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1、 毕业设计（论文）题 目 年产10万吨麦芽糊精厂设计摘要麦芽糊精（也称水溶性糊精，酶法糊精）是一种聚合度介于淀粉和淀粉糖之间的，经控制降解而成为低程度淀粉水解的产品，DE值在20%以下，其产品的英文简称为MD。麦芽糊精的主要成分是糊精和四糖以上的低聚糖，还含有少量的麦芽糖和葡萄糖。麦芽糊精系列产品均以淀粉为原料，其原料来源广泛且非常充足。目前主要以玉米淀粉为原料经酶法工艺控制水解转化而成，是国内近年来市场前景比较好、用途广泛、以及生产规模发展较快的玉米淀粉深加工系列产品之一1。本设计是对年产10万吨麦芽糊精厂的设计：以玉米淀粉为原料，采用一系列先进的生产技术、生产设备及工艺流程加工制成的麦芽糊
2、精。本设计流程是采用双酶法工艺，将淀粉经调浆液化（加氯化钙，加淀粉酶）过滤脱色离交蒸发喷雾干燥，制成DE值为20，水分含量为5%的麦芽糊精。本设计完成了生产工艺流程的确定，物料、热量和水三大平衡的计算，以及设备选型等工艺设计。设计由四部分组成：设计说明书、生产工艺流程图、生产设备平面布局图、重点生产设备装配图。此外，对人员编制和成本及经济效益等进行了初步设计核算。本厂以先进设备及技术为依托，采用自动控制生产工艺，保证了产品的质量优良性和生产的连续性。关键词：麦芽糊精；工厂设计；酶法工艺AbstractMaltodextrin (also known as watersoluble dextri
3、n enzymatic dextrin) is a degree of polymerization between starch and starch sugar, the control of degradation and a low degree of starch hydrolysis products, the DE value of 20%,their products in English referred to as the MD. The main ingredient is maltodextrin, dextrin and sugar more than oligosa
4、ccharides also contain small amounts of maltose and glucose. Maltodextrin series products are starch, its sources of raw materials is extensive and very adequate. Conversion of corn starch as raw materials by controlled hydrolysis of the enzymatic process is the domestic market prospects in recent y
5、ears, a wide range of uses, one of the development of rapid corn starch deep processing of products and production scaleThe design is the design of an annual output of 100,000 tons of malt dextrin plant: corn starch, using a series of advanced production technology, production equipment and technolo
6、gical process of processing made of maltodextrin. The design process is the use of the double enzyme process, starch mixing liquefaction (plus calcium chloride, plus amylase) filter the decolorization Ion Exchange evaporation spray drying, made of by DE value of 20, the moisture content 5% of maltod
7、ext. The design is completed to determine the production process, materials, heat and water three balance calculations, as well as equipment selection, process design. The design consists of four parts: design specifications, production process flow chart, the graphic layout of production equipment,
8、 focusing on production equipment assembly drawings. In addition, staffing and costs, and economic benefits of the preliminary design of accounting. Our advanced equipment and technology as the basis, the use of automatic control of production processes to ensure products of good quality and continu
9、ity of production.Keywords: Maltodextrin; Design; Enzymatic proce目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.1.1 淀粉糖行业的发展11.1.2 麦芽糊精的生产原理、性质、应用及国内外发展现状11.2 设计依据及设计原则41.2.1 设计依据41.2.2 设计原则51.3 设计范围51.4设计选用设备的先进程度及特点51.4.1 液化方法61.4.2 离子交换61.4.3 四效蒸发6第2章 工厂建设技术基础72.1 原料、燃料的来源及产品供销72.2 原材料、辅料及产品规格72.3 厂区概述72.4 供应方案
10、以及自动化程度的说明82.4.1 供热方案82.4.2 供电方案82.4.3 水处理系统92.4.4 控制程度92.5 “三废”处理及综合利用方案92.5.1 废气的处理92.5.2 废水的处理92.5.3 废渣的处理10第3章 工艺设计及论证113.1 酶法生产工艺的合理性113.1.1 酸法113.1.2 酶法113.2 工艺设计基础113.2.1 工艺流程及控制参数113.2.2 产品、副产品产量、去向123.2.3 工艺论证133.3 重点工段设计论证143.3.1 蒸发工艺论证153.3.2 多效蒸发工艺原理153.3.3 真空浓缩系统153.3.4 蒸发流程的确定153.3.5 长
11、管液膜蒸发器的选择163.4 本设计的突出特点17第4章 工艺计算184.1物料衡算184.1.1 调浆工段184.1.2 液化工段194.1.3 过滤204.1.4 精制204.1.5 离子交换214.1.6 蒸发浓缩224.1.7 喷雾干燥224.2 热量衡算224.2.1 蒸发工段224.2.2 喷干工段274.2.3 各工段耗气耗热计算284.3 水平衡计算294.3.1 该工程中所有用水的项目294.3.2 用水量计算30第5章 重点设备结构设计及选型325.1 蒸发罐的结构设计325.1.1 管子的选择与排列325.1.2 各壳体内径确定335.1.3 壳体壁厚的确定与校验335.
12、1.4 管板厚度的确定345.1.5 上下不凝汽排出管355.1.6 冷凝水排出管355.1.7 封头与筒体连接355.1.8 支座355.2 分离器结构设计355.2.1 直径的确定355.2.2 分离器入口矩形尺寸的确定365.1.3 汁汽直径的确定37第6章 人员编制与经济核算386.1 人员配置386.2经济核算396.2.1 产品核算406.2.2 经济核算406.2.3 年利润的计算406.2.4 投资回收期41附录142参考文献43致谢44第1章 绪论1.1 概述1.1.1 淀粉糖行业的发展 淀粉糖行业是发酵工业的一个分支产业，是以淀粉质为原料， 经过不同程度水解的深加工衍生物。
13、它作为甜味剂，主要包括葡萄糖、麦芽糖、高麦芽糖、麦芽糖、果葡糖、麦精糖、各种低聚塘、各种糖醇、麦芽糊精等品种。各种淀粉糖具有不同的甜度和独特的风味，为食品、发酵、制药等工业提供糖源。淀粉糖行业既是传统产业，又是新型的生物科学工程技术产业。随着国民经济的发展， 特别是改革开放以来，酶制剂工业的发展进一步促进了淀粉糖产业结构调整， 淀粉糖新品种迅速涌现升级换代，满足食品工业需求，丰富人民物质生活，淀糖行业呈现良好的发展前景。 淀粉糖行业是高科技生物工程的重要组成部分，是发酵工业制品乃至许多食品的物质基础，是淀粉深加工产量最大的产品。目前，淀粉糖已不仅仅是食糖市场的重要补充元素，而且在改善人民的生活
14、质量、提高生活水平方面也扮演着重要的角色。这使得它的消费领域扩大，消费数量迅速增长，为推动食品工业的迅猛发展和促进以生物科技带动农业发展作出了重要贡献。我国淀粉糖行业从“九五”后期开始迅速发展，随着行业的生产工艺和技术的进步，生产效率和产品质量不断提高，产品成本大幅度下降，市场逐渐扩大。特别是在“十五”、“十一五”期间，淀粉糖工业在规模、品种、产量、生产技术水平等各方面更是步上了一个新的台阶1。就目前而言,淀粉糖工业的发展呈现出企业规模和产业集中度不断提高，产品质量和食品安全水平不断上升，标准建设有序开展，产业竞争力显著增强，重视资源的节约和环境保护，节能减排初见成效，企业品牌效应日渐突出的特
15、点。1.1.2 麦芽糊精的生产原理、性质、应用及国内外发展现状1.1.2.1麦芽糊精的生产原理淀粉是葡萄糖分子的高聚体，有直链淀粉和支链淀粉。淀粉的分子结构中大部分是由-1,4键连接，少量的是由-1,6键连接。淀粉酶的催化水解具有高度的专一性，即水解过程中只能破坏-1,4键不能破坏-1,6键，而且不容易水解麦芽糖和麦芽三糖中的-1,4键，所以二糖、三糖和其它低分子量的多糖，尤其是含有-1,6键的淀粉糖，都在最后的水解产物中1,2。1.1.2.2 麦芽糊精的性质（1）一般性状麦芽糊精粉一般为白色粉末，随水解程度不同有时略带黄色，不甜或微甜，耐温高，无异味，发酵性低，易溶于水，在一定条件下，可以和
16、水形成凝胶，与脂肪有些相似，也能与油混溶，得乳白色分散体系。麦芽糊精的性状与DE值有直接的关系，麦芽糊精的DE值在46时，其糖组份全部是较大分子的糖。DE值在912时，其糖组份含有较少的低分子糖类，含有较多的高分子糖类。因此，此产品无甜味，不易受潮，难以褐变。DE值在1317时，不易受潮，还原糖比例较低，难以褐变。用于食品中，能产生一定的黏度。DE值在1820时，略有甜味，还原糖比利适宜，溶解性良好，在食品中使用不能产生提高黏度的效果2。（2）稳定性麦芽糊精一般通过喷雾干燥而制成成品，从而有利于保藏，提高货架期。在一些应用上，溶解的麦芽糊精要求长期保藏而没有出现任何沉淀。几位研究者研究了DE值
17、与溶液中麦芽糊精稳定性的关系DE值11以上低聚糖的麦芽糊精，在溶液浓度为50%时，会产生沉淀。直链糖DE值至少8或9以上才会发生沉淀。（3）浑浊度淀粉中直链淀粉的比例和淀粉的液化方法都直接影响麦芽糊精溶液的浑浊度。直链淀粉含量高，会表现出老化的趋势，从而促使溶液浑浊度增加。酸制麦芽糊精都比酶制的浑浊，是因为用酸分解淀粉不均匀，麦芽糊精中含有大量的高聚合物分子。但是，不同DE值的麦芽糊精表现出较高差异的浑浊度，因此浑浊度和DE值无任何直接关系2。（4）凝胶特性许多研究者提出，低DE值(DE5)麦牙糊精能形成柔软的、可伸展的、热可逆的凝胶，并且入口即溶，使产品具有类似脂肪的口感，这是麦芽糊精适用于
18、脂肪替代品的关键的物理特性17。麦芽糊精重现类脂肪口感大概是当它形成凝胶的时候，三围网状结构将一定量的水吸收在里面。在溶胶阶段，麦芽糊精与水结合并且膨润，长的螺旋结构被一些短的，无序区干扰。高浓度的双螺旋分子聚集，接着形成结晶域。因此，麦芽糊精中有一大部分平均长度足够长的构成热不可逆胶。（5）总述麦芽糊精系列产品其外观是呈白色的，非结晶状物质, 流动性好，无异味；溶解性能好，有适当的粘性；耐热性强，不褐变；吸湿性小，不结团；即使在浓厚状态使用，也不会掩盖其他原料风味和香味。麦芽糊精的水解程度越高，产品的溶氧性、甜度、吸湿性、渗透性、发酵性、褐变反应及冰点下降越大；而组织性、粘度、色素稳定性、抗
19、结晶性越差3。1.1.2.3 麦芽糊精的应用（1）在食品工业中的应用麦芽糊精的耐高温性和发酵性低，是糖果工业的理想原料。加入到糖果中，能降低糖果的甜度，增进光泽，防止潮解，解决了糖的粘牙现象。麦芽糊精在牛奶中有良好的分散性3，并有吸附作用，使易挥发的物质保存在产品中，是饮料良好的载体、填料，也是碳水化合物的重要来源。添加到速溶可乐和菊花晶中，突出了原有风味，减少了营养损失，增加了稠度，改善了口感。将麦芽糊精、麦芽糖和一种成膜多糖混合，可制成调味料载体，再加柠檬油等调味料，喷雾干燥，即得一种不含抗氧化剂而能在21下稳定一年以上的调味料2。（2）麦芽糊精在造纸工业中的应用麦芽糊精具有较好的流动性及
20、较强的粘合能力，在国外已将其应用于造纸行业中，作为表面的施胶剂和涂料的粘合剂4，国内有的造纸厂将其应用于铜版纸5的生产，用于表面旋胶时，不但吸附在纸面纤维上，同时也向纸内渗透，提高纤维间的粘合力，改善外观及物理性能。用它代替先前的干酪素或聚乙烯醇，可显著降低生产成本和能耗5。（3）日用化工及精细化工行业中的应用在粉状化妆品中作为遮盖剂和吸附剂，对增强皮肤的光泽和弹性，保护皮肤有较好的功效。在牙膏生产上可代替部分CMC，作为增稠剂和稳定剂可改善牙膏的结构。在各种化工溶剂生产上作为填充剂，可提高产品的稳定性，延长货架期6。 （4）医药行业中的应用麦芽糊精具有良好的溶解性和粘结力，复形效果很好，可做
21、片剂和冲剂的赋形剂和填充剂。而且还具有一定的生理功能，在儿童食品中添加，可使可使婴儿肠道内的双歧杆菌活化和增殖，促使儿童消化吸收，有利于婴儿成长和发育7。1.1.2.3 麦芽糊精在国内外的发展现状和展望麦芽糊精具有许多功能性，在食品工业中广泛应用。如麦芽糊精在糖果、麦乳精、果茶、奶粉、冰淇淋、饮料、罐头及其他食品中广泛应用，它是各类食品的填充料和增稠剂8。麦芽糊精无色无味可溶于水， 广泛应用于焙烤、饮料、糖果、调味料、肉制品及冷冻制品等,从而降低产品的甜度、抑制冰晶生长替代脂肪和改变质构等，另外，它还可以作为喷雾助剂或干燥载体等，是市场前景较好且具有高附加值的玉米深加工产品之一。 目前为止，国
22、内有些厂家在生产DE值小于10的麦芽糊精，但是克服不了麦芽糊精回生的现象；另外，还没有对其生产的产品的组分作出更明确的要求，和国外一些同一类别的产品相比，还有很大的差距，因而在产品的生产和应用的方面受到了一定的限制。国际上一些技术先进的公司（如ADM公司）已经开始在我国推广性能优良、受市场欢迎的麦芽糊精，而且对其中的组分已有明确指标。 麦芽糊精的生产工艺一般有酸法、酶法和酸酶法三种方法。酸法是将淀粉调浆后，加入一定量的无机酸(如盐酸) 进行水解，直到DE 值达到20 以内就成为产品。这种产品中会产生一部分分子链较长的糊精，因而过滤会很困难，产品的溶解度低，容易易变混浊或凝聚沉淀，所以工业化生产
23、一般不用这个方法。一般酶法和酸酶法应用较多。酶法是在淀粉调浆后，在淀粉浆中加入一淀粉酶进行水解， 再经过精制而成，可用于生产DE值范围在5一25的产品。酶法又分为一步加酶法和二加酶步法：一步加酶法是指进行一次投酶就完成液化，达到所需要的的DE 值；二加酶步法则是分两次投酶，首先进行喷射液化，再加酶转化从而达到所需要的DE值。其生产工艺不复杂，但其工艺参数却不容易控制。在液化过程中，只要淀粉浆浓度、温度、酸度、和反应时间中任何一个参数条件控制不准，即可以使产品质量发生很大的差异。所以在生产中要必须掌握好工艺要点，控制好工艺参数。国内外采用二步法工艺的比较多，它能使原料淀粉充分水解，提高产品的得率
24、( 一般为75 %一90 % )，产品质量好。酸酶法是将淀粉浆先进行酸水解到DE值在5一12 后，再加入淀粉酶转化到DE值在15一20，经过精制而成。通过这种方法生产的产品和酶法相比，过滤性好、透明度高，不变混浊，但灰分比酶法稍高，生产工序增加,比较繁琐9。目前麦芽糊精的生产仍带有一定的经验性，产品质量并不十分稳定，精确控制产品的DE值和组分分布仍有一定困难。为了满足日益增长的市场需要，提供各种精确控制DE值和分子量分布的高档产品仍是研究的重中之重，因此有必要开发一种高效的可控制的生产工艺，这将是工艺研究的热点。1.2 设计依据及设计原则1.2.1 设计依据本麦芽糊精厂采用工业玉米淀粉为原料，
25、其原料来源广泛而且非常充足。麦芽糊精具有很多优良特性，近年来在食品工业中得到广泛的应用，是理想的食品基础原料，促进了食品工业的发展，供不应求，市场前景良好。根据齐齐哈尔大学食品与生物工程学院教研室下达的毕业生设计任务，综合理论基础知识，采用先进工艺技术而设计，并在原有基础上加以创新和改进，考虑麦芽糊精的良好发展前景，设计年产100，000吨麦芽糊精厂，其主要参数：年产100，000吨麦芽糊精（DE值为20）年生产天数300天原料为工业玉米淀粉（含水量14%）淀粉转化率（商品麦芽糊精/商品淀粉）96%浓缩后水分含量为50%喷雾干燥后含水量5%1.2.2 设计原则本设计拟采用双酶法生产麦芽糊精，设
26、计尽可能按照以下原则进行：选用成熟可行的国内外先进新工艺，努力使本设计达到先进技术水平，生产切实可行、利用率高、节省成本、安全可靠、经济合理。选用国家有关部门批准的设备系列和单机设备。在条件允许的情况下下，提高劳动生产效率，提升产品质量，节约能源消耗，减低成本，进一步提高工厂的机器化、自动化水平。充分利用能源，并提出合理的“三废”处理方案，厂区设计及经济核算10。1.3 设计范围（1）本设计是设计生产能力为年产100，000吨的麦芽糊精厂的设计，设计主要的设计任务为：麦芽糊精厂的工艺设计（工艺流程确定、工艺参数选择），设备选型，物料、水、汽系统的三大平衡计算，并针对重点设备（蒸发罐）做详细的设
27、计。（2）对全厂进行车间总平面布置设计，并对原辅料的来源及综合利用，该排水，电、汽及“三废”治理等公用设施做出合理而且经济的设计。（3）对厂址选择、厂区布置、自动控制、工厂环境、交通运输、人员配置、经济核算和全厂的安全提出合理化建议。1.4 设计选用设备的先进程度及特点本设计以国内外成熟的工艺和设备为依据的，采用酶法生产，酶法是在淀粉调浆后，在淀粉浆中加入-淀粉酶进行水解1，再经过精制而成，可用于生产DE值范围在525 的产品。用二加酶步法：二加酶步法则是分两次投酶，首先进行喷射液化，再加酶转化从而达到所需要的DE值。其生产工艺不复杂，但其工艺参数却不容易控制。在液化过程中，只要淀粉浆浓度、温
28、度、酸度、和反应时间中任何一个参数条件控制不准，即可以使产品质量发生很大的差异。所以在生产中要必须掌握好工艺要点，控制好工艺参数。国内外采用二步法工艺的比较多12，它能使原料淀粉充分水解，提高产品的得率( 一般为75 %一90 % )，产品质量好。另外生产设备投资低，降低了酸法对设备造成的腐蚀。设计中离子交换可以去除盐类及少量的有色物质，进一步提高糖液的纯度和色泽。本设计采用三组离子交换树脂柱串联使用，离子交换柱排列顺序为阳阴阳。采用的两次喷射液化的方法，这一新型工艺的主要优点是蛋白质絮凝效果好，以便于料液的过滤。另外，采用了四效逆流真空降膜蒸发浓缩，在此过程中降低了蒸汽的消耗量，节省了能源,
29、而且达到高效浓缩的目的。1.4.1 液化方法淀粉乳液化效果的好坏，直接影响到淀粉乳的下一工序的完成的质量，从而影响到产品的质量和得率。喷射液化法液化效果好，蛋白质类杂质絮凝好13、液化液的过滤性好、杂质少。因此，本设计也采用了喷射法，且用二次喷射，保证了连续性生产。1.4.2 离子交换离子交换的作用是除去有色的离子，进一步提高糖液的纯度和色泽14，从而提高麦芽糊精的颜色和品质。本设计采用的是三组离子交换树脂柱串联使用，为离交柱的再生，生产和应急提供条件。离子交换树脂排列顺序为阳阴阳，降低电导率调节pH值。1.4.3 四效蒸发蒸发器设备是食品工厂生产过程主要设备之一，它利用真空蒸发或机械分离等方
30、法来实现，目前多采用真空蒸发方法，加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以增大15，防止物料外喷，可以利用压强较低的蒸汽作为加热蒸汽，采用逆向降膜式蒸发器，防止料液焦糊和营养物质的损失。由于糖液属于热敏性物料，其生产过程对时间、温度有严格要求，要在低温短时条件下进行，故采用真空逆流降膜式蒸发器16。第2章 工厂建设技术基础2.1 原料、燃料的来源及产品供销由于工厂位于东北玉米主产区，玉米资源丰富，可以提供大量的原料。燃料以煤为主，齐齐哈尔附近有丰富的煤矿，可为该厂提供大量的燃料。此地交通便利，供电条件良好，地域优越，便于“三废”的处理。又因本地附近麦芽糊精的市场需求量大，并且周围有很多大型食品厂，所
31、以产品的销路较好。2.2 原材料、辅料及产品规格本设计生产需要的原料、辅料及得到的产品规格列表21所示。表21 原料、辅料及得到的产品规格类别名称项目规格原料淀粉乳浓度18B总蛋白（%）0.350.40可溶蛋白（%）0.020.026脂肪（%）0.10.15灰分（%）0.10.15辅 料氢氧化钠浓度10%盐酸浓度10%碳酸钠浓度10%氯化钙浓度10%a淀粉酶加入量0.6kg/t干淀粉产 品麦芽糊精浓度95%DE18pH4.56.5感官浅黄色无定形粉末，无肉眼可见杂质2.3 厂区概述厂址的选择应符合国家方针政策，生产条件，经济核算。它直接影响工农关系，城乡关系，并影响基建速度，投资费用以及投产后
32、生产成本等。同时也影响职工的劳动环境，厂区的卫生条件，产品的质量等。厂址选择应遵循以下原则10：（1）厂址应符合国家工业布局，城市或地区的规划要求。（2）节约用地，少用农地，原料来源充足。（3）水源和排水：必须有充足的水源，且水质要求必须符合饮用水的标准。地形和地势应符合环保法，不得危害农副生产。（4）靠近原料产地中心，原料来源充足，选择厂址时要对原料玉米产量进行调查。（5）交通运输便利，与各种辅料产地中心较近，产品有很好的销售市场。（6）供电条件良好、方便。（7）地势应基本平坦，如有坡地，则产区应按不同标高建筑标注，以尽量减少土地用量，厂区标高应高出通常的洪水位。厂址不应选在矿山、下沉、淤泥
33、和流沙地区。厂址有一定的耐力，在地震区建厂要考虑相应的抗震措施。（8）注意“三废”的处理及综合利用。（9）厂址所在地应尽可能具有较好的协作条件，能协调解决包装材料的加工，运输，设备维修及技术培训等工作。综上，厂址选在齐齐哈尔市龙沙区的郊区。2.4 供应方案以及自动化程度的说明2.4.1 供热方案麦芽糊精厂蒸汽消耗量较大，故本厂供热自设蒸汽炉。本设计采用四效逆流降膜式真空浓缩设备，蒸汽消耗较大，根据计算结果可知每日用蒸气量为380t，所以选用日生产能力为100吨蒸汽的锅炉4个。2.4.2 供电方案工厂的供电是电力系统的一个组成部分，必须符合电力系统的要求，如按电力负荷分级供电。工厂的供电系统必须
34、满足工厂生产需要，报证高质量的用电，必须考虑电路的合理利用与节约，供电系统的安全与经济运行，施工与维修方便。本设计为中型的麦芽糊精厂，耗电量大，可以考虑从地方供电，如果经济情况允许则可以考虑建设电站以避免供电不足所带来的损失。具体方案10如下：（1）整体供电范围包括：全厂的变配电工程，厂区供电外线供电工程，车间内设备配电系统，厂区及室内照明供电，自动控制电器及仪表供电等。（2）麦芽糊精厂生产随季节变化不大，用电负荷波动小，但也需设置2台变压器供电，以防止出现紧急情况。（3）随着工厂机械化水平不断提高，用点设备的增加，要求变配电设施的容量要有一定的余地。（4）采用双电源供电，避免意外停电（供电不
35、稳定地区）时候导致的原料腐败和变质，减少不必要的浪费。（5）为了减少电能消耗和改善供电质量，厂内变电所应接近或毗邻负荷高集中部门。（6）供电管线及电气设备应采取防潮措施，防止发生事故。2.4.3 水处理系统麦芽糊精厂作为食品工厂，必须考虑食品安全等方面的问题，用水是其关键因素，所以本设计采用经多介质过滤后的地下水作为用水的主要来源。水处理主要包括：取水及净化工程、厂区及生活区的给排水网、车间内外给排水管网、室内卫生工程、冷却循环水系统和消防系统等。2.4.4 控制程度为了保证生产能够正常运行，故关键步骤如喷射液化等工序，采取设置气动自动阀门。有OCC工作人员实时监控，其自动化程度设计的目的在于
36、节省人力，力求提高生产效率和产品质量。其控制的变量有：温度、压力、流量、液位、pH值、密度以及电导率等。2.5 “三废”处理及综合利用方案所谓“三废”，即废气、废水、废渣。其处理方案如下：2.5.1 废气的处理四效工序会产生不凝气体，供热系统以煤为燃料，会释放CO2、SO2等气体和一些有害烟尘，这些气体会对环境造成污染，所以就应该对这些废气进行处理，达到国家要求标准后再排放到大气中。2.5.2 废水的处理本工厂的废水成分主要有离子交换洗涤树脂的废酸、废碱，可采用A/O污水处理技术进行处理。另外，糖化罐、板框、喷射器等设备的洗涤用水中会含有少量的糖和可溶性蛋白等，使污水的BOD值超标，为避免这种
37、情况，这些洗涤用水要先经过厌氧发酵，使BOD值低于国家标准后再排放。为了满足需求就应该建设污水处理设施来解决污水问题。同时在生产过程中，要注意水循环利用，节约用水，降低生产成本，达到最高的利用率。2.5.3 废渣的处理脱色工序所使用的活性炭在用完以后一部分被再次利用作为一脱的旧炭，但是在被再次利用以后则就成为废渣。这些活性炭废渣还可以作为燃料来使用，所以就可以将这些活性炭作为供热工序的燃料来循环使用，过滤工段所过滤掉的絮凝蛋白可以作为饲料销售。第3章 工艺设计及论证3.1 酶法生产工艺的合理性麦芽糊精是利用含淀粉的粮食、薯类等为原料，经过酸法、酶法制取的淀粉糖，这两种方法得到的产品主要差别如下
38、。3.1.1 酸法在酸的作用下，使淀粉水解，此方法带有副反应，产生一些不可降解的糖及其它一系列的有色物质，同时灰份高，糖液转化率低，副产物多，糖液浓度低，增加精制困难，而且生产的糖液质量差。糖化葡萄糖值低于酶法，液化生成的糊精结构与酶法不同，不利于和糖化酶分子结合，影响糖化效率。酸法的弱点还有在高温下糖会分解、焦糖化，同时在淀粉转化成单糖的同时， 还发生单糖的回聚，生成低聚糖，因而酸法工艺的转化率很低，不仅浪费原料， 而且降低糖液纯度，增加后段工序的难度。3.1.2 酶法国外酶水解理论研究的新发展，促使淀粉酶法水解取得重大突破，即采用酶使淀粉液化。利用液化酶使糊化淀粉水解成低聚糖，大大降低料液
39、粘度，提高料液流动性。酶法得到的产品最理想，液化彻底，且反应条件温和，糖液纯度高，颜色纯正，外观透明，无色素和副产品产生，质量好，更适于工业生产1,2。现在的酶有较强的选择性，淀粉酶只对淀粉作用，而对蛋白质不起作用。 不像酸，无选择性。淀粉中的蛋白质绝大部分是醇溶性的谷蛋白，在糖化过程不会溶解。而且在喷射液化过程分散在糊精液中的蛋白质，会在二级喷射灭酶时，被凝结成固体，因此给后面的过滤等工序带来了方便，所以本设计采用酶法。3.2 工艺设计基础3.2.1 工艺流程及控制参数本设计生产工艺流程为：调浆液化过滤脱色离交蒸发喷干各工段的主要参数如表31所示。表31各工艺参数名称或工段参数淀 粉商品淀粉
40、，含水14%调 浆pH 5.56.0，淀乳浓度32%（18B），用4550的去离子水或电导率为10s/cm以下温水，充分搅拌30min后加耐高温淀粉酶加0.6/t干淀粉、氯化钙和纯碱搅拌15min液 化一次喷射：温度105，喷射压力4.0kgf/cm2层流液化：9598，高温维持 2030min，液化流量：1220m3/h二次喷射：温度125闪蒸至95，pH5.55.8冷却至80除渣过滤透光率80%，温度小于80一次脱色透光率85%，温度小于80，加碳量5kg/t干淀粉二次脱色温度7580，pH4.85.0，加碳量5kg/t干淀粉，透光率95%冷 却t60离子交换进料浓度27%左右，t60，出
41、料电导率100s/cm出料pH 5.06.0，透光率98%四效真空降膜浓缩pH 4.66.0 出料浓度（501）%，浓度50%麦芽糊精水分含量5%3.2.2 产品、副产品产量、去向本设计生产高麦芽糖浆，还有其它副产物如絮凝下来的蛋白质等，其产量如表32。表32 产品、副产品名称、产量和去向（万吨/年）序号名称产量去向1麦芽糊精10粘合剂、稳定剂等2蛋白质 饲料3废碳 燃料3.2.3 工艺论证3.2.3.1 调浆工序生产麦芽糊精的原料是从其他公司采购的精制淀粉乳，然后直接打到淀粉乳罐内。影响淀粉酶催化活力的主要因素有：淀粉乳的浓度、淀粉乳的pH值、水解的温度、和钙离子浓度。操作时，用15的甜水（
42、来自离交洗水回收）进行调浆，然后用板框将淀粉乳升温到50后使淀粉结晶区充分溶胀，便于糊化，用Na2CO3溶液将pH值调到5.56.0，这是淀粉酶的最适pH值。钙离子对-淀粉酶的热稳定性有明显的增大作用，实践证明，如采用耐高温的-淀粉酶，钙离子含量只需50ppm，即可起到保护淀粉酶活化的作用。3.2.3.2 液化工序液化的目的是通过淀粉酶的作用，将淀粉分解为糊精。要求液化液不粘稠，表面不结皮，具有良好的流动性和过滤性，用碘液检查不应有蓝色反应，DE值达到规定标准。调浆后的物料经搅拌均匀，去喷射器进行喷射液化。液化喷射采用两次喷射，此法的优点是液化效果好，蛋白质类杂质的凝结好，糖液的过滤性质好，适
43、于连续操作1,2。一次喷射：切断1,4糖苷键，使淀粉链变短。进料时压力为0.5kpa 保压10 min，物料温度达到105，此时淀粉乳的浓度为1720B。一次喷射的目的：蛋白质絮凝效果好，防止淀粉颗粒产生，防止老化，同时避免一些小分子物质生成。其要点是蒸汽直接喷射进入淀粉乳薄层，使淀粉乳液化，蒸汽喷射产生的湍流使淀粉乳受热均匀而且速度快，淀粉酶开始对淀粉乳起作用，粘度降低较快，然后进入层流液化罐保温液化。二次喷射：在一次喷射结束后层流保温温度为9798，保温时间为90120min，彻底水解到要求的 DE值。二次喷射温度是125，保压时间为5min。目的是把耐高温淀粉酶彻底杀死，进一步凝固蛋白质
44、，同时使淀粉分散，便于进行下道工序。3.2.3.3 过滤工序液化后，淀粉水解成可溶性糊精，玉米中所含的蛋白质、脂肪及其它不溶性杂质絮凝成渣，必须除去这些以便得到澄清的物料。过滤时，要求减少残液量，使滤渣压缩成饼状。滤液应该澄清透明，不显浑浊。所得滤液要及时浓缩，以防发酵变质。同时滤液也要及时会收用于调浆。采用板框过滤除渣，使用时，先将板框和滤布压紧，开离心机将滤液打入压滤机。糖液在滤框内，沿板上的沟槽流下，从下端口流出，而杂质形成滤饼，滤饼充满框后结束过滤。用压缩空气将剩余的糖液顶出，除去蛋白质及杂质后的料液经泵送入下道工序。3.2.3.4 脱色工序过滤后的料液必须除去其中的色素，料液通过换热
45、器加热后进入脱色罐，同时加入活性炭吸附色素，活性炭脱色是物理吸附作用，是将有色的各种物质吸附在表面，从而达到脱色的目的。活性炭还可以吸附少数无机盐，以降低糖化液的灰分含量。采用板框过滤机进行两次脱色，从而得到无色透明的液体。料液再经过换热器降温后进入离交罐。其过程分一次脱色和二次脱色，其中一次脱色加旧碳0.5%，二次脱色加新碳0.5%。3.2.3.5 离子交换工序经过脱色的糖液中还含有很多有色离子，而且电导率也远远超出了标注，物料进入离子交换器时温度不超过60，其过程中电导率不超过30/cm3，此交换柱由三组“阳阴阳”离子柱串联而成。料液通过离子交换柱，将糖液的阴阳离子与离交柱内阴阳树脂所携带
46、的OH离子和H+离子进行交换，以实现除去糖化液中阴阳离子和有机杂质，通过调节柱，达到调整pH值的目的。离子交换交换结束后，糖液透光率98%。3.2.3.6 四效蒸发工序麦芽糊精含水量低于5%，喷干工序无法将含水量太高的物料直接喷干，所以在喷干工序前需要去除物料中的大量水分，为了得到合乎要求的产品，离子交换后无色透明的稀糖浆须进行浓缩。由于糖液属于热敏性物料，其生产过程对时间、温度有严格要求，要在低温短时条件下进行，并且要求最终产品糖浆符合国家质量标准，本次设计采用真空降膜浓缩设备。为节省能源，有效利用蒸汽采用多效蒸发，本设计选择四效逆流降膜蒸发器，各效传热面积156m2。进入蒸发器的稀糖浆液含干物为27.48%，物料温度为60，被浓缩到含干物（501）%，浓缩后糖浆输送至喷干工段。蒸发冷凝液分别送至凝
