CN100352364C - 用于生产碱法烹制玉米粉的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在碱法烹制玉米粉生产过程中回收能量和颗粒的改进方法和装置。采用碱溶液预烹制实现局部烹制，通过循环热水减少预烹制和清洗的能量使用。接着稳定湿量，磨制玉米并通过循环热废气以减小的能量消耗在超热气流中干燥。对于热废气的一部分进行除尘，热废气重新使用以便重新加热燃烧气体。对于剩余热废气进行湿式洗涤，其中重新使用热水，并排放废气。随后对于干式磨制颗粒进行进一步干燥。从粗粒中分离并回收细小颗粒，粗粒进行风送以便在热废气除尘和洗涤之后将作为废物的外皮部分和收集的颗粒分离。重新磨制和筛选粗粒，从而形成用于玉米饼和类似物的玉米粉。

Description

用于生产碱法烹制玉米粉的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种在碱法烹制玉米脱水之后从热废气中回收热量并防止污染的食品系统，并且本发明尤其涉及一种快速脱水之后从含有特别是磨碎玉米或类似物的颗粒的热废气中回收热量并减小排放到环境的废气以及减小在过程中循环的热水中的排放颗粒的改进方法。
背景技术
碱法烹制玉米面(NCF)通常通过在环境压力下对食品级的玉米进行碱法烹制、浸泡并清洗、研磨部分烹制的玉米(nixtamal)并干燥以便形成玉米粉糊。在工业或商业上，“研磨和脱水”的步骤是主要的成本因素。在许多情况下，方便面粉的实用性在于例如保质期(4-8个月)、人工少、消费者用水和能量少的优点。通过减小的时间和成本从单位玉米原料中始终可以生产可接收的碱法烹制玉米或粉糊产品的任何方法对于最终消费者来说是有利的。
有效利用能源与防止污染的技术相结合给出在商业、环保以及法规之间取得折衷的机会。有效地使用能源是长久发展和工业生态关系的关键。自从1973年以来，能源回收以及再生能源提供了美国日益增长的能量需求的80％(0.25美元/MM-Btu)。即使现在天然气的价格(1997年的1.5-2.2美元以及2001中期的3美元：oilnery.com)很低，在没有协调的政府规划和鼓励来促使更快地采用有效和回收的能源以及天然气的情况下，不能实现碳排放的实际减小。通过重新设计或改进方法(即减小/循环/转售废物、减小使用的能量和排放)，已经证实此方法是成功的并且是节约成本的(Acee，1997)。
在这一方面，参考需要低温干燥的以下美国专利4,594,260、5,176,931、5,532,013、6,025,011和6,265,013。但是，美国专利4,513,018、5,558,898和6,068,873只使用高温短时间脱水而没有热回收系统。这些用于制造玉米和粉糊的现有技术的方法涉及通过减少数量的水、短处理时间以及低能量需求来加速烹制以实现最终产品的高产量。
如美国专利No.4,513,018中Rubio所述，以及最近的美国专利No.5,558,898中Sunderland所述，天然气和过多的空气一起进行燃烧产生的热废气实际上不是单纯的燃烧气体，而是热空气、水和颗粒物质(非常细小的颗粒)的混合物。这些热排放混合物通过风扇从干燥器中抽出并供应到旋风除尘器中以便从热废气中去除固体和液体物质(此后称为灰尘或颗粒)以便控制污染。单级旋风除尘器是最为广泛使用的干式分离器，其具有中等收集效率(对于15-50微米的尺寸来说是80-95％)、低压力降(2-5英寸水柱)以及高产量(Theodore和Bunoncore，1976)。
过去从食品处理操作中处理污染空气的另一方法通过直接焚烧或湿法洗涤来进行。洗涤器是使用液体(通常是水)来实现从气流中去除颗粒的系统。洗涤器(颗粒收集器)可以根据压力降(水柱的英寸数)或能量消耗来进行大体分类(Theodore和Bunoncore，1976)：a)喷淋室和塔(Knapp，2000：美国专利No.6,019,818)，例如提供最低的压力降(小于5英寸)并相应地提供最低的收集效率(对于大于10微米来说是70-90％)，b)离心风扇，雾化和填充床洗涤器具有中等压力降(5-15英寸)和中等的效率(90-95％)，c)文丘里式洗涤器具有最高的压力降(大于15英寸)，以及最高的效率(大于99％)。在这一方面，高压文丘里洗涤器(40英寸水柱)在商业上用于处理医疗废物焚烧器废气，这不仅需要44％的能量回收以便预热焚烧器或燃烧空气，而且与颗粒EPA限制相符(Andersen，2001)。
某些食品加工厂使用湿式洗涤器进行能量回收和颗粒排放，以便在脱水期间改善加工效率。
例如，在美国专利No.3,805,686中West描述了一种成批式洗涤器系统，它用来处理含有来自食品烟雾和干燥室的颗粒物质的水份，进行冷却以便在去湿塔中从空气中凝结液体和固体，并重新加热以便循环到烟雾室，而不排放到环境中。
另外，在美国专利No.6,019,819中Williams描述了另一种改进的洗涤器，以便从污染废物流中提取热量。通过将水喷射到气体中，废气从食品干燥器引导到冷凝塔。冷却的废气抽入低压水清洗机中，并通过风扇吸入干净气体并排放。
用于热量回收的许多应用包括来自高温加工炉、焚烧器和高温直接加热的干燥器的热废气。尽管所述的现有技术方法能够改善能量和颗粒收集效率，但是本发明现在的情况下在市场上还不能获得一种成本低的工业应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过从快速干燥器的热废气中减少颗粒物质并吸取热量并将所述热量循环到锅炉和洗涤器的改进方法。
本发明的另一目的在于使用一种工业方法，不仅使用低能量除尘和洗涤设备，还在食品处理过程中节省能量。
为此，本发明提供一种一种在碱法烹制玉米粉生产过程中回收能量和颗粒的方法，该方法包括以下步骤：
使用蒸气和碱溶液预先烹制玉米粒以便实现玉米粒的部分烹制；
使用蒸气加热的水和热水清洗预烹制玉米粒，热水从热废气的下游洗涤中回收；
将所述清洗和预烹制玉米粒的湿量稳定在预定范围内；
磨制所述稳定的玉米粒并使用锅炉快速干燥所述磨碎的玉米粒，产生热废气，锅炉接收循环干净热空气作为预加热燃烧气体；
对于热废气的第一部分进行除尘以便去除颗粒，从而形成供应到锅炉的干净的热空气；
通过喷水对于热废气的第二部分进行湿式洗涤，以便去除颗粒，从而形成清洗步骤中使用的所述热水；
使用具有的湿量的环境空气冷却并干燥所述干式磨制的颗粒；
将所述干式磨制的颗粒分离并回收为在25-60目以下的细粒部分和进一步风送以便去除玉米外皮并随后重新磨制的粗粒部分；
将具有预定尺寸的细粒部分作为玉米粉收集。
在除尘和清洗步骤之后收集的所述外皮和颗粒表示成占有玉米粒总重量的3％-大约5％的部分。
此外，还包括循环所述重新磨制的粗粒部分。
还有，所述清洗步骤产生加热的水，加热的水作为输入循环到预烹制步骤。
由快速干燥步骤产生的热废气在第一和第二部分之间均匀分配。
一种制造碱法烹制玉米粉的装置，包括：
具有蒸气输入的预烹制器；
连接成接收预烹制器输出的清洗机，清洗机具有蒸气加热的水输入端和热水输入端；
连接成接收清洗机输出的预调节器和供料器；
连接成接收预调节器和供料器输出的磨机，磨机具有从锅炉输送热空气的输入端；
连接成接收磨机输出的干燥器和风扇；
连接成接收干燥器和风扇输出的第一旋风分离器；
其中输入到清洗机的至少某些热水循环到预烹制器；
所述第一旋风分离连接到除尘器上，使得热废气的第一部分通过其中，除尘器连接到锅炉上以便向其中提供干净的热空气。
由第一旋风分离器产生的热废气在除尘器和湿式洗涤器之间均匀分配。
由此，本发明的以上和其他目的和优点通过适用于生产碱法烹制玉米粉的改进方法和设备来实现，该方法的实施例包括通过碱溶液进行预先烹制以便实现玉米的部分烹制，以减小的能量进行预先烹制和清洗，将湿量稳定在最佳水平上以便采用减小的能量和颗粒排放进行研磨、磨制和磨碎玉米的快速脱水，对于重新使用的热废气的部分进行除尘以便预先加热燃烧空气，对于剩余热废气进行湿法洗涤，其中重新使用加热的水并排放废气，冷却并干燥干式磨碎的颗粒，由粗颗粒中分离并回收如此制成的细小颗粒，同时气送粗颗粒以便去除作为玉米废物的外皮部分，重新磨制分离的粗颗粒并进一步筛选以便获得用于玉米饼及其衍生物的玉米粉。
附图说明
唯一的附图以流程图的形式表示本发明的实施例，其中说明用于能量和颗粒回收的连续的改进方法，并示意描述相关的设备。
具体实施方式
附图表示预烹制器1、清洗机2、具有供料器的预调节器3、初磨机4、锅炉5、具有风扇的干燥器6、第一旋风分离器7、用于热废气的除尘器8、用于热废气的湿式洗涤器9、具有相关风扇11的冷却器10、第二旋风分离器12、筛选器13、抽风系统14和二次磨机15。
将玉米和石灰的混合物供应到预烹制器1，其中引入从清洗机2循环的热水以便形成同时通过蒸气加热的悬浮液。通过调节蒸气加热以及玉米粒停留时间，可以将玉米预加热到大约75℃到大约94℃并长达20-45分钟。这使得预烹制玉米粒的湿量在32％和37％之间同时通过石灰将PH值升高到9-12。过程中的废水用来自清洗机2的循环热水更换，调节废水以便将烹制悬浮液的固体废物保持在大约1.0％到大约3.0％。已经提出将输入玉米的品质、烹制时间温度曲线以及方法作为确定废水或“nejayot”中有机负荷量的主要因素(Ramirez和Alvarez，1995；Jackson和Sahai，2001)。
部分烹制的玉米悬浮物输送到清洗机2，其中用大约60℃-70℃的温度的蒸气加热的水喷射，并用从湿式洗涤器9循环的大约53℃-58℃的热水喷射，用来洗去过多的固体废物。
清洗过的玉米此后输送到预调节器3，其中预烹制的玉米经过长达20-210分钟的调节以便实现34-39％的湿量。
此后，预调节的玉米通过其结构公知的供料器供应到初磨机4，使得磨碎的玉米和来自锅炉5的循环的热空气进行混合，并通过其结构公知的干燥器6局部烹制。该磨制的玉米在高温和短时间曲线下干燥，并进行局部干燥以便根据所需颗粒尺寸形成16％-大约18％的湿量。
含有颗粒和水份的热废气通过特别设计的风扇从干燥器6中抽出并供应到第一旋风分离器7以便从热废气中去除固体。此后，热废气(127℃到大约138℃以及湿量13％到15％)相同地输送到除尘器8和湿式洗涤器9以便进一步去除颗粒。
热废气的一部分输送到低压除尘器8，其中它从颗粒中去除。干净的热空气(127℃-138℃)被重新使用并混合以便重新加热使用天然气的锅炉5中的燃烧气体。收集的固体作为废物去除。
剩余热废气在低压力降和低液体-气体比的情况下通过湿式洗涤器9内的喷水喷嘴一同冷却和清洗。热水循环到清洗机2，同时分离作为玉米废物的湿的粗颗粒。同时，冷却和干净的热空气(96℃-大约104℃以及湿量15％-大约18％)通过排放总管排放。
通过具有相关风扇11的冷却器10从干燥材料中去除含有水份的热空气，因此根据玉米粉的保质期，进一步将湿量从16-18％降低到大约9-12％。
在通过其中排放热废气(49℃-52℃)的第二旋风分离器12进一步抽取水份之后，预烹制的干燥玉米粉输送到筛选器13，其中细小颗粒作为玉米粉进行分离，并且粗颗粒进行进一步处理。
所述粗颗粒在抽风系统14中进一步分离，其中获得两个部分，作为废物分离的轻外皮部分，其湿量在9％-12％之间(表示为占输入玉米总重量的3％-5％)，以及在二次磨机15重磨的重的粗颗粒部分。来自二次磨机15的磨碎的产品循环到筛选器13以便进一步筛选并形成用于玉米饼和类似物的均匀玉米粉。
本发明的低压除尘器造成以相应更低的环境成本使得颗粒物质排放流速降低78％，负载排放降低大约38％(40CFR，第60部分，附录A-EPA)。与传统的方法相比，通过循环热废气，还可以在锅炉中实现大约30％的能量回收。
在这种方法中，与工业方法相比，以相应更低的能量成本，低压湿式洗涤器造成颗粒排放物质流速降低75％-81％的范围以及负载排放从降低65％到大约72％(40CFR，第60部分，附录A-EPA)。另外，通过以相应的更低的水使用成本，重新使用这种热水，洗涤器内的低的液体-热废气比例使得清洗机和预烹制器内所使用能量降低20％-25％。
如上所述，将理解到可以采用低成本工业设备来改善碱法烹制玉米粉方法，由于能量消耗以及颗粒排放减小，这是有效的，其中与没有本发明特征的情况相比，这种损失的回收更好地节省能量，并且来自热废气的污染更少。
以上结合这里描述并详细说明的本发明的实施例以及公开的参考文献，对于本发明进行描述本发明，这些描述是示例性的，而没有限制性。在阅读说明书之后，本领域普通技术人员将明白可以进行不同的改型和变型而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种在碱法烹制玉米粉生产过程中回收能量和颗粒的方法，该方法包括以下步骤：
使用蒸气和碱溶液预先烹制玉米粒以便实现玉米粒的部分烹制；
使用蒸气加热的水和热水清洗预烹制玉米粒，热水从热废气的下游洗涤中回收；
将所述清洗和预烹制玉米粒的湿量稳定在预定范围内；
磨制所述稳定的玉米粒并使用锅炉快速干燥所述磨碎的玉米粒，产生热废气，锅炉接收循环干净热空气作为预加热燃烧气体；
对于热废气的第一部分进行除尘以便去除颗粒，从而形成供应到锅炉的干净的热空气；
通过喷水对于热废气的第二部分进行湿式洗涤，以便去除颗粒，从而形成清洗步骤中使用的所述热水；
使用具有的湿量的环境空气冷却并干燥所述干式磨制的颗粒；
将所述干式磨制的颗粒分离并回收为在25-60目以下的细粒部分和进一步风送以便去除玉米外皮并随后重新磨制的粗粒部分；
将具有预定尺寸的细粒部分作为玉米粉收集。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在除尘和清洗步骤之后收集的所述外皮和颗粒表示成占有玉米粒总重量的3％-大约5％的部分。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括循环所述重新磨制的粗粒部分。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，清洗步骤产生加热的水，加热的水作为输入循环到预烹制步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，湿式洗涤步骤产生并在清洗步骤中使用的热水具有大约53℃-58℃的范围。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在稳定步骤结束时预烹制玉米粒的预定湿量范围是34％-大约39％。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，稳定步骤进行20-210分钟。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，快速干燥步骤进行到磨制的玉米粒具有大约16％-18％的湿量为止。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由快速干燥步骤产生的热废气具有127℃-大约138℃的温度。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，由快速干燥步骤产生的热废气具有13％-大约15％的湿量。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由快速干燥步骤产生的热废气在第一和第二部分之间均匀分配。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，锅炉以天然气作为燃料。
13.一种生产碱法烹制玉米粉的装置，包括：
具有蒸气输入的预烹制器；
连接成接收预烹制器输出的清洗机，清洗机具有蒸气加热的水输入端和热水输入端；
连接成接收清洗机输出的预调节器和供料器；
连接成接收预调节器和供料器输出的磨机，磨机具有从锅炉输送热空气的输入端；
连接成接收磨机输出的干燥器和风扇；
连接成接收干燥器和风扇输出的第一旋风分离器；
连接成接收第一旋风分离器输出的冷却器；
连接成接收冷却器输出的风扇；
连接成接收风扇输出的第二旋风分离器；以及
筛选器；
其中输入到清洗机的至少某些热水循环到预烹制器；以及
其中第一旋风分离器连接到除尘器和湿式洗涤器上，使得热废气通过除尘器和湿式洗涤器，除尘器连接到锅炉上以便向其中提供干净的热空气，湿式洗涤器连接到清洗机上以便向其中提供热水。
14.一种制造碱法烹制玉米粉的装置，包括：
具有蒸气输入的预烹制器；
连接成接收预烹制器输出的清洗机，清洗机具有蒸气加热的水输入端和热水输入端；
连接成接收清洗机输出的预调节器和供料器；
连接成接收预调节器和供料器输出的磨机，磨机具有从锅炉输送热空气的输入端；
连接成接收磨机输出的干燥器和风扇；
连接成接收干燥器和风扇输出的第一旋风分离器；
其中输入到清洗机的至少某些热水循环到预烹制器；
所述第一旋风分离连接到除尘器上，使得热废气的第一部分通过其中，除尘器连接到锅炉上以便向其中提供干净的热空气。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，第一旋风分离器还连接到湿式洗涤器上，使得热废气的第二部分通过湿式洗涤器，湿式洗涤器连接到清洗机上，以便向其中提供热水。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，由第一旋风分离器产生的热废气在除尘器和湿式洗涤器之间均匀分配。
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