1519=188kf选择电机型号为JS2-355M2-2额定功率190kW转速为1476r/min。2.液化喷射系统（1） 液化喷射器每小时淀粉浆量321/24=13.375（t/h）。HYW7型 喷射液化器处理量为10 t/h（干物质）30 m3/hr（液化计）选用不锈钢材料。产地淮海工业技术研究中心。（2） 缓冲罐，层流罐，灭酶罐的选择缓冲罐 1200×5000 2个 材质A3层流罐 1000×10000 10个 材质A3灭酶罐 1000×2600 2个 材质A3（3） 淀粉乳进口直径和蒸汽进口直径：进材料30

16、 m3/hr（液化计）d=18.8(V/v)1/2d管道内径（mm） V介质容积流量（m3/h） v介质平均流速d=18.8×(30/0.7)1/2=123mm查<<化工原理>>上册取直径为12.5无缝钢管选用133×4.0材料为不锈钢。蒸汽需要量：蒸汽压力为6kgf/cm2 r=2113kJ/kg Cp=4.18kJ/kgK淀粉乳在冬天时为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由于连续液化即每小时蒸汽量为160/24=6.7t/hr取蒸汽速度v=30m/s 蒸汽比容为0.606 m3/kg蒸汽容积流量：6.7×107 ×0.606=4060 m3/hr故d=18.8×(4060/30)1/2=218.71mm故选用245×13材料为不锈钢。3糖化前的调酸罐：糖化前调PH值4.34.5。采用硫酸来调酸罐的高径比D/H=1/1.5。取糖化系统两套。即每天调酸两次处理160t。淀粉的液化液体积为160/30%=533 m3考虑装填系数取为630 m3取14个45 m3调酸罐。D=（4

18、V/1.5）1/3=（4×45/1.5×3.14）1/3=3.36m取实际直径D=3400 mm H=5100 mm。罐内需衬耐酸衬层以防止腐蚀为安全起见，需加善为调酸均匀，罐内应有搅拌系统。搅拌器设计：选用两档二叶浆式搅拌器45度。叶径：d=0.6D=0.6×3.4=2.04 m叶宽：b=0.1d=0.1×2.04=0.204 m转速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选用Y180u8电动机转速730r/min8极4.糖化罐每天处理321×85%×98%=267.4t换算成30%糖液质量为267.4/30%=891t其间通蒸汽，加酸估计淀粉液化液

20、总质量不会超过1000t。按1000t计算液化液密度应于淀粉乳密度相当取为1.1519×103kg/ m3液化体体积为V=1000 m3103/1.159×103=868 m3取糖化罐填充系数为80%则需糖化罐容积为868/80%=1085.2 m3故取糖化罐容积为90 m3 又糖化生产周期为48hr。至少取24只，取25只，1只备用或转换使用。（1） 罐体设计1罐直径与罐体圆筒高取D/H=1/1.5取D=（4V/1.5）1/3=4.24m取实际直径D=4250mm H=6400mm罐体选用不锈钢制造，设备为常压容器，不需耐压 查得味精工业手册P791表919取壁厚=22m

21、m2罐体圆筒内表面积和容积：F=DH=3.14×4.24×6.4=85.2V=1/4DH=1/4×3.14×4.242×6.4=90.32 m3（2）冷却装置设计1.选型糖化过程是一个放热过程，同时机械搅拌也会产生少量的热量。从液化液到糖化液也需要降温。因此，糖化罐中需冷却装置。参考有关资料，结合设计要求，决定采用蛇管换热器，其形状为管子绕着圆柱体盘呈螺旋形。2.冷却面积计算液化二次喷射温度为130,放置温度为100,糖化温度为60,冷却水温度为1321,取为15。K总传热系数=12172930kJ/hrKm2料液比热 C=3.01kJ/kgK

22、1) 每小时冷却料液量:取液化液进关时间为30分钟90.32×80%×103/0.5=144.5kg/hr2) 冷却水的流量为液化液3倍:冷却水的终温:t2=288+144.5×103×3.01×(100-60)/144.5×103×3×4.187=297.6K3) 平均温度差373K333K 297.6K288K t=58.94) 冷却面积冷却水带走热量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) 选择管型:管道环绕半径为:0.8×3500=2800mm管道每个螺旋圈数:18展开后螺旋长度 18×3.14×2.8=172.4m冷却管直径:172.4×3.14Dg=82.6 Dg=0.147m故选择Dg=150mm的无缝钢管。3)搅拌装置设计糖化管中搅拌器主要用于调匀液体.故选用浆式直叶搅拌器较合适,且设备简单,加工方便。1. 选用45度直叶浆式搅拌器:叶径:d=0.6D=0.6×4.24=2.54m叶宽:b=0.1d=0.1×2.54=0.254m转

24、速:n=30r/min=0.5r/s2. 功率计算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因搅拌轴上装有两个搅拌器 故功率应为:N=2Np=2×7.66=18.6(kW)。3.搅拌器安装查<<发酵设备>>搅拌器安装部分下面搅拌器离罐底一般超过一个搅拌器的直径高度取为1.5m上面搅拌器在液层以下1.7m两搅拌器相距6.4-1.5-1.7=3.2m4.搅拌器设计查<<化学工程手册>>轴直径估算公式:d(71620/0.2Tk)1/2(N/n)1/3=(71620/0.2×400)1/2(1.576/30)1/3=11.2cm轴分三段,考虑到干槽的影响,轴径可加0.5%液体轴的腐蚀,加裕量8mm则轴

26、径:d=11.2+11.2×0.5%+0.8=12.0cm取直径为120mm5.轴承设计参考<<材料与零件>>上轴承搅拌器受到轴向力和径向力的共同作用.故轴承选择双向心，球面滚轴承GB28664较宽系列。中间轴承中间轴承仅为防止轴承来回摆动和固定轴的作用，无轴向力。为防止轴磨损，在轴上安装部位焊上厚的磨铁（KT2）。选用结构简单的滑动轴承即可。6.联轴器轴分三段选用两只联轴器联结，具有优点为折装方便，折装时无轴向运动。查材料与零部件P547选用HG5-213-65立式夹壳适量轴承器。7.轴封形式轴封在此处是罐顶与轴之间缝隙加以密封。防止泄漏和染菌。常用轴封有填

27、料与端面轴封两种。由于填料函轴封缺点多，故此初选用端面轴封，优点为清洁，密封可靠，使用时间长，不会泄漏，无死角可防污染，寿命长；功率损耗小，对轴的零动敏感性好，轴和轴套，不受磨损。（4） 传动力装置传动装置为搅拌系统提供动力1. 搅拌器采用电动机拖动，三角皮带传动。三角皮带传动效率：=0.94，立式夹壳式联轴器连接效率=0.98，灌内装滚动轴承，传动效率=0.97，罐外装两只滑动轴承，传动效率为=0.98。故总传动功率为：N传=N/(0.942×0.982×0.97)=14.73kW2. 选用JO2-71-2(W)型电动机。（5） 糖化罐的外接管道：1. 进料管：90 m3

28、容积糖化罐的填充系数80%，要求30分钟加充料，则流量：Q=90×80%/30×60=0.04 m3/s取流速V=1.2m/s则管径d=(1.273Q/V)1/2=206mm查材料与零部件P123,取Dg=200mm选219×7的无缝钢管，材料为1G18Ni9Ti。2. 排料管：要求30分钟排完糖化液，取流速为V=1.2m/sd=(1.273Q/V)1/2=206mm取Dg=200mm选用219×7的无缝钢管，材料为1G18Ni9Ti。3. 取料管：仅供取样用。无特殊要求，选219×7的无缝钢管，材料为1G18Ni9Ti.4. 排气管：因糖化罐不是耐压容器，故排气管无特殊要求，选219×7的无缝钢管，材料为1G18Ni9Ti。5. 温度计选用及接口设计：为了便于观察和自动控制，