制糖课程设计汇总.docx
《制糖课程设计汇总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制糖课程设计汇总.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
制糖课程设计汇总
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α—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α-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：
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。
α-淀粉酶加量按10-12单位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Na2CO3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：
13g/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：
1.5
1000kg工业淀粉产淀粉浆量为：
1000×（1+1.5）=2500（kg）
加水量为1500kg
2．淀粉浆干物质浓度：
（1000×85%）/2500×100%=34%
3．液化酶量：
2500×0.25%=6.25（kg）
4．CaCl2量：
2500×0.25%=6.25（kg）
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+15.3-2500-6.25×3-4.6=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：
根据总物料衡算，日投入工业淀粉321t，物料衡算汇总列如下：
工业淀粉1000kg321000kg321t
配料水1500kg481500kg481.5t
液化酶6.25kg2006kg2t
CaCl26.25kg2006kg2t
糖化酶6.25kg2006kg2t
珍珠岩4.6kg1477kg1.5t
洗水和蒸汽574kg184254kg184.3t
糖液3082kg989322kg989.3t
滤渣15.3kg4911.3kg4.9t
（二）液化工序热量衡算
1．粉浆
（1）淀粉浆量Ｇ：
根据物料衡算，日投工业淀粉321ｔ；连续液化，321／２４＝13（ｔ／ｈ）
加水为１：
１．５，粉浆量为：
13000×２．５＝32500（ｋｇ／ｈ）
（2）粉浆干物质浓度：
（13000×８５％／32500）×１００％＝３４％
（3）粉浆比热Ｃ
Ｃ＝Ｃ０Ｘ／１００＋Ｃ水（１００－Ｘ）／１００
Ｃ＝１．５５×３４／１００＋４．１８×（１００－３４）／１００＝３．２９〔kJ／（ｋｇ．Ｋ）〕
（4）蒸汽用量
Ｄ＝〔ＧＣ（ｔ２－ｔ１）〕／（Ｉ－λ）＝〔32500×３．２９×（９０－２０）〕／（２７３８－３７７）＝3170（ｋｇ／ｈ）
2．灭菌用蒸汽量
灭菌时将液化液由９０℃加热至１００℃，在１００℃时的λ为４１９ＫＪ／ｋｇ
Ｄ灭＝〔32500×３．２９×（１００－９０）／（２７３８－４１９）＝461（ＫＪ／ｈ）
要求在２０ｍｉｎ内使液化液由９０℃升至１００℃，则蒸汽高峰量为：
461×６０／２０＝1383（ｋｇ／ｈ）
以上两项合计，平均量3170＋461＝3631（ｋｇ／ｈ）
每日用量1.4×２４＝33.6（ｔ／ｄ）
高峰量3170＋1383＝4553（ｋｇ／ｈ）
3．液化液冷却用水量
使用板式换热器，将物料由１００℃降至６５℃，使用二次水，冷却水进口温度２０℃，出口温度５８．７℃，需冷却水量（Ｗ）：
Ｗ＝〔（32500＋3631）×３．２９×（１００－６５）〕／〔（５８．７－２０）×４．１８〕＝25719（ｋｇ／ｈ）＝617（ｔ／ｄ）
（二）糖化工序热量衡算
日产３０％的糖液267ｔ
即267／１．１１３＝240（ｍ３）
糖化操作周期３０ｈ，其中糖化时间２５ｈ，糖化罐１００ｍ３，装料７５ｍ３，需糖化罐（240／７５）×（３０／２４）＝4，取4台。
使用板式换热器，使糖化液（经灭菌后）由８５℃降至６０℃，用二次水冷却，冷却水进口温度２０℃，出口温度４５℃，平均用水量为：
〔36131×３．２９×（８５－６０）〕／〔（４５－２０）×４．１８〕＝28438（ｋｇ／ｈ）
式中36131为糖化液量（糖化液＋蒸汽冷凝水＝32500＋3631）
要求在２ｈ把７５ｍ３糖化液冷却至４０℃，高峰用水量为：
（28438/36131）×（７５０００×１．１１３／２）＝３２８５０（ｋｇ／ｈ）
每日糖化罐同时运转4×２５／３０＝3.3罐
每投（放）料罐次：
240／７５＝3.2罐次
每日冷却水用量：
２×３２．９×3.3＝217（ｔ／ｄ）
三、水平衡
（一）糖化工序用水量
1．配料用水量：
日投工业淀粉321ｔ，加水比１：
１．５，
用水量为321×１．５＝482（ｔ／ｄ）
因连续生产，平均水量＝高峰水量＝482／２４＝20（ｔ／ｈ）（用新鲜水）
2．液化液冷却用水量：
平均量＝高峰量＝617（ｔ／ｄ）＝25.7（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217ｔ／ｄ
平均量217／２４＝9（ｔ／ｈ）
高峰量32.9（ｔ／ｈ）
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（321×103×103×10-3）/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:
1.5D=（4V/1.5π）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ρ=1.1579kg/m3
P0=Npd5N3ρ=4.8×3.365×4.33×1.1519=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）。
HYW—7型喷射液化器处理量为10t/h（干物质）30m3/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1200×50002个材质A3
层流罐1000×1000010个材质A3
灭酶罐1000×26002个材质A3
（3）淀粉乳进口直径和蒸汽进口直径：
进材料30m3/hr（液化计）
d=18.8（V/v）1/2
d—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/cm2r=2113kJ/kgCp=4.18kJ/kgK
淀粉乳在冬天时为10℃
Q=MsCp△t=（321×85%）/（17×2%）×103×4.18×（110-10）=33.54×107kJ
故需蒸汽33.54×107/2113=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0.606m3/kg
蒸汽容积流量：
6.7×107×0.606=4060m3/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4.3—4.5。
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%=533m3考虑装填系数取为630m3取14个45m3调酸罐。
D=（4V/1.5π）1/3=（4×45/1.5×3.14）1/3=3.36m
取实际直径D=3400mmH=5100mm。
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=2.04m
叶宽：
b=0.1d=0.1×2.04=0.204m
转速h=60r/min1r/s
故Re=end2/u=1.1519×1×2.042/2.23×10-3=2.15×103
A=14+（b/D）[670×（d/D-0.6）0.6+185]
=14+（0.156/2.6）×[670×（1.56/2.6-0.6）0.6+185]
=25.1
B=10[1.3-4[b/D-0.5]2-1.14d/D]=0.694
P=1.1+4（b/D）-2.5（d/D-0.5）2﹣7（b/D）4=1.135
Np=A/Re+B[（103+1.2Re0.66）/（103+3.2Re0.66）]（D/A）（0.35+b/D）sin1.2θ
=9.83kW
选用Y180u—8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=1000m3103/1.159×103=868m3取糖化罐填充系数为80%则需糖化罐容积为868/80%=1085.2m3
故取糖化罐容积为90m3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/1.5π）1/3=4.24m
取实际直径D=4250mmH=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9—19取壁厚δ=22mm
2罐体圆筒内表面积和容积：
F=DH=3.14×4.24×6.4=85.2㎡
V=1/4DH=1/4×3.14×4.242×6.4=90.32m3
（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13℃—21℃,取为15℃。
K总传热系数=1217—2930kJ/hrKm2
料液比热C=3.01kJ/kgK
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/hr
2）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=297.6K
3）平均温度差
373K—333K297.6K—288K
△t=58.9℃
4）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/khm2
Q=KA△t
A=1.45×107/2000×58.9=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=82.6Dg=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
转速:
n=30r/min=0.5r/s
2.功率计算
Re=1.1519×0.5×2.542/1.193×10-3=3.11×103
A=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=25.1
B=10[1.3-44×b/D-0.5]2-1.14b/D]
P=1.1+4（b/D）-2.5（d/D-0.5）2-7（b/D）4=1.135
N=A/Re=B[103+1.2Re0.66]（103+3.2Re0.66）]p（D/A）（0.35+b/D）sin1.2θ=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=3.2m
4.搅拌器设计
查<<化学工程手册>>
轴直径估算公式:
d≥（71620/0.2[T]k）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
则轴径:
d=11.2+11.2×0.5%+0.8=12.0cm
取直径为120mm
5.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GB286—64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（KT—2）。
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：
η=0.94，立式夹壳式联轴器连接效率η=0.98，灌内装滚动轴承，传动效率η=0.97，罐外装两只滑动轴承，传动效率为η=0.98。
故总传动功率为：
N传=N/（0.942×0.982×0.97）=14.73kW
2.选用JO2-71-2（W）型电动机。
（5）糖化罐的外接管道：
1.进料管：
90m3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=0.04m3/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φ219×7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/s
d=（1.273Q/V）1/2=206mm
取Dg=200mm
选用φ219×7的无缝钢管，材料为1G18Ni9Ti。
3.取料管：
仅供取样用。
无特殊要求，选φ219×7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φ219×7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，选用热点耦温度计。
型号为WRK，测量温度范围为0℃-600℃。
温度计的接口应和热点耦温度计紧密配合，接口处的高度距罐底3米，在罐壁上取一小孔，焊接好即可。
（6）保温层的设计：
为了糖化温度维持在60℃-65℃。
罐外需加保温层，查《化工工艺手册》第二册，保温层厚度为100mm，材料选用毡式硅藻土。
（7）人孔，人梯的设计：
糖化罐为90m3大罐，为检修方便，需设人孔或人梯，人孔查《材料与零部件》，选用JB583-64,水平吊盖人孔，公称直径：
Dg=800mm.
人孔由工程单位自行确定。
（8）底座：
根据罐体和装液量的计算，选择25个JB1166-73底座，允许负荷80吨/个。
5.板宽压滤机：
双酶法制糖，淀粉转化率高，吨糖成本低，糖的浓度高，糖的质量高，故推广普及迅速，然而，它的糖化液过滤相当困难，虽然近年来取得了重大的进展和突破，但仍须重视。
影响过滤速度的因素主要有两大物质：
一类为蛋白质，另一类为糊精类（包括不溶性淀粉颗粒及糊精）要想提高糖化过滤速度，在制糖过程中，必须采取措施消除糊精类的存在并且使蛋白质物质凝聚。
选用板式过滤机BMS/Y60/800-25共13台，框内尺寸800×800mm，总过滤面积60m2框内容积745L，框数46，框厚25mm，压紧方式为手动或液压。
6．糖液贮罐
糖液过滤完后，先置糖液贮罐，然后供发酵使用。
取60m33个
7．高位碱罐
取为20m3罐2个1400×1400罐身为普通钢，内衬耐蚀材料。
8．生产中使用的泵
全部选用离心泵，具体型号如下：
80FNB-60不锈钢材质8台
IH80-65-1604台
IH65-50-1604台
设备一览表
序号
设备
规格及型号
材料
数量
1
离心泵
80FNB-60
不锈钢
8
2
离心泵
IH80-65-160
不锈钢
4
3
离心泵
IH65-50-160
不锈钢
4
4
喷射器
HYW-7
不锈钢
2
5
压滤机
板式BMS/Y60/800-25
A3
13
6
调浆罐
5600×8400
A3
5
7
层流罐
1000×10000
A3
10
8
缓冲罐
1200×5000
A3
2
9
灭酶罐
1000×2600
A3
2
10
糖化罐
4250×6400
A3
25
11
糖液贮罐
60m3
A3
升级会员 