以玉米芯為原料的木糖醇生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u23388以玉米芯為原料的木糖醇生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)案例 185951.1生產(chǎn)方案 1248211.2加工工藝 1205921.3操作要點(diǎn) 135961.3.1玉米芯的選擇及預(yù)處理 1128621.3.2玉米芯的水解及后續(xù)處理 2274021.3.3木糖液的濃縮凈化 2233411.3.4催化加氫凈化 3233271.3.5蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶 3190511.3.6包裝 41.1生產(chǎn)方案本設(shè)計(jì)以農(nóng)業(yè)廢棄物玉米芯作為生產(chǎn)原料，進(jìn)行年生產(chǎn)能力達(dá)到10000噸的木糖醇工廠設(shè)計(jì)。預(yù)處理后的玉米芯經(jīng)水解脫色，離子交換，加氫，離子交換，結(jié)晶處理得到成品。本設(shè)計(jì)年產(chǎn)木糖醇10000噸，按照每年300個(gè)工作日進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)班次的勞動(dòng)時(shí)間為8小時(shí)，一天24小時(shí)設(shè)計(jì)三個(gè)班次的輪換，則理論上每天要生產(chǎn)木糖醇33.4噸。8個(gè)小時(shí)上班時(shí)間減掉2小時(shí)的休息時(shí)間，則實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間為6小時(shí)，將生產(chǎn)計(jì)劃細(xì)化，每小時(shí)為一個(gè)批次，則相應(yīng)的每批次生產(chǎn)木糖醇為10000÷300÷3÷6=1.85噸。1.2加工工藝玉米芯經(jīng)過一系列的預(yù)處理之后水解，水解方法采用硫酸進(jìn)行酸水解，水解液含有大量的酸根離子和有色物質(zhì)，通過脫色處理和離子交換除去這些色素和酸根離子。濃縮后的水解液再進(jìn)行一次離子交換處理，隨后進(jìn)行加氫操作，加氫會(huì)增加一些雜質(zhì)，應(yīng)再進(jìn)行一次離子交換。此時(shí)的水解液經(jīng)濃縮結(jié)晶就可以分離出木糖醇，經(jīng)過包裝后得到最終成品。主要的工藝流程為：原料→預(yù)處理→水解→脫色→離子交換→濃縮→離子交換→加氫→離子交換→濃縮→結(jié)晶→分離→包裝1.3操作要點(diǎn)1.3.1玉米芯的選擇及預(yù)處理在原料的選擇上盡量使用白色的玉米芯，因?yàn)榧t色的玉米芯會(huì)給后續(xù)的脫色工序帶來困難。生產(chǎn)需要的玉米芯必須保證是沒有霉變，蟲害，農(nóng)藥及塵土污染的，選用當(dāng)年產(chǎn)的新鮮玉米芯，原料的質(zhì)量與成品的質(zhì)量以及產(chǎn)量是息息相關(guān)的。玉米芯經(jīng)過篩選后用干凈水源沖洗，干燥后進(jìn)行粉碎，提高木糖醇的產(chǎn)出率。處理玉米芯采用熱水，將原料四倍的熱水與原料混合共同加熱至120攝氏度并保持兩個(gè)小時(shí)，此過程要攪拌充分，保證其中的可溶性雜質(zhì)完全溶于水中，趁熱過濾，并且將濾渣用清水沖洗三次，干燥后備用。經(jīng)過預(yù)處理后的玉米芯要盡快進(jìn)行下一步的生產(chǎn)，否則很容易發(fā)生霉變。1.3.2玉米芯的水解及后續(xù)處理用于生產(chǎn)木糖醇的原料中，玉米芯含有的多縮戊糖是最多的。多縮戊糖存在于半纖維素中，在酸性條件下，纖維素類的水解速率遠(yuǎn)比不上多縮戊糖的水解速率。本次設(shè)計(jì)采用硫酸進(jìn)行水解，與傳統(tǒng)方式的鹽酸水解相比，可以減小對(duì)加工設(shè)備的腐蝕。整個(gè)水解過程將在帶有蒸汽夾套的水解罐中進(jìn)行，本次生產(chǎn)使用濃度為2%的硫酸，具體的使用量是玉米芯渣重量的三倍，兩者在水解罐中加熱至105攝氏度，在此溫度下攪拌3小時(shí)使玉米芯渣與酸完全混合。趁熱濾掉渣子，留下水解液降溫至80攝氏度待用。水解液不可以過長(zhǎng)時(shí)間放置，防止發(fā)生木糖異構(gòu)。此時(shí)水解液呈酸性還存在一些有色物質(zhì)，不能直接加氫，需要離子交換，脫色處理。泵入脫色罐中的木糖液使用活性炭作為吸附劑除掉雜色，將糖液加熱至75攝氏度，活性炭的用量是糖液的3%，兩者混合攪拌45分鐘之后趁熱過濾。這時(shí)再進(jìn)行第一次離子交換處理，采用陰離子交換，除去水解液中的酸根離子，最終的液體呈中性。1.3.3木糖液的濃縮凈化經(jīng)第一次離子交換之后，所得的木糖液濃度還較低，此時(shí)的木糖含量不足5%，利用真空濃縮技術(shù)，加熱至110攝氏度可使木糖液中木糖的濃度提升至30%左右。濃縮后的木糖液還有一定量的灰分、色素或者其他的雜質(zhì)比如膠體，此時(shí)進(jìn)行第二次離子交換，采用陽離子交換樹脂，本次設(shè)計(jì)采用732型樹脂，除雜效果較好，處理過后的木糖含量可以達(dá)到95%以上。1.3.4催化加氫凈化加氫操作是生產(chǎn)木糖醇的第二大步，是關(guān)鍵的一步。使用堿液將糖液的pH調(diào)整至8.0，加氫過程需要較高溫度壓力，應(yīng)在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行操作。催化過程使用骨架鎳作為催化劑，使用時(shí)需要將鎳合金用氫氧化鈉溶液作用活化。控制高溫反應(yīng)釜溫度125攝氏度，內(nèi)部壓強(qiáng)達(dá)到6.8MPa，一噸木糖醇在理論上的加氫量為134立方米，實(shí)際加工過程中加氫量要大于理論的需求量，以保證木糖的轉(zhuǎn)化率，沒有參與反應(yīng)的氫氣可以循環(huán)利用。通過加氫反應(yīng)，木糖羰基變成羥基從而轉(zhuǎn)化為木糖醇。木糖醇液由于加氫可能會(huì)產(chǎn)生一些酸性物質(zhì)，其次會(huì)有一些金屬離子的殘留，在這種情況下需要進(jìn)行第三次離子交換，采用陽離子交換樹脂。1.3.5蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶凈化后的木糖醇液需要蒸發(fā)濃縮，此過程分兩段進(jìn)行。第一段將糖醇濃縮至50%，主要利用的是多效升膜蒸發(fā)器，第二段可將木糖醇的濃度提升至86%，與第一段不同，第二段使用的蒸發(fā)器為單效蒸發(fā)器，控制溫度在75攝氏度，更加容易控制出料濃度。濃縮糖液移入結(jié)晶罐，開始降溫直到65攝氏度時(shí)向其中加入一定量的晶種，在罐體的攪拌器攪拌作用下，每隔一小時(shí)使溫度降低一攝氏度，直到罐內(nèi)溫度稍大室溫即可分離得到成品木糖醇結(jié)晶。成品需要符合一定的要求：表4-1結(jié)晶木糖醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目性狀或要求感官性狀結(jié)晶或者粉末狀，呈現(xiàn)白色，入口清涼微甜總醇≥98g/100g木糖醇≥92g/100g砷（以As計(jì)）≤0.0003g/100g鎳（以Ni計(jì)）≤0.0001g/100g鉛（以Pb計(jì)）≤0.0001g/100g重金屬（以Pb計(jì)）≤0.001g/100gpH5.0-7.0還原糖≤0.5g/100g干燥減重≤1.5g/100g灼燒殘?jiān)?.5g/100g其他醇含量≤5g/100g熔點(diǎn)88-90℃強(qiáng)熱殘留量≤0.1g