木糖制作技術(shù)工藝及技術(shù)培訓(xùn)資料

1、培訓(xùn)教案第一章：木糖和木糖醇的簡(jiǎn)介（共三節(jié)）第一節(jié)、木糖（XYLOSE英文名稱），和阿拉伯糖等同屬于五碳糖，在自然界，除竹筍外尚還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)游離狀態(tài)的木糖。而大多數(shù)廣泛的以縮聚狀態(tài)存在于自然植物的半纖維素中。存在的形式是以大分子含在植物體內(nèi)。用酸或酶使木聚糖降解而獲得木糖。雖然木糖是單糖的一種，但和日常的六碳糖葡萄糖及果糖不同，因?yàn)樗荒転槿梭w提供熱量，但具有增加腸道雙歧桿菌數(shù)量等某些特殊功能，所以它被稱為二十一世紀(jì)人類的新糖原和功能糖。工業(yè)生產(chǎn)的木糖稱為D-木糖，口感為清涼味甜，熔點(diǎn)：153154，有變旋現(xiàn)象（旋光度），比旋光度為18.6-920，化學(xué)分子式為C5H10O5,(提問(wèn)：誰(shuí)能說(shuō)一下

2、白糖的分子式？答案：C6H12O6)相對(duì)分子量150.13，結(jié)構(gòu)式：CHO HCOHOHCHHCOHCH2OH木糖主要是作為制作木糖醇的原料，但從現(xiàn)在的趨勢(shì)來(lái)看已經(jīng)將木糖較多的應(yīng)用于無(wú)熱量食品、肉食風(fēng)味劑，因?yàn)槟咎潜旧聿划a(chǎn)生美拉得反應(yīng)（也就是氧化還原反應(yīng)）所以也較多的應(yīng)用于抗氧化劑作為單獨(dú)的商品進(jìn)入市場(chǎng)?，F(xiàn)在日本市場(chǎng)已經(jīng)將木糖用于烤面包，烤肉等烤食食品，而歐洲的一些發(fā)達(dá)國(guó)家也將木糖用于寵物食品（諸如小狗、小貓等，因?yàn)樗槐唤到馑赃@個(gè)寵物吃了排出的便泌物不發(fā)臭等。）當(dāng)然了這種木糖是經(jīng)過(guò)特殊處理和一定的配方的，吃太多的話按人的量來(lái)計(jì)算會(huì)出現(xiàn)便泌（拉稀），所以，也不能吃的太多。第二節(jié)、木糖醇：木糖

3、醇是木糖加氫制取的，分子式C5H12O5木糖醇（英文名稱XYLITOL）口感為清涼味甜，甜度相當(dāng)于蔗糖，及溶于水（約160mg/100ml）,微熔于乙醇和甲醇，熱值為16.72KJ/g, 熱值與蔗糖相同，熔點(diǎn)：9296，在10%的水溶液中PH值5.0-7.0。H HCOHHCOHOHCHHCOHHCOHH1、 它是自然界中廣泛存在的育種物資，不僅存在植物，也存在人體內(nèi)的血液里，即使人體不攝入外來(lái)的木糖醇，在血液里也存在0.030.06mg/100mg的木糖醇，因?yàn)樗侨梭w糖類代謝的正常中間體。由于它的水分活度低，所以它能夠提高食品的保存性，本身不產(chǎn)生美拉得反應(yīng)（也就是氧化還原反應(yīng)），所以現(xiàn)在作

4、為單獨(dú)的成品商品進(jìn)入市場(chǎng)，木糖醇作為食糖的替代品是公認(rèn)的功能糖和被受糖尿病人喜歡的食品。a、木糖醇具有保濕性，在溫度20，相對(duì)濕度60%時(shí)，吸濕平衡過(guò)程33分鐘（d），所以它又是很好的高檔的化妝品和其他高級(jí)保濕功能劑。b、木糖醇具有防齲齒功能，因?yàn)槟咎谴荚诳谇恢胁槐划a(chǎn)生齲齒的變性鏈球菌所利用，不產(chǎn)生酸，而在口腔中PH值提高，防止牙齒被酸蝕，所以是很好的防齲齒功能糖。比如口香糖等。C、木糖醇具有增加腸道雙歧桿菌數(shù)量等某些特殊功能，所以它具有改善腸道功能的作用。在北京經(jīng)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)和臨床研究發(fā)現(xiàn)木糖醇能改善肝功能，不需要胰島素的幫助能直接透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，（同時(shí)，山梨醇也可以進(jìn)入細(xì)胞膜）并獲得國(guó)家

5、專利。第三節(jié)、制取木糖和木糖醇的工藝流程1、 上料篩分水解中和一次脫色一交前陽(yáng)一交陰柱一交后陽(yáng)一次蒸發(fā)C柱預(yù)脫二交陽(yáng)柱二交陰柱三交陽(yáng)柱三交陰柱預(yù)蒸發(fā)過(guò)濾濃縮蒸發(fā)結(jié)晶分離烘干計(jì)量包裝成品木糖2、 工藝的崗位配置：上料，水解（渣處理），脫色，凈化（交換、酸堿配置），蒸發(fā)，結(jié)晶成品，分析檢測(cè)。約56個(gè)工段（以工段控制為單位）第二章：木糖車間工藝順序（共三節(jié)）第一節(jié)、工藝概述：纖維化學(xué)1、半纖維素化學(xué)及生產(chǎn)原料：植物纖維原料主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和灰分組成。其中的半纖維素為植物細(xì)胞壁聚糖混合物，構(gòu)成半纖維素聚糖鏈的單糖主要是：木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、巖澡糖和鼠李糖等。能夠用于提

6、取木糖的植物纖維原料必須滿足兩個(gè)要求：半纖維素含量較高且半纖維素聚糖果鏈的單糖以木糖為主。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)木糖所使用的植物纖維原料有玉米芯、甘蔗渣和樺樹造紙廢液，其中以玉米芯為最佳。在我國(guó)大多數(shù)廠家只用玉米芯和甘蔗渣兩種原料。據(jù)說(shuō)也有采用稻殼作為原料生產(chǎn)木糖的。（因?yàn)槲覀儸F(xiàn)生產(chǎn)線采用的玉米芯作為原料，所以我們就主要闡述有關(guān)利用玉米芯生產(chǎn)木糖的工藝過(guò)程和一些基本知識(shí)?。┯衩仔镜拇蠹s組成為纖維素35%半纖維素39%，木質(zhì)素19%，灰分2%，其它5%，玉米芯所含半纖維素中聚糖鏈的單糖以木糖為主，占80%以上，其次為阿拉伯糖，占10%左右，木糖和阿拉伯糖相加占95%以上，其余為其它單糖。所以玉米

7、芯適合用來(lái)提取木糖。 玉米芯的物理結(jié)構(gòu)包含蜂窩狀外層，白色環(huán)形塊狀中層和絮狀內(nèi)層。其主要質(zhì)量在白色環(huán)形塊狀中層上，也即是生產(chǎn)木糖的主要部分。紅色玉米芯的白色環(huán)形塊狀中層通常比白色玉米芯要厚實(shí)，所以紅色玉米芯往往產(chǎn)糖率較高。玉米芯浸泡在稀硫酸水溶液中，升溫到128130（對(duì)應(yīng)飽和蒸汽壓力0.160.18MPa），其中的半纖維素得以水解，得到以木糖為主的水解液。硫酸為水解反應(yīng)催化劑，也可以用鹽酸作為催化劑，但由于鹽酸對(duì)設(shè)備腐蝕性太強(qiáng)，所以很少企業(yè)采用鹽酸作催化劑。水解后，浸泡與玉米芯殘?jiān)蛛x得到水解液，得到的水解液中硫酸含量在0.650.75%之間是比較合適的。解釋：a、催化劑: 定義：B、硫酸，

8、化學(xué)分子式：H2SO4,相對(duì)分子質(zhì)量98。08，為白色透明狀液體，密度1。821。84g/cm3，純硫酸冰點(diǎn)10。4，所以在溫度低于這個(gè)溫度時(shí)應(yīng)考慮防凍措施，但93%酸冰點(diǎn)為-35，所以冬季多采用93%酸。硫酸比較活潑，能與許多金屬及氧化物和氫氧化物反應(yīng)成硫酸鹽。硫酸是強(qiáng)酸，不僅具備強(qiáng)酸的特性，還有其特性如極強(qiáng)的吸水性、氧化、磺化等，如使棉布、紙張、和有機(jī)物等碳水化合物脫水碳化、接觸人體使人體嚴(yán)重?zé)齻芤匀魏伪壤苡谒?，放出大量熱引起爆炸。C、鹽酸，化學(xué)分子式：HCL, 相對(duì)分子質(zhì)量36。46，純鹽酸無(wú)色透明，具有刺激性臭味，常見的為淡黃色液體，密度為1。19g/cm3。有強(qiáng)烈的腐蝕性，為

9、極強(qiáng)的無(wú)機(jī)酸。能與金屬和金屬氧化物起反應(yīng)，也能和堿類起反應(yīng)。第二節(jié)：原料的予處理及水解工藝概述一、 原料予處理玉米芯收購(gòu)來(lái)后一般是露天存放，表面受到污染，如灰塵，泥沙，一經(jīng)過(guò)雨水的淋洗，很難清理，再加上本身自帶的污染物，如磚頭、泥塊等，這就需要進(jìn)行鍋外予處理，采用鍋外予處理的方法主要為篩分、水洗然后通過(guò)輸送設(shè)備送到水解鍋內(nèi)，（在很早制作木糖時(shí)，有的在水洗前增加了破碎設(shè)備，由于現(xiàn)在隨著工藝的改進(jìn)和變更，在我國(guó)目前我個(gè)人所知道的廠家已經(jīng)不存在這個(gè)工藝過(guò)程了）鍋外予處理的的水源采用生產(chǎn)線上的回收水源，這樣符合了目前我國(guó)所要求的清潔化生產(chǎn)和節(jié)能 降耗的利念，但目前還不是那么的理想。上料設(shè)備主要為：帶式

10、輸送機(jī)；水洗機(jī)；提升機(jī)等裝置。水解鍋是木糖生產(chǎn)中的主要反應(yīng)設(shè)備之一，它內(nèi)部鑲襯耐酸磚，具有防腐蝕能力，下部采用水解后的液體排出裝置：集液器，(現(xiàn)在隨著工藝的改善和實(shí)際工作中的總結(jié)，集液器也作了很大的改動(dòng))水解過(guò)程中需要注意的幾個(gè)關(guān)鍵A、 原料的鍋內(nèi)予處理，B、水解過(guò)程中溫度（壓力）控制，C、催化劑的量的概念，D、充分反應(yīng)二、 原料的鍋內(nèi)予處理：目前采用的是一次鍋內(nèi)熱水予處理過(guò)程，（與很早制作工藝相比去掉了水予處理的過(guò)程）即：在裝入鍋內(nèi)的原料中加入一定的催化劑（硫酸），將反應(yīng)釜的溫度升到一定的溫度，使原料中的灰份、有機(jī)物、果膠在催化劑的作用下被處理下來(lái)，當(dāng)然這種處理需要一定的時(shí)間限制和加入催化劑

11、的多少來(lái)決定處理效果的。予處理也會(huì)造成部分還原糖的損失，如果處理時(shí)間和溫度、催化劑的多少都會(huì)影響處理效果和造成糖份流失。三、 水解過(guò)程中溫度（壓力）控制：在予處理時(shí)我們已經(jīng)講到，如果溫度控制時(shí)間的多少和長(zhǎng)短都會(huì)影響到反應(yīng)過(guò)程，所以在水解過(guò)程中溫度控制是非常關(guān)鍵的，目前我們國(guó)家的木糖企業(yè)多采用低酸低壓水解工藝方法來(lái)做水解工藝的，前期在很早多采用高酸高壓工藝，但產(chǎn)出的水解液色質(zhì)素高，部分還原物被轉(zhuǎn)化為了糠醛，直接影響到產(chǎn)品的收率，成本增加，隨著技術(shù)和工藝的改進(jìn)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，大家就不謀而合的一致認(rèn)為低壓低酸法是目前最經(jīng)濟(jì)最實(shí)際的一種水解方法了。因?yàn)闇囟冗^(guò)程關(guān)系到糖類在水解過(guò)程的焦糖化，產(chǎn)生美拉德反應(yīng)，

12、產(chǎn)生糠醛。 植物纖維中半纖維主要是多縮成糖，含有較多木糖和其它少量阿拉伯糖，在適當(dāng)?shù)乃鈼l件時(shí)，其反應(yīng)能按照理想目的主要生成戊糖（大量木糖或和少量阿拉伯糖），但如果條件控制不當(dāng)，特別是溫度過(guò)高，最初會(huì)生成木糖，進(jìn)一步脫水生成糠醛，糠醛還可以繼續(xù)反應(yīng)下去，生成樹脂狀物。有人作過(guò)試驗(yàn)，將100g木糖在180加熱1h，木糖只剩下8.2g，其余生成糠醛6g，甲酸11.3g，其它物質(zhì)占6.5g，所以要得到好的水解液，應(yīng)控制水解溫度不超過(guò)125（即：壓力0.18gMpa以下蒸汽壓），水解液一般不含有糠醛味，如果水解溫度超過(guò)以上值，水解液糠醛味濃，固形物濃度也高，而是產(chǎn)生糠醛和其他非糖還原物濃度高，因?yàn)樵诂F(xiàn)

13、場(chǎng)分析水解液時(shí)采用還原滴定法，以變色原理為基準(zhǔn)，所以不能直接讀取純度，但如果采用色譜分離法（也就是HPHT法），從峰值就可以直接讀取純度和含量高低，但因?yàn)樗庖褐写蛏V峰值對(duì)設(shè)備儀器影響較大，其有一定周期性和該設(shè)備昂貴。在水解過(guò)程中，原料中含有的其它物質(zhì)也被降解或破壞（前期我們講催化劑的特性），從而帶來(lái)了污染物，主要存在以下幾點(diǎn)：（1）、植物膠體，如粘膠物質(zhì)，水解時(shí)分解成糠醛酸、醋酸等。反應(yīng)式：C41H60O36+H2O4C6H10O7+2CH3OH+2CH3COOH+C5H10O5+C6H12O6 黏膠酸 水 糠醛酸 醋酸 樹膠酸 木糖 半乳糖因此，水解過(guò)程酸度也會(huì)增加，增加的是有機(jī)酸。（2

14、）、原料中所含少量的蛋白質(zhì)，在水解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氨基酸，會(huì)和糖類產(chǎn)生美拉德反應(yīng)（氧化還原反應(yīng)），形成有色膠狀物質(zhì)，不僅降低水解液純度，并減少得率。（3）、植物原料中的天然色素，如花色素，在水解過(guò)程中也溶地水解中，這些色素在不同PH值時(shí)會(huì)呈現(xiàn)不同的色彩，甚至隱形，這就需要用下一工段工藝用脫色工藝來(lái)除去他們。催化劑的選擇：因?yàn)椴煌嵊胁煌拇呋钚裕ǚQ為水解速度常數(shù)），當(dāng)1moL酸溶解到1L水中，其多糖水解速度常數(shù)，若以鹽酸為100計(jì)，其它各酸水解常數(shù)如下：酸 水解速度常數(shù)鹽酸 100硫酸 53氫碘酸 246氯酸 135硝酸 100檸檬酸 1.72現(xiàn)在木糖水解被看好是H2S04，因?yàn)閮r(jià)格低，來(lái)源容易

15、，腐蝕性較低，其次用鹽酸較好，但腐蝕性。到目前為止，除一家企業(yè)使用過(guò)后，還沒(méi)有第二家企業(yè)使用，主要考慮到腐蝕，但如果采用鹽酸水解，鹽酸濃度可比硫酸減半。(舉例說(shuō)明)水解過(guò)程中的液比：液比不僅保證參加水解的物料有足夠水量參加反應(yīng)，同時(shí)有充分的濃度差，使多縮戊糖溶入水中，并使水解成的糖類能順利離開反應(yīng)區(qū)。液比過(guò)大，酸濃降低，影響水解效果，由于常規(guī)采用蒸汽直接加熱，液比較難控制，因?yàn)榧訜崞麜?huì)帶來(lái)冷凝水。另外，與操作者經(jīng)驗(yàn)和氣候有一定關(guān)系，所以盡量采取恒定的液比，恒定的蒸汽壓力，在我們新建生產(chǎn)線中，也考慮到人為操作帶來(lái)不便，所以采取了DCS（現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)，不可能解決人為因素不便，以

16、后在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，我們會(huì)指導(dǎo)水解操作人員怎樣來(lái)操作或操作DCS系統(tǒng)。四、水解工藝流程及工藝指標(biāo)：加酸加水流程：玉米芯皮帶機(jī)篩選輸送機(jī)水解鍋 水解液回收洗水套用下一處理單元（脫色工作）排查渣處理工藝指標(biāo)：裝鍋系數(shù)：85%，予處理時(shí)間，予處理溫度，加液比。水解溫度：升保溫時(shí)間，蒸汽壓力，水解溫度無(wú)機(jī)酸溫度：有機(jī)酸濃度，水解液灰份，排查。水解周期：（根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r而定）絕大部分采用8-12小時(shí)之間，當(dāng)然，輔助設(shè)施對(duì)工藝周期有決定性的影響。第三節(jié)：工藝總結(jié)和工藝過(guò)程計(jì)算一、水解新工藝講座和探討：1、水解催化劑的轉(zhuǎn)型，采用活性高、價(jià)格低的酸2、強(qiáng)制循環(huán)水解3、連續(xù)水解試驗(yàn)，僅是想法，正在試驗(yàn)階段，進(jìn)一步開發(fā)

17、。4、廢熱利用，該工藝目前基本成熟，利用水解排出余熱汽來(lái)加熱其他物料或其它用途，我公司在現(xiàn)生產(chǎn)線中已經(jīng)采用了此種工藝。水解設(shè)備：水解鍋體積和高徑比的確定（舉例說(shuō)明）水解鍋有效容解在20m3以下的，高徑比一般取25-40水解鍋有效容解在5-8m3，高徑比取3-3.6水解鍋有效容解在30m3以上的，高徑比取3.3-4物料體積質(zhì)量：甘蔗渣110/m3玉米芯200/m3水解生產(chǎn)所需水解鍋的數(shù)量按下式： QTn=1440VKC其中：n=所需要水解鍋數(shù)量Q=原料投入量，t/dT=水解鍋操作時(shí)間，minV=水解鍋體積m3K=有效利用系數(shù)C=原料容量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每m3水解鍋應(yīng)產(chǎn)糖1.2-1.6（系數(shù)），常數(shù)按1

18、.3計(jì)算。即：每月產(chǎn)量/總水解鍋容積=系數(shù)諸如我單位20個(gè)20m31.3=520T（月產(chǎn)量）經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得大約產(chǎn)量值，1.3為經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，即1立方米水解鍋可產(chǎn)出1.3噸成品糖。水解設(shè)備結(jié)構(gòu)：按實(shí)際設(shè)備來(lái)講插入教材第13頁(yè)閃蒸內(nèi)容。二、水解流程及工藝指標(biāo)：現(xiàn)將舉例某糖廠的水解處理工藝指標(biāo)：水解工段：水解上料：60分鐘以內(nèi)水解予處理加水89 m3 （加濃酸98%） 3035kg水解予處理升溫：90分鐘 壓力：0.15Mpa水解予處理保溫：30分鐘水解予處理排廢：30分鐘（流量以不溢出為止）水解加洗液：10 m3左右，加酸量：按總酸1.3%計(jì)水解升溫：90分鐘 壓力：0.18 Mpa水解保溫：90分鐘水

19、解排液：50分鐘（以適當(dāng)流量為準(zhǔn)，不可過(guò)大，否則閃蒸效果差）水解二次 加洗液 45 m3水解二次升溫：60分鐘 ， 壓力：0.18 Mpa水解二次排液：30分鐘 （約：35 m3）水解洗水加水：8 m3 升溫壓力0.12 Mpa（升到即排）水解總周期：12小時(shí)第三章 水解液提純工藝水解液提純目的在于除去在水解對(duì)加入的催化劑、無(wú)機(jī)酸以及原料中帶來(lái)的和水解過(guò)程中副反應(yīng)產(chǎn)生的非糖有機(jī)雜質(zhì)，提純的主要手段為脫酸、脫色和離子交換。實(shí)際上，脫色和凈化是吸附工藝的一種類型。定義：吸附過(guò)程是多孔固體吸附劑與流體相（液體或氣體）相接觸，流體相中的單一或多種溶質(zhì)向多孔固體顆粒表面選擇性傳遞，積累于多孔固體 吸附劑

20、微孔表面的過(guò)程。類似的逆向操作過(guò)程稱為解吸過(guò)程。它可以使已吸附于多孔固體吸附劑表面的各類溶質(zhì)有選擇性地脫出，通過(guò)吸附和解吸可以達(dá)到分離、精制的目的。第一節(jié) 水解液成分、性狀和綜合脫色工藝概述一、中和脫色工藝概述在生產(chǎn)水解過(guò)程中，經(jīng)常監(jiān)測(cè)水解液下列成份：折光（折射率）、糖份（還原糖）、總酸，無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、PH值（可不測(cè)）、灰份等。水解液中單糖的特性木糖 葡萄糖 蔗糖分子量：150.14 180.16 342.13外 觀：白色結(jié)晶 180.16 342.13氣 味：無(wú)臭 180.16 342.13甜 度：72 69 100相對(duì)密度：1.525 1.544 1.587熔點(diǎn)：145-150 146

21、160-186滲透度：大 中 小吸濕性：小 中 小溶解度：100 90 200比旋光度：+18.6+90 +52.7-112.2 +66.27 以上三種糖隨著著溫度上升，溶質(zhì)溶解度增加，其飽和溶液的黏度隨溫度上升而上升。目前脫色工藝是木糖生產(chǎn)中相對(duì)成熟工藝，采用活性炭來(lái)進(jìn)行吸附脫色。活性炭特性：脫色率(亞甲基藍(lán))為：100ml/g 水份：10%PH：5.0-7.0 水溶物含量：0.05%粒 度：80-100目 重金屬含量：0.005%活性炭生產(chǎn)工藝不同，原料不同，脫色效果不同，（比如家用水處理活性炭，防毒面具用活性炭等），木糖生產(chǎn)采用粉狀活性炭，用于脫除糖液中的色素（利用活性炭比表面積大的特性

22、）。由于玉米自身攜帶色素和水解過(guò)程中生成硫酸鹽受熱分解產(chǎn)生色素，在不同PH值產(chǎn)生不同顏色，所以生產(chǎn)過(guò)程中必須除掉色素和分解出的有機(jī)體，其次是含氮物，主要指植物中蛋白質(zhì)和氨基酸，也是水解液中色澤的來(lái)源之一（舉例說(shuō)明玉米粒的危害）。再之就是生產(chǎn)中的溫度過(guò)高，設(shè)備材質(zhì)選型不合理，產(chǎn)生的色素（如焦糖色，家用糖色就是高溫配制的、如食用醋、醬油色）。二、活性炭脫色、中和的基本原理：脫色是利用活性炭有巨大活性表面可吸附雜質(zhì)、色素；吸附可分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附。（離子交換吸附我們下一節(jié)講述，本節(jié)著重講述活性炭的吸附方式物理吸附）在1984年左右，尤新（中國(guó)原食品司司長(zhǎng)）老師出版一書（1984年出

23、版）中，對(duì)活性炭吸附工藝溫度建議采用70-80，而現(xiàn)實(shí)工藝中，根據(jù)很多實(shí)際工作者在工作中的總結(jié)和經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)基本采取低溫吸附，溫度控制在50-60，不超過(guò)70，因?yàn)闇囟冗^(guò)高，色素增加，黏性增大，脫色效果差，所以采用低溫時(shí)效果較好，也正因?yàn)橛羞@一特性，有些科研工作者和技術(shù)人員就將剛排出的水解液采取自蒸發(fā)（閃蒸）形式降溫，回收熱能，既節(jié)約能源，又降下溫度，同時(shí)在閃蒸過(guò)程中，揮發(fā)了大部分有機(jī)酸，對(duì)脫色、交換、減輕負(fù)荷可以說(shuō)是木糖生產(chǎn)中的一大進(jìn)步，要不說(shuō)實(shí)踐出真理，經(jīng)驗(yàn)從實(shí)踐中來(lái)。因?yàn)樵谒庖褐?，不僅存在有機(jī)酸，還有無(wú)機(jī)酸（也就是在反應(yīng)中沒(méi)有參加反應(yīng)的催化劑），也存在水解液中，必須去除，在很早工藝中采用離

24、子樹脂吸附去除，隨著現(xiàn)在工藝進(jìn)一步發(fā)展。目前，多數(shù)采用酸堿中和的方法進(jìn)行去除，采用這一方法簡(jiǎn)單方便，也有優(yōu)缺點(diǎn)，但價(jià)格便宜，來(lái)源豐富，一般采用碳酸鈣或石灰乳、氧化鈣（CaCO3或CaO），大家知道，酸堿中和反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而且Cao和CaCO3堿性較強(qiáng)，反應(yīng)不完全會(huì)影響中和工藝，而產(chǎn)生溶于液體中的硫酸鈣，在后序工序中受熱結(jié)晶，形成鈣垢，如果中和溫度和加量太大的話而產(chǎn)生過(guò)堿區(qū)，破壞木糖分子，所以在中和過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制以下三點(diǎn)：1、放料速度2、保溫時(shí)間3、投入量缺一不可。三、中和脫色的工藝指標(biāo)和實(shí)際應(yīng)用舉例：A、工藝順序:水解液預(yù)脫(加鈣)中和(加廢碳液)預(yù)脫(加新碳)脫色液一次交換一次蒸發(fā)

25、一蒸液 預(yù)脫 加碳脫色 二脫液三次交換 B、工藝指標(biāo):中和液: 無(wú)機(jī)酸 0.15% PH值 2.0左右脫色液: 透光 55-60%二脫液: 透光 80%以上消耗指標(biāo):活性碳:150kg以下(對(duì)成品糖)輕 鈣:200kg以下(對(duì)成品糖)加鈣數(shù)量計(jì)算: 加鈣量:定量加鈣,按1m3液加4.6公斤.加碳量:(按還原糖6%計(jì)算)=實(shí)際體積糖濃6%第二節(jié) 糖漿的離子交換（脫色、脫酸工藝）一、離交樹脂簡(jiǎn)介：經(jīng)過(guò)中和脫色后的糖漿純度提高，但還有一定量的膠體、色素和有機(jī)質(zhì)含在液體中，不是活性炭能夠處理掉的，這就需要采用離子交換方法進(jìn)一步凈化和去除這些雜質(zhì)。目前，廣泛采用陰陽(yáng)樹脂方法和工藝來(lái)進(jìn)一步處理，首先我們先

26、了解一下樹脂特性：為制造高質(zhì)量的精糖，使用離子交換樹脂除去各種色素與雜質(zhì)是效果最好也是現(xiàn)今最通用的方法。國(guó)外精煉糖廠和木糖廠從 50 年代已開始使用離子交換樹脂對(duì)糖液進(jìn)行高度脫色，初時(shí)是在經(jīng)過(guò)活性炭脫色之后再通過(guò)樹脂脫色，以后不少新建或改建的糖廠以使用樹脂脫色為主。在木糖生產(chǎn)中應(yīng)用樹脂，主要目的是除去色素和酸根等，故所用的樹脂要有較高的脫色性能。木糖液中有色物質(zhì)的種類很多，大部分是弱酸性的有機(jī)物，在水溶液中帶負(fù)電，但也有部分有色物的酸性和電荷很弱，甚至不帶電 ( 或有兩性電荷 )；它們有部分是高分子量的。因此，通常使用陰離子型強(qiáng)堿性大孔樹脂，它們能較好地除去帶負(fù)電以至不帶電的有色物，以及分子量

27、較高的各種雜質(zhì)，并較耐污染。它們除脫色外，還可吸附除去硫酸根和磷酸根等無(wú)機(jī)物。這類陰離子樹脂以 OH 型式運(yùn)行時(shí)，還可除去氯根和硅酸鹽 。 離子交換樹脂很善于除去糖液中的各種雜質(zhì)，特別是有色物質(zhì)和灰分。 由于樹脂的價(jià)格較高，樹脂與所用設(shè)備的投資較大，而且還需要周期性地進(jìn)行再生處理，使樹脂保持良好的性能；如果所處理的物料含雜質(zhì)較多，就會(huì)縮短樹脂的工作周期，增大再生費(fèi)用。因此，它主要用在木糖廠中生產(chǎn)精質(zhì)糖漿，在很早一些木糖廠中亦有用以處理脫色和脫酸，代替中和工藝，但現(xiàn)在主要還是直接用于木糖廠的清凈液體的脫色脫酸處理和提純處理，在水處理工藝中用于去除鈣鎂離子和凈化水質(zhì)。 為降低消耗與成本，延長(zhǎng)樹脂的

28、工作周期和壽命，糖液在通過(guò)樹脂柱之前要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，除去原料中的大部分非糖分，特別是其中對(duì)樹脂有較大污染的成分 ( 如會(huì)堵塞樹脂中微細(xì)孔道的懸浮物及大分子有機(jī)物 )，所以我們?cè)陔x交工藝上稱為再生工藝，我們后面將做詳細(xì)的介紹。通常將樹脂裝于圓筒形的樹脂柱中，糖液連續(xù)地通過(guò)。樹脂柱內(nèi)裝載樹脂的體積稱為床容積 (bedvolume) ，簡(jiǎn)寫為 BV 。工業(yè)用的樹脂柱的床容積通常由 110m3 ，也有較小或較大的。這是樹脂柱的基本單位，它工作時(shí)的各種物料量都以 BV 為單位。例如溶液通過(guò)樹脂柱的流量速度為 24BV/h ，即每小時(shí)通過(guò)溶液的體積為樹脂床容積的 24倍。樹脂的處理能力亦常以 BV 為

29、單位計(jì)算。 大家知道，提純后的糖漿的粘度高，通過(guò)樹脂床層的阻力較大，故糖漿的濃度不能過(guò)高，如 630Bx （折光計(jì)），并保持 1560（考慮到樹脂使用溫度）。國(guó)內(nèi)外的木糖生產(chǎn)企業(yè)為減少蒸糖漿時(shí)的蒸發(fā)水量、加速濃縮過(guò)程，減少糖漿濃縮過(guò)程中的色值增加，常用多效降膜式蒸發(fā)器將糖液再濃縮至 7285Bx(折光是光線自一種透明介質(zhì)進(jìn)入另一透明介質(zhì)的時(shí)候,由于兩種介質(zhì)的密度不同,光的進(jìn)行速度發(fā)生變化,即發(fā)生折射現(xiàn)象,)后 再進(jìn)行濃縮蒸發(fā)糖膏。所以，我們采用了三次蒸發(fā)工藝來(lái)對(duì)糖液進(jìn)行蒸發(fā)。（稍后的蒸發(fā)工藝中我們將詳細(xì)的講述蒸發(fā)的有關(guān)工藝原理和過(guò)程）二、離子交換循環(huán)操作和應(yīng)用1、 離子交換循環(huán)操作一般常用離子

30、交換樹脂價(jià)格較高，必須再生重復(fù)使用。再生過(guò)程中受化學(xué)平衡中離子交換平衡常數(shù)的制約，時(shí)常要加入比理論值過(guò)量的再生劑。因此，在下一次離子交換循環(huán)前，要把柱內(nèi)的再生劑淋洗干凈。離子交換循環(huán)操作包括：反洗、再生、淋洗和交換幾個(gè)步驟：a反洗：是離子交換劑再生前的準(zhǔn)備步驟，目的是使床層擴(kuò)大和重新調(diào)整，把從水中（稱糖液）濾出的雜物污物清洗排出，以便液流分配更均勻，清洗液一般用水。b再生：一般來(lái)說(shuō)，同一價(jià)再生劑洗脫一價(jià)離子時(shí)，再生劑的濃度對(duì)再生的影響較小。用一價(jià)再生劑洗脫樹脂上的二價(jià)離子時(shí)，增加再生劑的濃度可提高洗脫性，通常再生劑濃度取5-10%，要防止再生劑再生時(shí)生成沉淀（如采用H2SO4洗脫時(shí)生成CaSO

31、4）堵塞床層，所以宜先用稀的再生劑，逐漸再用濃的再生劑洗脫，再生劑流速的選取應(yīng)使兩相有適當(dāng)?shù)慕佑|時(shí)間，交聯(lián)度低的陽(yáng)離子樹脂，接觸時(shí)間可短些。反之，交聯(lián)度大的，接觸時(shí)間長(zhǎng)些，再生劑中的雜質(zhì)或有害離子也會(huì)妨礙樹脂再生。如：氯（CL）離子對(duì)第一類強(qiáng)堿性陰離子樹脂有較大的親和力，要用含少量氯離子的氫氧化鈉（NaOH）溶液洗脫樹脂中的氯離子，則不易完全洗脫，有降低樹脂交換容量的缺點(diǎn)。c淋洗：樹脂再生后，須將過(guò)量的再生劑淋洗干凈，再生劑置換出來(lái)后，可提高淋洗速度，以減少淋洗時(shí)間，苯乙烯陽(yáng)離子交換樹脂需要的淋洗水量約為135L/M3，陰離子交換樹脂需要的水量多些，新的強(qiáng)堿型或季胺類樹脂，按照樹脂的種類，用的

32、再生劑不同和其他條件的差異，所需洗水量至少在810-1080L/m3之間。d交換，交換時(shí)要維持床層的結(jié)構(gòu)正常，避免產(chǎn)生偏流空洞，亂層（分層交換：失效層、交換層、保護(hù)層）如果進(jìn)料濃度過(guò)高，可能使樹脂脫水，以致床層過(guò)度緊縮，使樹脂受到損傷。因此，固體樹脂加入床層時(shí)，要考慮樹脂的溶脹（膨脹系數(shù)），如溶脹速度過(guò)大，將使樹脂破裂。2、 離子交換操作的應(yīng)用a工業(yè)：硬水軟化、鍋爐用水脫鹽，軟化、純水高純水制備脫堿、脫色、脫酸除鐵錳等；b食 品：制糖、精制糖漿等；c生 化：抗生素、維生素、酶、血漿；d冶 金：稀有金屬回收、提純。如金、銀、鈾；e分析化工：試劑提純。3、 離子交換劑種類與選用（1）大致分為兩類：

33、無(wú)機(jī)離子交換劑；有機(jī)離子交換劑（聚苯乙烯）聚苯乙烯是指有苯乙烯單體經(jīng)自由基縮聚反應(yīng)合成的聚合物，英文名稱為Polystyrene,簡(jiǎn)稱PS,聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯（GPPS）.聚苯乙烯.可發(fā)性聚苯乙烯（EPS).高抗沖聚苯乙烯（HIPS）及間規(guī)聚苯乙烯（SPS）。無(wú)機(jī)離子交換劑包括：天然沸石類，如鈣沸石，瓷土礦石等有機(jī)離子交換劑：a.強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂 b.強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂a.強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂，由聚苯乙稀小球經(jīng)濃硫酸磺化制成。其中-SO3H（磺基）官能團(tuán)（有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)中能反映化學(xué)特性的原子或原子團(tuán)叫官能團(tuán)。官能團(tuán)能決定有機(jī)物的主要化學(xué)性質(zhì)。具有相同官能團(tuán)的有機(jī)物，化學(xué)

34、性質(zhì)類似。重要官能團(tuán)有雙鍵、三鍵（CC）、鹵（Lu）素（X）、羥基（OH）氫氧（）原子團(tuán)。巰qi基（SH）有機(jī)化合物中含硫和氫的基，亦稱“巰基”、“氫硫基”。、羰(tan)基（COOH）是由碳酸減去氫氧原子團(tuán)而成的復(fù)基。亦稱“碳氧基”。醛基、羧（suo）基碳酸失去氫原子團(tuán)而成的一價(jià)基。、硝基（NO2）、氨基（NH2）、氰基（CN）、磺基（SO3H）等。官能團(tuán)是有機(jī)物分類的重要依據(jù)之一。在有機(jī)合成中往往把引入或消除的官能團(tuán)作為該反應(yīng)的名稱，如烷基化反應(yīng)、脫羧（基）反應(yīng)等。 ）有強(qiáng)電解質(zhì)的性質(zhì)，被處理的水或液體從強(qiáng)酸性至強(qiáng)堿性在整個(gè)PH值范圍都能使用。樹脂可以是H型或鹽基型（Na鹽），這種強(qiáng)酸性陽(yáng)

35、離子交換樹脂的特點(diǎn)是可以用無(wú)機(jī)酸（HCL或H2SO4）或NaCL再生，比陰離子樹脂熱穩(wěn)定性高，可承受溫度高達(dá)120。出廠商品多為鈉鹽型樹脂出廠，（正因?yàn)槌鰪S型式為Na型所以我們木糖車間在使用過(guò)程前要對(duì)它進(jìn)行轉(zhuǎn)型處理）。酸性陽(yáng)離子樹脂除磺酸基官能團(tuán)外，也可以是-COOH（羰基、醛基、羧基）等。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂對(duì)離子吸附有選擇性，如下：Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ NH4+ Na+ H+弱酸性陽(yáng)離子樹脂對(duì)離子吸附有選擇性，如下：H+ Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ NH4+ Na+ b.強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，這類樹脂由兩種類型：第一種對(duì)氮有三個(gè)甲基的季胺結(jié)構(gòu)，第二種是

36、對(duì)氮有乙基氫氧官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)。這兩種類型的陰離子樹脂能和水中的CL是SO42、NO32等強(qiáng)酸根或CO42等酸根交換，出廠型式為CL型，用于木糖生產(chǎn)的要轉(zhuǎn)型為OH，再生劑相應(yīng)采用NaOH 、NaCL、HCL、Na2SO4和H2SO4，季胺官能團(tuán)在PH=7，以下是非常穩(wěn)定的。反之易發(fā)生降解，堿性離子交換樹脂比酸性離子交換樹脂熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性差，離子交換容量較差，（所以，陰柱比陽(yáng)柱多）。強(qiáng)堿性陰離子樹脂對(duì)離子吸附有選擇性，如下：SO42 NO3 CL OH HCO3 HSiO3 弱堿性陰離子樹脂對(duì)離子吸附有選擇性，如下：OH SO42 NO3 CL HCO3 HSiO3 （參數(shù)見水處理技術(shù)第255

37、。256。257。258頁(yè)）4、大孔吸附樹脂：為什么叫大孔？因?yàn)榇罂讟渲芯薮缶W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)吸附劑，在干的或熔脹狀態(tài)下都有孔穴，而普通樹脂只有在溶脹狀態(tài)下才有孔穴的性能，故大孔樹脂不僅有均相的凝膠結(jié)構(gòu)，而且有非凝膠結(jié)構(gòu)的物質(zhì)存在，它的特點(diǎn)是孔徑大，比表面積高，并且吸附容易大，再生容易的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際用途中，針對(duì)待脫物質(zhì)的極性，選用不同極性類型的樹脂。因?yàn)樗奈搅Ρ然钚蕴啃。士捎盟釅A或溶劑沖洗再生。5、選用原則根據(jù)離子交換平衡，即交換容量，離子交換選擇性，交換動(dòng)力學(xué)和一般的物化性能及機(jī)械性能外，還要根據(jù)工藝要求、處理液要求、純度、再生條件、選用恰當(dāng)樹脂，選用樹脂原則應(yīng)考慮以下原則a、 根據(jù)強(qiáng)或

38、弱性樹脂的特點(diǎn)，從兩類樹脂PH滴定曲線，選出其適用的PH值范圍，因?yàn)槿芤旱腜H值大小會(huì)影響某些金屬離子在溶液中的價(jià)態(tài)。b、 再生劑的消耗。因?yàn)闃渲偕枰^多再生劑，所以選用再生度不大，而工作交換容量較大類型的樹脂，當(dāng)然，再生劑用量和處理液純度主要由交換柱操作條件決定。c、 溫度影響，水溫升高，可提高離子的擴(kuò)散速度，縮短達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。但是升溫過(guò)高，可能使樹脂分解，從至降低樹脂的交換容量。一般陽(yáng)離子樹脂最高使用溫度應(yīng)低于100，陰離子樹脂應(yīng)小于60。d、 水溶液中同時(shí)含有重金屬離子或分子較大的金屬離子。如重金屬離子，Hg+2(汞)Cd2+（鎘）Pb2+（鉛）和一般金屬離子K+（鉀）Na+

39、 (鈉)Ca2+（鈣）Mg(鎂2+)時(shí)，要選用適當(dāng)離子交換樹脂，先除去這些有害重金屬離子，（見吸附離子交換第115-120頁(yè)）6、再生劑的用量和再生劑濃度范圍影響再生效率和再生程度的因素很多，包括樹脂的類型、性能、再生劑的種類、濃度、用量、溫度和接觸時(shí)間。濃度范圍：Hcl ：5-7% H2SO4 ： 1-5% NaOH ：2-4%純Ca2CO3(純碳酸鈉)4%左右 NaCL ：10-15%再生劑的用量通常用單位體積樹脂交換柱所消耗的再生劑計(jì)算，以mol/L表示。理論上，所需再生的當(dāng)量數(shù)應(yīng)等于樹脂的總交換量的當(dāng)量數(shù)，但實(shí)際中使用量為理論量的若干倍時(shí)，才能使樹脂達(dá)到一定的再生率。實(shí)際再生劑用量為理

40、論用量的倍數(shù)稱為再生水平，以m表示用公式表達(dá)則為：G=WREV式中： G 為再生劑用量W 為通過(guò)床層每當(dāng)量總樹脂容量的再生劑當(dāng)量數(shù)；R 為樹脂總?cè)萘縀V 為再生劑的當(dāng)量重量再生接觸時(shí)間與再生后樹脂交換量有一定的關(guān)系，這又與再生劑的濃度及樹脂的交聯(lián)度有關(guān)，正因?yàn)榇耍瑸橛行Ю脴渲慕粨Q量，再生時(shí)間最少應(yīng)有30分鐘，對(duì)交聯(lián)度高的樹脂需要60分鐘，要保持一定的再生接觸時(shí)間，控制再生劑溶液的流速，通常取線速度4-8m/h.7、 離子交換過(guò)程和設(shè)備a.間歇槽式b.固定床 目前我單位一交，二交，三交、C柱采用密閉帶壓固定床；屬于單床層串聯(lián)單床層交換（如三交）采用逆流再生工藝，優(yōu)點(diǎn)：在低再生劑用量時(shí)，化學(xué)效

41、率較高，再生徹底充分c.流化床d.混合床e.流動(dòng)床 我們水處理選用SL型流動(dòng)床，效率高，操作簡(jiǎn)單，連續(xù)性強(qiáng)，在水處理中適用于硬度適中的水質(zhì)處理。討論，其它先進(jìn)離子設(shè)備如反滲透（RO）超濾（UF），電滲析ED，EDR）納濾（NF）微濾（MF）8、 我們單位在木糖生產(chǎn)中選用下列樹脂型號(hào)：A、001*7強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂B、D301大孔強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂C、D201大孔強(qiáng)堿陰性離子交換樹脂三、交換工段工藝概述和實(shí)用舉例:工藝順序:一脫液前陽(yáng)一交陰一交陽(yáng)二脫液 二交陽(yáng)二交陰三交陽(yáng)三交陰物料工藝指標(biāo):前 陽(yáng):透光65% 無(wú)機(jī)酸0.20%一交陰:透光一交陽(yáng):透光70%以上 無(wú)機(jī)酸0.05%以下二交陽(yáng):

42、透光80% 總酸0.8%二交陰:透光90% 總酸0.05% 無(wú)機(jī)酸 0 PH 6-7三交陰:透光95% 總酸0.05% PH 4-6再生工藝指標(biāo):再生劑濃度:硫酸 2.0-2.5% 液堿 3% 鹽酸 2-2.5% (流動(dòng)床用20%鹽酸) 純堿 3-3.5%再生終點(diǎn)控制:按進(jìn)液濃度與出口濃度相差0.2%為終點(diǎn).淋洗終點(diǎn): 陽(yáng) 柱: PH4-3(試紙測(cè)) PH2.0-3.0(酸度計(jì)測(cè))(前陽(yáng)與一交前陽(yáng)可用試紙測(cè),二、三交必須用酸度計(jì)測(cè))一交陰柱 PH 8-8.5 (酸度計(jì)測(cè))二交陰柱 PH 7.0 (酸度計(jì)測(cè))三交陰柱 PH 5.5 (酸度計(jì)測(cè))浸泡時(shí)間: 1.5小時(shí)(用回收堿時(shí),用試紙測(cè)顯堿性為

43、標(biāo)準(zhǔn), 用回收酸,以出口再生劑顯酸性為標(biāo)準(zhǔn),試紙測(cè)顯紅色).堿回收按濃度1%,酸按0.5%回收.再生劑流量:(再生前反沖用旁通管開大流量,以出水清亮為準(zhǔn).)一交陰: 3m3/h (回收堿 6m3/h(正加)一交陽(yáng): 2.5m3/h(回收酸 6m3/h(反加)二交陰: 2.5m3/h二交陽(yáng): 2.5m3/h三交陰: 2.0m3/h(不用回收堿 用純堿)交換流量:(加料前反沖1小時(shí), 流量4m3/h)一交陽(yáng)、前陽(yáng) 3m3/h一交陰 3m3/h二、三交陽(yáng)、陰柱 2m3/h交換過(guò)程中上液面控制到150mm-200mm收料折光 0.5% 水頂折光0.5%反再生周期: 暫定15批次一次,反再生流量控制同再

44、生指標(biāo).第七章 蒸發(fā)第一節(jié)：概 述 在化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或物理性操作過(guò)程經(jīng)常得到一些含溶質(zhì)的稀溶液，為了得到符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，常將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。7.1.1 蒸發(fā)分離的依據(jù)利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特性使兩者實(shí)現(xiàn)分離。7.1.2 蒸發(fā)操作的目的 獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品 脫除溶劑。此過(guò)程常伴隨有結(jié)晶過(guò)程 去除雜質(zhì)。 7.1.2 蒸發(fā)操作的應(yīng)用在工業(yè)上，有三種情況：(1)制取液體產(chǎn)品。例如電解食鹽水得到的NaOH稀溶液中，含有約18%的NaCl，通過(guò)蒸發(fā)方法在除去大部分水的同時(shí)，將NaC

45、l結(jié)晶而分離除去，得到規(guī)定的液堿產(chǎn)品；(2)生產(chǎn)固體產(chǎn)品。將稀溶液濃縮達(dá)到飽和狀態(tài)，然后冷卻使溶質(zhì)結(jié)晶與溶液分離，從而獲得固粒產(chǎn)品。例如，食鹽精制、制糖、制藥等。(3)制取純?nèi)軇２捎谜舭l(fā)方法使溶劑汽化并冷凝，使不揮發(fā)性雜質(zhì)分離而得到純?nèi)軇绾Ｋ迫〉?。被蒸發(fā)的溶液可以是水溶液，也可以是其它溶液，而工業(yè)上處理的溶液大多為水溶液，所以本章僅討論水溶液的蒸發(fā)。 7.1.3蒸發(fā)的流程用來(lái)進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器和冷凝器，基本流程如圖（標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器）。 蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去，由加熱室和分離室兩部分組成。q 加熱室由傳熱管組成，中央設(shè)置一循環(huán)管，加熱用的飽和水蒸汽在加熱

46、室管間冷凝放熱用于對(duì)管內(nèi)水溶液進(jìn)行加熱；q 分離室在加熱室上部，為一圓筒結(jié)構(gòu)，使受熱上升的溶液在此汽化并將汽液分離。 冷凝器與蒸發(fā)器的分離室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。 冷凝水加熱蒸汽料液二次蒸汽水冷卻水不凝性氣體7.1.4 蒸發(fā)的分類 按操作壓強(qiáng)分：加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：1.減壓下溶液沸點(diǎn)t1降低，使蒸發(fā)器的傳熱推動(dòng)力t=T-t1增大，因而，對(duì)一定的傳熱量Q，可節(jié)省蒸發(fā)器的傳熱面積S。2.蒸發(fā)操作的熱源可采用低壓蒸汽或廢熱蒸汽，節(jié)省能耗。P,T ,t一定，Q不變3.適于處理熱敏性物料，即在高溫下易分解、聚合或變質(zhì)的物料。4.減少蒸發(fā)器的熱損失。真空操作的缺點(diǎn)

47、：1.溶液的沸點(diǎn)降低，使粘度增大，導(dǎo)致總傳熱系數(shù)下降2.動(dòng)力消耗大。因需要有造成減壓的裝置。 按蒸發(fā)方式分：自然蒸發(fā)、沸騰蒸發(fā)q 自然蒸發(fā)：溶液在低于溶液沸點(diǎn)的溫度條件下汽化。汽化只在溶液表面進(jìn)行，汽化面積小，傳熱速率低，汽化速率低q 沸騰蒸發(fā)：溶液在沸騰條件下汽化。汽化發(fā)生在溶液的各個(gè)部位。汽化面積大，傳熱速率高，汽化速率高 按二次蒸汽是否被利于分：?jiǎn)涡д舭l(fā)、多效蒸發(fā)q 單效蒸發(fā)：將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作q 多效蒸發(fā)：將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以利用其冷凝熱的串聯(lián)操作7.1.5 蒸發(fā)的特點(diǎn)從蒸發(fā)的過(guò)程可以看出，蒸發(fā)操作總是從溶液中分離出部分溶劑，而過(guò)程的實(shí)質(zhì)是傳

48、熱壁面一側(cè)的蒸汽冷凝與另一側(cè)的溶液沸騰間的傳熱過(guò)程，溶劑的汽化速率由傳熱速率控制，故蒸發(fā)屬于熱量傳遞過(guò)程。同時(shí)，蒸發(fā)器也是一種換熱器。但蒸發(fā)操作和設(shè)備與一般的傳熱過(guò)程有所不同。蒸發(fā)具有下述特點(diǎn)： 傳熱性質(zhì)：傳熱壁面一側(cè)為加熱蒸汽進(jìn)行冷凝，另一側(cè)為溶液進(jìn)行沸騰，故屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫傳熱過(guò)程。 溶液性質(zhì)：有些溶液在蒸發(fā)過(guò)程中有晶體析出、易結(jié)垢和產(chǎn)生泡沫；溶液的粘度在蒸發(fā)過(guò)程中逐漸增大，腐蝕性逐漸加強(qiáng)。這些性質(zhì)將影響設(shè)備的結(jié)構(gòu) 溶液沸點(diǎn)的改變(升高)：含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽壓較同溫度下純水的低，即在相同的壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)高于純水的沸點(diǎn)，所以當(dāng)加熱蒸汽一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差

49、要小于蒸發(fā)水的溫度差，兩者之差稱為溫度差損失，而且溶液濃度越高，溫度差損失越大蒸發(fā)溶液溫度差：t=T-t蒸發(fā)純水溫度差：tT=T-T P一定時(shí)， t T t tT 泡沫挾帶：二次蒸汽中常挾帶大量泡沫，冷凝前必須設(shè)法除去。否則既損失物料，又污染冷凝設(shè)備。 能源利用：蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生大量二次蒸汽，含有許多潛熱，應(yīng)合理利用這部分潛熱。7.2 蒸發(fā)設(shè)備7.2.1 常用蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)蒸發(fā)器組成：q 加熱室：加熱溶液使之汽化q 分離室：分離二次蒸汽和完成液化工生產(chǎn)中常用的間接加熱蒸發(fā)器按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時(shí)溶液的流動(dòng)情況，分為兩大類：q 循環(huán)型(非膜式)q 單程型(膜式)7.2.1.1 循環(huán)型(非膜式)蒸發(fā)

50、器循環(huán)型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，溶液濃度接近于完成液濃度。根據(jù)引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)的原因，分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器。q 自然循環(huán)：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產(chǎn)生密度差而引起的循環(huán)運(yùn)動(dòng)q 強(qiáng)制循環(huán)：依靠外力迫使溶液沿一個(gè)方向作循環(huán)運(yùn)動(dòng) 1中央循環(huán)管式(標(biāo)準(zhǔn)式)蒸發(fā)器 加熱室由垂直管束組成，管束中心有一根直徑較大的中央循環(huán)管，其截面積為其余加熱管總截面積的40%100%，如圖。加熱蒸汽：加熱室管束環(huán)隙內(nèi)溶液：加熱室管束及中央循環(huán)管內(nèi)，受熱時(shí)，由于中央循環(huán)管單位體積溶液受熱面小，使得溶液形成由中央循環(huán)管下降，而由其余加熱管上升的循環(huán)流動(dòng)。

51、優(yōu)點(diǎn)：q 溶液循環(huán)好q 傳熱效率高q 結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠缺點(diǎn)：q 循環(huán)速度低q 溶液粘度大、沸點(diǎn)高q 不易清洗適于處理結(jié)垢不嚴(yán)重、腐蝕性小的溶液2降膜蒸發(fā)器 它的加熱室與升膜式類似，但分離室設(shè)置在下部，見圖5-9。溶液預(yù)熱后由加熱室頂部加入，經(jīng)管端的液體分布器均勻分配在各加熱管內(nèi)，在重力作用下沿管內(nèi)壁呈膜狀向下流動(dòng)，并進(jìn)行蒸發(fā)。汽液混合物從管下端流出，在分離器內(nèi)進(jìn)行汽液分離后完成液由分離室底部排出。這類蒸發(fā)器操作的關(guān)鍵是設(shè)置良好的液體分布器，以保證溶液均勻成膜和防止二次蒸汽從加熱管頂部穿出。常用的膜分布器見書。適于處理濃度、粘度較大的溶液不適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。 7.2.2 蒸

52、發(fā)器的選型蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，選用時(shí)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程的蒸發(fā)任務(wù)，選擇適宜的蒸發(fā)器型式。選型時(shí)，一般考慮以下原則： 溶液的粘度：蒸發(fā)過(guò)程中，溶液粘度變化的情況，是選型時(shí)很重要的因素。高粘度的溶液應(yīng)選用對(duì)其適應(yīng)性好的蒸發(fā)器，如強(qiáng)制循環(huán)型、降膜式、刮板攪拌薄膜式等； 溶液的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性差的物料，應(yīng)選用滯料量少，停留時(shí)間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器 有晶體析出的溶液：選用溶液流動(dòng)速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在加熱管內(nèi)停留時(shí)間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器 易發(fā)泡的溶液：泡沫的產(chǎn)生，不僅損失物料，而且污染蒸發(fā)器，應(yīng)選用溶液湍動(dòng)程度劇烈的蒸發(fā)器，以抑制或破碎泡沫，如外熱式、強(qiáng)制循環(huán)式、升膜

53、式等；條件允許時(shí)，也可將分離室加大。 有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)此種物料，加熱管采用特殊材質(zhì)制成，或內(nèi)壁襯以耐腐蝕材料。若溶液不怕污染，也可采用浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)器 易結(jié)垢的溶液：蒸發(fā)器使用一段時(shí)間后，就會(huì)有污垢產(chǎn)生，垢層的導(dǎo)熱系數(shù)小，從而使傳熱速率下降。應(yīng)選用便于清洗和溶液循環(huán)速度大的增大器，如懸筐式、強(qiáng)制循環(huán)式、浸沒(méi)燃燒式等 溶液的處理量：溶液的處理量也是選型時(shí)應(yīng)考慮的因素。處理量小的，選用尺寸較大的單效蒸發(fā)，處理量大的，選用尺寸適宜的多效蒸發(fā)?？傊?，不同類型的蒸發(fā)器，各有其特點(diǎn)，它們對(duì)不同的溶液的適應(yīng)性也不相同。在單效蒸發(fā)中，蒸發(fā)1kg水分需消耗1kg多的加熱蒸汽，在大規(guī)模生產(chǎn)中為了節(jié)省蒸汽用量，同

54、時(shí)也為了使析出的晶體及時(shí)與溶液分離，一般采用多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)的操作原理是：將前一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，這樣僅第一效需要消耗生蒸汽，同時(shí)要求后一效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點(diǎn)相應(yīng)降低，這時(shí)引入的二次蒸汽才仍能起到加熱作用，則后一效的加熱室成為前一效的冷凝器。如此將多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)一同操作的過(guò)程，組成了多效蒸發(fā)操作流程。采用多效蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是降低能耗。由于各效(末效除外)的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，因而提高了加熱蒸汽的利用率；便于分離晶體。當(dāng)蒸發(fā)過(guò)程溶液有晶體析出時(shí)，可使晶體在某一效間析出，然后與溶液分離后繼續(xù)蒸發(fā)，這樣就避免了單效操作時(shí)晶粒和完成液一起排出，可減少結(jié)垢、磨損現(xiàn)象，同時(shí)提高對(duì)流傳熱系數(shù)?？蓮?qiáng)化傳熱過(guò)程提高