年产5万吨果葡萄糖浆厂工艺设计

武汉轻工大学武汉轻工大学 毕业设计毕业设计 年产年产 5 5 万吨万吨 F42F42 果葡萄糖浆厂工艺设计果葡萄糖浆厂工艺设计 摘要摘要 本设计为年产 5 万吨 F42 果葡萄糖浆生产工艺设计 主要内 容包括玉米淀粉工艺流程设计 工艺计算 物料衡算 能量衡算 工艺设备选型 车间布置和设计 管道设计 选材 管径 最后还 要配有工艺流程图 设备布置图 管道布置图 果葡萄糖浆是一种很重要的甜味添加剂 是一种淀粉糖晶 是植物淀粉水解和异构化形成的 生产果葡萄糖浆不受限制 任何 地区和季节都可以 生产设备也很简单 投资费用低 关键词 果葡萄糖浆 玉米淀粉 水解 糖化 异构化 Abstract The F42 is designed to produce 50 000 tons of fruit glucose syrup production process design the main contents include corn starch process design process calculation material balance energy balance process equipment selection plant layout and design piping design material diameter Finally with a flow chart equipment layout piping layout If glucose syrup sweetness is a very important additive is a starch sugar crystals plant starch hydrolysis and isomerization formation If glucose syrup production is not limited to any region and the season can be the production equipment is simple low investment costs Keywords fruit glucose syrup corn starch hydrolyzed saccharification isomerization 目录 武汉轻工大学 1 引言 3 1 1 简介 3 1 2 特性 4 1 3 发展趋势 5 设计方案和工艺流程 5 2 1 厂址选择 5 2 2 车间平面布置 7 2 3 生产建筑布局 8 2 4 生产方案 9 2 5 原料选择 10 2 6 生产工艺程图 11 2 7 生产工艺要点 12 工艺计算 16 3 1 物料衡算 17 3 2 热量衡算 20 设备 管道计算和选型 23 4 1 主要设备计算 23 总结 28 致谢 28 附录 31 引言引言 1 11 1 简介简介 果葡糖浆是蔗糖的一种很好的替代品 在饮料和食品行业广 泛应用 尤其是在饮料行业 同蔗糖对比 果葡萄糖浆作为 甜味剂有更好的风味和口感 随着蔗糖的发展受到限制 使 得果葡萄糖浆在饮料和食品行业中的优势更加明显 在相同 浓度的情况下 果葡萄糖浆与蔗糖的甜度差不多 大概有点 类似于天然果汁的风味 由于果葡萄糖浆中含有相当含量的 果糖 使其有清香 爽口的风味 在四十摄氏度下果葡萄糖 浆具有冷甜的特性 并且甜度与温度的变化密切相关 甜度 随着温度的降低而升高 当它完全替代蔗糖时 其甜度大概 是同浓度蔗糖的 90 只有部分代替蔗糖时 因为果糖 葡 萄糖和蔗糖甜度的协同作用 其总甜度等同于同浓度的蔗糖 在实际应用尤其是食品 饮料行业中以果葡萄糖浆代替蔗糖 不仅在技术上可以得到实施 而且果葡萄糖浆清香爽口的这 一特性可以更加明显的表现出来 随着时代的发展 我国开 始对制糖工业方面作出某些规定调整 这一政策调整使得蔗 糖的价格不断上涨 这无形之中又使果葡萄糖浆代替蔗糖的 性价比优势越加明显 国内一些大的淀粉企业开始大规模的 果葡萄糖浆生产 果葡萄糖浆在中国的发展迎来了一次难得 的机遇 1 21 2 特性特性 1 甜味 果葡萄糖浆的最大优点在于其中含相当数量的果糖 当与其他甜味剂一起使用时有很好的协同增效作用 在食品 和饮料的风味和口感的改良方面有很大的应用 能减少或消 除其中的苦味和怪味 并且当果糖与蔗糖混合使用时 可以 让其甜度增加 20 30 甜味丰满 风味更好 2 冷甜特性 果葡萄糖浆的甜度与温度的高低有很紧密的关 系 当温度在 40 以下时 果葡萄糖浆的甜度随着温度的 升高而降低 最高可达到蔗糖的 1 7 倍之多 具有冷甜特性 的原因是果葡萄糖浆有两种分子构型 型和 型 这两 种葡萄糖浆的甜度有很大的差距 型的甜度是 型的 3 倍 为了使甜度增加 我们可以在低温时 将部分 型转 化为 型 3 溶解度高 果糖溶解度在糖类中最高 在相同温度下 果 糖溶解度大约是蔗糖的 2 3 倍 4 有良好的抗结晶性 相比较于蔗糖来说 果糖还是很难 结晶的 所以这可以使果葡萄糖浆在食品应用上具有很好的 优势 可以表现出良好的抗结晶性 5 保湿性好 由于果糖是无定型单糖 水分很容易被其吸收 带有一分子和半分子的结晶水 吸湿性大 因此有良好的保 水能力和耐干燥能力 这一特性被利用在食品行业 可以使 食品保持松软新鲜 延长产品的货架期 不止上面所说 果葡萄糖浆还有一系列特性 例如 渗透压 大 发酵性能好 抗龋齿性好 化学稳定性等等 1 31 3 发展趋势发展趋势 果葡萄糖浆在国外发展比较早 这个产业也兴起的比较快 而我国在 70 年代才开始关注这一产业 由于起步较晚 生 产技术工艺落后 并且产品成本相对来说较高 折合成干固 物价格远远倍蔗糖要高等等一系列因素 因而限制了果葡萄 糖浆的发展 在 70 年代建立起来的几个工厂基本没有得到 很好地发展 直到 90 年代中期 我国工业发展有了一个很 大的提升 淀粉糖工业也在这时兴起 制糖工艺和设备得到 不断改进 使得产品成本大大降低 并且由于我国在制糖生 产这一方面做出了很大的政策调整 这一政策调整使得蔗糖 的价格不断上涨 而果葡萄糖浆的生产成本并没有增加 这 就使得蔗糖的优势已渐渐失去 被果葡萄糖浆所代替是不可 避免的 还有就是近几年来 果葡萄糖浆的宣传工作也做得 很好 使得更多的人了解和认识到果葡萄糖浆的优势 由此 果葡萄糖浆在市场上的需求量迅速增加 果葡萄糖浆呈现出 了前所未有的势头 迎来了历史发展中的黄金机遇期 设计方案和工艺流程设计方案和工艺流程 2 12 1 厂址选择 厂址选择 厂址的选择一般要符合这几个条件 a 地理位置要符合 国家工业布局和城市或地区的规划要求 应尽量进驻成熟开 发的工业区 b 一般选择原料 产品销售 交通等因素 综合最划算的地理区域 c 在考虑工厂的利益最大化的 前提下 还要注意环境的保护 坚定杜绝以环境为代价来发 展工业 1 场地条件 场地的有效面积必须使工厂企业在满足生 产工艺过程中货物运输和安全卫生要求的条件下 能够经济 合理地布置场内外一切工程设施 根据现代化食品工厂从原 料到精制 包装是一条流水作业线的特点 厂址选在城镇郊 区比较好 车间占地面积避开平面利用率低的三角 边角地 带 以边长比 1 1 5 的矩形场地比较经济合理 2 地形 厂址选择地形还是比较简单的 一般的要求是 地形平坦而且开阔 要符合工厂的场地需要 还有就是地下 水能很好排出 不造成场地积水 自然坡度也不要太陡 最 好为 5 1000 以下 不易受地质灾害的威胁 地质条件应符 合建筑工程要求 一般地面耐力不低于 120 150kn m2 地 下水位最高在车间地面标高 2 5m 以下 还应避开易形成窝 风的地带和大挖大填地带 3 水文 工艺生产水是必不可少的 所以在厂区及其周 边要有充足的水资源 并且水质也要达到工艺要求 一般都 会对水先做一个除杂预处理 水的相对高度也要达到一定的 要求 必须在最高洪水水位的 1 米以上 4 环境 厂区的周边环境要干净清洁 要保证卫生标准 达到生产要求 厂区的位置也应在人口聚居的下风侧 河流 的上游段 还有最重要的是厂区必须远离污染严重及有毒有 害物质排泄密集的区域 5 运输 因为在工厂都是大规模生产和使用葡萄糖浆 这时就要一个密闭系统区贮存和运输了 一般使用的都是储 罐储存 密封管道运输 槽车运送 密闭系统不仅使产品加 工运输过程中更加卫生 并且还能够提高生产效率 食品工 厂的运输量一般较大 因此厂址附近要具有可靠的运输系统 新建企业必须与城市规划相符 6 能源 能源就是生产车间的动力系统 如果在生产过 程中出现能源供应不上或者供应不了的情况 那将给工厂造 成不可估量的损失 所以厂址一定要选择在能源供应方便的 地方 并且还要对工厂的配电室 锅炉房等配套设施作出一 个具体的执行方案 7 给排水 果葡萄糖浆生产工厂所需的用水量非常之大 所以工厂要有一个完整可行的给排水系统 并且由于生产工 艺对水质的要求比较高 也为了不对水资源造成过度浪费 所以工厂要有一个水供给 水预处理 废水排放 污水处理 一个完整的系统 2 22 2 车间平面布置 车间平面布置 在设计车间的平面布置时 我们要考虑的是根据工厂建筑群 的组成内容及使用功能要求 结合有关技术要求 协调研究 各项设施和建筑之间的相互关系 做到建筑物 交通运输 管路管线 绿化区域等布局合理 协调一致 生产井然有序 与四周建筑群融为一体的有机群体 对于该平面设计 要遵循以下几点原则 1 各区域布置紧凑合理 不多用一分地 也不为节省 一分地而设立限制 因地制宜 节省投资和留有发展的余地 2 生产流程的要求一定要达到 3 在厂区的中心位置 一般分布和建立的是核心车间 像什么生产车间 大型车间这类的 4 在流动部分 应做到人流 物流分开 管道运输分 开 保证物流的通畅 5 严格按照国家的有关规划和规定操作 遵从城市的 规划安排 在卫生方面一定要满足食品工厂卫生及 HACCP 和 GMP 规范的要求本设计只对果葡糖浆项目所在的生产车间 布局进行设计 其余的功能性建筑物的设计本设计不涉及 2 32 3 生产建筑布局 生产建筑布局 根据实际生产情况以及文献所查的要求 实际建设设备要求 如下 一般由生产车间 动力车间 辅助车间 三废治理部 分 仓库和堆场部分 厂前区行政福利部分等组成 生产部分包括 生产车间 液化间 糖化间 过滤间 产品 检测化验间 包装车间等 辅助动力部分包括 水处理车间 锅炉房 空压机房 机修 车间 配电室等由该公司统一提供 原辅料仓库 存放果葡糖浆生产所用的原辅料及包装材料 成品仓库 存放果葡糖浆成品 行政部分 全厂性行政 后勤 生产指挥服务中心 生活部分包括 车间办公室 休息室 更衣室 会议室 浴 室及厕所等 废水废物处理部分 工业生产后的污水处理 2 42 4 生产方案 生产方案 设计规模 糖化车间年产 5 万吨果葡糖浆 日产量 166 66t 根据 要达到和保持劳动力平衡 达到产品产量和质量的要 求 原料综合并充分利用的要求 设备生产能力要保持平衡 水 电 汽负荷要保证达到生产水平 的要求 本设计的产 品方案和技术指标具体如下 生产方法 二次喷射糖化法 双酶糖化法 固定化异构酶 酶法 真空冷却法 生厂日程 每年生产 300 天 日生产 166 66t 每天早 中 晚三班 每班生产 55 56t 工人每次轮班 8 个小时 原料规格 工业玉米淀粉 淀粉 干基 85 4 水分 14 脂肪 干基 0 1 蛋白质 干基 0 4 灰分 干基 0 1 产品规格 F 42 型果葡糖浆 果糖 42 葡萄糖 53 低 聚糖 5 固形物 干基 70 75 添加剂 硫酸盐灰分 干基 17 01 pH 5 2 01 DE 5 2 0 1 色泽 0 03 0 0 略清晰 色泽稳定性 0 046 0 0 清晰略黄 酶的指标 耐高温的 淀粉酶的活力 20000u g 原料 用量 8u g 糖化酶的活力 50000u g 原料 用量 200u g 异构酶活力标 准 360igiu g 2 1 产品要求 本设计为固形物含量 74 的果葡糖浆 其得率 果葡糖浆 绝干淀粉 为大于等于 101 果葡糖浆糖分的组成 果糖 42 葡萄糖 53 低聚糖 5 相对甜度 蔗糖 100 100 储存温度 25 35 2 52 5 原料选择原料选择 主要原料 玉米淀粉 原因 如果以玉米为原料 每生产 10 吨淀粉糖浆 可得蛋 白粉 0 75 吨 胚芽饼 0 75 吨 以糖槽 4 吨为原料 可得蛋 白颗粒饲料 3 吨 以侵泡玉米的废液 150 吨 用来提取肌酵 六磷酸钙镁或者制得单细胞蛋白 1 5 吨 由此可以知道不仅 玉米的利用价值可以翻倍 饲料价值也会有明显的提高 与 其他含淀粉高的原料相比 玉米已与贮存和运输 制作简便 含淀粉量高 不受季节限制 主产品质量好 副产品种类多 有很高的利用价值 所以玉米是制作淀粉果葡萄糖浆的理想 选择 其它原料 酶类 淀粉酶 固定化异构酶和糖化型淀粉酶 脱色剂 糖用活性炭 离子交换树脂 阴 阳离子交换树脂 2 62 6 生产工艺程图生产工艺程图 水 淀粉酶 糖化酶 玉米淀粉 调浆 液化 糖化 转鼓过滤 活性炭脱色 离子交换 浓缩 质量分数 40 45 固定化异构酶连续异构化 离子交换 活性炭脱色 蒸发浓缩 质量分数 71 果葡萄糖 浆 果糖 42 1 2 72 7 生产工艺要点生产工艺要点 1 调浆 加水至工业玉米淀粉 将其调成浓度 30 32 的淀粉浆 同时为了使玉米淀粉浆中的酸碱度保持在 淀粉酶作用的 最适宜的酸碱值 要在其加入 5 的碳酸钠 这也是在调浆 这一步最关键的地方 2 液化 在液化这一阶段的主要目的是将淀粉糊化 水解成小的分子 因为淀粉糊化后一般都比较粘稠 而小分子的淀粉糖浆则能 降低其粘稠度 这里 淀粉酶的用量也是有严格规定的 不是随意乱加的 我们根据酶制剂酶的活力单位确定绝对干 淀粉用量为 8 单位 每克 采用的方法是二次加酶喷射 这个 方法的主要操作是 在入口处温度保持 50 pH 调成 6 0 将含酶量 0 03 0 05 固形物 粉浆加入喷射器同 时温度瞬时升到 110 并且在管道液化反应 10 15min 然 后进入维持管 温度降到并维持 102 再就是在料液在闪 蒸分离器的作用下温度降到 95 最后在真空冷却系统的 作用下 温度下降到 60 3 糖化 糖化是整个生产工艺里面极其重要的部分 在这个阶段 各 项操作指标要严格控制 首先 我们要将液化后的淀粉浆降 温到 60 62 酸碱度要控制在 pH4 5 左右 我们可以向 粉浆中加入稀盐酸或稀硫酸 我们加入糖化酶的标准是按 200u g 加入 并且间歇对料液进行搅拌 糖化完成的标志 就是 DE 值达到 95 糖化完成后 我们要对料液进行灭酶 要将温度升至 100 150 4 脱色 经糖化过的糖浆颜色并不纯净 有点带色并且浑浊 这 是由于里面有色素 蛋白质和各种无机杂质存在的原因 为 了出去这些混杂物 我们可以通过调节 pH 的方法让它沉淀 这是因为它们有着各自不同的等电点 至于色素的话那就简 单多了 直接加入活性碳吸收 再经过过滤 就能使糖液变 清澈了 对于糖用活性碳的用量也是有规定的 按干物质的 1 2 1 5 加量 为 用 5 的碳酸钠溶液调节 pH 至 4 8 5 0 加热至 85 90 保温脱色 30 分钟 然后用框板压滤机过 滤 最后用稀盐酸或稀硫酸调节 pH 至 4 0 4 2 5 离子交换 这是在生产果葡萄糖浆过程中极其重要的一个步骤 因 为我们在生产过程中产生了一些杂质 例如蛋白质 无机盐 以及色素等 所以在不同的操作过程中要随时加入践行和酸 性物质及一些盐类物质 用来调节糖液的 pH 和提供无机盐 这不仅能够增加糖液中金属阳离子和阴离子的含量 还能够 激活酶的活力 这不仅会降低异构酶的活力也会影响成品的 色泽与品质 离子交换简单的来说就是阳离子到阴离子 再 到阳离子 最后到阴离子的交换过程 交换时 阳树脂 732 的 交换终点为 pH 由 2 上升到 4 阴树脂 701 交换终点为 pH 由 7 降到 4 糖液在交换时由上向下流经离子交换树脂柱 糖 液流速保持每小时约为 3 4 离子交换树脂体积 温度控制在 40 50 之间 对于用完后的离子交换树脂柱 阳树脂 732 可 用 5 盐酸处理 阴树脂 701 可用 4 NaOH 处理 使树脂循环 再生 可继续使用 6 浓缩 经脱色和离子交换后的糖液为浓度 30 的葡萄糖液 这 时的色泽也是较为纯净的 如果要得到葡萄糖浆 就必须将 糖液的浓度浓缩到 78 如果这时我们只将糖液浓缩至 45 在经过异构酶的异构化作用 再经脱色和离子交换 将所得 的 45 左右浓度的葡萄糖浆进行第二次浓缩至 71 72 得到 的即为果葡糖浆 加热浓缩时的蒸汽压力为 2kg m2 浓缩锅 内的真空度控制为泵柱高 600mm 真空浓缩锅内的浓缩温度 为 60 65 7 固定连续异构化 我们糖化所得的糖液中果糖的含量并不是很高 而 F42 果葡萄糖浆的要求是果糖的含量要达到 42 这时我们就 要对糖液进行固定连续异构化 采用的酶就是丹麦固定化异 构酶 这种酶能够催化 D 果糖和 D 葡萄糖间的异构化反应 将它加入到浓度为 35 45 的糖液中 在固定化异构酶的作 用下 葡萄糖液中的部分葡萄糖转变为果糖 提高果糖在糖 液中所占的比重 异构前须加硫酸镁 目的是为了使糖液中 影响异构酶活力的钙离子浓度下降至 1ppm 以下 并且调节 入口 pH 至 7 5 7 6 升温至 55 60 目的是使糖液中的镁 离子浓度达 50ppm 100ppm 然后将糖液引入异构柱进行连续 异构化 按异构后糖液中果糖的含量控制糖液引入异构柱的 流量 若低于 42 则须减小流量 如异构酶低于原活力的 10 则需要重新换酶 8 二次脱色 二次离子交换 再浓缩 异构化反应后 这时所得糖液也并不纯净 在前面的操 作步骤中会有有色物质加入 并在贮存期间还很容易产生颜 色及灰分等杂质 所以 需要进行二次脱色 将得到的糖液 送入脱色桶中 在其中加入一定的新鲜活性炭 至于操作方 法则与第一次脱色完全相同 二次树脂交换 同样的道理 经二次脱色的糖液需再进行一 次树脂交换 方法也是同第一次离子交换一样 最后流出的 糖液 pH 值较高 可用加入盐酸 调节 pH 值至 4 0 4 5 精制的糖液经真空蒸发罐浓缩到我们产品所需要的浓度 即得果葡糖浆 由于葡萄糖很容易结晶 为了不让糖浆在贮 存期间出现结晶析出 不能让糖液蒸发到过高浓度 一般要 求在 70 75 干物质浓度 之间 其中果糖含量 42 葡萄 糖 53 表 1 果葡糖浆的产品标准 GB T 20882 2007 项目F42 标准 感官 糖浆为无色或者淡蓝色 透明的粘 稠液体 甜度柔和 具有果葡糖浆 特有的香味 无异味 无正常视力 可见的杂质 固形物 F42 71 0 果糖含量 F42 42 44 葡萄糖 果糖 占干物质 F42 92 PH 值3 3 3 4 色度 RBU 50 透光度 96 0 硫酸灰度 0 05 砷 以 As 计 mg kg 0 5 铅 以 Pb 计 mg kg 0 5 细菌总数 个 100mg 1500 大肠菌群 个 100g 30 致病菌不得检出 工艺计算工艺计算 表 2 生产过程各阶段淀粉损失率 生产项目淀粉损失率备注 液化1 糖化1 脱色0 5 前后 2 次 离子交换0 5 前后 2 次 过滤1 前后 2 次 浓缩0 前后 2 次 固定连续异构化1 合计 4 3 13 1 物料衡算物料衡算 一 由于生产的产品产量比较大 所以我们可以先以 1000kg 玉米淀 粉生产果葡糖浆的标准作物料衡算 然后相应的乘以倍数就可以得 到总的物料衡算 在 1000kg 玉米淀粉中 淀粉的实际含量只占 86 则我们所得的实 际淀粉量 1000 86 860kg 在每个操作过程和步骤中损失和增加的质量如下 1 在调浆过程没有损失 水和玉米淀粉的质量按 1 2 配比 2 在液化过程损失 1 则损失后的质量为 860 1 0 01 851 4kg 3 在糖化过程中既有质量损失也有质量增加 C6H12O6 n nH2O nC6H12O6 162 18 180 所增加后的质量为 851 4 162 180 946kg 因为在此过程质量损失 1 则损失的质量为 946 0 01 9 46kg 由此可以知道在此过程中质量净增加后的质量为 946 9 46 936 54kg 4 在脱色这一过程中损失 0 5 则所损失后的质量为 936 54 1 0 005 931 86kg 5 在过滤这一过程中损失 1 则所损失后的质量为 931 86 1 0 01 922 54kg 6 在离子交换这一过程中损失 0 5 则所损失后的质量为 922 54 1 0 005 917 93kg 7 在浓缩这一过程没有质量损失 质量仍为 917 93kg 8 在固定化酶异构化这一过程损失 1 则损失后的质量为 917 93 1 0 01 908 75kg 9 在二次脱色这一过程损失 0 5 则损失后的质量为 908 5 1 0 005 904 21kg 10 在二次过滤这一过程损失 1 则损失后的质量为 904 21 1 0 01 895 17kg 11 在二次离子交换这一过程损失 0 5 则损失后的质量为 895 17 1 0 005 890 69kg 12 由于我们所要生产的 F42 果葡糖浆中果葡萄糖的含量为 71 而果葡萄糖中干物质的含量为 92 所以 1000kg 玉米淀粉所 生产的总果葡糖浆的量为 890 69 0 71 0 92 1363 58kg 二 计算在生产过程中的蒸煮醪量 按照淀粉 水为 1 2 的调配比 则水的加入量为 860 2 1720kg 1 在调浆这一过程中没有损失 而粉浆的含量为玉米淀粉和水的质量和 则粉浆质量为 860 1720 2580kg 根据公式 C0 C水 1 0 7 w0 设干物质量为 w0 由于干物质是原来淀粉的 86 则干物质的比热 容为 C0 4 18 1 0 7 w0 1 6636 kJ kg k 设粉浆干物质的质量为 w1 粉浆干物质含量 w1 86 3 600 28 67 所以根据公式 C1 w1C0 1 w1 得到蒸煮醪的比热容为 C1 w1C0 1 w1 28 67 1 6636 1 28 67 4 18 3 46 kJ kg k 计算生产过程中各种酶和添加剂的用量 a 淀粉酶的用量 在生产过程中我们会用到酶活力为 20000u g 的 a 高温淀粉酶使玉米淀粉液化 我们按照 8mg g 原料计算 a 高温淀粉酶的用量 通过下面的计算我们可以知道 a 高温淀粉酶 的用量为 860 8 1000 20000 344g 0 344kg 糖化酶用量 在生产过程中我们会用到酶活力为 50000u g 的糖化 酶使玉米淀粉浆糖化 我们按照 200u g 原料计算糖化酶的使用量 则通过下面的计算我们可以知道糖化酶的用量为 851 4 200 1000 50000 3405 6g 3 41kg CaCl2用量 在液化过程中 我们为了促进 a 淀粉酶的活力 一般 会向醪液中加入 Ca2 a 淀粉酶的分子量为 50000 至于所加入的 CaCl2通过下面的计算可知为 0 344 111 50000 7 64 10 4 kg 异构酶用量 通过查阅相关资料可知 每 20t 果葡糖浆需要 1kg 固定化异构酶进行异构 由此我们可以得到固定化异构酶的用量为 917 93 20 1000 0 46g 设蒸煮醪总质量为 m0 根据 m0 m粉浆 ma 淀粉酶 mCaCl2 我们可以知道蒸煮醪总质量为 m0 m粉浆 ma 淀粉酶 mCaCl2 1000 2000 0 86 7 64 10 4 0 344 2580 34kg 计算经喷射液化器加热后蒸煮醪量 我们可以知道在生产过程中各原辅料的总质量为 2580 34kg 在 0 5MPa 下喷射液化器加热蒸汽的焓为 2478 9 kJ kg 由此我们就可 以计算得到喷射液化器加热后蒸煮醪量为 2580 34 2580 34 3 46 105 103 2478 9 105 4 18 2792 91kg 计算经液化维持罐出来的蒸汽醪量 我们知道经液化维持管后醪液的温度为 102 而在此温度下的饱 和蒸汽的汽化潜热为 2253 kJ K 由此我们可以计算得到经液化维 持罐出来的蒸汽醪量为 2792 91 2792 91 3 46 105 102 2253 2780 04kg 计算经汽液分离器后的蒸煮醪量 我们知道经过气液分离器后的醪液温度为 95 而在此温度下的饱 和蒸汽的汽化潜热为 2271 kJ K 由此我们可以计算得到经汽液分 离器后的蒸煮醪量为 2780 04 2780 04 3 46 102 95 2271 2750 39kg 计算经真空冷却器后最终蒸煮醪液量 我们知道经过真空冷却器后的醪液温度为 60 而在此温度下的饱 和蒸汽的汽化潜热为 2355 1 kg K 由此我们可以计算得到经真空 冷却器后最终蒸煮醪液量为 2750 39 2750 39 3 46 95 63 2351 2620 86kg 1 在液化这一过程中会损失 1 的醪液量 则液化后的醪液质量 为 2620 86 0 99 2594 6514kg 2 在糖化这一过程中会损失 1 的醪液量 则糖化后的醪液量为 2594 6514 3 41 0 99 2572 081kg 3 在脱色这一过程中会损失 0 5 的醪液量 则脱色后的醪液量 为 2572 081 0 995 2559 220kg 4 在过滤这一过程中会损失 1 的醪液量 则过滤后的醪液量为 2559 220 0 99 2529 933kg 5 在离子交换这一过程中会损失 0 5 的醪液量 则离子交换后 的醪液量为 2529 933 0 995 2517 283kg 6 浓缩质量 至 50 917 93 2 1835 860kg 7 在异构化这一过程中会损失 1 的醪液量 则异构化后的醪液 量为 1835 860 0 046 0 99 1817 501kg 8 在第二次脱色这一过程中会损失 0 5 的醪液量 则第二次脱 色后的醪液量为 1817 501 0 995 1808 460kg 9 在第二次过滤这一过程中会损失 1 的醪液量 则第二次过滤 后的醪液量为 1808 460 0 99 1790 330kg 10 在第二次离子交换这一过程中会损失 0 5 的醪液量 则 第二次离子交换后的醪液量为 1790 330 0 995 1781 318kg 11 浓缩质量 至 71 890 69 0 71 1254 49kg 12 果葡糖浆量 1254 49 0 92 1363 58kg 3 23 2 热量衡算热量衡算 根据在实际生产应用中 淀粉原料连续蒸煮的过程中粉料加水的比 例为 1 2 粉浆量为 315 346t 液化耗热量 Q Q Q1 Q2 Q3 1 液化罐内淀粉醪由初温 t0加热至 105 耗热 Q1 Q1 G0 C1 105 t0 原料的初温为 18 由此我们设淀粉醪的初温为 18 而热水 为 50 则根据公式 计算得 t0 G0 C1 18 G水Cw 50 G0 C1 105 116 1 6636 18 252 278 4 18 50 315 346 3 46 51 2 即 Q1 G0 C1 105 t0 315 346 1000 3 46 105 51 2 5 87 107KJ 2 蒸汽带走的热量 Q2 在生产过程中 我们的液化时间为 60min 按每小时 5 的蒸发量计 算 则可以计算蒸发的水分量为 Mv1 G0 5 60 60 315 346 1000 5 15767 3kg 故 Q2 mv1I 15767 3 2668 8 4 208 107kJ I 为 95 下汽化潜热 kJ kg 3 热损失 Q3 淀粉醪升温的液化过称的热损失约为前二次耗热的 15 即 Q3 0 15 Q1 Q2 0 15 5 87 107 4 204 107 1 512 107kJ Q Q1 Q2 Q3 1 159 108kJ 表 3 年产 5 万 t 玉米淀粉原料果葡糖浆厂物料衡算表 物料1000 淀粉生产果葡糖浆物 料量 每年数量 t 每天数量 t 实际淀粉 原料 86031534 6105 116 纯水 172063069 2210 23 淀粉乳 258094604315 346 CaCl2 量 0 0007640 0280 000094 淀粉酶 0 34412 60 042 蒸煮醪量 2594 651495141 2317 138 糖化酶 3 411250 416 糖化醪 2572 08194313 6314 378 脱色醪 2559 2293842312 806 过滤醪 2529 93392768309 226 离子交换 醪 2517 28392304 2307 68 浓缩为 50 1835 8667317 6224 392 异构化醪 1817 50166644 4222 148 异构化酶 0 04591 6840 0056 脱色醪 1808 4666313221 044 过滤醪 1790 3365648 2218 828 离子交换 醪 1781 37865319 8217 732 浓缩为 71 1254 4945999 8153 332 果葡萄浆 1363 5850000166 666 设备 管道计算和选型设备 管道计算和选型 4 14 1 主要设备计算主要设备计算 1 液化喷射器的选型计算 因为淀粉干物质占淀粉总量的 86 则可以计算液化淀粉干物质的 总量为 105 116 86 90 38 t 按每天工作 24h 处理 则我们可以得到每小时处理量为 90 38 24 3 766 t h 根据液化喷射器的规格型号选择型号为 HYB G 5 规格为 4 t h 干 物质计 12m3 h 液体计 2 糖化罐的选型计算 根据下面的公式 V Va 式中 V 为总的设备容积 Va 为每小时糖化醪的体积流量 为操作周期 42h V每天 314 378t Va 314 378 1000 24 13099 08kg h Va 13099 08 1 4 1000 9 356 m3 h 0 8 则 V 9 356 42 0 8 491 19m3 选择 V 200 m3 0 8 设备的数量 n 491 19 200 2 456 个 故取 3 个 选择 3 个 V 200 m3 0 8 的钢制机械糖化罐 其中 H 1 4D 则 V全 0 785D2H 0 15D3 0 785 D2 1 4D 0 15D3 200 得 D 5 43m H 7 60m 3 液化罐的选型计算 根据物料衡算 V每天 317 138t Va 317 138 1000 24 13214 084kg h 淀粉浆的密度为 1 4 kg l 由此我们可以得到 蒸煮醪的体积流量为 13214 084 1 4 1000 8 358m3 h V有效 V 其中 V 8 358 m3 h 2h 则 V有效 8 358 2 16 716m3 根据 n V有效 V 式中 n 为设备的数量 V有效为设备有效总容积 V 为单台设备容积 为填充系数 选择 V 24m3 0 8 代入上式得 n 16 716 0 8 24 0 871 取 n 1 选择 1 个 V 24 m3 0 8 的钢制机械液化罐 其 H 1 5D 则 V全 0 785D2H 0 15D3 0 785 D2 1 5D 0 15D3 24 得 D 2 62m H 3 94m 4 泵 糖化车间糖化醪流量为 9 356m3 h 查阅相关数据 应选用流量 为 12 5 m3 h 扬程为 20m 气蚀余量为 2m 的 IS50 32 125 单级单 吸离心泵 安装高度公式 Hg允许 Po Pv g hf h 式中 Po 为液面处的压力 101 3Kpa Pv 为 63 下淀粉浆的饱 和蒸汽压 50Kpa hf忽略不计 h 为 2 代入得出 Hg允许 101 3 50 1000 1 4 1000 9 81 2 1 74m 故 实际安装高度 Hg Hg允许 1 0 74m 5 糖化车间管道设计 在工艺设计和设备设计 管道的分布设计中 我们需要知道各 类流体的流量 根据物料衡算和热量衡算 及流体的管内流量 流 速与管径之间的关系可计算出管道内径 d 18 8 Q w 1 2 式中 d 管道内径 mm Q 流体流量 m3 h w 流体流速 m s 淀粉浆段管道 V 315 346 1000 24 13139 417kg 已知 Q 13139 417 1 4 1000 9 384m3 h 查得 w 0 8m s 数值带入 1 式得 d 18 8 9 384 0 8 1 2 64 38 mm 选择规格为 70 3 0 的热轧无缝钢管 液化段管道 V 317 138 1000 24 13214 08kg h 已知 Q 13214 08 1 4 1000 9 438m3 h 查得 w 0 7m s 数值带入 1 式得 d 18 8 9 438 0 7 1 2 69 03 mm 选择规格为 76 3 0 的热轧无缝钢管 糖化段管道 V 314 378 1000 24 13099 08kg h 已知 Q 13099 08 1 4 1000 9 356m3 h 查得 w 0 6m s 数值带入 1 式得 d 18 8 9 356 0 6 1 2 74 24mm 选择规格为 83 3 5 的热轧无缝钢管 自来水管道 V 210 230 1000 24 8759 58 kg h 已知 Q 8759 58 1 4 1000 8 76m3 h 查得 w 3 5m s 数值带入 1 式得 d 18 8 8 76 3 5 1 2 29 74 mm 选择规格为 32 1 的冷拔无缝钢管 蒸汽管道 已知 Q 2580 34 3 46 105 50 2748 9 105 4 18 2 778 1000 0 509m3 h 查得 w 20m s 数值带入 1 式得 d 18 8 0 509 20 1 2 3 0mm 选择规格为 6 1 的冷拔无缝钢管 6 糖化罐功率计算 搅拌功率 P 3 5d5n3 102 式中 d 搅拌器的直径 d D 3 n 搅拌器轴转速 n 1 5r min 溶液重度 1100kgd m s 合