CN105771304A - 味精二效逆流蒸发结晶系统及其工作过程 - Google Patents

味精二效逆流蒸发结晶系统及其工作过程 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种味精二效逆流蒸发结晶系统及其工作过程，属于生物化学技术领域。其包括蒸汽喷射泵、一效加热器、一效结晶器、一效循环泵、出料晶浆泵、淘洗液泵、二效过料泵、二效蒸发器、冷凝器、冷凝水罐、冷凝水泵和真空泵。本发明在一效使用了蒸汽喷射泵，一效结晶器的蒸发量较大，而二效蒸发器的蒸发量较小，这使得二效蒸发后的料液浓度还没有达到它的饱和浓度，巧妙地避开了物料在二效起晶的现象，使起晶及晶体生长都在一效结晶器内进行。本发明对现有的单罐批次结晶工艺进行改造，变成二效蒸发结晶系统。改造后的系统可用于批次生产，也可以用于连续生产，其蒸汽消耗将大幅下降。

Description

味精二效逆流蒸发结晶系统及其工作过程
技术领域
本发明涉及一种味精二效逆流蒸发结晶系统及其工作过程，属于生物化学技术领域。
背景技术
味精学名谷氨酸钠，成品为白色柱状结晶体或结晶性粉末，是国内外广泛使用的增鲜调味品之一。味精是以含糖质或淀粉的粮食为原料，经发酵生产谷氨酸，然后经除菌、浓缩等电点结晶等方法提取谷氨酸，再经中和、脱色、蒸发、结晶、干燥等工序制成谷氨酸钠结晶。
味精结晶是味精生产过程中十分重要的一个工序，结晶过程中由于整晶的需要，要不断地向结晶器内加水来消除细晶，或为了防止管道堵塞需要不断地向管道中加水，晶体分离的时候也需要向离心机内添加洗水，而这些加入的水最终还要蒸发出去，所以结晶过程的蒸汽消耗是很大的，按现有的味精结晶工艺，每吨成品味精消耗的蒸汽达2.2～2.7吨左右。
我国是味精生产大国，味精产销量一直稳居世界第一位。目前我国味精年产量在200万吨以上，仅味精结晶这一工序，每年耗蒸汽就高达600多万吨，折标煤77万多吨，折合二氧化碳排放量280万吨。而现有的结晶工艺是导致高能耗的主要原因，工艺改进及创新的要求十分迫切。
本发明所述工艺主要是为了降低味精结晶工序的蒸汽消耗。现有的味精结晶工艺有两种，其一是单罐批次结晶工艺，其二是连续结晶工艺。单罐批次结晶工艺使用的是传统的内循环加热结晶器，连续结晶工艺使用的一般是DTB型结晶器。本发明所述工艺与这两种工艺相比，节能效果显著。
传统的内循环加热结晶器构造如图2所示，它的加热器内置，中间有导流筒，导流筒中设有轴流式搅拌器，来强化物料在换热管内的流动，蒸汽通入加热器壳程，物料在换热管内蒸发，蒸发出来的二次蒸汽去冷凝器冷凝。
传统的内循环加热结晶器用于味精结晶，从能量利用角度分析，这种结晶工艺相当于单效蒸发。假设结晶器工作为温度75℃，工作压力是-0.062MPa(表压)，蒸汽是压力为0.6MPa的饱和蒸汽，冷凝器循环水按照32℃进水42℃回水，按此计算，每蒸发1吨水的蒸汽单耗为1.1吨，每蒸发1吨水的循环水消耗量为55.4吨。
现有的DTB型结晶器连续结晶的工艺流程如图3，图示的流程中使用了蒸汽喷射泵，也有不使用蒸汽喷射泵而用生蒸汽直接进加热器加热的。
在这个流程中，假定结晶器工作为温度75℃，工作压力是表压-0.062MPa，生蒸汽是压力为0.6MPa的饱和蒸汽，蒸汽喷射泵的抽气比为1:0.7，冷凝器循环水按照32℃进水42℃回水，按此计算，每蒸发1吨水需要消耗0.64吨生蒸汽，消耗循环水31.3吨。从能量利用角度分析，带蒸汽喷射泵的单效蒸发相当于二效蒸发。
发明内容
本发明的目的在于克服传统的味精结晶过程能耗较大的缺陷，提供一种味精二效逆流蒸发结晶系统及其工作过程，其更适合味精结晶、更为节能。
按照本发明提供的技术方案，味精二效逆流蒸发结晶系统，包括：一效加热器、一效结晶器、一效循环泵、出料晶浆泵、淘洗液泵、二效过料泵、二效蒸发器、冷凝器、冷凝水罐、冷凝水泵和真空泵；
所述一效加热器与一效结晶器连通，一效结晶器与二效蒸发器连通，二效蒸发器与冷凝器连通；一效结晶器和二效蒸发器均与真空泵连通；一效结晶器和二效蒸发器之间还通过二效过料泵和一效循环泵连通；
所述一效结晶器还与淘洗液泵和出料晶浆泵相连；二效蒸发器依次与冷凝水罐和冷凝水泵连接。
还包括蒸汽喷射泵，蒸汽喷射泵分别与一效加热器和二效蒸发器连通。
所述一效结晶器为DTB型结晶器或奥斯陆型结晶器。所述二效蒸发器为哑铃型蒸发器。
所述奥斯陆型结晶器底部带有搅拌器，搅拌器的转速为18-28r/min。底搅拌的作用是防止晶体在结晶器底部堆集、沉淀以及晶体长久停滞某处而造成的结块。由于底搅拌轻微的扰动作用，不但能避免结晶器底部的晶体堆集、结块现象，避免了晶浆出料管堵塞现象，而且对改善结晶器底部晶浆的均匀程度有帮助，这使得高浓度、高密度结晶成为可能，奥斯陆型结晶器的生产强度因此得以提高。改进后的奥斯陆型结晶器用于味精结晶，晶浆密度可达到1400kg/m3，晶体的浓度很高。
所述味精二效逆流蒸发结晶系统的工作过程，步骤为：
(1)抽真空：打开冷凝器的进出水阀，打开真空泵，对系统进行抽真空，直至一效结晶器和二效蒸发器的压力均达到目标值；
(2)进料：向二效蒸发器进料，直至二效蒸发器的液位达到目标值，打开二效过料泵，通过二效过料泵向一效结晶器进料，直至一效结晶器液位达到目标值后暂停进料，开启一效循环泵；
(3)开蒸汽：打开生蒸汽阀门，向一效加热器供蒸汽，系统料温开始上升，待一效结晶器开始蒸发时，压力自然下降，控制一效结晶器的温度压力在目标值，待二效蒸发器开始蒸发时控制二效的温度压力在目标值；
(4)出冷凝水：随着蒸发的进行，冷凝水罐液位上升，打开冷凝水泵，将冷凝水送出；
(5)补料：随着蒸发的进行，系统液位下降，向二效蒸发器中补料，边补料边蒸发，注意液位的平衡；
(6)起晶：当一效结晶器内物料达到饱和浓度以后，一效结晶器内开始起晶时，此时开启出料的出料晶浆泵，使物料回到一效结晶器；
(7)出料：开启淘洗液泵，不断检测一效结晶器内晶浆密度，当晶浆密度达到目标值1370-1400kg/m3时，切换出料晶浆泵的阀门，将晶浆送往离心机分离；保持进出料量、蒸发量、系统液位的平衡，系统可以连续运行。
随着步骤(5)、(6)的不断进行，晶体不断生长，颗料不断长大，在蒸发过程中若出现较多细晶，及时向一效结晶器内添加冷凝水整晶。
整个过程中，一效结晶器的料温控制在75℃以下，压力控制在表压-0.062MPa；二效蒸发器的料温控制在55～60℃，压力控制在表压-0.084MPa；冷凝器中的循环水按照32℃进水42℃出水；生蒸汽采用压力为0.6MPa的饱和蒸汽。
所述生蒸汽经过蒸汽喷射泵(1)向一效加热器(2)供生蒸汽，蒸汽喷射泵的抽气比为1:0.4-0.8。
本发明采用的带热泵的二效逆流蒸发结晶工艺更加节能。假定一效结晶器工作温度75℃，工作压力是表压-0.062MPa；二效蒸发器工作温度55℃，工作压力是表压-0.084MPa；生蒸汽是压力为0.6MPa的饱和蒸汽，蒸汽喷射泵的抽气比为1:0.7，冷凝器循环水按照32℃进水42℃回水，按此计算，蒸发1吨水的蒸汽消耗是0.414吨，循环水消耗是19吨。从能量利用角度分析，带热泵的二效蒸发相当于三效蒸发。
下表是各结晶工艺的能耗对比如表1所示，蒸发速度按1吨/小时计。
表1
在相同蒸发量情况下，工艺三与工艺一相比，蒸汽消耗节省62.36％，循环水节省65.7％。工艺三与工艺二相比，蒸汽消耗节省35.3％，循环水节省39.3％。节能效果十分显著。
二效逆流结晶流程简图如图1。
要达到味精结晶的高成品率及成品晶体大小均匀，就应避免物料在二效蒸发器内结晶。要达到这个目的，必须使二效蒸发后的料液浓度小于其饱和浓度。下表是谷氨酸钠含一个结晶水(MSG)在不同温度下的饱和溶解度表如表2所示。
表2
一般地，谷氨酸钠中和液的浓度在50-55g/100mL之间，母液浓度在48-52g/100mL之间，温度在55℃左右，在55℃时味精溶液的饱和浓度为60.39g/100mL。要保证物料在二效蒸发器内不结晶，就必须保证二效蒸发后的料液浓度小于饱和浓度。
本发明在一效使用蒸汽喷射泵时，一效结晶器的蒸发量较大(占系统总蒸发量的60％-70％)，而二效蒸发器的蒸发量较小(占系统总蒸发量的30％-40％)，这使得二效蒸发后的料液浓度还没有达到它的饱和浓度，巧妙地避开了物料在二效起晶的现象，使起晶及晶体生长都在一效结晶器内进行。
现有的单罐批次结晶工艺可能通过改造，变成二效蒸发结晶系统。改造后的系统可用于批次生产，也可以用于连续生产，其蒸汽消耗将大幅下降。
本发明的有益效果：本发明在一效使用了蒸汽喷射泵，一效结晶器的蒸发量较大(占系统总蒸发量的60-70％)，而二效蒸发器的蒸发量较小(占系统总蒸发量的30-40％)，这使得二效蒸发后的料液浓度还没有达到它的饱和浓度，巧妙地避开了物料在二效起晶的现象，使起晶及晶体生长都在一效结晶器内进行。而现有的单罐批次结晶工艺可能通过改造，变成二效蒸发结晶系统。改造后的系统可用于批次生产，也可以用于连续生产，其蒸汽消耗将大幅下降。
附图说明
图1是本发明味精二效逆流蒸发结晶系统图。
图2是内循环加热结晶器简图。
图3是DTB型结晶器连续结晶流程简图。
附图标记说明：1、蒸汽喷射泵；2、一效加热器；3、一效结晶器；4、一效循环泵；5、出料晶浆泵；6、淘洗液泵；7、二效过料泵；8、二效蒸发器；9、冷凝器；10、冷凝水罐；11、冷凝水泵；12、真空泵。
具体实施方式
实施例1味精二效逆流蒸发结晶系统(不带蒸汽喷射泵)
如图1所示，味精二效逆流蒸发结晶系统，包括：一效加热器2、一效结晶器3、一效循环泵4、出料晶浆泵5、淘洗液泵6、二效过料泵7、二效蒸发器8、冷凝器9、冷凝水罐10、冷凝水泵11和真空泵12；
所述一效加热器2与一效结晶器3连通，一效结晶器3与二效蒸发器8连通，二效蒸发器8与冷凝器9连通；一效结晶器3和二效蒸发器8均与真空泵12连通；一效结晶器3和二效蒸发器8之间还通过二效过料泵7和一效循环泵4连通；
所述一效结晶器3还与淘洗液泵6和出料晶浆泵5相连；二效蒸发器8依次与冷凝水罐10和冷凝水泵11连接。所述一效结晶器3为DTB型结晶器。
实施例2味精二效逆流蒸发结晶系统的工作过程
如实施例1所示系统，具体过程如下：
(1)抽真空：打开冷凝器9的进出水阀，打开真空泵12，对系统进行抽真空，直至一效结晶器3和二效蒸发器8的压力均达到目标值；
(2)进料：向二效蒸发器8进料，直至二效蒸发器8的液位达到目标值，打开二效过料泵7，通过二效过料泵7向一效结晶器3进料，直至一效结晶器3液位达到目标值后暂停进料，开启一效循环泵4；
(3)开蒸汽：打开生蒸汽阀门，向一效加热器2供蒸汽，系统料温开始上升，待一效结晶器3开始蒸发时，压力自然下降，控制一效结晶器3的温度压力在目标值，待二效蒸发器8开始蒸发时控制二效的温度压力在目标值；
(4)出冷凝水：随着蒸发的进行，冷凝水罐10液位上升，打开冷凝水泵11，将冷凝水送出；
(5)补料：随着蒸发的进行，系统液位下降，向二效蒸发器8中补料，边补料边蒸发，注意液位的平衡；
(6)起晶：当一效结晶器3内物料达到饱和浓度以后，一效结晶器3内开始起晶时，此时开启出料的出料晶浆泵5，使物料回到一效结晶器3；
(7)出料：开启淘洗液泵6，不断检测一效结晶器3内晶浆密度，当晶浆密度达到目标值1370kg/m3时，切换出料晶浆泵5的阀门，将晶浆送往离心机分离；保持进出料量、蒸发量、系统液位的平衡，系统可以连续运行。
具体系统配置参数如下：
一效加热器2，卧式双程，F＝280m2，φ900×6000，材质304；
一效结晶器3，DTB型，V＝40m3，φ3200×2700/φ2000×2500，上部轴流式搅拌，18.5kw，200r/min，下部底搅拌4kw，材质304；
一效循环泵4，HZW300，Q＝700m3/h，H＝3m，37kw，杭碱泵厂产品，材质304；
出料晶浆泵5，Q＝15m3/h，H＝35m，15kw，材质304；
淘洗液泵6，Q＝15m3/h，H＝20m，4kw，材质304；
二效过料泵7，Q＝15m3/h，H＝20m，4kw，材质304；
二效蒸发器8，加热段F＝380m2，φ1250×6000，内导流筒φ550，上部分离段(含锥体)φ2200×3500，下部扩大段(含锥体)φ2000×2000，轴流式搅拌器，Q＝1000m3/h，搅拌器功率154kw，材质304；
冷凝器9，F＝330m2，φ1100×5000，材质304；
冷凝水罐10，φ900×1800，V＝1.2m3，材质304；
冷凝水泵11，Q＝15m3/h，H＝35m，7.5kw，材质304；
真空泵12，2BV6161，15kw，纳氏公司产品，材质304；
系统参数：
系统蒸发水量：9.1t/h；
进料浓度：44％干物质；
进料流量：20.5t/h；
二效过料量：16.05t/h；
一效出料量：12.707t/h(其中晶体4.578t/h)；
系统产能：味精湿晶体4.578t/h；
蒸汽耗量：5100kg/h；
循环水耗量：315t/h(按32℃进水40℃回水)；
一效温度75℃，压力39kPa(A)；
二效温度55℃，压力16kPa(A)。
实施例3味精二效逆流蒸发结晶系统(带蒸汽喷射泵)
如图1所示，实施例1所示系统，还包括蒸汽喷射泵1，蒸汽喷射泵1分别与一效加热器2和二效蒸发器8连通。所述一效结晶器3为奥斯陆型结晶器。所述奥斯陆型结晶器底部带有搅拌器，搅拌器与电机连接，搅拌器的转速为18-28r/min。
实施例4味精二效逆流蒸发结晶系统的工作过程
如实施例3所述系统，具体过程如下：
(1)抽真空：打开冷凝器9的进出水阀，打开真空泵12，对系统进行抽真空，直至一效结晶器3和二效蒸发器8的压力均达到目标值；
(2)进料：向二效蒸发器8进料，直至二效蒸发器8的液位达到目标值，打开二效过料泵7，通过二效过料泵7向一效结晶器3进料，直至一效结晶器3液位达到目标值后暂停进料，开启一效循环泵4；
(3)开蒸汽：打开生蒸汽阀门，向一效加热器2供蒸汽，系统料温开始上升，待一效结晶器3开始蒸发时，压力自然下降，控制一效结晶器3的温度压力在目标值，待二效蒸发器8开始蒸发时控制二效的温度压力在目标值；
(4)出冷凝水：随着蒸发的进行，冷凝水罐10液位上升，打开冷凝水泵11，将冷凝水送出；
(5)补料：随着蒸发的进行，系统液位下降，向二效蒸发器8中补料，边补料边蒸发，注意液位的平衡；
(6)起晶：当一效结晶器3内物料达到饱和浓度以后，一效结晶器3内开始起晶时，此时开启出料的出料晶浆泵5，使物料回到一效结晶器3；
(7)出料：开启淘洗液泵6，不断检测一效结晶器3内晶浆密度，当晶浆密度达到目标值1400kg/m3时，切换出料晶浆泵5的阀门，将晶浆送往离心机分离；保持进出料量、蒸发量、系统液位的平衡，系统可以连续运行。
生蒸汽经过蒸汽喷射泵1向一效加热器2供生蒸汽。
所述一效结晶器3为DTB型结晶器。
系统配置：
蒸汽喷射泵1，抽气比0.6，生蒸汽压力0.6MPa，饱和蒸汽，流量5365kg/h，抽吸二次蒸汽的压力39KPa(A)，温度75℃，流量3219kg/h，喷射泵出口混合蒸汽压力110KPa(A)，温度102℃，流量8584kg/h，美国克罗尔.雷诺兹公司产品，材质304；
一效加热器2，卧式双程，F＝900m2，φ1800×7500，材质304；
一效结晶器3，DTB型，V＝100m3，φ4800×3000/φ3200×2500，上部轴流式搅拌，45kw，200r/min，下部底搅拌7.5kw，材质304；
一效循环泵4，HZW450，Q＝2300m3/h，H＝3m，75kw，杭碱泵厂产品，材质304；
出料晶浆泵5，Q＝20m3/h，H＝35m，15kw，材质304；
淘洗液泵6，Q＝20m3/h，H＝20m，4kw，材质304；
二效过料泵7，Q＝20m3/h，H＝20m，4kw，材质304；
二效蒸发器8，加热段F＝380m2，φ1250×6000，内导流筒φ550，上部分离段(含锥体)φ2200×3500，下部扩大段(含锥体)φ2000×2000，轴流式搅拌器，Q＝1000m3/h，搅拌器功率15kw，材质304；
冷凝器9，F＝330m2，φ1100×5000，材质304；
冷凝水罐10，φ1000×1800，V＝1.5m3，材质304；
冷凝水泵11，Q＝20m3/h，H＝35m，7.5kw，材质304；
真空泵12，2BV6161，15kw，纳氏公司产品，材质304；
系统参数：
系统蒸发水量：12.2t/h；
进料浓度：44％干物质；
进料流量：26.873t/h；
二效过料量：22.464t/h；
一效出料量：16.653t/h(其中晶体6t/h)；
系统产能：味精湿晶体6t/h；
蒸汽耗量：5365kg/h；
循环水耗量：343t/h(按32℃进水40℃回水)；
一效温度75℃，压力39kPa(A)；
二效温度55℃，压力16kPa(A)。

Claims (8)

1.味精二效逆流蒸发结晶系统，其特征是包括：一效加热器（2）、一效结晶器（3）、一效循环泵（4）、出料晶浆泵（5）、淘洗液泵（6）、二效过料泵（7）、二效蒸发器（8）、冷凝器（9）、冷凝水罐（10）、冷凝水泵（11）和真空泵（12）；
所述一效加热器（2）与一效结晶器（3）连通，一效结晶器（3）与二效蒸发器（8）连通，二效蒸发器（8）与冷凝器（9）连通；一效结晶器（3）和二效蒸发器（8）均与真空泵（12）连通；一效结晶器（3）和二效蒸发器（8）之间还通过二效过料泵（7）和一效循环泵（4）连通；
所述一效结晶器（3）还与淘洗液泵（6）和出料晶浆泵（5）相连；二效蒸发器（8）依次与冷凝水罐（10）和冷凝水泵（11）连接。
2.如权利要求1所述味精二效逆流蒸发结晶系统，其特征是：还包括蒸汽喷射泵（1），蒸汽喷射泵（1）分别与一效加热器（2）和二效蒸发器（8）连通。
3.如权利要求1所述味精二效逆流蒸发结晶系统，其特征是：所述一效结晶器（3）为DTB型结晶器或奥斯陆型结晶器，所述二效蒸发器（8）为哑铃型蒸发器。
4.如权利要求3所述味精二效逆流蒸发结晶系统，其特征是：所述奥斯陆型结晶器底部带有搅拌器，搅拌器的转速为18-28r/min。
5.权利要求1所述味精二效逆流蒸发结晶系统的工作过程，其特征是步骤为：
（1）抽真空：打开冷凝器（9）的进出水阀，打开真空泵（12），对系统进行抽真空，直至一效结晶器（3）和二效蒸发器（8）的压力均达到目标值；
（2）进料：向二效蒸发器（8）进料，直至二效蒸发器（8）的液位达到目标值，打开二效过料泵（7），通过二效过料泵（7）向一效结晶器（3）进料，直至一效结晶器（3）液位达到目标值后暂停进料，开启一效循环泵（4）；
（3）开蒸汽：打开生蒸汽阀门，向一效加热器（2）供蒸汽，系统料温开始上升，待一效结晶器（3）开始蒸发时，压力自然下降，控制一效结晶器（3）的温度压力在目标值，待二效蒸发器（8）开始蒸发时控制二效的温度压力在目标值；
（4）出冷凝水：随着蒸发的进行，冷凝水罐（10）液位上升，打开冷凝水泵（11），将冷凝水送出；
（5）补料：随着蒸发的进行，系统液位下降，向二效蒸发器（8）中补料，边补料边蒸发，注意液位的平衡；
（6）起晶：当一效结晶器（3）内物料达到饱和浓度以后，一效结晶器（3）内开始起晶时，此时开启出料的出料晶浆泵（5），使物料回到一效结晶器（3）；
（7）出料：开启淘洗液泵（6），不断检测一效结晶器（3）内晶浆密度，当晶浆密度达到目标值1370-1400kg/m3时，切换出料晶浆泵（5）的阀门，将晶浆送往离心机分离；保持进出料量、蒸发量、系统液位的平衡，系统可以连续运行。
6.根据权利要求5所述味精二效逆流蒸发结晶系统的工作过程，其特征是：随着步骤（5）、（6）的不断进行，晶体不断生长，颗料不断长大，在蒸发过程中若出现较多细晶，及时向一效结晶器（3）内添加冷凝水整晶。
7.根据权利要求5所述味精二效逆流蒸发结晶系统的工作过程，其特征是：整个过程中，一效结晶器（3）的料温控制在75℃以下，压力控制在表压-0.062MPa；二效蒸发器（8）的料温控制在55~60℃，压力控制在表压-0.084MPa；冷凝器（9）中的循环水按照32℃进水42℃出水；生蒸汽采用压力为0.6MPa的饱和蒸汽。
8.根据权利要求5所述味精二效逆流蒸发结晶系统的工作过程，其特征是：所述生蒸汽经过蒸汽喷射泵（1）向一效加热器（2）供生蒸汽，蒸汽喷射泵的抽气比为1:0.4-0.8。
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