CN109762736A - 淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种淀粉质原料液化‑糖化‑灭菌装置，属于淀粉制糖工业和发酵工业技术领域，包括调浆罐、第一换热器、第二换热器、喷射加热器、保温维持器、第一周转罐、第二周转罐、酶调制罐、液储罐和冷却水管。本发明提供的淀粉质原料液化‑糖化‑灭菌装置，使用该装置，可以进行液化、糖化、灭菌过程等的一种或多种作业，各工序不间断衔接，热能因此而容易做到综合利用，大幅度减少了设备数量和体积，缩小了所需厂房面积，减轻了设备的散热损失。

Description

淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置

技术领域

本发明属于淀粉制糖工业和发酵工业技术领域，更具体地说，是涉及一种淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置。

背景技术

淀粉制糖历来有酸法、酸酶法和全酶法等多种工艺技术，其中的全酶法由于酶的反应专一性强，可使用玉米、大米、薯类、麦类等富含淀粉的原始原料，反应条件温和，无需高温、高压和强酸、强碱，糖转化得率高，而被广泛采用。

高温酶解反应是在保温维持设备内流动过程中实现的，流经的时间即是酶解反应的时间，故由半个小时至几个小时的反应时间计算的保温维持设备的体积是很大的，在设计时还要加上一定的保险系数，从而加大了相应的散热面积和保温难度，不仅造成了大量热能的散热损失，还使操作者处于高温的恶劣环境中。此外，由于不同的原料和酶对反应时间的要求不一样，而设计的泵的流量及保温酶解反应设备的体积是固定的，使保温维持时间难以随使用原料和酶的不同而做相应的调整，变更原料和酶后就必须相应地更新保温维持设备，设备使用数量多，厂房占用面积大。最终造成以淀粉质原料液化、糖化和灭菌工序，热能损耗多，作业环境恶劣，且设备使用数量多，厂房占用面积大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，旨在解决以淀粉质原料液化、糖化和灭菌工序，热能损耗多，作业环境恶劣，且设备使用数量多，厂房占用面积大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，包括：

调浆罐，通过第一三通阀可切换连接第一换热器或第二换热器，所述第一换热器和所述第一三通阀之间安装有第一输送泵；

喷射加热器，通过第一管道和第二管道分别连接所述第一换热器，所述第一管道上安装有第二输送泵，所述第二管道上安装有保温维持器；

第一周转罐，通过第二三通阀连通所述保温维持器；

第二周转罐，通过所述第二三通阀连通所述保温维持器；

酶调制罐，连通所述第一周转罐和所述第一周转罐；

液储罐，分别连通所述第二换热器和所述保温维持器；以及

冷却水管，与所述第二换热器连接；

所述调浆罐、所述第一换热器和所述第二换热器可通过所述第一三通阀两两连通；所述保温维持器通过所述第二三通阀可切换连接所述第一周转罐和所述第二周转罐，所述第二换热器通过第三三通阀可切换连接所述第一周转罐和所述第二周转罐。

进一步地，所述调浆罐为带搅拌的容器。

进一步地，所述第一输送泵和所述第二输送泵均为耐150℃以上温度的离心泵、转子泵、齿轮泵或活塞泵中的一种或两种。

进一步地，所述第一换热器和所述第二换热器均为板式换热器、螺旋板式换热器、管式换热器等液、液间壁换热器中的一种或两种。

进一步地，所述喷射加热器为水力喷射加热器、蒸汽喷射加热器或文丘里喷射混合加热器。

进一步地，所述保温维持器为管道式、罐式、板式或螺旋板式保温维持器。

进一步地，所述周转罐为带搅拌或不带搅拌的耐150℃以上温度的压力容器。

进一步地，所述液储罐为带搅拌的耐150℃以上温度的压力容器。

进一步地，所述第一三通阀、所述第二三通阀和所述第三三通阀均为耐150℃以上的阀门。

进一步地，所述第一换热器上安装有第一温度控制器，所述第二换热器上安装有第二温度控制器，所述第一温度控制器和所述第二温度控制器均为智能温度仪表、PLC、具有数字控制或模拟控制功能的自控设备，配备的执行器是手动或自动的料液流量调节阀门或变频泵。

本发明提供的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，可以进行液化、糖化、灭菌过程等的一种或多种作业，各工序不间断衔接，热能因此而容易做到综合利用，将保温维持器容积缩小到仅能满足这一瞬间灭菌时间的要求，而通过循环操作来达到液化、糖化或灭菌所需要的较长保温酶解时间，从而大幅度减少了设备数量和体积，缩小了所需厂房面积，减轻了设备的散热损失，还可以在反应过程中分次加入酶，提高酶的利用效率，缩短酶解反应时间，减少营养物质的热降解损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置的结构示意图。

图中：1、调浆罐；2、调浆罐底阀；3、料液过滤器；4、第一三通阀；5、第一高温泵；6、第一换热器；7、第二输送泵；8、喷射加热器；9、喷射加热器蒸汽阀；10、保温维持器；11、保温维持器排气阀；12、第一周转罐；13、第一周转罐排气阀；14、第二三通阀；15、第二换热器；16、冷却水进水阀；17、冷却水回水调节阀；18、第二周转罐；19、第二周转罐排气阀；20、第三三通阀；21、酶调制罐；22、第四三通阀；23、液储罐；24、液储罐底物料阀；25、液储罐顶物料阀；26、液储罐排气阀；27、调浆温度表；28、第一换热器温度表；29、维持温度表；30、第二换热温度表；31、第一温度控制器；32、第二温度控制器；33、液储罐底温度表；34、液储罐顶温度表；35、第二泵前压力表；36、第二泵后压力表；37、第一周转罐压力表；38、第二周转罐压力表；39、液储罐顶压力表。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现对本发明提供的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置进行说明。结合附图1，淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，包括调浆罐1、喷射加热器8、保温维持器10、第一周转罐12、第二周转罐18、酶调制罐21、液储罐23和冷却水管。

调浆罐1通过第一三通阀4可切换连接第一换热器6或第二换热器15，第一换热器6和第一三通阀4之间安装有第一输送泵；喷射加热器8通过第一管道和第二管道分别连接第一换热器6，第一管道上安装有第二输送泵7，第二管道上安装有保温维持器10；第一周转罐12通过第二三通阀14连通保温维持器10；第二周转罐18通过第二三通阀14连通保温维持器10；酶调制罐21连通第一周转罐12和第一周转罐12；液储罐23分别连通第二换热器15和保温维持器10；冷却水管与第二换热器15连接；调浆罐1、第一换热器6和第二换热器15可通过第一三通阀4两两连通；保温维持器10通过第二三通阀14可切换连接第一周转罐12和第二周转罐18，第二换热器15通过第三三通阀20可切换连接第一周转罐12和第二周转罐18。

将玉米、大米、薯类、麦类等富含淀粉的原料粉碎后，在调浆罐1内按工艺要求加水调成浓浆，加入一定量的淀粉酶，经第一换热器6的一个通道泵入喷射加热器8，在其中与蒸汽混合加热后进入保温维持器10，再经第一换热器6的另一个通道进入一个周转罐，完成一次循环加热，然后通过切换阀们，将周转罐内的料液通过第二换热器15(不进行热交换)后，再按以上同样的流程经第一换热器6、喷射加热器8、保温维持器10、第一换热器6至另一个周转罐，完成二次加热循环，几次循环之后，为了补偿酶的高温失活，可在周转罐中一次或多次补加一定量的淀粉酶，如此在两个周转罐之间交替保温循环流动，直至取样检测达到所需要的液化程度。在这一过程中，利用温度控制器通过第二泵的变频调速或调节料液流量的自动调节阀或手动调节阀，调节进入喷射加热器8中的物料与蒸汽的混合比，始终控制流动料液的温度为适合酶解反应的液化温度。由于在第一换热器6中冷料液被热料液预热，经过一次循环达到所需液化温度后，在设备和管道的保温层保温效果良好的前提下，以后的循环过程基本上不需要再用蒸汽加热，由泵产生的机械热足以抵消设备和管道的散热损失。

对液化后的料液，可以泵入液储罐23，等待进行后续加工制取糊精产品，还可以进一步地在同一多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统中，通过第二换热器15的加热或冷却，将料液温度调整为不同酶作用所需不同的温度后，自充满料液的周转罐加入不同的酶，按上述流程在两个周转罐之间分别进行保温循环流动的糖化、异构化等操作，再泵入液储罐23，由后续加工获得麦芽糖、低聚异麦芽糖、葡萄糖、果葡糖浆、高果糖浆等糖类产品。

或者更进一步地在同一多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统中，将液化、糖化、异构化后的料液返回调浆罐1中，调配成各种发酵培养基，进行超高温瞬间蒸煮或灭菌操作，用于制造各种发酵产品。与前述液化、糖化和异构化操作的不同之处是，由于保温维持器10容积与泵流量匹配的精确设计，料液一次通过的时间正好能满足超高温瞬间蒸煮或灭菌的时间要求，不需要在两个周转罐之间进行循环处理，因此蒸煮或灭菌后的料液不进入周转罐，而直接进入事先已灭菌的液储罐23。另外，对液化-糖化后的料液在蒸煮或灭菌前需要通过第二换热器15进行冷却，这样可以使蒸煮或灭菌后的料液进入液储罐23时就能直接达到发酵温度，而不需要在液储罐23内进行耗时长、耗能大的冷却。在蒸煮或灭菌过程中，由喷射加热器8加热并在保温维持器10中保持的灭菌温度，始终通过温度控制器稳定地控制在工艺所要求的高温，其偏差范围在±1.0℃以内，而经第二冷却器冷却的灭菌前料液温度，则根据发酵对温度的要求进行控制，其偏差范围可允许在±5.0℃之内。蒸煮或灭菌工序中由第二换热器15回收的温水可用于液化工序的调浆。

本发明提供的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，与现有技术相比，本发明淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，使用该装置，可以进行液化、糖化、灭菌过程等的一种或多种作业，各工序不间断衔接，热能因此而容易做到综合利用，同时采用了超高温(140℃)瞬间(45s)灭菌新技术，将保温维持器10容积缩小到仅能满足这一瞬间灭菌时间的要求，而通过循环操作来达到液化、糖化或灭菌所需要的较长保温酶解时间，从而大幅度减少了设备数量和体积，缩小了所需厂房面积，减轻了设备的散热损失，还可以在反应过程中分次加入酶，提高酶的利用效率，缩短酶解反应时间，减少营养物质的热降解损失。

作为本发明的一种具体实施方式，结合附图1，调浆罐1为带搅拌的非压力容器。第一输送泵和第二输送泵7均为耐150℃以上温度的离心泵、转子泵、齿轮泵或活塞泵中的一种或两种。第一换热器6和第二换热器15均为板式换热器、螺旋板式换热器、管式换热器等液、液间壁换热器中的一种或两种。喷射加热器为水力喷射加热器、蒸汽喷射加热器或文丘里喷射混合加热器。保温维持器10为管道式、罐式、板式或螺旋板式保温维持器。周转罐为带搅拌或不带搅拌的耐150℃以上温度的压力容器。液储罐23为带搅拌的耐150℃以上温度的压力容器。第一三通阀4、第二三通阀14和第三三通阀20均为耐150℃以上的三通阀门。第一温度控制器31和第二温度控制器32均为智能温度仪表、PLC、具有数字控制或模拟控制功能的自控设备，配备的执行器是手动或自动的料液流量调节阀门或变频泵。

使用一台带搅拌的非压力容器调浆罐1，调浆罐1的出料端连接一台料液过滤器3，用于过滤料浆，防止大颗粒物质进入，影响后序反应，两台耐150℃以上高温的离心泵、转子泵、齿轮泵或活塞泵，两台平板式、螺旋板式或管式换热器，一台水力喷射加热器或蒸汽喷射加热器，一台盘管式、罐式、板式或螺旋板式保温维持器，两台耐150℃以上高温和0.3MPa压力的带搅拌压力周转罐，一台或多台耐150℃以上高温和0.3MPa压力的带搅拌压力液储罐23，以上设备均通过管道连通，管道上安装有多个启闭阀门，用于控制对应管道的启闭，管道、管件、阀门、测温仪表、测压仪表和温度控制器(含变频器或自动调节阀或手动调节阀)均选用耐150℃以上高温和1.0MPa压力的，连接组成一种多功能的淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统。

下面，结合附图1，举出在本多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统中，以玉米粉浆液化后所得液化液作为发酵培养基原料进行超高温瞬间灭菌的过程以及以玉米粉浆液化+糖化后所得糖化液作为发酵培养基原料进行超高温瞬间灭菌的过程为具体使用方法的实施例，对本发明作进一步的说明。需要强调的是，以下实施例仅为本发明的三个使用方法的实施例，不能作为对本发明专利保护范围的限定，也不能以本专业从业人员周知的普通专业知识，对实施例所做的局部改进，如增加或减少温度、压力测量点，增加或减少泵和阀门的数量，增加或减少调浆罐1和周转罐的容积和数量，用两个二通阀替换一个三通阀，改变各组成设备的相对位置和管道连接方式等等，来突破本发明的专利保护范围。

实施例一：

结合附图1，以玉米粉为原料的液化与糖化过程，采用本发明多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统，主要包括含有调浆罐1、调浆罐底阀2、料液过滤器3、第一三通阀4、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、喷射加热器蒸汽阀9、保温维持器10、保温维持器排气阀11、第一周转罐12、第一周转罐排气阀13、第二三通阀14、第二换热器15、冷却水进水阀16、冷却水回水调节阀17、第二周转罐18、第二周转罐排气阀19、第三三通阀20、酶调制罐21，第四三通阀22，液储罐23、液储罐底物料阀24、液储罐顶物料阀25、液储罐排气阀26、调浆温度表27、第一换热器温度表28、维持温度表29、第二换热温度表30、第一温度控制器31、第二温度控制器32、液储罐底温度表33、液储罐顶温度表34、第二泵前压力表35、第二泵后压力表36、第一周转罐压力表37、第二周转罐压力表38和液储罐顶压力表39，通过耐高温150℃以上、压力1.6MPa的压力管道、管件和阀门进行连接，其中的第一温度控制器31(内含水泵专用变频器)与维持温度表29及可变频调节转速的第二输送泵7组成温度控制回路，第二温度控制器32与第二换热温度表30及冷却水回水调节阀17组成温度控制回路。调浆罐1、保温维持器10、第一周转罐12和第二周转罐18等容器的容积以及第一高温泵5和第二输送泵7的流量，依照液储罐23的大小及计划的每批液化-糖化-灭菌作业时间确定，以100m3容积的液储罐23为例，可参照以下表格选取：

表一

结合附图1，使用这一多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统进行液化和糖化过程，其操作步骤如下：

1、液化：按工艺规定浓度在调浆罐1内用自来水或自第二换热器15回收的温水调好玉米粉浆，加入工艺要求量的固体高温淀粉酶，搅拌均匀，同时在酶调制罐21内调制好20％浓度高温淀粉酶溶液，将第一三通阀4切换至第一高温泵5与调浆罐1相通而与第二换热器15隔断，第三三通阀20切换至第一换热器6与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第二三通阀14切换至第二换热器15与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，液储罐底物料阀24、液储罐顶物料阀25及第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，顺序开启喷射加热器蒸汽阀9、第一高温泵5和第二输送泵7，料液由温度控制器通过第二输送泵7的变频调速，在蒸汽流量设定不变的情况下，调节喷射加热器8内的蒸汽与料液混合比例，达到加热并控温100～105℃的目的，经保温维持器10和第一换热器6打入第一周转罐12。当第一周转罐12满罐后，将第一三通阀4切换至第一高温泵5与调浆罐1隔断而与第二换热器15相通，第二三通阀14切换至第二换热器15与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第三三通阀20切换至第一换热器6与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，让第一周转罐12内的热料液经第二换热器15、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、保温维持器10和第一换热器6，在通过温度控制器同样控制100～105℃的温度下，进行第二次循环至第二周转罐18。当第二周转罐18满罐后，将第三三通阀20切换至第一换热器6与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第二三通阀14切换至第二换热器15与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，使第二周转罐18中的热料液经第二换热器15、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、保温维持器10和第一换热器6，在通过温度控制器同样控制100～105℃的温度下，进行第三次循环进入第一周转罐12。如此料液在两个周转罐之间反复交替恒温循环流动，直至取样检测达到所要求的液化程度。在这一过程中，可一次或多次在满料的周转罐中通过调节第四三通阀22适量补加在酶溶液调制罐中调制好并搅拌均匀的淀粉酶溶液，以提高液化效率，加速液化进程。

由于充分利用了热料的热量预热冷料，上述保温循环液化过程只在第一次循环进料初期消耗较多的蒸汽，以后的循环只需要用少量蒸汽弥补系统的散热损耗，在系统的保温层保温性能优良的情况下，甚至在循环过程中不消耗蒸汽，仅凭泵的机械能转化的热能就可以弥补散热的能量损耗。经测试，以上液化过程中的比蒸汽消耗量为0.031～0.033，而没有热量综合利用的传统液化过程的比蒸汽消耗量为0.16～0.18，前者比后者节省蒸汽81％

2、糖化：液化结束，关闭喷射加热器蒸汽阀9，开启第二换热器15的冷却水进水阀16和回水调节阀，料液按上述方法在两个周转罐之间交替循环流动使温度冷却到接近糖化所需温度的75℃后，关闭第二换热器15的冷却水进出水阀和冷却水回水调节阀17，在满料的周转罐内按工艺要求量加入糖化酶，由温度控制器控制70℃±2℃的料液温度继续循环流动，直至取样检测达到所要求的糖化程度。在这一过程中，为了提酶的利用效率，加速糖化进程，也可在满料的周转罐内一次或多次适量补充糖化酶。

以上液化-糖化过程所得液化液或糖化液，最后从第一周转罐12和第二周转罐18转入液储罐23，腾出周转罐用以进行下一批液化-糖化操作。

以上糖化过程利用了液化的余热，在设备管道保温性能良好的情况下夏天不消耗蒸汽，冬天也只有不到每t料液0.01t的少量蒸汽消耗。

实施例二：

结合附图1，以玉米粉为原料进行发酵的液化与超高温瞬间灭菌过程，采用本发明多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统，主要包括含有调浆罐1、调浆罐底阀2、料液过滤器3、第一三通阀4、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、喷射加热器蒸汽阀9、保温维持器10、保温维持器排气阀11、第一周转罐12、第一周转罐排气阀13、第二三通阀14、第二换热器15、冷却水进水阀16、冷却水回水调节阀17、第二周转罐18、第二周转罐排气阀19、第三三通阀20、酶调制罐21，第四三通阀22，液储罐23、液储罐底物料阀24、液储罐顶物料阀25、液储罐排气阀26、调浆温度表27、第一换热器温度表28、维持温度表29、第二换热温度表30、第一温度控制器31、第二温度控制器32、液储罐底温度表33、液储罐顶温度表34、第二泵前压力表35、第二泵后压力表36、第一周转罐压力表37、第二周转罐压力表38和液储罐顶压力表39，通过耐高温150℃以上、压力1.6MPa的压力管道、管件和阀门进行连接，其中的第一温度控制器31(内含水泵专用变频器)与维持温度表29及可变频调节转速的第二输送泵7组成温度控制回路，第二温度控制器32与第二换热温度表30及冷却水回水调节阀17组成温度控制回路。调浆罐1、保温维持器10、第一周转罐12和第二周转罐18等容器的容积以及第一高温泵5和第二输送泵7的流量，依照液储罐23的大小及计划的每批液化-糖化-灭菌作业时间确定，以100m³容积的液储罐23为例，可参照以上表一选取。

结合附图1，使用这一多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统进行液化和超高温瞬间灭菌过程，其操作步骤如下：

1、系统及液储罐23预灭菌：在调浆罐1内加入能够充满液储罐23容积五分之一左右的软化水，调整第一三通阀4，让第一高温泵5与调浆罐1相通而与第二换热器15隔断，调整第二三通阀14，使第二换热器15与第一周转罐12、第二周转罐18及液储罐底物料阀24三个方向均相通，调整第三三通阀20，使第一换热器6与第一周转罐12、第二周转罐18及液储罐顶物料阀25三个方向均相通，关闭液储罐底物料阀24、第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17，开启液储罐顶物料阀25，再顺序开启喷射加热器蒸汽阀9、第一高温泵5和第二输送泵7，使软化水经第一换热器6预热和喷射加热器8加热，再经保温维持器10、第一换热器6、第三三通阀20和液储罐顶物料阀25，进入第一周转罐12、第二周转罐18和液储罐23，当调浆罐1内的软化水打完后，将第一三通阀4切换至第一高温泵5与调浆罐1隔断而与第二换热器15相通，开启液储罐底物料阀24，液储罐顶物料阀25保持开启，第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，使第一周转罐12、第二周转罐18和液储罐23内的热软化水经第二换热器15、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8不断升温，再经保温维持器10、第一换热器6和液储罐顶物料阀25返回第一周转罐12、第二周转罐18和液储罐23，如此循环加热，直至水温上升至110℃左右，成为过热水，将第二三通阀14切换至第一换热器6与第一周转罐12和第二周转罐18隔断而与液储罐23相通，让过热水只进入液储罐23循环，直至水温上升至140℃左右，液储罐顶温度表34上升至125～130℃，启动第一温度控制器31，维持这一温度范围，如此持续过热水循环灭菌15分钟。在这一过程的初期，需要短时间打开保温维持器排气阀11、第一周转罐排气阀13、第二周转罐排气阀19和液储罐排气阀26，排除内部的空气，以确保灭菌温度能正常上升到工艺所要求的温度。预灭菌结束后，关闭喷射加热器蒸汽阀9，开启第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17，让循环过热水冷却至110℃，然后关闭第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17，顺序停止第二输送泵7和第一高温泵5的运转，将液储罐23内的热水放入另外的热水储罐(附图一中未给出)存储，供下次预灭菌使用，腾空液储罐23，关闭液储罐底物料阀24和液储罐顶物料阀25，用无菌空气对液储罐23进行保压。

经测试，多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统及液储罐23的过热水预灭菌过程折合成每t料液的比蒸汽消耗量为0.030～0.032，而没有热量综合利用的传统高压蒸汽预灭菌过程的比蒸汽消耗量为0.042～0.048。

2、液化：按工艺规定浓度在调浆罐1内用自来水或自第二换热器15回收的温水调好玉米粉浆，加入工艺要求量的固体高温淀粉酶，搅拌均匀，同时在酶调制罐21内调制好20％浓度高温淀粉酶溶液，将第一三通阀4切换至第一高温泵5与调浆罐1相通而与第二换热器15隔断，第三三通阀20切换至第一换热器6与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第二三通阀14切换至第二换热器15与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，液储罐底物料阀24、液储罐顶物料阀25及第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，顺序开启喷射加热器蒸汽阀9、第一高温泵5和第二输送泵7，料液由温度控制器通过第二输送泵7的变频调速，在蒸汽流量设定不变的情况下，调节喷射加热器8内的蒸汽与料液混合比例，达到加热并控温100～105℃的目的，经保温维持器10和第一换热器6打入第一周转罐12。当第一周转罐12满罐后，将第一三通阀4切换至第一高温泵5与调浆罐1隔断而与第二换热器15相通，第二三通阀14切换至第二换热器15与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第三三通阀20切换至第一换热器6与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，让第一周转罐12内的热料液经第二换热器15、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、保温维持器10和第一换热器6，在通过温度控制器同样控制100～105℃的温度下，进行第二次循环至第二周转罐18。当第二周转罐18满罐后，将第三三通阀20切换至第一换热器6与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第二三通阀14切换至第二换热器15与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，使第二周转罐18中的热料液经第二换热器15、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、保温维持器10和第一换热器6，在通过温度控制器同样控制100～105℃的温度下，进行第三次循环进入第一周转罐12。如此料液在两个周转罐之间反复交替恒温循环流动，直至取样检测达到所要求的液化程度。在这一过程中，可一次或多次在满料的周转罐中通过调节第四三通阀22适量补加在酶溶液调制罐中调制好并搅拌均匀的淀粉酶溶液，以提高液化效率，加速液化进程。

由于充分利用了前一工序的余热以及用热料的热量预热了冷料，上述保温循环液化过程只在第一次循环进料初期消耗较多的蒸汽，以后的循环只需要用少量蒸汽弥补系统的散热损耗，在系统的保温层保温性能优良的情况下，甚至在循环过程中不消耗蒸汽，仅凭泵的机械能转化的热能就可以弥补散热的能量损耗。经测试，以上液化过程中的比蒸汽消耗量为0.025～0.028，而没有热量综合利用的传统液化过程的比蒸汽消耗量为0.14～0.17。

3、灭菌：当玉米粉浆经取样检测达到所要求的液化程度后，将第二三通阀14切换至第二换热器15与存料的周转罐相通而与未存料的周转罐隔断，将第三三通阀20切换至换热器与两周转罐隔断而与液储罐23相通，打开液储罐顶物料阀25，液储罐底物料阀24保持关闭，顺序开启第二换热器15的进水阀和回水调节阀、喷射加热器蒸汽阀9、第一高温泵5和第二输送泵7，冷却温度设定20～25℃，灭菌温度设定140℃，由第二温度控制器32控制第二换热温度表30稳定在设定点温度范围之内，使通过第二换热器15冷却后的周转罐内料液，经第一高温泵5、第一换热器6和第二输送泵7，在喷射加热器8中由来源于喷射加热器蒸汽阀9的蒸汽加热至140℃(体现在维持温度表29显示的温度值)，以40～60秒的时间流过保温维持器10，由温度控制器控制维持温度表29在139～141℃之间，再经第一换热器6冷却(以冷料液作为冷却剂)到40℃左右，通过液储罐顶物料阀25进入前面事先已用过热水灭菌并处于无菌保压状态下的液储罐23。

由于充分利用了前工序液化的余热及使用了热料的热量预热冷料，上述超高温瞬间灭菌过程只消耗很少的蒸汽。经测试，上述超高温瞬间灭菌过程中的比蒸汽消耗量为0.028～0.032，而没有利用液化余热及热料预热冷料的传统灭菌过程，比蒸汽消耗量为0.15～0.18。

以上预灭菌+液化+超高温瞬间灭菌全过程，总的比蒸汽消耗量平均为0.088，比传统同类工艺过程的平均总比蒸汽消耗量0.355节省75％。

实施例三：

结合附图1，以玉米粉为原料进行发酵的液化、糖化和超高温瞬间灭菌过程，使用本发明多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统，主要包含有调浆罐1、调浆罐底阀2、料液过滤器3、第一三通阀4、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、喷射加热器蒸汽阀9、保温维持器10、保温维持器排气阀11、第一周转罐12、第一周转罐排气阀13、第二三通阀14、第二换热器15、冷却水进水阀16、冷却水回水调节阀17、第二周转罐18、第二周转罐排气阀19、第三三通阀20、酶溶液配制罐、第四三通阀22、液储罐23、液储罐底物料阀24、液储罐顶物料阀25、液储罐排气阀26、调浆温度表27、第一换热器温度表28、维持温度表29、第二换热温度表30、第一温度控制器31、第二温度控制器32、液储罐底温度表33、液储罐顶温度表34、第二泵前压力表35、第二泵后压力表36、第一周转罐压力表37、第二周转罐压力表38和液储罐顶压力表39，通过耐150℃以上高温、1.6MPa压力的压力管道、管件和阀门进行连接，其中的第一温度控制器31(内含水泵专用变频器)与维持温度表29及可变频调节转速的第二输送泵7组成温度控制回路，第二温度控制器32与第二换热温度表30及冷却水回水调节阀17组成温度控制回路。调浆罐1、保温维持器10、第一周转罐12和第二周转罐18等容器的容积以及第一高温泵5和第二输送泵7的流量，依照液储罐23的大小及计划的每批液化-灭菌作业时间确定，以100m³容积的液储罐23为例，可参照前述表一选取。

结合附图1，在这一多功能淀粉质原料液化-糖化-灭菌系统中，顺序进行以玉米粉为发酵培养基原料的液化-糖化-超高温瞬间灭菌过程的操作步骤如下：

1、系统及液储罐23预灭菌：在调浆罐1内加入能够充满液储罐23容积五分之一左右的软化水，调整第一三通阀4，让第一高温泵5与调浆罐1相通而与第二换热器15隔断，调整第二三通阀14，使第二换热器15与第一周转罐12、第二周转罐18及液储罐底物料阀24三个方向均相通，调整第三三通阀20，使第一换热器6与第一周转罐12、第二周转罐18及液储罐顶物料阀25三个方向均相通，关闭液储罐底物料阀24、第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17，开启液储罐顶物料阀25，再顺序开启喷射加热器蒸汽阀9、第一高温泵5和第二输送泵7，使软化水经第一换热器6预热和喷射加热器8加热，再经保温维持器10、第一换热器6、第三三通阀20和液储罐顶物料阀25，进入第一周转罐12、第二周转罐18和液储罐23，当调浆罐1内的软化水打完后，将第一三通阀4切换至第一高温泵5与调浆罐1隔断而与第二换热器15相通，开启液储罐底物料阀24，液储罐顶物料阀25保持开启，第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，使第一周转罐12、第二周转罐18和液储罐23内的热软化水经第二换热器15、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8不断升温，再经保温维持器10、第一换热器6和液储罐顶物料阀25返回第一周转罐12、第二周转罐18和液储罐23，如此循环加热，直至水温上升至110℃左右，成为过热水，将第二三通阀14切换至第一换热器6与第一周转罐12和第二周转罐18隔断而与液储罐23相通，让过热水只进入液储罐23循环，直至水温上升至140℃左右，液储罐顶温度表34上升至125～130℃，启动第一温度控制器31，维持这一温度范围，如此持续过热水循环灭菌15分钟。在这一过程的初期，需要短时间打开保温维持器排气阀11、第一周转罐排气阀13、第二周转罐排气阀19和液储罐排气阀26，排除内部的空气，以确保灭菌温度能正常上升到工艺所要求的温度。预灭菌结束后，关闭喷射加热器蒸汽阀9，开启第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17，让循环过热水冷却至110℃，然后关闭第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17，顺序停止第二输送泵7和第一高温泵5的运转，将液储罐23内的热水放入另外的热水储罐(附图一中未给出)存储，供下次预灭菌使用，腾空液储罐23，关闭液储罐底物料阀24和液储罐顶物料阀25，用无菌空气对液储罐23进行保压。

经测试，系统及液储罐23用过热水预灭菌过程折合成每t料液的比蒸汽消耗量为0.030～0.032，而没有热能综合利用的传统蒸汽预灭菌过程的比蒸汽消耗量为0.042～0.048。

2、液化：按工艺规定浓度在调浆罐1内用自来水或自第二换热器15回收的温水调好玉米粉浆，加入工艺要求量的固体高温淀粉酶，搅拌均匀，同时在酶调制罐21内调制好20％浓度高温淀粉酶溶液，将第一三通阀4切换至第一高温泵5与调浆罐1相通而与第二换热器15隔断，第三三通阀20切换至第一换热器6与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第二三通阀14切换至第二换热器15与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，液储罐底物料阀24、液储罐顶物料阀25及第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，顺序开启喷射加热器蒸汽阀9、第一高温泵5和第二输送泵7，料液由温度控制器通过第二输送泵7的变频调速，在蒸汽流量设定不变的情况下，调节喷射加热器8内的蒸汽与料液混合比例，达到加热并控温100～105℃的目的，经保温维持器10和第一换热器6打入第一周转罐12。当第一周转罐12满罐后，将第一三通阀4切换至第一高温泵5与调浆罐1隔断而与第二换热器15相通，第二三通阀14切换至第二换热器15与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第三三通阀20切换至第一换热器6与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，让第一周转罐12内的热料液经第二换热器15、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、保温维持器10和第一换热器6，在通过温度控制器同样控制100～105℃的温度下，进行第二次循环至第二周转罐18。当第二周转罐18满罐后，将第三三通阀20切换至第一换热器6与第一周转罐12相通而与第二周转罐18隔断，第二三通阀14切换至第二换热器15与第二周转罐18相通而与第一周转罐12隔断，第二换热器15的冷却水进水阀16和冷却水回水调节阀17保持关闭，使第二周转罐18中的热料液经第二换热器15、第一高温泵5、第一换热器6、第二输送泵7、喷射加热器8、保温维持器10和第一换热器6，在通过温度控制器同样控制100～105℃的温度下，进行第三次循环进入第一周转罐12。如此料液在两个周转罐之间反复交替恒温循环流动，直至取样检测达到所要求的液化程度。在这一过程中，可一次或多次在满料的周转罐中通过调节第四三通阀22适量补加在酶溶液调制罐中调制好并搅拌均匀的淀粉酶溶液，以提高液化效率，加速液化进程。

经测试，以上液化过程中的比蒸汽消耗量为0.025～0.028，而没有热量综合利用的传统液化过程的比蒸汽消耗量为0.14～0.17。

3、糖化：液化结束，关闭喷射加热器蒸汽阀9，开启第二换热器15的冷却水进水阀16和回水调节阀，料液按上述方法在两个周转罐之间交替循环流动使温度冷却到接近糖化所需温度的75℃后，关闭第二换热器15的冷却水进出水阀和冷却水回水调节阀17，在满料的周转罐内按工艺要求量加入糖化酶，由温度控制器控制70℃±2℃的料液温度继续循环流动，直至取样检测达到所要求的糖化程度。在这一过程中，为了提酶的利用效率，加速糖化进程，也可在满料的周转罐内一次或多次适量补充糖化酶。

以上糖化过程利用了液化的余热，在设备管道保温性能良好的情况下不消耗蒸汽。

4、灭菌：当玉米粉浆经取样检测达到所要求的液化程度后，将第二三通阀14切换至第二换热器15与存料的周转罐相通而与未存料的周转罐隔断，将第三三通阀20切换至换热器与两周转罐隔断而与液储罐23相通，打开液储罐顶物料阀25，液储罐底物料阀24保持关闭，顺序开启第二换热器15的进水阀和回水调节阀、喷射加热器蒸汽阀9、第一高温泵5和第二输送泵7，冷却温度设定20～25℃，灭菌温度设定140℃，由第二温度控制器32控制第二换热温度表30稳定在设定点温度范围之内，使通过第二换热器15冷却后的周转罐内料液，经第一高温泵5、第一换热器6和第二输送泵7，在喷射加热器8中由来源于喷射加热器蒸汽阀9的蒸汽加热至140℃(体现在维持温度表29显示的温度值)，以40～60秒的时间流过保温维持器10，由温度控制器控制维持温度表29在139～141℃之间，再经第一换热器6冷却(以冷料液作为冷却剂)到40℃左右，通过液储罐顶物料阀25进入前面事先已用过热水灭菌并处于无菌保压状态下的液储罐23。

由于充分利用了前工序液化的余热及使用了热料的热量预热冷料，上述超高温瞬间灭菌过程只消耗很少的蒸汽。经测试，上述超高温瞬间灭菌过程中的比蒸汽消耗量为0.028～0.032，而没有利用液化余热及热料预热冷料的传统灭菌过程，比蒸汽消耗量为0.15～0.18。

以上预灭菌+液化+糖化+灭菌全过程的平均总比蒸汽消耗量为0.088，比传统同类工艺过程的平均总比蒸汽消耗量0.355节省75％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，包括：

调浆罐，通过第一三通阀可切换连接第一换热器或第二换热器，所述第一换热器上安装有第一温度控制器，所述第二换热器上安装有第二温度控制器，所述第一换热器和所述第一三通阀之间安装有第一输送泵；

喷射加热器，通过第一管道和第二管道分别连接所述第一换热器，所述第一管道上安装有第二输送泵，所述第二管道上安装有保温维持器；

第一周转罐，通过第二三通阀连通所述保温维持器；

第二周转罐，通过所述第二三通阀连通所述保温维持器；

酶调制罐，连通所述第一周转罐和所述第一周转罐；

液储罐，分别连通所述第二换热器和所述保温维持器；以及

冷却水管，与所述第二换热器连接；

所述调浆罐、所述第一换热器和所述第二换热器可通过所述第一三通阀两两连通；所述保温维持器通过所述第二三通阀可切换连接所述第一周转罐和所述第二周转罐，所述第二换热器通过第三三通阀可切换连接所述第一周转罐和所述第二周转罐。

2.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述调浆罐为带搅拌的容器。

3.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述第一输送泵和所述第二输送泵均为耐150℃以上温度的离心泵、转子泵、齿轮泵或活塞泵中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述第一换热器和所述第二换热器均为板式换热器、螺旋板式换热器、管式换热器等液、液间壁换热器中的一种或两种。

5.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述喷射加热器为水力喷射加热器、蒸汽喷射加热器或文丘里喷射混合加热器。

6.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述保温维持器为管道式、罐式、板式或螺旋板式保温维持器。

7.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述周转罐为带搅拌或不带搅拌的耐150℃以上温度的压力容器。

8.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述液储罐为带搅拌的耐150℃以上温度的压力容器。

9.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述第一三通阀、所述第二三通阀和所述第三三通阀均为耐150℃以上的阀门。

10.如权利要求1所述的淀粉质原料液化-糖化-灭菌装置，其特征在于，所述第一温度控制器和所述第二温度控制器均为智能温度仪表、PLC、具有数字控制或模拟控制功能的自控设备，配备的执行器是手动或自动的料液流量调节阀门或变频泵。