杨高淼10万吨果葡糖浆厂的设计定稿.doc

1、齐齐哈尔大学毕业设计（论文）I摘 要果葡糖浆也称高果糖浆（High Fructose Syrup）或异构糖浆，是以酶法糖化淀粉所得的糖化液经葡萄糖异构酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖糖浆。果葡糖浆最大优点在于含相当的数量 42%90%的果糖，因而在甜味特性上与其他甜味剂共同使用，具有很好的协同增效作用，不仅可改善食品与饮料的口感，还可以减少苦味和怪味。果葡糖浆与蔗糖结合使用，可使其甜度增加 20%30%，而且甜味丰满、风味更好。果葡糖浆与甜蜜素、糖精等也有增效作用。果葡糖浆的主要成分和性质接近于天然果汁，具有水果清香，味觉甜度比蔗糖浓，且有清凉感。与

2、蔗糖和甜菜糖比较，果葡糖浆具有溶解度高、易发酵、化学稳定性和热稳定性好、渗透压大、吸潮性和保湿性强等优点。在饮料等食品生产中有取代蔗糖的趋势，作为食品饮料基料的新型食糖果葡糖浆越来越被人们认可和重视。本论文是设计年产 100000 吨果葡糖浆厂。以玉米淀粉为原料，本设计流程是采用双酶法工艺，其流程为原料液化糖化脱色离交蒸发异构脱色离交蒸发，制成固形物含量为 74%的 F-42 型的果葡糖浆。本设计由四大部分构成：设计说明书 、工艺流程图、重点设备装配图以及生产车间设备布置图。论文完成了工艺流程的选定，物料、热量和水的平衡计算，设备选型等的工艺设计，同时对人员配备和三废处理提出合理的建议。关键词

3、：果葡糖浆；酶法工艺；工厂设计；蒸发浓缩齐齐哈尔大学毕业设计（论文）IIAbstractFructose Syrup also called High Fructose Syrup or heterogeneous Syrup，it is enzymatic saccharification starch by glucose isomerase part of glucose, fructose it is a mixture of sugar syrup. Fructose syrup biggest advantage is that contain a considerable num

4、ber 42 percent to 90 percent of fructose, thus in the sweet characteristic with other sweeteners on common use, and with advantageous synergistic effect, which can improve the taste of food and beverage, reduce the bitter taste and smell. Fructose syrup and sucrose use together, can make it sweetnes

5、s increased by 20% 30%. Fructose syrup and sweet element, cyclamates also have synergic. Fructose syrup near the main composition and properties of natural fruit juice, with fruit flavours. Flavour feeling, taste sweetness, and sucrose thicker than cool and refreshing feeling. Compared with sugar an

6、d beet sugar, fructose syrup is high, easy to ferment, solubility of chemical stability and good thermal stability, big osmotic pressure, moisture absorption and moisturizing strong sexual advantages. In beverages food production has replaced the trend of sucrose, as food and beverage makings of new

7、 it food candy grape syrup more and more recognized by people and attention, especially “synergistic, cold sweet and refreshing“ features, highly popular drink factory.This design is an annual output of 90,000 tons of syrup plant design. Corn starch as raw material, the design process is a double en

8、zyme technique,the starch liquefaction saccharificationdecolorization Ion exchangeevaporationheterogeneous decolorizationIon exchangeevaporation.Made of solid content of 74% of the F-42 type of fructose syrup. The design consists of three major parts: design manual, flow chart key equipment assembly

9、 drawing and workshop equipment layout. Completed the selection process, materials, heat and water balance calculation, equipment selection and other process design. At the same time for personnel and “three wastes“ treatment puts forward reasonable Suggestions.Keywords: HFCS；Enzymatic Technology；Pl

10、ant design；Evaporation concentration.齐齐哈尔大学毕业设计（论文）3目 录摘 要 .IAbstract.II第 1章 绪论 .61.1 概述 .61.1.1 国内外发展现状 .61.1.2 果葡糖浆的应用 .71.2 设计依据及指导思想 .71.2.1 设计依据 .71.2.2 设计指导思想 .71.3 设计内容及产品要求 .81.3.1 设计内容 .81.3.2 产品要求 .81.4 工艺特点及节能措施 .81.5 酶法生产工艺的论证 .81.5.1 液化方法的选择 .81.5.2 液化用酶的选择 .101.6 厂址概述 .101.7 原材料、辅料及产品规

11、格 .101.8 原材料、辅料及燃料的来源 .111.9 供应方案及自动化程度的说明 .111.9.1 供热方案 .111.9.2 供电方案 .111.9.3 给水方案 .111.9.4 自动化控制 .11第 2章 设计与论证 .122.1 工艺流程 .122.2 工艺要点 .132.2.1 调浆与液化 .132.2.2 糖化 .13齐齐哈尔大学毕业设计（论文）42.2.3 离子交换 .142.2.4 真空浓缩（葡萄糖浆） .142.2.5 异构化 .142.3 重点工段论证 .152.3.1 蒸发器效数确定与论证 .152.3.2 物料及蒸汽流向的确定与论证 .152.3.3 浓缩系统的主要

12、特点 .162.3.4 真空系统的确定 .16第 3章 设计计算 .173.1 物料平衡计算 .173.1.1 调乳 .173.1.2 一次喷射 .183.1.3 二次喷射 .183.1.4 一次闪蒸 .193.1.5 液化 .193.1.6 二次闪蒸 .193.1.7 糖化工段 .203.1.8 灭酶 .203.1.9 一脱工段 .213.1.10 一次过滤 .213.1.11 二脱 .213.1.12 二次过滤 .223.1.13 离子交换工段 .223.1.14 一次浓缩 .233.1.15 异构化工段 .233.1.16 一脱 .233.1.17 一次过滤 .243.1.18 二脱 .

13、243.1.19 二次过滤 .253.1.20 离子交换工段 .253.1.21 蒸发工段 .263.2 热量平衡计算 .273.2.1 调乳段热量衡算 .273.2.2 一次喷射热量衡算 .273.2.3 二次喷射所需蒸汽量 .27齐齐哈尔大学毕业设计（论文）53.2.4 灭酶段热量衡算 .283.2.5 蒸发工段 .283.2.6 异构后加热 .373.2.7 二次浓缩 .373.3 水平衡计算 .433.3.1 用水项目 .433.3.2 供水项目 .433.3.3 各种水量计算 .433.4 设备选型 .453.4.1 蒸发罐的结构设计 .453.4.2 其它设备计算 .48第 4章

14、人员配备及经济核算 .524.1 人员配置 .524.2 经济核算 .534.2.1 年消耗费用 .544.2.2 月利润的计算 .544.2.3 投资的回收 .55第 5章 三废处理方案 .565.1 废气的处理 .565.2 废水的处理 .565.3 废渣的处理 .56参考文献 .57附录 .58致 谢 .60齐齐哈尔大学毕业设计（论文）6第 1 章 绪论1.1 概述果葡糖浆也称高果糖浆或异构糖浆，是以酶法糖化淀粉所得的糖化液经葡萄糖异构酶的异构化作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖，是葡萄糖和果糖组成的一种混合糖糖浆。果葡糖浆无色无臭，常温下流动性好，使用方便 1。1.1.1 国内外发展现

15、状第一代果葡糖浆的研制生产开始于以淀粉作原料，50 年代发现葡萄搪经碱 （ 、KOH、pH10）转化可制成 1520%的果糖。1957 年美国玉米产品OHNa公司的 Marshll 和 Koor 开始研究用异构酶使葡萄糖异构成果糖并取得进展。1964 年中国发现了链霉菌葡萄糖异构酶的存在 2。1965 年日本微生物工业研究所高崎义幸发现了适用于工业生产的异构酶，后来该技术转让给美国克林顿玉米公司，该公司于 1972 年开始生产含果糖 15%的果葡搪浆，1969 年开始推出含 42%的果葡糖浆。第二、三代果葡糖浆的研究工作从 60 年代就发展起来，到 1980 年左右已开始了大型的工业化生产。第

16、二 、三代果葡糖浆的生产技术一般是通过第一代果葡糖浆进行组分分离，提高糖份组成中的果糖含量。果糖组成提高至55%为第二代，提高至 90%为第三代。因此第二 、三代果葡糖浆的发展是联系在一起的。其工艺流程如下：淀粉液化糖化过滤脱色离子交换浓缩异构化脱色过滤离子交换除味浓缩贮罐包装(槽车或桶装)。我国对于第一代果葡塘浆的研究开始于 60 年代从研制果葡搪浆开始至今已有 40 余年， 70 年代初有些省市曾出现过一次果葡塘浆热,但由于条件不具备匆忙上马,结果大部分都下了马。目前，全国大约有 20 多个这样的果葡糖浆生产车间/ 厂( 包括一些引进的项目)。他们多以玉米淀粉为原料。可是，这种工艺所用的酶

17、制剂价格高、生产成本高而且产量很小、多数不足万吨/年，再加上其他各种原因，果葡糖浆生产厂家这些年来关门倒闭了不少，就连当年首条全部引进进口设备的长沙果糖厂也由于开工太足而倒闭。虽然如此，面对着果葡糖浆广阔的前景，国内还是有很多厂商在上此项目，最近十年至少已引进 3 条进口的果葡糖浆生产线，包括广州双桥 3。目前我国的果葡糖浆产能已达数十万吨以上，在北方有号称目前国内规模最大的年产 10 万吨果葡糖浆的山东保龄宝，齐齐哈尔大学毕业设计（论文）7在华东地区万吨以上的厂家有上海嘉吉、安徽蚌埠，在华南地区有广州双桥等厂家等。国内果葡糖浆的市场产品目前以 F-42 为主、 F-55 为辅，F-90 和结

18、晶果糖较少见。F-42 多用于生产调味品、冰淇淋、糕点等食品，如味可美等厂家利用其渗透压高能抑制食品表面细菌生长的特性来生产果酱、果脯、蜜饯、水果罐头；如伊利等一些冷冻食品厂利用其抗结晶性好的特点用于生产冰棒、冰淇淋等冷冻食品；如皇威等糕。点食品厂利用果葡糖浆保湿性好的特点用于蛋糕、夹心面包等糕点食品。自从 1981 美可口可乐用果葡糖浆替代砂糖后，饮料工业已是果葡糖浆在国内主要消费领域。产品以 F-42 为主、F-55 为辅，利用果葡糖浆协同增效、冷甜爽口，风味好的特性替代部分蔗糖生产出的碳酸饮料、果汁饮料、茶饮料、果冻等软饮料，具有口感清润爽口、透明度好、没有浑浊、无异味、风味好等优点。此

19、外果葡糖浆还可作为化工原料 4。1.1.2 果葡糖浆的应用由于果葡糖浆的甜度与蔗糖相当，又有多种优良特性，因此应用领域比蔗糖更为广泛：在食品工业和保健食品上广为应用，家庭调味品、医药工业、日用化工等方面均有所应用。果葡糖浆有冷甜性、溶解度高、抗结晶性好、保湿性好、渗透压大、发酵性能好等多种特性，糖类物质(包括大量食进的淀粉)被人体吸收的形式是葡萄糖，蔗糖为双糖，食用后需经转化成果糖和葡萄糖方可被吸收，而如食用果葡糖浆，其中的果糖、葡萄糖可直接被吸收，这对老、弱、病、孕、婴是很为有利的。由此可见果葡糖浆的广泛用途 5。1.2 设计依据及指导思想1.2.1 设计依据根据齐齐哈尔大学食品与学院食品教

20、研室下达的毕业设计任务书，结合果葡糖浆有着良好的前景,目前市场上的需求量非常高,故进行本次设计，同时在毕业实习的基础上，参照有关的糖厂数据、经验和设备，结合实际情况，采用先进技术而进行本次设计。1.2.2 设计指导思想（1）本设计拟用国内外已经成熟的、切实可行的双酶法生产新工艺，以生产可行、经济合理、提高工厂的经济效益为主要目标而进行设计。（2）为使工厂设备达到标准化、自动化，尽量选用国家有关部门批准的设齐齐哈尔大学毕业设计（论文）8备系列和单机设备。（3）在各方面允许的条件下，提高劳动生产率及产品质量，保证安全生产，节约能源、降低成本，进一步提高工厂的机械自动化水平，改善操作条件。（4）提出

21、“三废”的合理处理方案。1.3 设计内容及产品要求1.3.1 设计内容 本设计为年产量 100，000 吨果葡糖浆厂的设计。主要的设计任务包括：果葡糖浆厂的工艺流程的确定及工艺参数的选择，工艺设计、重点工段（蒸发工段）的设计和论证、三大平衡计算（物料、热量、水） 、设备选型及蒸发罐设计计算。1.3.2 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：25351.4 工艺特点及节能措施本设计中采用了两次喷射液化的方法，这一新型工艺的主要优点是蛋白质

22、絮凝得好，便于料液的过滤。另外，采用了四效蒸发浓缩，该工艺在蒸发过程中降低了蒸汽消耗量，在此基础上达到高效浓缩的目的。1.5 酶法生产工艺的论证1.5.1 液化方法的选择淀粉转化为糖的方法有：酸法，酸酶法，酶法。虽然这几种方法各有其优齐齐哈尔大学毕业设计（论文）9点，但是酶法条件温和，副产物少，产品纯度高，设备投资低，液化质量好，原料利用率高，一般比酸法糖化 DE 值提高 68%，因此采用酶法糖化可以节约粮食，经济效益和社会效益可观 6。（1）碱法用碱溶液能使葡萄糖异构成果糖,但是转化率较低，并且需采用较高的反应温度才能使碱性催化效果变大，糖损失较多，同时异构转化在制备系统中还存在着其他中间反

23、应。在现实生产中，高温高糖度下是很难做到在短时内将反应温度控制在要求之内，这种方法在工业上没有实用价值，任何糖类在高 pH 和高温度下，副产物增多、颜色加深、分纯难度曾大，因此整个生产不经济，只作为教科书上制备新糖的经典反应。（2）酸法是在酸的作用下，使淀粉水解，传统酸法水解工艺存在多方面的缺点：需要耐酸而且耐压的设备；需要精制淀粉为原料；淀粉投料的质量分数较低，仅为 20%左右；水解后必须中和，色泽深，精制费用大；淀粉转化为葡萄糖的收率低，不超过 90%；水解过程中，由于葡萄糖的逆聚合反应而生成较多带苦味的低聚糖，葡萄糖必须用结晶法精制才能将苦味去除；久贮后还因生成氧化甲基糖醛而转变成褐色等

24、。因此，这种传统工艺逐渐被新兴的酶法技术替代。（3）酶法可在常温常压和温和酸度下，高效地进行催化反应，简化了设备，改善了劳动条件和降低了成本；酶催化所需的活化能极低，催化效率远比无机酸高，a-淀粉酶与糖化酶共同作用于淀粉，得到的葡萄糖液 DE 值达 98%以上；酶水解具有专一性，制得产品的纯度高；酶本身是蛋白质，无毒，对酸碱度极为敏感，故可简单地采用调节酸碱度、改变反应温度或添加抑制剂等方法来控制反应的进行；酶的来源广泛，许多动植物和微生物都可作为某些酶的原料；酶可以回收，重复利用 7。虽然这几种方法各有其特点，但是酶法生产条件温和，副产物少，产品纯度较高，设备投资低，料液蛋白絮凝好，清亮透明

25、，原料利用率高，一般 DE值可达 98%以上，因此采用酶法糖化可以节约粮食，经济效益和社会效益可观8。液化方法选择的原则是获得最佳液化效果和糖化结果。玉米淀粉中含蛋白质比较多，液化时易产生不溶性淀粉颗粒，结合玉米淀粉的性质及以上三种液化方法，综合考虑本次设计选用的是二次加酶喷射液化法 9。首先，酶法液化选取喷射液化有如下优点：喷射液化在密封的容器内部进行，密封好操作安全性高；因为喷射液化在密闭容器内进行，故液化的温度不易降低，可保证耐高温 a-淀粉酶在最佳温度下进行液化；由于喷射液化在密闭齐齐哈尔大学毕业设计（论文）10的容器内进行，故可以节约蒸汽，有较好的保温性，与半连续液化法相比，节约用煤

26、 15%左右，a-蛋白质絮凝好糖化液过滤性能提高。其次，相比酸液化法，酶法不会发生葡萄糖的复合分解反应、不会生成有色物及复合糖类，从而提高了淀粉的转化率及糖液的品质 10。1.5.2 液化用酶的选择选取耐高温 a-淀粉酶与中温 a-淀粉酶进行比较，在高温下喷射液化耐高温a-淀粉酶蛋白质絮凝效果好，不易产生不溶性淀粉颗粒，不易发生老化现象，液化液清亮、透明；并且在高温下喷射液化时还可阻止小分子（如麦芽二糖、三糖等）前体物质的生成，对提高葡萄糖的收率很有利，同时用耐高温 a-淀粉酶成本比用中温酶低。根据资料及一些实践经验，玉米、小麦等淀粉质量差（蛋白质含量大于 0.6%10%）加上此类淀粉易老化，易产生“不溶性淀粉颗粒”，因此选用两次加酶工艺更为有利 11。1.6 厂址概述本厂距远离居民区，厂房坐北朝南，采光性好，在厂区周边城市有淀粉合作厂家，淀粉来源充足，并且，该厂地理位置交通便利，厂址选择符合国家卫生、防火部门的各项要求，即在城镇河流的下游，居民生活区的下风向，对居民生活没有影响。1.7 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 1-1 所示。表 1-1 原料、辅料及得到的产品规格类别 名称 项目 规格原料 淀粉乳浓度总蛋白（%）可溶蛋白（%）脂肪（%）灰分（%）18Be0.35-0.400.02-0.0260.1-0.150.1-0.15