100t糖化罐的设计Word格式.docx
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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100-12u/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%。
2.课程设计任务
设计年产99.9%谷氨酸33000吨工厂淀粉糖化罐。
3.设计方案的拟定
设定的技术指标:
年产量99.9%以上的谷氨酸33000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。
4.物料衡算
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。
本关细而高,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。
4.1.制糖工序的物料衡算(每吨)
1.淀粉浆及加水量:
1:
1.5,1000kg工业淀粉加水量为
1000×
1.5=1500kg
产淀粉浆量为:
(1+1.5)=2500(kg)
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:
5.糖化酶量,用液体糖化酶:
6.糖化液产量:
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)
由于设计需留一定余量,故按每日处理吨淀粉进行糖化罐设计。
4.2.衡算结果
根据总物料衡算,日投入工业淀粉200t,物料衡算汇总列如下:
工业淀粉200000kg200t
配料水300000kg300t
液化酶1250kg1.25t
CaCl21250kg1.25t
糖化酶1250kg1.25t
珍珠岩920kg0.92t
洗水和蒸汽114800kg114.8t
糖液616400kg616.4t
滤渣3060kg3.06t
5.热量衡算
5.1.液化工序热量衡算
1.粉浆
(1)淀粉浆量
根据物料衡算,日投工业淀粉200t;
连续液化
200/24=8.33(t/h)
粉浆量为
500/24=20.83(t/h)
(2)粉浆干物质浓度:
(200×
85%/500)×
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)=[20830×
3.29×
(90-20)]/(2738-377)=2032(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=[20830×
(100-90)/(2738-419)]=290(kg/h)
要求在20min内使液化液由90℃升至100℃,则蒸汽高峰量为:
290×
60/20=870(kg/h)
以上两项合计,平均量
2032+290=2322(kg/h)
每日用量
2.3×
24=55.2(t/d)
高峰量
2032+870=2902(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=[(20830+2032)×
(100-65)]/[(58.7-20)×
4.18]=16274(kg/h)=390(t/d)
5.2.糖化工序热量衡算
日产30%的糖液616t,即
616/1.113=553(m3)
糖化操作周期48h,其中糖化时间40h,糖化罐150m3,装料112.5m3,需糖化罐(553/112.5)×
(48/40)=5.9,取6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
[22862×
(85-60)]/[(45-20)×
4.18]=17994(kg/h)
式中22862为糖化液量(糖化液+蒸汽冷凝水=20830+2032)
要求在2h把112.5m3糖化液冷却至40℃,高峰用水量为
(17994/22862)×
(112500×
1.113/2)=49276(kg/h)
每日糖化罐同时运转
6×
40/48=5罐
每投(放)料罐次
553/112.5=4.9罐次
每日冷却水用量
17.9×
24=429.6(t/d)
6.水衡算
6.1.糖化工序用水量
1.配料用水量:
日投工业淀粉200t,加水比1:
1.5,
用水量为
200×
1.5=300(t/d)
因连续生产,平均水量=高峰水量为
300/24=12.5(t/h)(用新鲜水)
2.液化液冷却用水量:
平均量=高峰量为
390(t/d)=16.25(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
429.6t/d
平均量
429.6/24=17.9t/h
49t/h
7.设备计算
7.1.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390.160g/L,淀粉干基体积百分含量33.941%。
每日处理淀粉乳体积
500/1.1519=434m3
取装填系数80%
则需调浆槽体积
434/80%=542.5m3
故取200m3调浆槽3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=1.1519kg/m3
则
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。
7.2.液化喷射系统
1.液化喷射器
每小时淀粉浆量
500/24=20.83(t/h)。
HYW—7型喷射液化器处理量为
10t/h(干物质)
30m3/h(液化计)
则数量为2个
选用不锈钢材料。
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
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材料为不锈钢。
4.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=(500×
85%)/(17×
2%)×
103×
4.18×
(110-10)=52.25×
107kJ
故需蒸汽
52.25×
107/2113=247.3×
103kg取250t
由于连续液化即每小时蒸汽量为
250/24=10.4t/h
取蒸汽速度v=30m/s蒸汽比容为0.606m3/kg
蒸汽容积流量
10.4×
107×
0.606=6302m3/h
故
(6302/30)1/2=272.48mm
故选用273×
5材料为不锈钢。
7.3.调酸罐
糖化前采用硫酸来调PH值到4.3—4.5。
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淀粉的液化液体积为550m3,考虑装填系数取为650m3取15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。
选用两档二叶浆式搅拌器45度。
3.4=2.04m
b=0.1d=0.1×
2.04=0.204m
h=60r/min
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/min
7.4.糖化罐
日产30%的糖液616t
即
糖化操作周期48h,其中糖化时间40h,糖化罐体积取150m3,装料比取75%
即112.5m3,需糖化罐(553/112.5)×
1.罐体设计
取
D/H=1/1.5
D=(4V/1.5π)1/3=5.030m
取实际直径D=5100mmH=7650mm
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=8mm
罐体圆筒内表面积和容积
F=πDH=3.14×
5.056×
7.65=121.5m2
V=1/4πD2H=1/4×
3.14×
5.0562×
7.65=153.6m3
2.冷却装置设计
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。
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=3.29kJ/(kg·
K)
取液化液进关时间为30分钟,每小时冷却料液量
153.6×
1.1519×
75%/0.5=265.4kg/h
冷却水的流量为液化液3倍,冷却水的终温
t2=288+265.4×
(100-60)/(265.4×
3×
4.18)
=298.5K
平均温度差
373K—333K298.5K—288K
Δt=58.5℃
冷却面积
冷却水带走热量
Q=265.4×
(100-60)=3.49×
107J/h
K=2000kJ/khm2
Q=KA△t
A=3.49×
107/(2000×
58.5)=298.3(m2)
选择管型
管道环绕半径为
0.8×
5100=4080mm
管道每个螺旋圈数:
18
展开后螺旋长度
18×
4.08=230.6m
冷却管直径
230.6×
3.14Dg=298.3Dg=0.412m
故选择Dg=426mm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。
选用45度直叶浆式搅拌器:
叶径:
5.1=3.06m
叶宽:
3.06=0.306m
转速:
n=30r/min=0.5r/s
功率计算
Re=1.1519×
0.5×
2.542/1.193×
10-3=3.11×
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)。
搅拌器安装
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2.0m
上面搅拌器在液层以下1.7m
两搅拌器相距4.80m
4.搅拌轴设计
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
=23.1cm
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=23.1+23.1×
0.5%+0.8=23.9cm
取直径为240mm
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。
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。
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。
6.传动力装置
传动装置为搅拌系统提供动力
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
选用JO2-71-2(W)型电动机。
7.5.糖化罐的外接管道
1.进料管:
150m3容积糖化罐的填充系数75%,要求30分钟加充料,则流量:
Q=150×
75%/(30×
60)=0.0625m3/s
取流速
V=1.2m/s
则管径
d=(1.273Q/V)1/2=257mm
查《材料与零部件》P123,取Dg=260mm
选φ273×
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
取Dg=260mm
选用φ273×
3.取料管:
仅供取样用。
无特殊要求,选φ273×
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φ273×
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150m3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。
7.6.板框压滤机
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
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- 100 糖化 设计