年产10万吨葡萄糖浆生产工艺设计

专业编制可行性研究报告了解更多详情..咨询公司网址PAGE2年产10万吨葡萄糖浆生产工艺设计—离子交换论证及选型摘要该课程设计介绍了年产10万吨葡萄糖浆生产工艺选择和离子交换论证及选型，包括原料的选择、葡萄糖浆生产工艺流程的确定、工艺流程及操作重点、物料衡算与能量衡算、离子交换设备的计算及选型等。对原料、流程、设备做出了合理的选择，以满足生产需要的同时尽量合理利用资源和节约资源。关键词：葡萄糖浆，设备选型，工艺流程，离子交换目录摘要······································································2目录······································································3引言1.1定义·······················································51.2性质·······················································51.3用途·······················································51.4设计原则··················································6第二章工艺流程选择及操作重点2.1工艺流程····················································82.2原料·························································82.3操作重点···················································9第三章设备选用及计算3.1设计及操作条件············································113.2物料衡算····················································113.3热量衡算····················································123.4设备选用与计算············································14离子交换选择及操作要点4.1工艺参数·················································164.2开机前准备···············································164.3开机操作步骤············································164.4树脂再生·················································17结束语···································································19参考文献·································································21致谢······································································22第一章引言1.1定义葡萄糖浆是一种以淀粉为原料在酶或酸的作用产生的一种淀粉糖浆，主要成份为葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖及四糖以上等。又称为液体葡萄糖，葡麦糖浆。1.2性质又称右旋糖。一种单糖，含醛基的已糖。固体状态为白色结晶，溶于水稍有甜味，有旋光性，其水溶液旋光向右。广泛存在于生物体内，为某些双糖（如蔗糖、麦芽糖等）和多糖（如淀粉、纤维素等）的组成成分。葡萄糖浆由淀粉水解制得，60年代应用微生物酶法生产葡萄糖。这是一项重大革新，比酸水解法有明显的优点。在生产中原料不必精制，不需耐酸、耐压的设备，而且糖液无苦味，产糖率高。食品工业上葡萄糖经异构酶处理后可制造果糖，尤其是含果糖42%的果葡糖浆，其甜度同蔗糖，已成为当前制糖工业的重要产品。1.3用途葡萄糖浆主要应用于食品工业，占全部用量的95％，非食品工业仅占5％，主要是医药工业。在食品工业中使用量最大的是糖果，其次是水果加工、饮料、焙烤，此外，在罐头、乳制品中也有使用。葡萄糖浆在糖果制造中的作用主要是控制结晶度，以满足不同类型糖果的需要。添加的葡萄糖浆要根据具体情况分别对待。63DE糖浆能增加糖果的吸湿性、柔软度、降低教度、抑制微生物腐蚀，常用于胶糖、软糖的生产。而35—42DE酸转化葡萄糖浆可增加固形物含量，提高蔗糖溶解性，保证糖果粒度，常与蔗糖混合用于硬糖生产。果脯是水果加工中的一种重要产品，选用63DE葡萄糖浆，黏度低、渗透性好，容易渗入果肉或果皮间隙，而低DE值的糖浆，因平均分子量高，黏度大，效果就差。葡萄糖浆用于酒精饮料有两方面的作用，一是控制悬浮性、熟度和甜度；二是作为发酵碳水化合物来源，应选用高DE值葡萄糖浆，在发酵或蒸馏萃取后加入。葡萄糖浆在焙烤业中被大量使用，它能控制产品的流变特性，还原糖能提高面包皮的褐变反应。糖浆中的低聚糖能控制产品组织结构，高DE值葡萄糖浆能使蛋糕吸水防止干燥，延长货架期。葡萄糖浆用于冰棋淋生产，能控制产品柔软度、晶体形成和冰点，使产品变得光滑，无冰晶产生，不过甜，不掩盖风味。葡萄糖浆在医药工业领域的应用包括作为抗生素生产的原料，作为药丸糖衣，与蔗糖共同作为止咳液的载体。医药工业：有食品级和医药两种。口服糖标准低于医药级，同时有的还加入维生素、钙质等以提高营养供病人、老人、儿童服用。葡萄糖同时还是重要的化工原料，是生产山梨醇、革露醇、维生素丙、维生素C、葡萄糖酸、葡萄糖醛、味精、醋酸等各种产品的原料，广泛地应用工业。1.4设计原则首先，离子交换设备应符合用玉米制造葡萄糖浆的工艺流程。离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。其次，此次设计的设备截面积计算、树脂高度的计算、设备总高度计算、设备容积的计算、进料口出料口直径的计算、壳体厚度的计算、搅拌桨形式直径的计算、电机转速应符合年产10万吨葡萄糖浆生产工艺设计。第二章工艺流程选择及操作重点我国生产葡萄糖浆多以淀粉为原料，近些年来，有些厂家试用大米或木薯片直接葡萄糖浆，效果不错。世界谷物资源中，玉米占有相当重要的地位，其产量为世界谷物产量的1/4,达5亿万吨，目前我国达1亿万吨，居世界第二位。所以我国玉米资源是相当丰富的，用玉米做原料，简单易得。且玉米营养丰富，生产玉米食品，不仅为我国传统食品增加花色品种，也为提高人民的饮食质量做出了贡献。用玉米原粮生产淀粉糖浆可以提高淀粉利用率，降低生产成本，增加经济效益。2.1工艺流程玉米→破碎→浸泡→磨碎→调浆→淀粉液化→糖化→脱色→除渣过滤→离子交换→浓缩→葡萄糖浆2.2原料原料选择普通黄玉米，淀粉含量取72.2%，玉米在山东省玉米是种植面积最为广泛的粮食作物之一，所以为我们的生产加工提供了更为广泛的生产原料，并且价格偏低，这就更加降低了我们的生产成本，更有利于经济效益的提升。表2-1玉米成分化学成分范围平均值水分%7-2316.7淀粉%64-7872.2粗蛋白质%8-109.91油脂%3.1-5.74.78粗灰分%1.1-3.94.78粗纤维%1.8-3.52.66糖%1.0-3.02.582.3操作重点2.3.1破碎将玉米破碎除去外皮和胚芽，用二氧化硫溶液于47～50℃浸泡16小时，使玉米的脆纤维组织变软，蛋白质与淀粉分离。2.3.2浸泡、磨碎浸泡后磨碎，用氢氧化钙将粉浆pH值调至6.2～6.4，加入淀粉酶，采用三段液化法液化。2.3.3调浆、淀粉液化调浆在调浆罐中，先加入部分水，在搅拌情况下，加入粉碎的淀粉，投料完毕，继续加入80℃左右的水，使淀粉乳浓度达到22～24波美度（生产葡萄糖淀粉乳浓度为12～14波美度），然后加入盐酸或硫酸pH值为1.8.调浆需用软水，以免产生较多的磷酸盐使糖液混浊。2.3.4糖化糖化调好打得淀粉乳，用耐酸泵送入耐酸加压糖化罐。边加料边开蒸汽，进料完毕后，升至（2.7～2.8）×104pa（温度142～144℃），在升压过程中每升压0.98×104pa，开排气阀约0.5min，排出冷空气，待排出白烟时关闭，并借此使糖化翻腾，受热均匀，待升压至要求压力时保持3～5min后，及时取样测定其DE值，达38～40时。糖化终止。2.3.5脱色过滤中和糖液冷却到70～75℃，调pH值至4.5，加入于物质0.25%的粉末活性炭，随加随搅拌约5min，压入板框式过滤机或卧式密闭圆桶形叶滤机过滤出糖滤液。2.3.6离子交换将第一次脱色滤出的清糖液，通过阳—阴—阳—阴4个离子交换柱进行脱盐提纯。2.3.7.浓缩将提纯糖液调pH值至3.8～4.2，用泵送入蒸发罐保持真空度66.661pa以上浓缩。第三章设备选用及计算3.1设计及操作条件3.1.1生产能力：年产10万吨3.1.2设备型式：阴阳离子交换器3.1.3操作条件：1.日产334t葡萄糖浆（含水量≤9%）2.葡萄糖浆的收率≥98%，（111g理论葡萄糖能生产出98g葡萄糖，固形物含量≥91%的葡萄糖浆）3.淀粉含量≥86%（玉米精制淀粉）4.粉浆浓度17Be5.CaCl2浓度0.15%6.pH=5.0-7.07.耐高温a-淀粉酶用量0.4-1.0L/t8.喷射液化温度100-115℃，液化保温时间90-120分钟，灭酶温度110-145℃9.年工作日300天，日工作时间20h3.2物料衡算1.理论收率：纯淀粉通过完全水解，因有水解增重的关系，每100g淀粉能生成111.11g葡萄糖，反应如下：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6淀粉水葡萄糖16218180100.00g111.11g因此，葡萄糖的理论收率为111.11%。2.实际收率：在生产过程中，由于复合反应的发生及生产管理过程中的损失，葡萄糖的实际收率仅为105～108%3.浓缩过程：日产334t的葡萄糖浆，含水量≤9%，按含水量9%计算的话，纯葡萄糖的量为334×91%=304t.4.按实际收率为108%计算需要淀粉的量为304÷108%=281.5t，按玉米精制淀粉中，淀粉含量≥86%，按86%计算，得到所需玉米量为281.5÷86%=327.3t.3.3热量衡算1.蒸汽用量1）一次喷射液化蒸汽量蒸汽压力0.5Mpar=2113KJ/kg.kCP=4.18kj/kg.k淀粉乳在冬天时温度为10℃Q=MSCPS△T=400.3×86%/（17×2%）×1000×4.18×（110-10）=42.3×10^7（kJ）故蒸汽42.3×10^7/2113=200.2t2）高温热处理蒸汽用量蒸汽压力为0.5Mpar=2113KJ/KgCp=4.18KJ/Kg.kQ=MsCp△T=(606.3+200.2)×1000×4.18×（125-100）=8.4×10^7蒸汽用量为8.4×10^7/2113=39.8液化部分用气量为200.2+39.8=240因此液化部分用气强度为240/20=12t/h3）真空闪急冷却除去水量Q=MsCp△T=（606.3+200.2+39.8）×1000×4.18×（125-95）=10.6×10^7闪急冷却水量为10.6×10^7/2113=50.2t2.蒸发若糖化结束后，脱色过滤及离交后还要增加水量，若所有以上增加因素都考虑在内，蒸发前浓度为26%，因此蒸发前糖液体积为：400.3×86%÷26%=1324.1m³若蒸发至糖浓度为止72%，因此蒸发后体积为：1324.1×26%÷72%=478.15m³蒸发去水量1324.1-478.15=845.95每天三班，每班工作7小时，故蒸发器规格为845.95÷（3×7）=40.3t/hr若回配量为50%，故选用五效降膜式蒸发器：40.3t/h×150%=60.45t/hr取60t/hr一套故用蒸汽强度为60/5=12t/hr3.4离子交换器选择与计算型号为JN-3200的离子交换器，其中，设计最大出力为201m³/h，工作压力0.6Mpa，工作温度为5～40℃，水压试验压力为0.75Mpa.（1）设备截面积计算设备公称直径为3.2米，则其设备面积为8.04㎡（2）树脂高度的计算日产量334t葡萄糖浆，一天工作二十小时，则产量为16700kg/h葡萄糖浆，其密度为1100kg/m³，则体积为15.2m³，因其设备面积为8.04㎡，所以高度约为2米，所以葡萄糖浆所需高度两米，选择树脂高度为3米。（3）设备总高度计算以上计算出葡萄糖浆所需高度以及树脂高度，所以，选择设备高度为6米。（4）设备容积的计算：容积=截面积×设备高度=8.04×6=48.24m³，所以，设备容积为48.24m³（5）进料口出料口直径的计算最大出水量为201m³/h，即出水量为0.06m³/s，进水、出水管管径按管道内流速为1.5米/秒计算，进料、出料口面积为0.04㎡，则进料、出料直径约为0.2米。（6）壳体厚度的计算根据工作压力为0.6Mpa，由求算壁厚公式得，壁厚为5.7mm。（7）搅拌桨形式直径的计算根据设备容积为48.24m³，以及截面积8.04㎡，公称直径3.2米，则搅拌桨形式直径约为2.8米（8）电机转速根据以上设备的各个计算，及工作需要，选择电机转速为6000r/min.第四章离子交换选择及操作要点4.1工艺参数1）进料温度：40～50℃；2）出料电导率：≤30us/cm2；3）透光率：≥99%；4）离交后罐PH值：4.0～5.0；5）失效PH值：阳柱≥4.0阴柱≤4.5；4.2开机前准备1）进行更衣后进入离交岗位；2）检查工作区域已清洁，生产操作用具：塑料烧杯、阀门扳手等是否齐全，不存在任何与岗位操作无关的文件、器具、物料；3）检查工艺水、电、汽供给是否正常；4）检查各阀门开关状态是否正常；5）有空白生产记录4.3开机操作步骤：1）交换柱使用前先用无离子水洗一次，冲洗时间不少于5min，打开交换柱排水阀，排出柱内一部分水，保持液面距树脂10cm左右；2）当V501离交前糖浆罐糖浆有半罐料后开启P501离交进料泵，糖浆经F501检查过滤器除去杂质，经E501、E502离交换热器降温至40～50℃后进入离交柱（E501换热器利用离交后糖浆对离交前高温糖浆进行初步降温，对离交后去蒸发器的糖浆同时起到预加热的作用；E502利用冷却水降温）；3）打开一级阳柱进料阀门、底流阀门、出料阀门和排空阀；当糖液液面至离交柱上视镜位置时，开启阴柱进料阀门、底流阀门、出料阀门和排空阀，同时关闭阳柱排空阀，尽量避免排空阀出糖。当糖液液面至离交柱上视镜位置时，开启调节柱进料阀门、底流阀门、回收水阀门和排空阀，同时关闭阴柱排空阀，尽量避免排空阀出糖。调节柱满后关闭排空阀出水全部进入回收水罐。4）调节柱出水后每5min取样检测调节柱出水浓度，调节柱出料有甜味或用阿贝折射仪测浓度达到5%时开启回流阀使糖液回流至V501离交前糖浆罐（回流时间不低于20min），当糖液电导率≤30us/cm2，透光率≥99%时，打开调节柱柱出糖阀，取样检测调节柱出糖PH值，是否在3.8～4.5范围内，如果出糖PH不合格适当开启阴柱出糖调节阀门调整最后出糖PH值在3.8～4.5之间。糖液经F502检查过滤器除杂后进入放入V504离交后糖浆罐，准备蒸发浓缩5）判断树脂饱和有三个标准，有一项达不到标准要求，就需要再生。a、电导率：当糖液电导率＞30us/cm2；b、PH值：阴柱PH≤4.5，阳柱PH≥4.0；c、透光率＜99%。4.4树脂再生：1）再生离子交换系统时可以单柱回糖也可以同时回糖，树脂饱和后打开进水阀，用水将柱内的糖液替换出来，15%以上糖液直接进入下一道工序（5%～15%浓度糖浆回流到离交前罐或去回收水罐），浓度≤5%或无甜味时关闭出料阀，打开回收水阀门。排水至V601回收水罐；2）反冲排污：阳柱树脂反冲量约为10～12m3/h，打开放气阀，只要不跑树脂即可，冲至水清澈，阴柱树脂反冲量约为10～15m3/h，打开放气阀，只要不跑树脂即可，如跑树脂减小流量，冲至水清澈；3）进再生液：进再生液前先打开阳柱下排阀，关闭上排阀，开酸阀往阳柱进5～7%HCl，至下排阀PH值为1时关闭下排阀，HCl量以浸没树脂为准，浸泡6～8h（最少不低于2h）；打开阴柱下排阀，关闭上排阀，开碱阀往阴柱进4%NaOH，至下排阀PH值为14时关闭下排阀，NaOH量以浸没树脂为准，浸泡6～8h（最少不低于2h）；4）柱浸泡完毕后，打开排酸（碱）阀门把再生液放至中和水罐，用无离子水自上而下冲洗树脂，流量以8～10m3/h为宜；5）冲洗终点：阳柱PH值4.0，阴柱PH值8.0，冲洗完毕后关闭所有阀门备用，使用前用无离子水再冲洗一次，冲洗时间不少于5min。结束语不禁慨叹，时间的飞逝。转眼间，课程设计就结束了，总有一种“书到用时方恨少”的感觉。本次工艺设计是，年产10万吨葡萄糖浆生产工艺设计——离子交换论证及选型。经过大量的考察与计算，该离子交换设备的设计基本符合运作条件，基本能够满足生产需求。当然其中存在着不可避免的不足之处，这将在食品生产过程中逐步得到改进和完善。通过这次课程设计，我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究老师给的题目，其次，老师对题目的讲解要一丝不苟的去听去想，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去做设计，到头来一点收获也没有。在这两周来，也暴露了自己很多问题：第一，由于对课本理论的不熟悉导致计算公式出现错误；第二，是在学习态度上，这次课设是对我的学习态度的一次检验，我的第一大心得体会就是首要素质绝对应该是严谨，我们这次设计所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨；