年產(chǎn)5萬噸玉米淀粉生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

年產(chǎn)5萬噸玉米淀粉生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)ProcessDesignofCornStarchwith50kt/a 目錄TOC\o"2-2"\h\z\t"標(biāo)題1,1,標(biāo)題3,2"摘要IAbstract.II引言1第一章緒論21.1玉米淀粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)21.2淀粉用途21.3玉米淀粉加工技術(shù)31.4玉米淀粉加工業(yè)開展趨勢(shì)4第二章設(shè)計(jì)方案52.1設(shè)計(jì)任務(wù)52.2設(shè)計(jì)工藝確定5凈化工序5浸泡工序5破碎工序5別離胚芽工序6精磨工序6纖維別離6麩質(zhì)別離6淀粉乳的精制6淀粉的枯燥62.3工藝條件選擇7凈化后的玉米籽粒的工藝指標(biāo)7浸泡工藝指標(biāo)7玉米破碎工藝指標(biāo)7胚芽別離工藝指標(biāo)7精磨工藝指標(biāo)8別離工藝指標(biāo)8淀粉枯燥工藝指標(biāo)82.4產(chǎn)品根底數(shù)據(jù)82.5過程指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)8第三章設(shè)備的計(jì)算與選型93.1噴霧枯燥器工藝設(shè)計(jì)條件9工藝設(shè)計(jì)計(jì)算9霧滴枯燥所需時(shí)間10壓力噴嘴主要尺寸確實(shí)定13枯燥塔主要尺寸確實(shí)定14枯燥塔熱風(fēng)進(jìn)出口接管管徑19主要附屬設(shè)備的選型20工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總233.2浸泡罐數(shù)量的計(jì)算233.3KPJ150沖擊式破碎機(jī)243.4DPX22.5胚芽旋流器243.5LM-1000精磨機(jī)243.6G60/2.1預(yù)涂式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)253.7XJZ-1600型全自動(dòng)上懸式離心機(jī)25第四章噴霧枯燥器自動(dòng)控制設(shè)計(jì)264.1被控對(duì)象的選擇264.2控制變量的選擇26第五章車間布置275.1廠房布置的原那么275.2車間布局圖27第六章三廢處理及其綜合利用29結(jié)論30致謝31參考文獻(xiàn)32年產(chǎn)5萬噸玉米淀粉生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)摘要：采用封閉式濕磨加工工藝流程，運(yùn)用噴霧枯燥法，完成年產(chǎn)5萬噸的玉米淀粉生產(chǎn)工藝這一課題，包含了對(duì)主要工序噴霧枯燥器的選型。經(jīng)計(jì)算得知，噴霧枯燥器的高度為4米，直徑1.6米。采用壓力式霧化器霧料夜，壓力噴嘴孔徑為4毫米。該項(xiàng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：玉米淀粉的制備，生產(chǎn)工藝流程，物料衡算，設(shè)備選型，自動(dòng)化控制，廠區(qū)的布局及對(duì)三廢的處理。關(guān)鍵詞：玉米淀粉；噴霧枯燥器；工藝設(shè)計(jì)Processdesignofcornstarchwith50kt/aAbstract：Thedesignadoptsthemethodofspraydryingprocessintheproductionofcornstarchonthebasicofthetraditionalproduceprocess,completesthetaskwithanannualoutputof50000tonsofcornstarch.Thedesigncalculatesandselectsthespraydryertobethemainequipment,includingmaterialbalancecalculation,heatbalancecalculationandthecalculationandcheckingofthemainpartsize,designgettheresultsthattheeffectiveheightofthedryeris4m,thediameteris1.6m,usingpressureatomizeratomizedliquidandthepressurenozzlediameteris4mm.Thetaskofthedesignannualoutputmaterialtobeprocessedarecalculated.Equipmentselectionismainlybasedonthematerialbalancecalculationofeachstepofproductionability,thetechnicalrequirementsofthedesignchoice,chosetheequipmentmodels.Keywords：cornstarch;spraydryer;processdesign引言玉米淀粉是當(dāng)前工業(yè)中的重要原料，多用于食品行業(yè)、制糖、醫(yī)藥工業(yè)，應(yīng)用淀粉為原料，生產(chǎn)抗生素，維生素；鑄造工業(yè)用中也加用粉；干電池中用淀粉為電解質(zhì)載體。其他諸如油漆、塑料、淀粉為砂芯膠粘劑；冶金工業(yè)浮選礦石為沉降劑；石油工業(yè)油井鉆泥中用淀粉使其具有蓄水性；油壁的修補(bǔ)水泥染料、紡織、造紙、輪胎橡膠等行業(yè)，均將淀粉作為必需的材料，也是制作各類變性淀粉的起始材料。隨著玉米價(jià)格增長，玉米資源緊張，玉米淀粉的深度加工和充分轉(zhuǎn)化變得更為迫切，本設(shè)計(jì)采用濕磨法生產(chǎn)工藝到達(dá)年產(chǎn)5萬噸玉米淀粉，運(yùn)用噴霧枯燥器枯燥淀粉，摒棄了傳統(tǒng)的干法生產(chǎn)工藝和氣流枯燥法，運(yùn)用物料衡算和熱量衡算等方法，確定了噴嘴半徑。第一章緒論1.1玉米淀粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)淀粉是玉米籽粒的重要組成局部，是我國糧食產(chǎn)業(yè)的重要支柱，玉米淀粉具有多種形態(tài)，不溶于水、密實(shí)，含有少量的水所以大量的淀粉能夠儲(chǔ)集于小容器中。玉米淀粉是由無水葡萄糖單位連接起來的。玉米淀粉的抗剪切穩(wěn)定性比擬高，年度中等，黏韌性短，不透明，凝沉性強(qiáng)[1]。淀粉不溶于水，可吸收25%~30%的水。當(dāng)溫度升高時(shí)吸水量大大增加，60℃時(shí)吸水300%，70℃時(shí)吸水1000%，干物質(zhì)的含水量不到4%。這種吸水使淀粉體積增大的現(xiàn)象成為膨脹。淀粉乳加熱到一定溫度〔＞55℃〕時(shí)淀粉顆粒吸水膨脹，結(jié)晶束具有彈性，隨著溫度上升吸收水分更多，體積膨脹更大，到達(dá)一定溫度時(shí)高度膨脹的淀粉顆粒期間互相接觸變成半透明粘稠狀，成為淀粉糊，這個(gè)過程叫做淀粉的糊化。1.2淀粉用途玉米淀粉作為原料可以直接用于粉絲、粉條方便面、火腿腸、肉制品、冰激凌等方面，需求穩(wěn)定。用于生產(chǎn)淀粉糖。淀粉糖是玉米淀粉深加工產(chǎn)量最大的一類產(chǎn)品。淀粉糖的種類繁多，附加值較大，主要包括葡萄糖、麥芽糖、麥芽糖漿、果糖等產(chǎn)品，以麥芽糖漿、高麥芽糖漿和葡萄糖為主，這類品種占淀粉糖比重的80%以上。淀粉糖可直接用于食品添加，也是下游產(chǎn)品的原料，例如，葡萄糖、麥芽糖、果糖，可直接用于食品，加氫處理后，分別得到山梨醇、麥牙糖醇和甘露糖醇，它們統(tǒng)稱多元糖醇，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品工業(yè)、化裝品工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[2]。用于生產(chǎn)賴氨酸、味精、氨基酸、檸檬酸等。賴氨酸是動(dòng)物體內(nèi)不能合成必需從外界攝取的必需氨基酸，它的缺乏將影響其他氨基酸[3]的吸收，因此隨著飼料業(yè)、飼養(yǎng)業(yè)的開展，賴氨酸的需求量也越來越大。我國現(xiàn)在是世界最大的賴氨酸生產(chǎn)國，每年消耗大量的玉米淀粉。味精〔谷氨酸鈉〕是鮮味劑廣泛地應(yīng)用在飲食業(yè)及烹飪調(diào)味。亞洲人對(duì)味精情有獨(dú)鐘，有的國家人均年消費(fèi)已達(dá)1公斤多。中國是味精生產(chǎn)大國，產(chǎn)量居世界第一[4]，產(chǎn)量突破100萬噸，消耗玉米淀粉150萬噸[5]以淀粉為原料生產(chǎn)的氨基酸還有異亮氨酸、精氨酸、結(jié)氨酸等。近年來氨基酸的世界需求量增長迅速。用玉米淀粉生產(chǎn)的有機(jī)酸有檸檬酸、乳酸、蘋果酸、衣康酸、草酸等。其中檸檬酸產(chǎn)量較大，檸檬酸在食品工業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、洗滌業(yè)、紡織工業(yè)、化裝品業(yè)上都有廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)變性淀粉。變性淀粉是利用物理、化學(xué)和酶等手段改變天然淀粉的性質(zhì)，使其符合各行各業(yè)應(yīng)用的需要，變性淀粉的使用量和范圍非常廣，目前我國已經(jīng)生產(chǎn)出了預(yù)糊化淀粉、酸化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉、交聯(lián)淀粉、接枝淀粉等應(yīng)用到紡織、造紙、食品、石油、醫(yī)用、建筑、農(nóng)業(yè)飼料、日用化工等行業(yè)共70多個(gè)品種。其中以造紙行業(yè)的應(yīng)用量為最大，約占總量50-60%[6]。變性淀粉在食品工業(yè)的應(yīng)用可以增強(qiáng)食品的韌性和粘度，改善食品的口感，延長保存期，由于通過變性提高了淀粉糊的透明度，因此可以改善食品的外觀，提高其光澤度。所以在生產(chǎn)方便食品、肉制品、調(diào)味料、酸奶、果凍、糖果、松脆點(diǎn)心、豆沙餡、休閑食品等都可以添加變性淀粉，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。在造紙業(yè)，作為添加劑，能夠生產(chǎn)出各種高級(jí)紙，同時(shí)還可減輕對(duì)環(huán)境的污染。變性淀粉在紡織工業(yè)用量較大，主要用在絲紗上漿、印花糊料，在石油工業(yè)變性淀粉主要是用于石油鉆井液、壓裂液和油氣生產(chǎn)的多種場合[7]?？傊冃缘矸鄣膽?yīng)用范圍廣，專用性強(qiáng)，品種多，是一個(gè)市場潛力大，不斷開展中的產(chǎn)品。用于醫(yī)藥行業(yè)。就醫(yī)藥工業(yè)而言，淀粉是抗生素工業(yè)最重要的原料，因?yàn)閹缀跛锌股囟疾捎玫矸郯l(fā)酵法生產(chǎn)，如銷量極大的青霉素、頭孢菌素、四環(huán)素、土霉素、金霉素、鏈霉素與各種氨基糖苷類抗生素等[8]，無一不是用淀粉為底物經(jīng)工業(yè)微生物發(fā)酵、提取而成。另外，淀粉的另一重要用途是作為藥物賦型劑，早期各國藥廠生產(chǎn)的片劑絕大多數(shù)使用玉米淀粉為填充劑及粘合劑。1.3玉米淀粉加工技術(shù)目前，國內(nèi)外已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的玉米組分別離提純的加工方法，普遍采用的是濕法和干法兩種方法。所謂濕法就是指淀粉工業(yè)中的玉米原料前處理的加工方法是將玉米用溫水浸泡，經(jīng)粗細(xì)研磨，分出胚芽、纖維和蛋白質(zhì)，而得到高純度的淀粉產(chǎn)品。所謂干法就是不用大量的溫水浸泡，主要靠磨碎、篩分、風(fēng)選的方法，分出胚芽和纖維，而得到低脂肪的玉米粉。濕法加工的興起，主要是因?yàn)橹鳟a(chǎn)品淀粉質(zhì)量純潔，可以滿足醫(yī)藥和特殊發(fā)酵制品的加工需要，副產(chǎn)品玉米蛋白、油脂、麩質(zhì)飼料的回收率高，整體經(jīng)濟(jì)效益可觀。但是，比照干法加工而言，它的投資較高[9]，高出干法2倍以上〔對(duì)年產(chǎn)萬噸淀粉和玉米粉而言，下同〕，用水量高出75倍，能耗高出5倍，環(huán)保處理較難。但是，干法加工的弱點(diǎn)也相當(dāng)突出。例如，玉米油的回收，濕法是干法的2倍以上；又如，玉米粉中的蛋白質(zhì)根本沒有別離。人們不難取得共識(shí)，濕法和干法各有特點(diǎn)，可以各得其所，長期并存。濕法的加工設(shè)備，先進(jìn)高效，局部還是引進(jìn)國外的，投資較大，規(guī)模宜大不宜小。而干法的加工設(shè)備，全部可以國產(chǎn)化，而且已有許多改良之處，投資較省，規(guī)?？纱罂尚?，以中小型為宜，尤其適合于現(xiàn)有發(fā)酵企業(yè)增加一個(gè)干法玉米工序。1.4玉米淀粉加工業(yè)開展趨勢(shì)隨著玉米價(jià)格增長，玉米資源緊張，玉米的深度加工和充分轉(zhuǎn)化變得更為迫切。過去玉米加工業(yè)受各種因素限制，往往只注重利用原料中淀粉局部，當(dāng)然抓好70%淀粉的深度加工并沒有錯(cuò)，但利用好玉米其他30%成分，將帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。目前包括美國的玉米加工業(yè)，除淀粉外，只有玉米胚芽油作食品，而把其他成分，大約占玉米成分25%~27%[10]，均當(dāng)作飼料處理，有些當(dāng)“三廢〞處理。這樣不僅浪費(fèi)資源，經(jīng)濟(jì)效益低，而且造成環(huán)境污染。淀粉是食品工業(yè)的根底原料，2003年全世界玉米淀粉產(chǎn)量3940萬噸，占各種淀粉的80.24%。2005年增至5400萬噸[11]。美國年產(chǎn)玉米3億噸左右，有約15%用于工業(yè)。年產(chǎn)淀粉2000萬噸，主要用于淀粉糖。目前每年用于淀粉糖生產(chǎn)〔包括固體葡萄糖、液體葡萄糖、果葡糖、麥芽糖〕的淀粉占30%，用于酒精生產(chǎn)的占40%。用淀粉生產(chǎn)酒精是指玉米濕法生產(chǎn)酒精。美國ADM公司是最大的濕法生產(chǎn)酒精的公司，年產(chǎn)酒精14億升〔約110余萬噸〕，其他工業(yè)用淀粉包括變性淀粉約18%。其中60％用于造紙，10%用于紡織。造紙工業(yè)用淀粉約60萬噸國際上玉米淀粉多采用濕磨工藝進(jìn)行生產(chǎn)，其工藝流程可分為開放式和封閉式〔派生局部封閉式〕兩種[12]。在開放式流程中，玉米浸泡和全部洗滌水都用新水[13]，因此該流程耗水多，干物質(zhì)損失大，排污量也多。封閉式流程只在最后的淀粉洗滌時(shí)用新水，其他用水工序都用工藝水，因此新水用量少，干物質(zhì)損失小，污染大為減輕。第二章設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)要求玉米淀粉生年產(chǎn)量到達(dá)5萬噸，且產(chǎn)品粒度、純度達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)流程符合工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)確定適宜的工藝路線、操作條件，并以物料衡算、熱量衡算、設(shè)備結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)資料為理論依據(jù)，確定流程中的主、輔設(shè)備，維持生產(chǎn)環(huán)境達(dá)標(biāo)，并設(shè)計(jì)出合理、平安、高效的自動(dòng)化控制系統(tǒng)和車間布局，同時(shí)繪制完成主設(shè)備結(jié)構(gòu)圖及帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。2.2設(shè)計(jì)工藝確定為滿足淀粉粒度、純度的要求，本設(shè)計(jì)選用玉米淀粉濕法生產(chǎn)技術(shù)。濕法生產(chǎn)技術(shù)的的相關(guān)工序如下：凈化工序根據(jù)玉米和雜質(zhì)在長度、寬度、厚度等大小與粒形方面的差異，利用篩孔別離大于玉米的雜質(zhì)；利用玉米與雜質(zhì)在相對(duì)密度方面的差異別離除去雜質(zhì)，成為去石；利用玉米和雜質(zhì)在大小、相對(duì)密度方面的差異引起的懸浮速率不同進(jìn)行除雜；玉米中的金屬雜質(zhì)，除去少數(shù)銅、鋁外，絕大多數(shù)是磁性金屬物，利用這些雜志的導(dǎo)磁性，通過磁鐵或磁選機(jī)去除玉米中的金屬雜質(zhì)。浸泡工序凈化后的玉米籽粒，用亞硫酸溶液浸泡。通過亞硫酸的軟化作用，軟化玉米顆粒，降低玉米籽粒的機(jī)械強(qiáng)度；分散玉米胚體細(xì)胞中的蛋白質(zhì)網(wǎng)，削弱保持淀粉的聯(lián)結(jié)鍵；通過浸泡是玉米籽粒膨脹，可較容易地將皮層、胚芽、胚乳別離；可浸提出籽粒中局部可溶性物質(zhì)，制成玉米漿；能有效地抑制隨玉米帶來的微生物活動(dòng)，起到防腐作用。破碎工序浸泡后的玉米籽粒水分達(dá)40%~46%[14]，籽粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理、化學(xué)特性都發(fā)生變化，胚芽、表皮和胚乳之間聯(lián)結(jié)減弱。浸泡后的胚芽含水量達(dá)60%左右，具有韌性，很容易與玉米籽粒其它局部分開。胚乳含淀粉量高，抗壓強(qiáng)度低，浸泡后更易破碎。破碎玉米籽粒的目的就是把玉米籽粒破碎成碎塊，使胚芽胚乳分開，同時(shí)釋放出一定淀粉。破碎后要盡可能將胚芽別離出來，因?yàn)槿绻哐恐械挠椭稚⒌脚呷橹?，?huì)嚴(yán)重影響淀粉產(chǎn)品的品質(zhì)；而且從玉米胚芽中制得胚芽油含有豐富的不飽和脂肪酸，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和商品價(jià)值。別離胚芽工序別離胚芽的設(shè)備主要是胚芽的旋液別離器，依靠離心力使顆粒大小、相對(duì)密度不同的懸浮顆粒別離。降低篩分設(shè)備的生產(chǎn)能力，增加纖維中攜帶的淀粉量；在別離機(jī)上別離淀粉蛋白質(zhì)懸浮液時(shí)，麩質(zhì)所帶的淀粉量也隨之增加。因此，要盡可能地從漿料中把胚芽完全別離除去。精磨工序玉米籽粒經(jīng)過破碎和別離胚芽之后，物料中含有淀粉、麩質(zhì)、種皮、胚乳碎粒，大局部淀粉仍以顆粒狀態(tài)包含在胚乳碎粒和皮層中，通過精磨可以把淀粉從與蛋白質(zhì)、纖維的結(jié)合態(tài)中游離出來，使淀粉最大限度地釋放。纖維別離物料精磨之后形成懸浮液，其中含有游離淀粉、麩質(zhì)的細(xì)小顆粒和纖維〔細(xì)渣和粗渣〕。粗細(xì)渣與淀粉懸浮液的別離是在篩分設(shè)備上進(jìn)行的。通常采用壓力曲篩對(duì)纖維進(jìn)行別離洗滌，壓力曲篩篩縫不易堵塞，能做出精確的篩分，很少維修，生產(chǎn)效率高，占地面積少。麩質(zhì)別離細(xì)淀粉乳中所含的淀粉及麩質(zhì)在相對(duì)密度、粒徑等方面有很大差異，利用這些差異可將其進(jìn)行別離。本設(shè)計(jì)中采用氣浮別離法，氣浮別離法的工作原理是向淀粉懸浮液中吹入一定量的氣體，氣體呈氣泡狀上浮并將蛋白質(zhì)及其他輕的懸浮粒子盡快浮起來并通過溢流擋板排走，從而到達(dá)別離的目的。在氣浮槽中沖入空氣，使麩質(zhì)形成泡沫而浮在水面上，最后從溢流口排出。而淀粉那么沉入別離室底部，從底部排出。2.2.8淀粉乳的精制別離去除蛋白質(zhì)后的淀粉懸浮液中干物質(zhì)濃度為33%~35%，淀粉中仍含有少量可溶性蛋白質(zhì)，大局部無機(jī)鹽和微量不溶性蛋白質(zhì)，通過洗滌可以除去水溶性物質(zhì)得到高品質(zhì)的淀粉，常用懸液別離器、沉降式離心機(jī)和真空過濾機(jī)洗滌淀粉乳到達(dá)精制淀粉乳的目的。淀粉的枯燥枯燥是利用熱能除去淀粉中水分的操作工序。淀粉枯燥是采用噴霧枯燥法[15]，即利用高速熱氣流將濕塊狀物料分散成淀粉顆粒而懸浮于氣流中。一邊與熱氣流并流輸送，一邊進(jìn)行枯燥。淀粉噴霧枯燥的特點(diǎn)是枯燥強(qiáng)度大，枯燥時(shí)間短；由于枯燥器具有很大的容積傳熱系數(shù)及溫差，對(duì)于完成一定的傳熱量所需的枯燥器體積可以大大減少。工藝流程簡圖如圖2.1所示：凈化玉米凈化玉米yumiyumi玉米亞硫酸亞硫酸玉米漿玉米浸泡玉米漿玉米浸泡別離胚芽別離胚芽細(xì)磨分渣細(xì)磨分渣麩質(zhì)別離麩質(zhì)別離水水淀粉乳淀粉乳脫水脫水濕淀粉濕淀粉噴霧枯燥噴霧枯燥包裝包裝圖2.1工藝流程簡圖2.3工藝條件選擇凈化后的玉米籽粒的工藝指標(biāo)玉米籽粒含水量≤15.0%砂石雜質(zhì)含量≤0.5%谷物雜質(zhì)含量≤3.0%霉變雜質(zhì)含量≤1.0%烘?zhèn)：俊?.0%破碎玉米含量≤3.0%浸泡工藝指標(biāo)二氧化硫含量0.03%~0.2%浸泡時(shí)間≥42hH2SO3濃度0.25%玉米浸泡溫度50℃浸泡時(shí)間50h玉米破碎工藝指標(biāo)進(jìn)磨玉米水份45%進(jìn)磨玉米與工藝水之比約為1∶2胚芽別離工藝指標(biāo)進(jìn)料壓力0.5Mpa物料溫度約為12℃溢流口流出量占進(jìn)料量的20％提胚率98％精磨工藝指標(biāo)進(jìn)磨物料濃度13Bé〔波美，濃度單位〕

游離淀粉含量≤10％磨后物料粗細(xì)渣比例2.5∶1物料溫度升高6℃別離工藝指標(biāo)進(jìn)料濃度11～17Bé

進(jìn)料溫度20℃進(jìn)料壓力0.6Mpa洗水溫度45℃淀粉枯燥工藝指標(biāo)濕淀粉含水45％枯燥淀粉水份12％蒸汽壓力0.5Mpa熱空氣溫度150℃干淀粉溫度50℃2.4產(chǎn)品根底數(shù)據(jù)淀粉占百分比70%胚芽占百分比7％蛋白粉占百分比6％纖維渣占百分比11%胚芽別離損耗0.7%蛋白粉別離損耗0.8%纖維渣別離損耗1.5%淀粉洗滌損耗0.23%工藝控制損耗0.9%轉(zhuǎn)鼓過濾損耗0.05%包裝損耗0.01%2.5過程指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)原料淀粉含水率12%亞硫酸含量0.25%破碎進(jìn)料干物30%胚芽別離進(jìn)料濃度6-9Be16.2%精磨前漿濃度50%別離機(jī)進(jìn)料濃度6-9Be16.2%第三章設(shè)備的計(jì)算與選型3.1噴霧枯燥器工藝設(shè)計(jì)條件枯燥物料為懸浮液，枯燥介質(zhì)為空氣，熱源為蒸汽和電；霧化器采用旋轉(zhuǎn)型壓力式噴嘴，選用熱風(fēng)——霧滴并流向下的操作方式。具體工藝參數(shù)如下：料液處理量料液含水量〔濕基〕； 產(chǎn)品含水量〔濕基〕料液密度； 產(chǎn)品密度料液入塔溫度； 產(chǎn)品出塔溫度產(chǎn)品平均粒徑； 產(chǎn)品比熱容加熱蒸汽壓力〔表壓〕；料液霧化壓力〔表壓〕年平均溫度12℃； 年平均相對(duì)濕度70%工藝設(shè)計(jì)計(jì)算物料衡算絕干物料流量〔3-1〕產(chǎn)品產(chǎn)量水分蒸發(fā)量W熱量衡算物料升溫所需熱量〔3-2〕汽化水的熱損失計(jì)算〔3-3〕，〔3-4〕枯燥塔出口空氣的濕度根據(jù)熱量衡算即，為一直線方程根據(jù)給出的工藝設(shè)計(jì)條件，，，由濕空氣的H-I圖查出，。當(dāng)時(shí)，由濕空氣的H-I圖查出，。任取，那么由H-I圖查出，空氣消耗量絕干空氣的消耗量為實(shí)際空氣消耗量為霧滴枯燥所需時(shí)間霧滴臨界含水量物料在枯燥塔進(jìn)出口處的干基含水量分別為即在恒速枯燥階段液滴體積收縮了22.5%液滴在恒速枯燥階段由于收縮而減小的體積為〔3-5〕除去的水分質(zhì)量為`剩余的水分質(zhì)量為〔3-6〕臨界含水量為初始滴徑由〔3-7〕汽化潛熱熱空氣入塔溫度，濕度，由濕空氣H-I圖查出[7]，熱空氣入塔狀態(tài)下的濕球溫度，查手冊(cè)得水在的汽化潛熱。導(dǎo)熱系數(shù)平均氣膜溫度為查手冊(cè)得空氣在48.5℃下的導(dǎo)熱系數(shù)恒速階段物料外表溫度即空氣的絕熱飽和溫度，可以取空氣入塔狀態(tài)下的濕球溫度空氣臨界溫度恒速階段的水分蒸發(fā)量為空氣的臨界濕度為在H-I圖中，過作垂線，與AD交于點(diǎn)C，點(diǎn)C溫度即為空氣臨界溫度，由H-I查出霧滴在恒速階段的枯燥時(shí)間恒速階段熱空氣與液滴的溫度變化空氣：液滴：平均推動(dòng)力為〔3-8〕霧滴在降速階段的枯燥時(shí)間降速階段熱空氣與物料的溫度變化空氣：物料：平均推動(dòng)力為〔3-9〕霧滴枯燥所需時(shí)間〔3-10〕壓力噴嘴主要尺寸確實(shí)定霧化角為了了使塔徑不致過大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取。流量系數(shù)，由的關(guān)聯(lián)圖查出，噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)。，由的關(guān)聯(lián)圖查出，流量系數(shù)。噴嘴孔徑由〔3-11〕由圓整，取。噴嘴旋轉(zhuǎn)室尺寸噴嘴孔半徑取2mm，即選用矩形切向通道，切身通道寬度取1.2mm，即旋轉(zhuǎn)室直徑為10mm，那么半徑由及圓整，取核算噴嘴的生產(chǎn)能力經(jīng)圓整后與原很接近，不必復(fù)算，可以滿足設(shè)計(jì)要求。空氣心半徑，由的關(guān)聯(lián)圖查出，由噴嘴出口處液膜速度及其分速度、〔3-12〕液膜與軸線成角噴出，可分解成徑向速度和軸向速度枯燥塔主要尺寸確實(shí)定〔1〕塔徑塔內(nèi)空氣的平均溫度為由手冊(cè)查出，在105℃下，空氣的動(dòng)力粘度為，空氣的密度為。由徑向分速度，計(jì)算時(shí)的雷諾數(shù)〔3-13〕取一系列，求出相應(yīng)的霧滴水平飛行速度和停留時(shí)間。如取Re=100，由，與對(duì)應(yīng)的霧滴水平飛行速度為由與的列線圖查出相應(yīng)的的停留時(shí)間為其余各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果列于表3.2。表3.2停留時(shí)間與霧滴水平運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系Re197050.71000.0066325.7500.027512.9250.04086.45150.05143.87100.05762.5880.06682.0660.08081.5540.1461.0320.11070.5210.13780.2580.50.16970.129以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)畫出關(guān)系曲線，如圖3.1，用圖解積分可得即霧滴由沿徑向運(yùn)動(dòng)的半徑距離為，那么塔直徑為圓整后取。ux,m/sux,m/sτ,s圖3.1關(guān)系曲線圖〔2〕塔高降速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)霧滴的下降距離時(shí)，霧滴軸向運(yùn)動(dòng)的雷諾數(shù)為由的關(guān)系列線圖查出，霧滴由降速運(yùn)動(dòng)變?yōu)榈人龠\(yùn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)雷諾數(shù)為?？梢婌F滴在降速階段的雷諾數(shù)變化范圍為3.8～295。由查出〔3-14〕取一系列雷諾數(shù)，由的關(guān)系列線圖查出相應(yīng)的值，再計(jì)算出相應(yīng)的值，結(jié)果列于表3.3。表3.3與及的關(guān)系Re947051.6025043.80.0024920035.00.0060810017.50.0241508.750.0433254.380.0654101.750.12150.1020.8750.2273.8123.8∞0.1310.6650.290以Re為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)作圖，得到關(guān)系曲線，如圖3.3。1/〔ξRe1/〔ξRe2－φ〕Re圖3.3關(guān)系曲線圖以Re=250為例，霧滴在降速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的軸向分速度為對(duì)關(guān)系曲線圖解積分得那么停留時(shí)間為〔3-15〕其余各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果列于表3.3。以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)作圖，得到關(guān)系曲線，如圖3.4。由圖解積分得到霧滴降速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的下降距離為uy,m/suy,m/s圖3.4關(guān)系曲線圖等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)霧滴的下降距離霧滴在等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的沉降速度為霧滴等速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為〔3-16〕霧滴在等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的下降距離為塔的有效高度〔3-17〕圓整后，取?？菰锼犸L(fēng)進(jìn)出口接管管徑熱風(fēng)進(jìn)口接管管徑熱風(fēng)進(jìn)口流量為取熱風(fēng)進(jìn)口接管內(nèi)的氣速為，那么進(jìn)口接管管徑為圓整后熱風(fēng)進(jìn)口接管管徑取。熱風(fēng)出口接管管徑熱風(fēng)出口流量為取熱風(fēng)出口接管內(nèi)的氣速為，那么出口接管管徑為圓整后熱風(fēng)出口接管管徑取。主要附屬設(shè)備的選型環(huán)境空氣先用翅片式加熱器由15℃加熱到150℃。〔1〕翅片式加熱器濕空氣由12℃升溫至130℃的傳換熱量為〔3-18〕——實(shí)際空氣消耗量由手冊(cè)查出，蒸汽壓力為時(shí)，蒸汽的飽和溫度為，汽化潛熱為，取冷凝水的排出溫度為151℃，那么水蒸汽消耗量為加熱器的熱效率為〔3-19〕由散熱排管的選擇曲線查出，選擇7R型排管，外表風(fēng)速為，那么所需排管的受風(fēng)面積為7R型散熱排管由型串聯(lián)而成，單組散熱面積為，總散熱面積為?！?〕旋風(fēng)別離器進(jìn)入進(jìn)入旋風(fēng)別離器的含塵氣體按空氣處理，氣體溫度取95℃，濕度為含塵氣體流量為選用擴(kuò)散式旋風(fēng)別離器，查CLK型旋風(fēng)別離器主要性能表，選用兩臺(tái)CLK-4.0型擴(kuò)散式旋風(fēng)別離器[16]，進(jìn)口風(fēng)速為?！?〕袋濾器進(jìn)入袋濾器的氣體溫度取90℃，濕度為氣體流量為過濾氣速取，所需過濾面積為查脈沖袋濾器造型表，選用DMC-36型脈沖袋濾器。其過濾面積為，處理氣量為，設(shè)備阻力為?！?〕風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中采用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，一臺(tái)為鼓風(fēng)機(jī)，安裝在枯燥塔前；另一臺(tái)為引風(fēng)機(jī)，安裝在枯燥塔后。設(shè)備阻力以枯燥塔為基準(zhǔn)分前段阻力和后段阻力[17]在操作條件下，空氣流經(jīng)系統(tǒng)各設(shè)備和管道的阻力大體如表3.4所示。表3.4枯燥系統(tǒng)阻力估算表設(shè)備壓降設(shè)備壓降空氣過濾器200枯燥塔100翅片式加熱器300旋風(fēng)別離器1500電加熱器200脈沖袋濾器1500熱風(fēng)分布器200消音器400管道、閥門、彎頭等600管道、閥門、彎頭等800合計(jì)1500合計(jì)4300鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量為鼓風(fēng)機(jī)入口處的空氣溫度為系統(tǒng)前段空氣的平均溫度取150℃，由手冊(cè)查出，空氣在150℃下的密度為，那么系統(tǒng)前段所需風(fēng)壓為選用型離心通風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量為，風(fēng)壓為。引風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)入口處的空氣溫度取，濕度為引風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量為系統(tǒng)后段空氣的平均溫度取90℃，由手冊(cè)查出，空氣在90℃下的密度為，那么引風(fēng)機(jī)所需風(fēng)壓為選用型離心通風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量為，風(fēng)壓為。工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表3.5工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表料液處理量11110翅片式加熱器散熱面積67.5水分蒸發(fā)量4166袋濾器過濾面積27產(chǎn)品產(chǎn)量6944旋風(fēng)別離器型號(hào)壓力噴嘴孔徑4袋濾器型號(hào)枯燥塔直徑1.6鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)枯燥塔有效高度4引風(fēng)機(jī)型號(hào)3.2浸泡罐數(shù)量的計(jì)算一般罐體的平均生產(chǎn)能力計(jì)算式為：Q=P×n/T〔3-20〕式中：Q——平均生產(chǎn)能力〔t/h〕P——單臺(tái)罐體所能存放的物料量〔t/罐〕n——罐體的數(shù)量T——每個(gè)罐反響的周期〔h〕〔3-21〕——物料注滿罐體所需時(shí)間〔h〕——罐體反響所需時(shí)間〔h〕——物料輸出罐體時(shí)間〔h〕因物料在罐體和設(shè)備之間是連續(xù)化輸送，那么由上面兩式可以得出罐體的數(shù)量：由工藝參數(shù)可以看出浸泡時(shí)間60小時(shí)，進(jìn)料和卸料的速度都是50t/h，一般浸泡罐體選擇都為150，可以盛裝玉米的重量約為300t。浸泡罐的數(shù)量為：平均生產(chǎn)能力為：3.3KPJ150沖擊式破碎機(jī)KPJ系列沖擊式破碎機(jī)〔又稱輥式破碎機(jī)〕結(jié)構(gòu)緊湊，破碎粒度調(diào)節(jié)方便。不需破碎顆粒由旁路通過，并能自動(dòng)停機(jī)。采用皮帶傳動(dòng)，傳動(dòng)平衡、噪音低。工作可靠、操作方便。該機(jī)采用對(duì)輥差速原理，對(duì)物料進(jìn)行擠壓，剪切，使大顆粒破碎成不規(guī)那么小顆粒，軋輥備用保護(hù)裝置，能防止讓硬物異質(zhì)。根據(jù)物料衡算選用KPJ150輥式破碎機(jī)數(shù)量為12臺(tái)如表3.6表3.6KPJ150輥式破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)KPJ150快輥轉(zhuǎn)速〔轉(zhuǎn)/分〕600慢輥轉(zhuǎn)速〔轉(zhuǎn)/分〕460產(chǎn)量〔噸/小時(shí)〕10外形尺寸〔長×寬×高〕毫米2000×1250×7103.4DPX22.5胚芽旋流器DPX系列胚芽旋流器[18]是消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，在玉米淀粉生產(chǎn)工藝中取代胚芽漂浮槽，提高淀粉胚芽收率的理想設(shè)備。它主要用在玉米破碎之后將胚芽別離．其別離效率≥98％。該設(shè)備為靜止設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)先進(jìn)，安裝方便，生產(chǎn)能力范圍大，只要改變旋流管的數(shù)量，即可適用于不同處理量。根據(jù)物料衡算選用DPX22.5胚芽旋流器數(shù)量為3臺(tái)共12管如表3.7表3.7DPX22.5胚芽旋流器技術(shù)參數(shù)型號(hào)DPX22.5單管生產(chǎn)能力.t/h6.00×4進(jìn)料壓力.Mpa0.4外形尺寸〔長×寬×高〕毫米1500×680×21603.5LM-1000精磨機(jī)針磨LM系列立式針磨是一種高效率的現(xiàn)代化細(xì)磨設(shè)備。它是廣泛用于玉米、薯類淀粉行業(yè)的關(guān)鍵加工設(shè)備。該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠、磨碎效果好、處理能力大等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)物料衡算選用LM-1000精磨機(jī)數(shù)量為5臺(tái)如表3.8表3.8LM-1000精磨機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)LM-1000生產(chǎn)能力.t/h15聯(lián)接淀粉含量≤15%主電機(jī)功率kw200外形尺寸〔長×寬×高〕毫米4000×1900×26003.6G60/2.1預(yù)涂式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)是比擬成熟的過濾技術(shù)，并且實(shí)用，在本錢控制，連續(xù)化生產(chǎn)中都表現(xiàn)突出，產(chǎn)量也隨著設(shè)備的大小控制方便。根據(jù)物料衡算選用G60/2.1預(yù)涂式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)數(shù)量為6臺(tái)如表3.9表3.9G60/2.1預(yù)涂式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)G60/2.1過濾面積〔m〕60轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速〔r/min〕5.2電動(dòng)機(jī)總功率〔kw〕70外型尺寸〔長×寬×高〕mm7000×5150×4200產(chǎn)量T/h183.7XJZ-1600型全自動(dòng)上懸式離心機(jī)XJZ型全自動(dòng)上懸式離心機(jī)是一種機(jī)械卸料的全自動(dòng)上懸式離心機(jī)，凡與物料接觸局部及水、汽管路等均采用不銹鋼或耐腐蝕材料制造，保證別離后產(chǎn)品的清潔衛(wèi)生。氣動(dòng)機(jī)械刮刀卸料，使卸料平安可靠，適用于別離含中等及細(xì)顆粒的固體懸浮液。根據(jù)物料衡算選用XJZ-1600型全自動(dòng)上懸式離心機(jī)數(shù)量為12臺(tái)如表3.10表3.10XJZ-1600型全自動(dòng)上懸式離心機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)XJZ-1600轉(zhuǎn)鼓直徑〔mm〕1600裝料限量〔kg〕1750-2250篩籃轉(zhuǎn)速〔r/min〕1100最大別離因數(shù)〔Fr〕1083主電機(jī)功率〔KW〕200外形尺寸〔mm〕〔長×寬×高〕2230×2140×5100機(jī)器重量〔Kg〕10000離心能力T/h5.2第四章噴霧枯燥器自動(dòng)控制設(shè)計(jì)4.1被控對(duì)象的選擇按照生產(chǎn)要求，產(chǎn)品的質(zhì)量取決于淀粉乳水分的含量。由于濕度傳感器的精度低、滯后大，不易實(shí)現(xiàn)精確、快速的測(cè)量。而淀粉乳水分的含量與枯燥器出口的溫度密切相關(guān)，且容易找到單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，可選擇枯燥器的出口溫度作為間接被控參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)淀粉乳水分的控制。4.2控制變量的選擇影響枯燥器出口溫度的變量有乳液流量，旁路空氣流量，加熱蒸汽量三個(gè)因素，這三個(gè)變量中控制其中之一均可得到相應(yīng)的控制方案。以乳液流量作為控制變量，能夠收到很好的效果，但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中也存在缺點(diǎn)，乳液流量不可能始終穩(wěn)定在最大值，限制了系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，對(duì)提高生產(chǎn)效率不利。并且，乳液管安裝調(diào)節(jié)閥容易使?jié)饪s乳液結(jié)塊[19]，甚至堵塞管道，會(huì)降低產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量。以加熱蒸汽量作為控制變量，由于有空氣交換器，冷熱空氣混合延遲，風(fēng)管滯后等多重因素的影響，控制通道滯后很大，控制變量對(duì)于枯燥器出口溫度控制作用較緩慢。由此可知，以空氣流量作為控制變量是最正確選擇。第五章車間布置5.1廠房布置的原那么(1)滿足生產(chǎn)工藝的要求；(2)滿足生產(chǎn)操作的要求；(3)滿足設(shè)備安裝的要求；(4)滿足廠房建設(shè)的要求；(5)滿足節(jié)約建筑投資的要求；(6)滿足平安、衛(wèi)生和防腐蝕的要求；(7)滿足生產(chǎn)開展的要求；5.2車間布局圖車間布局見圖5.1。纖維麩質(zhì)別離車間纖維麩質(zhì)別離車間浸泡車間浸泡車間磨碎車間燃燒爐磨碎車間燃燒爐淀粉枯燥車間淀粉枯燥車間圖5.1玉米淀粉生產(chǎn)車間布局圖車間布置主要包括四個(gè)局部：玉米浸泡車間、磨碎車間、纖維麩質(zhì)別離車間和淀粉枯燥車間。玉米浸泡車間：占地700平方米，靠近蓄水池及鍋爐，方便輔助生產(chǎn)之需。浸泡灌區(qū)靠近倉庫和生產(chǎn)車間，方便取用和貯存。玉米磨碎車間：占地360平方米，考慮到工藝的復(fù)雜及裝置的繁多，車間面積較大，給予過程足夠的空間及平安距離，同時(shí)維修車間、蓄水池及儲(chǔ)料池分布四周，方便輔助生產(chǎn)所需。纖維、麩質(zhì)別離車間：占地500平方米，在廠區(qū)一角且靠近馬路，方便將別離后的纖維和麩質(zhì)運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)統(tǒng)一再處理。淀粉枯燥車間：占地500平方米，在廠區(qū)邊緣靠近馬路，方便成品淀粉運(yùn)輸。廠區(qū)地勢(shì)得天獨(dú)厚靠近十字路口，方便原料及產(chǎn)品的運(yùn)輸。第六章“三廢〞處理及其綜合利用根據(jù)本工程的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)方案，生產(chǎn)工藝中無有毒性排放物，不對(duì)人和環(huán)境構(gòu)成直接危害。廢渣主要是淀粉渣和鍋爐處的煤渣。鍋爐煤渣妥善處理后運(yùn)出廠區(qū)，供鋪道路路基使用。玉米淀粉渣枯燥粉碎后直接作飼料原料。廢氣主要有玉米清理時(shí)的灰塵，生產(chǎn)車間的粉塵等空氣懸浮物和廢水處理產(chǎn)生的氣體。工程設(shè)計(jì)中，對(duì)灰塵和粉塵采用通風(fēng)除塵裝置，防止其對(duì)環(huán)境的影響；廢氣處理產(chǎn)生的氣體集中回收使用。廢水主要來自淀粉生產(chǎn)過程中的排放水〔包括玉米清洗輸送水〕、玉米浸泡水過程中的冷凝水和車間及設(shè)備沖洗水等。這些廢水的產(chǎn)生是不可防止的，直接排放對(duì)污染環(huán)境危害性最大。在淀粉生產(chǎn)過程中，采用