100t糖化罐的设计

1、- -生物工程课程设计说明题目：玉米淀粉糖化罐设计院系：生物工程学院姓名：王家昕学号：1204s209指导老师：徐庆阳目录2 22234445666678912131313137.17.27.37.47.57.67.77.87.9前言课程设计任务设计方案的拟定物料衡算制糖工序的物料衡算 （每吨）衡算结果5热量衡算5.1 液化工序热量衡算糖化工序热量衡算6 水衡算6.1 糖化工序水衡算7 设备计算 调浆槽 液化喷射系统 调酸罐 糖化罐 糖化罐外接管道 板框压滤机 糖液储罐 高位碱罐 生产中使用的泵前言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，

2、液化过程，用 a -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糖进一步水解， 转变为葡萄糖。其优点在于： 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：调浆配料，根据需要，将淀粉乳调成 15-20 Be。用NqCO水溶液调 PH6.4-6.5。CaC2用量为干淀粉的0.15-

3、0.3%，如果水中CaT超过50mg/l,也可 不加 CaCl2。 a -淀粉酶加量按 10-12 单位 u/g 干淀粉计算。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0.2-0.4 MPa。喷射温度100-105 C,层流罐维持95-100 C,液化时间 60min，以点色反应程棕红色即可。 然后液化液经130-140 C灭酶5-10min，再经 板式换热器，冷却至 70C以下，进入糖化罐。从换热器出来的热水供配料和洗 滤渣用。糖化，糖化温度 601C， PH4.0-4.4, 糖化酶加量按 100-12u/g 干淀粉计 算。糖化时间30-40h，以无水乙醇检

4、查无白色沉淀为终点， 终点DE值为95-98%。 然后将物料加热至80-85C,灭酶30min。过滤，糖液先用NaCO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%。课程设计任务设计年产 99.9%谷氨酸 33000吨工厂淀粉糖化罐。设计方案的拟定设定的技术指标： 年产量 99.9%以上的谷氨酸 33000吨; 采用 85%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42C，最低气 温0-23 C, 一般为10-30 C,主导风向，冬夏均为北风。粉

5、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 。物料衡算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 咼温维持 二次液化一-冷却一-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。而糖化层流罐的应用: 众所周知， 淀粉液化的目的是为糖化酶作用创造条件， 酶水解糊精及低聚糖时，

6、 需要先与底物分子结合生成络合结构， 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。 本关细而高， 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。 快速升温灭酶：高温处理时，通过喷射器快速升温至120-145 C,快速升温比 逐步升温产生的“不溶性淀粉颗

7、粒”少，所得的液化液既透明又易过滤，淀粉出 糖滤高，同时由于采取快速升温法，缩短了生产周期。高温分散：通过喷射器加热到120-145 C,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。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。制糖工序的物料衡算(每吨)淀粉浆及加水量：1: 1.5 , 1000kg工业淀粉加水量为1000 X 1.5=1500kg产淀粉浆量为：1000X (1+1.5)=2500(kg)2淀粉浆干物质浓度：(1000X85%)/2500X100%=34%3液化酶量：2500X

8、 0.25%=6.25(kg)CaCl2量:2500X 0.25%=6.25(kg)糖化酶量，用液体糖化酶:2500X 0.25%=6.25(kg)糖化液产量：(1000X85%X1.111 X98%)/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 X 0.15%=4.6(kg)8滤渣产量为含水 70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 X 3-4.6=574(kg) 由于设计需留一定余量，故按每日处理吨淀粉进

9、行糖化罐设计。衡算结果根据总物料衡算，工业淀粉200000kg200t配料水300000kg300t液化酶1250kg1.25tCaCl21250kg1.25t糖化酶1250kg1.25t珍珠岩920kg0.92t洗水和蒸汽114800kg114.8t糖液616400kg616.4t滤渣3060kg3.06t日投入工业淀粉 200t ，物料衡算汇总列如下：热量衡算液化工序热量衡算1 粉浆( 1 )淀粉浆量根据物料衡算，日投工业淀粉 200t ；连续液化粉浆量为2)3)200/24 = 8.33(t/h)500/24 = 20.83(t/h)粉浆干物质浓度：(200 X 85%/500) X 1

10、00%= 34%粉浆比热 CC= CX/100 + C 水(100-X)/100K)C=1.55X34/1004.18X(100-34)/100 =3.29kJ/(kg蒸汽用量D= GC(T2 Ti)/(l入)=20830 X 3.29 X (90-20)/(2738 377)- -= 2032(kg/h)2灭菌用蒸汽量灭菌时将液化液由90r加热至100C，在100C时的入为419kJ/kgD灭=20830 X 3.29 X (100-90)/(2738 419) = 290 (kg/h )要求在20min内使液化液由90C升至100C，则蒸汽高峰量为:290 X 60/20 = 870(kg

11、/h)以上两项合计，平均量2032 + 290= 2322(kg/h)每日用量2.3X24=55.2(t/d)高峰量2032+ 870= 2902(kg/h)3液化液冷却用水量使用板式换热器，将物料由100r降至65r，使用二次水，冷却水进口温度 20r，出口温度58.7r,需冷却水量(WW= (20830 + 2032)X 3.29 X (100-65)/(58.7-20) X 4.1816274(kg/h) = 390(t/d)5.2. 糖化工序热量衡算日产30%的糖液616t，即616/1.113=553(m3)糖化操作周期48h,其中糖化时间40h,糖化罐150m,装料112.5m3，

12、需糖化罐=5.9，取 6台。使用板式换热器，使糖化液(经灭菌后)由85C降至60r，用二次水冷却，冷却水进口温度20r，出口温度45r，平均用水量为22862X3.29 X (8560) /(45-20) X4.18 =17994(kg/h)式中 22862为糖化液量(糖化液+蒸汽冷凝水= 20830+2032)要求在2h把112.5m3糖化液冷却至40r，高峰用水量为(553/112.5) X (48/40)(17994/22862) X(112500X1.113/2) =49276(kg/h)每日糖化罐同时运转6X 40/48 = 5 罐每投(放)料罐次d=0.6D=0.6X 5.6=3.

13、36m3- -553/112.5 = 4.9 罐次- -每日冷却水用量17.9 X 24= 429.6(t/d)水衡算6.1 糖化工序用水量1 配料用水量：日投工业淀粉200t，加水比1:1.5 , 用水量为200X 1.5 =300 (t/d )因连续生产，平均水量=高峰水量为300/24 = 12.5 (t/h )(用新鲜水)2液化液冷却用水量： 平均量=高峰量为390 (t/d )= 16.25 (t/h )(二次水)3糖液冷却水用量(使用二次水) ： 每日用冷却水量429.6t/d平均量429.6/24 = 17.9t/h高峰量49t/h7. 设备计算7.1 调浆槽1.34%的淀粉乳波

14、密度为 19.1 ，相对密度为 1.1519 ，淀粉干基含量 390.160g/L ， 淀粉干基体积百分含量 33.941%。每日处理淀粉乳体积500/1.1519=434m3取装填系数 80%则需调浆槽体积434/80%=542.5m3故取 200m3 调浆槽 3 个。D/H=1:1.5D=(4V/1.5 n) 1/3=5.538m取 D=5600mm 故 H=8400mm调浆槽用水泥，瓷砖砌成即可。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3P =1.1519kg/m

15、Po=Npdn3p =4.8 X3.365X4.33X 1.1519=188kf选择电机型号为 JS2-355M2-2 额定功率190kW专速为 1476r/min。液化喷射系统液化喷射器每小时淀粉浆量500/24=20.83 （t/h ）。HYW 7 型喷射液化器处理量为10 t/h（干物质）30 m3/h（液化计）则数量为2个选用不锈钢材料。2. 缓冲罐，层流罐，灭酶罐的选择缓冲罐1200X 5000 2个材质A3层流罐1000X 10000 10个材质A3灭酶罐1000X 2600 2个材质A3淀粉乳进口直径和蒸汽进口直径进材料30 m3/h （液化计）1/2d=18.8（V/v） 1/

16、2d管道内径（mm V 介质容积流量（m/h ） v 介质平均流速1/2d=18.8X(30/0.7) 1/2=123mm查vv化工原理 上册取直径为12.5无缝钢管选用133X 4材料为不锈钢。蒸汽需要量：- -蒸汽压力为6kgf/cm2r=2113kJ/kg Cp=4.18kJ/kgK淀粉乳在冬天时为10 CQ=MsCt=(500 X 85%”(17 X 2%)X 103X 4.18 X (110-10)=52.25 X 107kJ故需蒸汽52.25 X 1072113=247.3 X 103kg 取 250t由于连续液化即每小时蒸汽量为250/24=10.4t/h3 取蒸汽速度 v=30

17、m/s 蒸汽比容为 0.606 m3/kg 蒸汽容积流量10.4X107X 0.606=6302m3/h1/2d=18.8X(6302/30) 1/2=272.48mm故选用 273X5 材料为不锈钢。调酸罐糖化前采用硫酸来调PH值到4.3 4.5。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淀粉的液化液体积为550m3, 考虑装填系数取为650m取15个45 m3调酸罐。D= (4V/1.5 n ) 1/3= (4X45/1.5 X 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

18、匀， 罐内应有搅拌系 统。选用两档二叶浆式搅拌器 45 度。叶径d=0.6D=0.6 X 3.4=2.04 m叶宽b=0.1d=0.1X2.04=0.204 m转速h=60r/minRe=end2/u=1.1519X 1X 2.042/2.23 X10-3=2.15X 103A=14+(b/D)670 X( d/D-0.6)0.6+185=14+(0.156/2.6) X670X(1.56/2.6-0.6) 0.6+185=25.1B=101.3-4b/D-0.52-1.14d/D=0.69424P=1.1+4(b/D)-2.5(d/D-0.5)- 7(b/D) =1.13530.6630.6

19、6(0.35+b/D)1.2Np=A/Re+B(10+1.2Re )/(10+3.2 Re )(D/A)sin 0=9.83kW选用 Y180u8 电动机转速 730r/min7.4糖化罐日产 30的糖液 616t即616/1.113 = 553(m)糖化操作周期48h,其中糖化时间40h,糖化罐体积取150m，装料比取75%即 112.5m3，需糖化罐(553/112.5) X (48/40) = 5.9，取 6 台。罐体设计取D/H=1/1.5D= (4V/1.5 n ) 1/3=5.030m取实际直径 D=5100mm H=7650mm罐体选用不锈钢制造，设备为常压容器，不需耐压 查得味

20、精工业手册P791表919取壁厚S =8mm 罐体圆筒内表面积和容积F=n DH=3.14X 5.056 X 7.65=121.5m2223V=1/4n DH=1/4X 3.14 X 5.056 X 7.65=153.6m冷却装置设计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。冷却面积计算液化二次喷射温度为130C,放置温度为100C,糖化温度为60C,冷却水温 度为13C 21C,取为15C。2K 总传热系数=1217 2930

21、kJ/hrKm料液比热C=3.29kJ/(kg K)取液化液进关时间为 30 分钟, 每小时冷却料液量n=30r/min=0.5r/s- -153.6 X 1.1519 X 75%/0.5=265.4kg/h- -冷却水的流量为液化液 3 倍, 冷却水的终温33t2=288+265.4X103X3.29X(100-60)/(265.4 X103X3X4.18) =298.5K平均温度差373K333K298.5K288KA t=58.5 r冷却面积冷却水带走热量Q=265.4X 103X 3.29X (100-60)=3.49 X107J/hK=2000kJ/khm2Q=KAtA=3.49X1

22、07/(2000 X58.5)=298.3(m 2)选择管型管道环绕半径为0.8X5100=4080mm管道每个螺旋圈数 :18展开后螺旋长度18X 3.14X4.08=230.6m冷却管直径230.6X3.14Dg=298.3 Dg=0.412m故选择Dg=426m的无缝钢管。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。选用 45 度直叶浆式搅拌器 :叶径:d=0.6D=0.6X 5.1=3.06m叶宽:b=0.1d=0.1 X 3.06=0.306m转速:功率计算Re=1.1519X0.5X2.542/1.193 X10-3=3.1

23、1X103A=14+(b/d)670 X(d/D-0.6)0.6=185=25.1=14+(0.264/4.4)670 X (2.64/4.4-0.6)0.6+185=25.1B=101.3-44 X 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(10 3+3.2Re0.66)p(D/A)(0.35+b/D)sin1.2 0 =7.66kW因搅拌轴上装有两个搅拌器 故功率应为 :N=2Np=2X7.66=18.6(kW) 。搅拌器安装查搅拌器安装部分 下面搅拌器离罐底一般超过一个搅拌

24、器的直径高度取为 2.0m 上面搅拌器在液层以下 1.7m两搅拌器相距 4.80m搅拌轴设计查 轴直径估算公式 :d (71620/0.2Tk)1/2(N/n)1/3 =(71620/0.2 X400)1/2(1.576/30)1/3 =23.1cm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则轴径:d=23.1+23.1 X 0.5%+0.8=23.9cm取直径为 240mm轴承设计. 故轴承选择双向心，球面滚轴承参考 上轴承 搅拌器受到轴向力和径向力的共同作用GB286-64较宽系列。无轴向力。为防止轴磨损， 在中间轴承 中间轴承仅为防止轴承来回摆动和

25、固定轴的作用， 轴上安装部位焊上厚的磨铁（ KT-2）。选用结构简单的滑动轴承即可。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。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。传动力装置 传动装置为搅拌系统提供动力 搅拌器采用电动机拖动，三角皮带传动。=0.98 。三角皮带传动

26、效率：n =0.94，立式夹壳式联轴器连接效率 n =0.98，灌内装滚 动轴承，传动效率n =0.97，罐外装两只滑动轴承，传动效率为 n 故总传动功率为：N传=N/(0.942 X 0.982 X 0.97)=14.73kW选用JO2-71-2(W)型电动机。7.5糖化罐的外接管道1. 进料管：150m容积糖化罐的填充系数75%要求30分钟加充料，则流量:Q=15(X 75%/(30 X 60)=0.0625m3/s取流速V=1.2m/s则管径d=(1.273Q/V) 1/2=257mm查材料与零部件P123,取Dg=260mm 选 273X 7的无缝钢管，材料为1G18Ni9Ti。排料管：要求 30 分钟排完糖化液取流速为V=1.2m/s1/2d=(1.273Q/V) 1/2=257mm取 Dg=260mm选用 273X 7的无缝钢管，材料为1G18Ni9Ti。取料管:仅供取样用。无特殊要求，选 273X 7的无缝钢管，材料为1G18Ni9Ti.排气管:因糖化罐不是耐压容器，故排气管无特殊要求，选 273X 7的无缝钢管，材料为 1G18Ni9Ti 。温度计选用及接口设计：为了便于观察和自动控制，选用热点耦温度计。型号为WRK