玉米淀粉生产工艺.docx
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玉米淀粉生产工艺
淀粉的分离精制
——玉米淀粉生产技术研讨专题之六
内容提要
本专题着重讨论①淀粉分离的工艺原理；②碟式离心分离机的工作原理；③带内置回流的上悬离心机的重要特点及CH-36型允许回流量范围；④淀粉离心分离工艺及上悬离心机的造型方法；⑤碟式离心机的操作事项及工艺自控的研讨；⑥气浮槽的应用；⑦旋流洗涤精制工艺与主要控制指标及自控方案研讨；⑧旋流器的操作事项及各级旋流管配置规律的研讨。
关键词：
离心分离因数、内置回流、喷嘴流量、旋流洗涤分离精制、旋流管配置、工艺自控。
以上是本专题的具体内容。
浸泡后的湿玉米经湿磨（粗、细）提取的淀粉乳（一、二次淀粉乳）内含有大量非淀粉性物质，且粉乳（悬浮液）的浓度也较低，为了生产纯净的淀粉或提供纯净的精淀粉乳，需要对含杂质较多的粉乳进行分离精制和浓缩。
以下先讨论淀粉乳的分离精制。
为了更好地选择分离精制的方法，首先分析湿磨提取的淀粉乳的组分及各组分的物理性质。
一、湿磨提取的淀粉乳的组分及性质
通过实际生产检测湿磨后的提取的粉乳浓度一般在5.5-7Be。
粉乳的主要组成（按干基计算）及性质，有关研究分析资料报道表明：
淀粉89~92%
蛋白质6~8%
脂肪0.5~1%
可溶物0.1~0.3%
灰分0.2~0.3%
细渣≤0.1g/L（纤维分离过程未提取细渣，可能＞0.1g/L如果将一次乳与二次乳分开，二次乳中的蛋白质与细渣的含量可能更高。
）
以上组分中的蛋白质主要是不溶性醇溶蛋白质（浸泡去除的是酸溶球蛋白），不溶性醇溶蛋白质又一名称叫麸质。
从以上可以看出，粉乳中固形颗粒状物质有淀粉、麸质和细渣。
经分析它们的粒径分别是3-30μm、1-2μm和65μm。
但由于麸质具有很强的亲水性，所以它能形成粒径140-170μm的麸质团。
经长时间沉淀后，麸质水分82-85%，淀粉水分约为48-52%。
根据它们颗粒大小、比重的不同，可采取沉淀法或离心法将淀粉分离出来。
二、淀粉分离
1、重力沉降法分离
沉降法是化工过程用于悬浮液的分离、浓缩、澄清等最为普遍的方法。
如：
现在生产中，玉米浆蒸发前的预处理，生产污水排放前的处理或过程水的澄清。
这种沉降法叫静止沉降。
对于湿磨后的淀粉乳，虽然淀粉与麸质颗粒大小和比重都不相同，但差别并不十分大，并且麸质颗粒虽小，但由于亲水性强形成的团粒反而比淀粉颗粒大得多，所以的用普通的静止沉降很难将两者分开。
在淀粉生产常用流动沉降法将淀粉与麸质分离，流动沉降法的应用俗称——流槽分离。
流槽是国内早在80年代小规模生产的应用，现在基本不再采用。
以上不论是静止还是流动沉降，都是靠颗粒重力进行，所以也称重力沉降法。
2、离心沉降分离
采用流动沉降法——流槽分离淀粉和麸质，虽然设备简单，但由于流槽占地面积大、分离效率低、淀粉流失多，只用于原始的小规模淀粉生产。
进入20世纪以来，国内已普遍采用离心分离。
（1）离心分离原理
当物体绕轴旋转时，则有向心力作用于该物体上，力的方向朝向转轴，根据力学第三定律，则产生与向心力大小相等、方向相反的力，称为“离心力”。
离心力即为改变物体运动方向的惯性力。
通过以上分析湿磨提取得到淀粉乳的组分性质（淀粉比重1.61、粒径3-30
μm；麸质比重1.18、粒径1-2μm；细渣比重1.3、粒径65μm）可以看出淀粉比重大于麸质和细渣。
根据离心力（C）=GV2/gR或mV2/R
式中G:
物料重量V：
线速度g：
重力加速度
（m：
物料质量R：
旋转半径）
可以看出淀粉乳在同一旋转体内，淀粉将获得较大的离心力而得到分离。
即使流质淀粉分离的是离心力。
人们根据这一原理，采用离心法分离淀粉与麸质（含细渣）。
当然，在这分离过程中，淀粉与麸质的分离是相对的，也就是分离出来的淀粉中会含有微量麸质，而麸质中定含有微量淀粉，而细渣与麸质几乎没有得到分离。
同一物料对于不同旋转体，获得的离心力是不一样的，那么两相分离效果也不同，两相分离能力的大小用分离因数（因素）来表示。
（2）分离因数（或因素）
分离因数的概念：
分离因数即是物体离心加速度（离心沉降速度）与物体重力加速度（重力沉降速度）的比值。
（物体旋转离心力与重力的比值）
表示公式：
f=ω2R/g（无因次）①
式中：
ω—角速度（？
）R—半径
g—重力加速度m/s2
又根据：
V=ωR（式中V—线速度）
得：
f=V2/Rg②
又根据：
V=2Rπn/60（式中n为转速r/m转/分）
代入②得：
f=（π/30）2.Rn2/g③
从上式可看出：
对于直径相同的同一旋转体，分离因素与转速平方成正比。
对于转速相同的旋转体，直径越大，分离因素越高。
同时也可以看出，转速对分离因数的影响大于旋转直径对分离因数的影响。
也就是说，小直径高转速的离心机可获得更高的分离因数。
3、碟式喷嘴离心机
根据以上离心分离原理，当湿磨提取后的粉浆（含有淀粉、麸质、细渣）进入一旋转筒内，淀粉乳获得较大的离心力而被抛出旋转筒的内壁，而离心力较小的麸质（含细渣）则在离旋转轴较近的范围里。
当在旋转筒壁上钻有小孔时，淀粉乳将从小孔中喷射出来。
旋转筒在离心机上叫转鼓，喷嘴安在转鼓上，为扩大分离面积，在转鼓内设有
若干锥台形蝶形圆盘（叫碟片），再加上外壳（？
料、出料）、底座旋转传动装置，就组合成碟式喷嘴离心。
（1）碟式离心机的工作原理（如下图P124）
从上图可以看出……更有利重轻两相分离。
（2）离心分离工艺的物料衡算（P57）
碟式……如下平衡关系：
…….
恰是工艺设计（P58）中的需要参数。
（3）碟式喷咀离心机的类型
根据碟式离心机传动方式的不同大致有卧式与立式之分。
卧式下传动碟式离心机，改机型转鼓立轴为下传动齿轮或皮带传动。
如常见有国产DPF350、DPF445、DPF530、DPF550。
应用于日加工规模500吨以下的生产。
进口韦斯线里亚碟式离心机，如SDA130、SDA260型，分别应用于年产淀粉10万吨级和20万吨级。
立式上传动碟式离心机（又称上悬碟式离心机），主轴为上传动（皮带使动）。
上悬离心机原为美国道尔.奥立？
公司生产（已有100多年历史），已由瑞典阿法拉伐公司生产。
但至今仍有道尔离心机之称，常用机型为CH-30和CH-36。
该机型主要特点：
第一，转鼓在传动轴上悬吊安装，由于转股自身重力作用，旋转重心相对稳定，所以转鼓转动抗震动性相对较强，也就是作用起来比较泼辣。
第二，设有内置回流循环系统。
也就是该喷咀喷出来的物料一部分回流至转鼓底部自身回流喷咀，喷管进入碟片下沉于转鼓内壁之间的浓相区，喷管冲向喷咀进料口，这样起到了对喷咀的洗涤作用可防止喷咀的堵塞。
同时内置回流的加入增加了浓相区的内静压，有利于轻相的分离，相当于对浓相起到了洗涤作用。
但内置回流量有一定范围的。
CH-36型回流口径R允许回流范围
转速
机型
回流喷咀口径
允许回流主范围（m3/n）
2650
预浓缩
2
＂
29.6-55.3
2250
主分离
2
＂
35.8-66.9
2650
麸质浓缩
2
＂
35.8-66.9
2900
麸质浓缩
３
＂
49.9-93.4
注：
主分离允许回流主范围指，内置回流与外加洗涤水量总和。
由于上悬离心机没有内置回流所以喷咀的喷出流量等于物料衡算中所得到底流量（去下一工序）与内置回流量之和。
内置回流可在一定范围内选择，所以喷咀口径的选择也有一定的范围。
这也是上悬离心机使用比较泼辣的另一个方面。
但由于喷咀喷出流量大于工艺物料衡算值，所以上悬离心机配套功率较大，单位产品电耗相对较高。
这是该机型的缺点。
国产上悬离心机随着国民经济发展的需要和国内生产制造技术的不断发展，近年来，不少厂家都能生产上悬离心机，从而实现了玉米淀粉大型整套设备国产化。
对应进口离心机机型号，国产机型号有DPF800（CH-30）和DPF（CH-36）。
（注：
国产离心机代号D：
碟片，P：
喷咀，F：
分离，进口-30、-36分别代表转子？
？
直径中30＂和36＂）。
4、玉米淀粉离心分离工艺
日加工规模1000吨玉米以上的玉米淀粉生产中，淀粉离心分离多采用如下：
（1）工艺流程
以上流程中：
预浓缩澄清离心机溢流为澄清工艺过程水，可溶物含量相对最多，固形物含量相对最少，一般用于浸泡制酸。
中间浓缩会含有少量细渣，经精筛（50μm）去除细渣，再进行预浓缩澄清增稠。
主分离（淀粉与麸质分离）溢流麸质水中会含有微量淀粉。
麸质浓缩溢流中会含有少量麸质，应作为洗涤胚芽和纤维的工艺过程水去回收其中的固型干物质。
（2）碟式离心分离机喷咀口径的选择方法和步骤：
第一步：
首先根据离心分离物料衡算式：
Q进N进=Q底N底
其中：
Q进—实际生产处理量（m3/n）
N进—实际工艺中进料浓度（Be-g/L）
Q底—物料衡算中计算底流去下步工序流量（m3/n）
N底—底流浓度，（Be-g/L）是工序设计值，预浓缩、中浓缩、主分离的底流浓度。
一般设计值为进料浓度1.5-3倍（浓缩比）。
麸质浓缩的浓缩比一般较高（8-10）。
第二步：
进行物料平衡计算离心机底流流量（m3/n）。
第三步：
计算喷咀喷出流量，确定喷咀口径。
采用不带内置回流的离心机，喷咀喷出流量与衡算中的底流流量相等。
根据离心机的喷咀数量算出单个喷咀应喷出流量，再根据喷出流速（喷咀喷出线速度）=转鼓直径×T1×转速/60，计算喷咀口径（流量÷流速=截面积）。
当计算选择的口径不符合喷咀口径系列时，可选择接近计算值的相邻两种口径的喷咀，采取两种口径不同的喷咀时，应对称安装。
在实际应用中，喷咀口径的确定，一般为离心机供应商选择，以上计算可核定时参考。
采用带内置回流的离心机时，喷咀喷出流量等于物料平衡中的底流流量加？
？
内置回流量选择值（在以上回流流量选择允许范围）。
进口上悬离心机制造使用说明书都标注了不同机型不同转速下的喷咀流量，如：
CH-36B分离机喷咀流量表（m3/n）
差P9-P12
麸质气浮效果取决于麸质团与气泡的接触面的大小，在一定空气量下，气泡越小气泡数量越多，气泡与麸质的接触面越大，气浮效果越好。
为增加麸质水中的空气量，往往采用文丘里？
入空气或加曝气泵。
但空气量过多加入将会导致气泡体积增大，数量减少，而减小气泡与麸质的接触面，不一定获得较好的气浮效果。
实践经验证明，碟片喷嘴离心机进料中携带的空气，在随物料离心旋转过程中形成了大量的微气泡，而且非常均匀的散布进入麸质水中，当离心分离溢流靠出口压力（离心背压）直接进入气浮槽时，气浮效果最好。
第二麸质水的温度和酸度
麸质水的温度高，粘度低，麸质团气泡易上浮。
气浮温度不低于35度，由于蛋白质等电点pH5.3，所以麸质水的pH不高于5.0（在麸质沉淀澄清浓缩时，往往加定量碱液提高pH（＞5.3）促使麸质沉淀）。
第三气浮槽的结构
延长麸质水在气浮槽内的停留时间，可提高气浮效果。
麸质水在气浮槽内的停留时间取决于气浮槽的横截面积和气浮槽高度，增加气浮槽宽度优于增加高度。
第四在气浮槽进料箱加入光滑玻璃球以缓冲进料压力，防止气泡的破裂，对提高气浮效果也有一定的作用。
2、主分离底流泡沫箱的应用
由于主分离底流中常含有微量的麸质微粒和气泡的存在，所以在底流接收槽的上面带浮有一层麸质泡沫，若将其及时去浮，可降低进入下一道工序的淀粉乳的蛋白含量，提高浓度。
将底流接收槽加以改进为底流泡沫箱是必要的。
（结构如下图）
图
应该还有第十五页
浓度过低，虽然粘度小，但比淀粉乳比重相应减小，旋流分离离心力降低，所以分离效果也差（通常说的旋流洗涤精制，其实质是两相悬浮液旋流分离的过程），同时浓度低生产能力也降低。
在实际生产中，旋流器出料浓度（指？
浓度,即主分离底流浓度）一般控制在16-18Be，第一级进料浓度是第二级溢流与主分离出料浓度的混合浓度，一般控制在11-13Be，第一级溢流浓度一般控制在2.5-4.5Be，第二级溢流浓度一般控制在4-6Be，末级底流浓度21-23Be，（在实际操作中末级底流达不到指标应采取回流）
在以上浓度指标控制中，除0级浓度是上工序（主分离）操作控制外，其他浓度的控制都与实际生产过程的压力和流量有着直接关系。
第二、压力。
旋流器进料压力的高低严重影响着分离效果，压力过高也会影响分离效果。
压力过高，离心力过大使溢流与底流浓度差过大，溢流浓度过低（甚至接近零），这时溢流带走的干物（非淀粉质）减少，而影响分离洗涤效果。
压力过低，离心力小，两相得到很好的分离，而使溢流带走淀粉过高，而底流含杂质（蛋白）过高，而影响淀粉质量，所以在实际操作中，一般控制压力降（进料与溢流之间的压力差）为0.45-0.6Mpa,?
，所以进料压力都要大于0.6Mpa，进料泵的扬程都要在65m以上。
第三，温度。
温度高低直接影响淀粉乳的粘度，温度低粘度大，对分离不利，但温度过高易引起淀粉颗粒膨胀，比重相应减小，甚至淀粉糊化（＞60度），直接影响分离效果，工作温度应控制在40度左右。
第四，洗水。
淀粉乳旋流分离洗涤精制除两相悬浮液的旋流分离作用外，末级进料加入洗涤水，且接逆流方向由溢流逐级加入各级进料，最后从第一级溢流排出，洗涤水对旋流分离精制起着重要作用，所以通常称旋流洗涤精制。
洗涤水是淀粉闭环生产过程中唯一加入的净水，其余各处均可用过程水，只有用净水才能将淀粉乳中的可溶物洗涤彻底，因此，洗水的质量对精制效果至关重要，应当严格控制。
一是洗水中不得含有杂质（净化除砂），二是硬度应低于4（新水软水）；三是温度应保持在40-43度（对软化水加温）；四是洗水中加入少量亚硫酸（不得影响淀粉中SO2含量超标）。
第五，洗涤级数。
淀粉乳洗涤级数与效果成正比，与洗水用量成反比。
级数、效果、洗水用量、产量关系表，图（8）。
一般采用12级，洗水用量：
末级底流干物的2.3倍，此时可溶物去除率可达99.6%。
精制淀粉乳质量标准：
浓度21—23Be’，蛋白质含量≤0.5%（最好≤0.35），可溶物≤0.1%（最好≤0.02%）。
③旋流器的操作注意事项
第一、旋流盘组装时保证密封圈完好无损，“三腔”（底流、溢流、进料）密封良好，防止三腔串料现象发生。
检查单体旋流管内壁光滑无凹痕。
第二、定期应用塞规检查单体旋流管各进出口尺寸变化性况。
对于D=10mm的A型旋流管（洗涤管），底流口能通过2、3mm塞规。
不得通过2.5mm塞数，进料口能通过2.5mm塞数不得通过2.7mm塞数。
对于B型旋流管（末级浓缩管）底流口能通过2.4mm塞数，不能通过2.6mm塞数，进料口能通过2.5mm塞数不能通过2.7塞数。
对于D=10mm单体旋流管溢流管与进料口基本相同，在运行过程中，较差。
第三，停机前必须以水代替料将设备冲洗干净，同时应保持系统充满水，开机进料时，不致发生“水锤”现象。
第四，随时注意运行过程中各级旋流器的温度不能太高。
温度过高，会使淀粉糊化，糊化淀粉将导致生产系统的堵塞。
造成温度过高的原因一是洗水温度高，二是旋流管出现堵塞。
第五，第一级旋流器进料前必须安装旋转过滤器，滤网的孔径不得大于旋流管进料口的1/3（0.8mm）。
同时对滤网进行定期的检查和清理。
第六，旋律洗涤系统应配置必要的工艺控制仪表。
如每级配置压力表、流量计、温度计、浓度测量等。
以下工艺自控方案可探讨。
图没有画
1
第1级进料质量流量传感器
根据设定数值（如11Be）自动控制第2级溢流调节阀
。
2
第1级溢流质量流量传感器
根据设定数值（如进料质量的25%）自动控制第1级溢流调节阀
。
3
末级底流质量流量传感器
根据设定数值（如21Be）自动控制精制乳的排出调节阀
或返回调节阀
。
4
末级底流质量流量传感器
根据设定数值自动控制洗涤水流量调节阀
如：
洗涤水流量是底流干物质量的2-3倍）。
洗涤旋流器的类型与④各级旋流管的配置：
目前国内常用的洗涤旋流器有唅壳型（卧式C型）和XL（立式放射）型。
关于各级旋流管的配置规格也不尽一致。
一下是我国早期（80年代）引进美国C（唅壳）型日加工200吨玉米洗涤旋流器各级参数（见下表）
分析上表可初步找出如下规律：
（一）、各级单体旋流管的处理量并且从前至后随进口压力的逐级提高，单管处理量也逐级增加。
如：
1级232L/h，2级260L/h‥‥‥‥11级290L/h。
（二）、各级旋流器溢流量的变化规律如：
第1级溢流量65%，第2—第11级55%左右，末级（浓缩级）溢流量75%。
（三）、各级旋流器进料浓度逐级提高，如：
第1级11Be’左右，从第2级12.5Be’升至第11级15.5Be’左右，末级进料浓度（洗涤）13.5Be’左右。
（四）、第1级溢流浓度3.5Be’，第2级4.3Be’，从第3级5Be’左右逐级升至第12级10Be’。
（五）、第1—11级底流浓度均在22Be’左右，末级底流浓度23Be’。
（六）、洗水比例为底流干物量的3.5倍，一级溢流干物量比例为0级（主分离底流）进料干物量的25%。
在实际生产中可参照以上规律，可根据要求的处理量确定各级旋流器的旋流管开的数量。
对第1、2级溢流浓度，各级底流浓度进行检测和控制。
对洗涤水用量进行调节控制。
以上是对淀粉分离精制专题的设计分析，供在生产实际中消化、吸收并加以研究改进。
2009年10月29日
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