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黄原胶工业生产中节能降耗技术

发布日期:2015-05-23 10:48:47
生产技术
黄原胶是以玉米淀粉主要原料,经生物发酵 得到的一种微生物胞外多糖,具有独特的增稠性、 流变性以及与盐类很好的相容性,是生产技术一种用途很广 泛的发酵产品[1],应用范围覆盖了 20多个行业。 黄原胶在国外己经实现了工业化规模生产[2 4]。我 国的黄原胶研究较晚,目前也己实现工业化生产, 但生产成本高、档次低,和国外产品存在较大差 距,因此大都没有形成规模生产。
作者从1992年开始一直从事黄原胶的研究、 开发和设计工作,现己成功建成年产2000 t黄原 胶生产线。本文介绍了该项目生产中的一些节能、 降耗技术,对黄原胶的生产可起到参考和借鉴作 用
1黄原胶的生产工艺流程
黄原胶生产工业技术路线,如图1所示。
黄原胶主要以玉米淀粉为碳源,以鱼粉、豆饼 粉为氮源,发酵温度为(28±1)C,控制一定的通 风量经过45—72 h发酵,发酵液质量分数达到2. 5%—3.5%。发酵液经浓缩处理加入一定比例的酒 精使黄原胶从溶液中沉淀出来,经固液分离得到黄 原胶固形物,再加入一定量的酒精进行洗涤(以便 进一步除去杂质和色素)、固液分离,最后得到的 黄原胶固形物经干燥、粉碎、分级、检验和包装。 经二次固液分离得到的低酒液体(废酒液)可精馏 回收,塔顶(酒精)产品循环使用,塔底釜液经环 保处理后排放。
2黄原胶生产中的节能、降耗技术 2.1高效低阻空气净化处理技术
空气净化系统主要目的是对空气进行除油、除 湿和除菌,以满足发酵系统的需要。该系统包括空 气贮罐、空气冷却器、气水分离器、空气加热器和 空气过滤器等,其中空气冷却器和过滤器是影响系 统阻力的2个关键设备。空气冷却器采用郑州大学 早期开发的SMK型列管式换热器,其采用了静态 强化传热元件,传热系数比一般列管式换热器高一 倍以上,流体阻力下降30%左右;空气过滤器采 用上海过滤器厂生产的GS型预、精过滤器组合方 式,系统总阻力减少了 0.03—0.04 MPa,空压机 节电15%左右[5],节能效果显著。
2.2气升式发酵罐代替传统的机械搅拌式发酵罐
目前各生产厂家的发酵罐为传统的机械搅拌 式,功率消耗大,发酵后期由于发酵液的粘度高, 导致气液固传质差、空气利用率低、发酵不完善和 发酵周期长等,因此国内生产厂大都采用小体积发 酵罐,一般为30—40 m3,最大体积为60 m3。为 了解决能耗问题,气升式发酵罐是一种很好的取代 结构[6 7]。
针对黄原胶的发酵特性,作者在原50 m3气升 式发酵罐[6]的基础上开发出100 m3 (壳体直径3.2 m)发酵罐(简称XG型发酵罐),并在工业生产 中得到应用,这在国内外尚属首例,发酵周期缩短 20 h以上(传统发酵周期一般为72 h),单位产品 发酵用电节约70%,大大提高了生产效率,降低 了能耗。表1是2种发酵罐的功率比较情况,表2 是某月份的发酵生产情况。
表1 XG型发酵罐与搅拌罐功率配备情况•
丁ab.1 Power comparison of two
types of fermenterskW
供气功率搅拌功率总功率 XG型发酵罐2. 602. 6
机械搅拌式发酵罐2.62.55.1
'未表中功率都是以1m3发酵液计算。 
表2100m3XG型发酵罐某月份生产情况
丁ab.2 Production data of Xanthan Gum in 100m3 XG-type fermenter
批次淀粉质量分数
/ %产胶率
%发酵液粘度
/ (Pa • s)转化率
%发酵周期 A发酵指数
/(kg • m-3 • h-1)
64.533.1513.1569.5450.560
74.533.3612.0074.2490.549
84.533.3812.5074.6500.541
94.533.3011.5072.8480.550
104.532.9214.0064.5490.477
114.533.411.6075.1500.544
 
2.3黄原胶溶液浓缩处理技术
酒精耗量大是造成黄原胶后提取费用高(占总 生产成本的50%以上[2])的主要原因之一。由于 沉淀操作时溶剂用量与溶液浓度无关,只与溶液体 积有关[1],因此,使用酒精沉淀法来提取黄原胶, 为降低溶剂的使用量,最好是提高黄原胶溶液浓 度,减小发酵液体积。有研究者采用超滤方法提高 黄原胶溶液浓度,取得了很好的实验室结果[8],但 由于膜产品的性能、质量、操作费用等问题,目前 这种方法还只是停留在实验室水平上,没有得到工 业化应用。通过蒸发浓缩操作也可实现黄原胶溶液 浓度的提高,为此作者先期进行了国家“八五’’ 攻关课题“高粘度生物制品浓缩节能干燥装置 (85-722-12-07)’’的研究,开发出了高效浓缩装置, 并应用于工业生产中,如图2所示,发酵液浓度从 发酵结束时的2.5%—3. 0%—次浓缩到4. 5%以 上,大大减少了体积,使沉淀酒精用量减少40% 以上,减少了酒精循环使用量,降低了生产及酒精 回收过程中的酒耗和能耗。
1.4连续干燥技术
目前国内生产厂家所使用的干燥设备,大都是 双锥回转真空干燥器,它存在以下缺点:①生产效 率低。干燥前物料为絮状物,干燥器内的传热主要 以导热为主,传热系数小,并随着干燥程度的提 高,传热效果逐渐变差,导致干燥时间长。②间歇 操作,辅助时间长,劳动强度大。③产品质量不 均。由于是间歇操作,操作条件难以保证一致,从 而影响产品质量的稳定。
针对以上缺点,作者设计并开发了一种结构简 单的XG型连续干燥器,壳径0.6 m、单台有效长 度3 m,如图3所示。它具有以下特点:①连续操 作、干燥时间短、生产能力大;②结构简单,设备 造价低;③操作方便,劳动强度小。
表3双锥干燥器和XG干燥器的性能比较 丁ab.3 Comparison between XG-type and double-cone dryer
双锥干燥器XG型干燥器
干燥时间1①1/10—1/8
投 资1①1/5—1/4
操作方式间歇连续
产品质量不稳定稳定
加热介质蒸汽或热水蒸汽或热水
①双锥干燥器的参数定为1
2.5酒精回收技术
酒精回收效果的好坏,决定着酒精消耗和产品 的生产成本。废酒液回收采用传统的精馏操作,由 于黄原胶沉淀时大量的固形物遗留在废酒液中,因 此为避免堵塔影响塔的操作,多数厂采用板式塔。 本项目先将废酒液经过处理,去除固形物,采用板 波纹高效填料塔操作,如图4所示。具有以下优 点:①生产能力提高35%,节省了设备投资;②废 酒液进塔前经过二次预热,回收了部分余热,节省 生蒸汽量6%左右。
3结论
(1)通过以上技术措施在黄原胶生产中的实 施,本项目中吨产品电耗、酒精消耗、蒸汽消耗分 别为6800 kW/h、0. 9 t和120 t,与国内同类项目 相比均有显著下降,产胶率、转化率明显提高,分 别达到3. 2%和71% (国内同类项目分别为2.5% 和60%左右),从而使得生产成本下降20% — 30%。
(2)国内黄原胶生产历史还不长,本项目中的 关键技术和设备都是针对黄原胶的特点自行研制和 开发的,为国内黄原胶的生产和设备选型提供了一 定的经验。
 
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