10万吨果葡糖浆厂的设计定稿

10万吨果葡糖浆厂的设计

摘 要

果葡糖浆也称高果糖浆（High Fructose Syrup）或异构糖浆，是以酶法糖化

淀粉所得的糖化液经葡萄糖异构酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成果

糖，由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖糖浆。果葡糖浆最大优点在于含相当的

数量 42%～90%的果糖，因而在甜味特性上与其他甜味剂共同使用，具有很好

的协同增效作用，不仅可改善食品与饮料的口感，还可以减少苦味和怪味。果葡

糖浆与蔗糖结合使用，可使其甜度增加20%～30%，而且甜味丰满、风味更好。

果葡糖浆与甜蜜素、糖精等也有增效作用。果葡糖浆的主要成分和性质接近于天

然果汁，具有水果清香，味觉甜度比蔗糖浓，且有清凉感。与蔗糖和甜菜糖比较，

果葡糖浆具有溶解度高、易发酵、化学稳定性和热稳定性好、渗透压大、吸潮性

和保湿性强等优点。在饮料等食品生产中有取代蔗糖的趋势，作为食品饮料基料

的新型食糖果葡糖浆越来越被人们认可和重视。

本论文是设计年产100000吨果葡糖浆厂。以玉米淀粉为原料，本设计流程

是采用双酶法工艺，其流程为原料→液化→糖化→脱色→离交→蒸发→异构→脱

色→离交→蒸发，制成固形物含量为74%的F-42型的果葡糖浆。

本设计由四大部分构成：设计说明书 、工艺流程图、重点设备装配图以及

生产车间设备布置图。论文完成了工艺流程的选定，物料、热量和水的平衡计算

，设备选型等的工艺设计，同时对人员配备和三废处理提出合理的建议。

关键词：果葡糖浆；酶法工艺；工厂设计；蒸发浓缩

10万吨果葡糖浆厂的设计

Abstract

Fructose Syrup also called High Fructose Syrup or heterogeneous Syrup，it is

enzymatic saccharification starch by glucose isomerase part of glucose, fructose it is a

mixture of sugar syrup. Fructose syrup biggest advantage is that contain a

considerable number 42 percent to 90 percent of fructose, thus in the sweet

characteristic with other sweeteners on common use, and with advantageous

synergistic effect, which can improve the taste of food and beverage, reduce the bitter

taste and smell. Fructose syrup and sucrose use together, can make it sweetness

increased by 20% ~ 30%. Fructose syrup and sweet element, cyclamates also have

synergic. Fructose syrup near the main composition and properties of natural fruit

juice, with fruit flavours. Flavour feeling, taste sweetness, and sucrose thicker than

cool and refreshing feeling. Compared with sugar and beet sugar, fructose syrup is

high, easy to ferment, solubility of chemical stability and good thermal stability, big

osmotic pressure, moisture absorption and moisturizing strong sexual advantages. In

beverages food production has replaced the trend of sucrose, as food and beverage

makings of new it food candy grape syrup more and more recognized by people and

attention, especially "synergistic, cold sweet and refreshing" features, highly popular

drink factory.

This design is an annual output of 90,000 tons of syrup plant design. Corn starch

as raw material, the design process is a double enzyme technique,the starch

liquefaction→saccharification→decolorization→Ion exchange→evaporation→

heterogeneous→decolorization→Ion exchange→evaporation.Made of solid content

of 74% of the F-42 type of fructose syrup.

The design consists of three major parts: design manual, flow chart key equipment

assembly drawing and workshop equipment layout. Completed the selection process,

materials, heat and water balance calculation, equipment selection and other process

design. At the same time for personnel and "three wastes" treatment puts forward

reasonable Suggestions.

Keywords: HFCS；Enzymatic Technology；Plant design；Evaporation concentration.

10万吨果葡糖浆厂的设计

目 录

摘 要.............................................................. I

Abstract........................................................... II

第1章 绪论........................................................ 6

1.1 概述 ......................................................... 6

1.1.1 国内外发展现状 ........................................... 6

1.1.2 果葡糖浆的应用 ........................................... 7

1.2 设计依据及指导思想 ........................................... 7

1.2.1 设计依据 ................................................. 7

1.2.2 设计指导思想 ............................................. 7

1.3 设计内容及产品要求 ........................................... 8

1.3.1 设计内容 ................................................. 8

1.3.2 产品要求 ................................................. 8

1.4 工艺特点及节能措施 ........................................... 8

1.5 酶法生产工艺的论证 ........................................... 8

1.5.1 液化方法的选择 ........................................... 8

1.5.2 液化用酶的选择 .......................................... 10

1.6 厂址概述 .................................................... 10

1.7 原材料、辅料及产品规格 ...................................... 10

1.8 原材料、辅料及燃料的来源 .................................... 11

1.9 供应方案及自动化程度的说明 .................................. 11

1.9.1 供热方案 ................................................ 11

1.9.2 供电方案 ................................................ 11

1.9.3 给水方案 ................................................ 11

1.9.4 自动化控制 .............................................. 11

第2章 设计与论证................................................. 12

2.1 工艺流程 .................................................... 12

2.2 工艺要点 .................................................... 13

2.2.1 调浆与液化 .............................................. 13

2.2.2 糖化 .................................................... 13

10万吨果葡糖浆厂的设计

2.2.3 离子交换 ................................................ 14

2.2.4 真空浓缩（葡萄糖浆） .................................... 14

2.2.5 异构化 .................................................. 14

2.3 重点工段论证 ................................................ 15

2.3.1 蒸发器效数确定与论证 .................................... 15

2.3.2 物料及蒸汽流向的确定与论证 .............................. 15

2.3.3 浓缩系统的主要特点 ...................................... 16

2.3.4 真空系统的确定 .......................................... 16

第3章 设计计算................................................... 17

3.1 物料平衡计算 ................................................ 17

3.1.1 调乳 .................................................... 17

3.1.2 一次喷射 ................................................ 18

3.1.3 二次喷射 ................................................ 18

3.1.4 一次闪蒸 ................................................ 19

3.1.5 液化 .................................................... 19

3.1.6 二次闪蒸 ................................................ 19

3.1.7 糖化工段 ................................................ 20

3.1.8 灭酶 .................................................... 20

3.1.9 一脱工段 ................................................ 21

3.1.10 一次过滤 ............................................... 21

3.1.11 二脱 ................................................... 21

3.1.12 二次过滤 ............................................... 22

3.1.13 离子交换工段 ........................................... 22

3.1.14 一次浓缩 ............................................... 23

3.1.15 异构化工段 ............................................. 23

3.1.16 一脱 ................................................... 23

3.1.17 一次过滤 ............................................... 24

3.1.18 二脱 ................................................... 24

3.1.19 二次过滤 ............................................... 25

3.1.20 离子交换工段 ........................................... 25

3.1.21 蒸发工段 ............................................... 26

3.2 热量平衡计算 ................................................ 27

3.2.1 调乳段热量衡算 .......................................... 27

3.2.2 一次喷射热量衡算 ........................................ 27

3.2.3 二次喷射所需蒸汽量 ...................................... 27

10万吨果葡糖浆厂的设计

3.2.4 灭酶段热量衡算 .......................................... 28

3.2.5 蒸发工段 ................................................ 28

3.2.6 异构后加热 .............................................. 37

3.2.7 二次浓缩 ................................................ 37

3.3 水平衡计算 .................................................. 43

3.3.1 用水项目 ................................................ 43

3.3.2 供水项目 ................................................ 43

3.3.3 各种水量计算 ............................................ 43

3.4 设备选型 .................................................... 45

3.4.1 蒸发罐的结构设计 ........................................ 45

3.4.2 其它设备计算 ............................................ 48

第4章 人员配备及经济核算......................................... 52

4.1 人员配置 .................................................... 52

4.2 经济核算 .................................................... 53

4.2.1 年消耗费用 .............................................. 54

4.2.2 月利润的计算 ............................................ 54

4.2.3 投资的回收 ............................................. 55

第5章 三废处理方案............................................... 56

5.1 废气的处理 .................................................. 56

5.2 废水的处理 .................................................. 56

5.3 废渣的处理 .................................................. 56

参考文献........................................................... 57

附录............................................................... 58

致 谢............................................................. 60

10万吨果葡糖浆厂的设计

第1章 绪论

1.1 概述

果葡糖浆也称高果糖浆或异构糖浆，是以酶法糖化淀粉所得的糖化液经葡萄

糖异构酶的异构化作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖，是葡萄糖和果糖组成

的一种混合糖糖浆。果葡糖浆无色无臭，常温下流动性好，使用方便 [1]。

1.1.1 国内外发展现状

第一代果葡糖浆的研制生产开始于以淀粉作原料，50年代发现葡萄搪经碱

（NaOH、KOH、pH10）转化可制成15～20%的果糖。1957年美国玉米产品公

司的Marshll和 Koor开始研究用异构酶使葡萄糖异构成果糖并取得进展。1964

年中国发现了链霉菌葡萄糖异构酶的存在[2]。1965年日本微生物工业研究所高崎

义幸发现了适用于工业生产的异构酶，后来该技术转让给美国克林顿玉米公司，

该公司于1972年开始生产含果糖15%的果葡搪浆，1969年开始推出含42%的果

葡糖浆。第二、三代果葡糖浆的研究工作从60年代就发展起来，到1980年左右

已开始了大型的工业化生产。第二 、三代果葡糖浆的生产技术一般是通过第一

代果葡糖浆进行组分分离，提高糖份组成中的果糖含量。果糖组成提高至55%

为第二代，提高至90%为第三代。因此第二 、三代果葡糖浆的发展是联系在一

起的。其工艺流程如下：

淀粉→液化→糖化→过滤→脱色→离子交换→浓缩→异构化→脱色→过滤

→离子交换→除味→浓缩→贮罐→包装(槽车或桶装)。

我国对于第一代果葡塘浆的研究开始于60年代从研制果葡搪浆开始至今已

有 40余年，70年代初有些省市曾出现过一次果葡塘浆热,但由于条件不具备匆

忙上马,结果大部分都下了马。目前，全国大约有20多个这样的果葡糖浆生产车

间/厂(包括一些引进的项目)。他们多以玉米淀粉为原料。可是，这种工艺所用的

酶制剂价格高、生产成本高而且产量很小、多数不足万吨/年，再加上其他各种

原因，果葡糖浆生产厂家这些年来关门倒闭了不少，就连当年首条全部引进进口

设备的长沙果糖厂也由于开工太足而倒闭。虽然如此，面对着果葡糖浆广阔的前

景，国内还是有很多厂商在上此项目，最近十年至少已引进3条进口的果葡糖浆

生产线，包括广州双桥[3]。目前我国的果葡糖浆产能已达数十万吨以上，在北方

有号称目前国内规模最大的年产10万吨果葡糖浆的山东保龄宝，在华东地区万

吨以上的厂家有上海嘉吉、安徽蚌埠，在华南地区有广州双桥等厂家等。国内果

10万吨果葡糖浆厂的设计

葡糖浆的市场产品目前以F-42为主、F-55为辅，F-90和结晶果糖较少见。F-42

多用于生产调味品、冰淇淋、糕点等食品，如味可美等厂家利用其渗透压高能抑

制食品表面细菌生长的特性来生产果酱、果脯、蜜饯、水果罐头；如伊利等一些

冷冻食品厂利用其抗结晶性好的特点用于生产冰棒、冰淇淋等冷冻食品；如皇威

等糕。点食品厂利用果葡糖浆保湿性好的特点用于蛋糕、夹心面包等糕点食品。

自从1981美可口可乐用果葡糖浆替代砂糖后，饮料工业已是果葡糖浆在国内主

要消费领域。产品以F-42为主、F-55为辅，利用果葡糖浆协同增效、冷甜爽口，

风味好的特性替代部分蔗糖生产出的碳酸饮料、果汁饮料、茶饮料、果冻等软饮

料，具有口感清润爽口、透明度好、没有浑浊、无异味、风味好等优点。此外果

葡糖浆还可作为化工原料[4]。

1.1.2 果葡糖浆的应用

由于果葡糖浆的甜度与蔗糖相当，又有多种优良特性，因此应用领域比蔗糖

更为广泛：在食品工业和保健食品上广为应用，家庭调味品、医药工业、日用化

工等方面均有所应用。果葡糖浆有冷甜性、溶解度高、抗结晶性好、保湿性好、

渗透压大、发酵性能好等多种特性，糖类物质(包括大量食进的淀粉)被人体吸收

的形式是葡萄糖，蔗糖为双糖，食用后需经转化成果糖和葡萄糖方可被吸收，而

如食用果葡糖浆，其中的果糖、葡萄糖可直接被吸收，这对老、弱、病、孕、婴

是很为有利的。由此可见果葡糖浆的广泛用途[5]。

1.2 设计依据及指导思想

1.2.1 设计依据

根据齐齐哈尔大学食品与学院食品教研室下达的毕业设计任务书，结合果

葡糖浆有着良好的前景,目前市场上的需求量非常高,故进行本次设计，同时在毕

业实习的基础上，参照有关的糖厂数据、经验和设备，结合实际情况，采用先进

技术而进行本次设计。

1.2.2 设计指导思想

（1）本设计拟用国内外已经成熟的、切实可行的双酶法生产新工艺，以生

产可行、经济合理、提高工厂的经济效益为主要目标而进行设计。

（2）为使工厂设备达到标准化、自动化，尽量选用国家有关部门批准的设

备系列和单机设备。

10万吨果葡糖浆厂的设计

（3）在各方面允许的条件下，提高劳动生产率及产品质量，保证安全生产，

节约能源、降低成本，进一步提高工厂的机械自动化水平，改善操作条件。

（4）提出“三废”的合理处理方案。

1.3 设计内容及产品要求

1.3.1 设计内容

本设计为年产量100，000吨果葡糖浆厂的设计。主要的设计任务包括：果

葡糖浆厂的工艺流程的确定及工艺参数的选择，工艺设计、重点工段（蒸发工段）

的设计和论证、三大平衡计算（物料、热量、水）、设备选型及蒸发罐设计计算。

1.3.2 产品要求

本设计为固形物含量74%的果葡糖浆，其得率(果葡糖浆：绝干淀粉)为大于

等于101%，果葡糖浆糖分的组成：

果糖：42%

葡萄糖：53%

低聚糖:：5%

相对甜度(蔗糖100)：100

储存温度：25～35℃

1.4 工艺特点及节能措施

本设计中采用了两次喷射液化的方法，这一新型工艺的主要优点是蛋白质

絮凝得好，便于料液的过滤。另外，采用了四效蒸发浓缩，该工艺在蒸发过程中

降低了蒸汽消耗量，在此基础上达到高效浓缩的目的。

1.5 酶法生产工艺的论证

1.5.1 液化方法的选择

淀粉转化为糖的方法有：酸法，酸酶法，酶法。虽然这几种方法各有其优点，

但是酶法条件温和，副产物少，产品纯度高，设备投资低，液化质量好，原料利

用率高，一般比酸法糖化DE值提高6~8%，因此采用酶法糖化可以节约粮食，

经济效益和社会效益可观[6]。

10万吨果葡糖浆厂的设计

（1）碱法

用碱溶液能使葡萄糖异构成果糖,但是转化率较低，并且需采用较高的反应

温度才能使碱性催化效果变大，糖损失较多，同时异构转化在制备系统中还存在

着其他中间反应。在现实生产中，高温高糖度下是很难做到在短时内将反应温度

控制在要求之内，这种方法在工业上没有实用价值，任何糖类在高pH和高温度

下，副产物增多、颜色加深、分纯难度曾大，因此整个生产不经济，只作为教科

书上制备新糖的经典反应。

（2）酸法

是在酸的作用下，使淀粉水解，传统酸法水解工艺存在多方面的缺点：需要

耐酸而且耐压的设备；需要精制淀粉为原料；淀粉投料的质量分数较低，仅为

20%左右；水解后必须中和，色泽深，精制费用大；淀粉转化为葡萄糖的收率低，

不超过90%；水解过程中，由于葡萄糖的逆聚合反应而生成较多带苦味的低聚糖，

葡萄糖必须用结晶法精制才能将苦味去除；久贮后还因生成氧化甲基糖醛而转变

成褐色等。因此，这种传统工艺逐渐被新兴的酶法技术替代。

（3）酶法

可在常温常压和温和酸度下，高效地进行催化反应，简化了设备，改善了劳

动条件和降低了成本；酶催化所需的活化能极低，催化效率远比无机酸高，a-

淀粉酶与糖化酶共同作用于淀粉，得到的葡萄糖液DE值达98%以上；酶水解具

有专一性，制得产品的纯度高；酶本身是蛋白质，无毒，对酸碱度极为敏感，故

可简单地采用调节酸碱度、改变反应温度或添加抑制剂等方法来控制反应的进

行；酶的来源广泛，许多动植物和微生物都可作为某些酶的原料；酶可以回收，

重复利用[7]。

虽然这几种方法各有其特点，但是酶法生产条件温和，副产物少，产品纯度

较高，设备投资低，料液蛋白絮凝好，清亮透明，原料利用率高，一般DE值可

达98%以上，因此采用酶法糖化可以节约粮食，经济效益和社会效益可观[8]。

液化方法选择的原则是获得最佳液化效果和糖化结果。玉米淀粉中含蛋白质

比较多，液化时易产生不溶性淀粉颗粒，结合玉米淀粉的性质及以上三种液化方

法，综合考虑本次设计选用的是二次加酶喷射液化法[9]。

首先，酶法液化选取喷射液化有如下优点：喷射液化在密封的容器内部进行，

密封好操作安全性高；因为喷射液化在密闭容器内进行，故液化的温度不易降低，

可保证耐高温a-淀粉酶在最佳温度下进行液化；由于喷射液化在密闭的容器内进

行，故可以节约蒸汽，有较好的保温性，与半连续液化法相比，节约用煤15%

左右，a-蛋白质絮凝好糖化液过滤性能提高。

其次，相比酸液化法，酶法不会发生葡萄糖的复合分解反应、不会生成有色

物及复合糖类，从而提高了淀粉的转化率及糖液的品质[10]。

10万吨果葡糖浆厂的设计

1.5.2 液化用酶的选择

选取耐高温a-淀粉酶与中温a-淀粉酶进行比较，在高温下喷射液化耐高温a-

淀粉酶蛋白质絮凝效果好，不易产生不溶性淀粉颗粒，不易发生老化现象，液化

液清亮、透明；并且在高温下喷射液化时还可阻止小分子（如麦芽二糖、三糖等）

前体物质的生成，对提高葡萄糖的收率很有利，同时用耐高温a-淀粉酶成本比用

中温酶低。根据资料及一些实践经验，玉米、小麦等淀粉质量差（蛋白质含量大

于0.6%～10%）加上此类淀粉易老化，易产生“不溶性淀粉颗粒”，因此选用两次

加酶工艺更为有利[11]。

1.6 厂址概述

本厂距远离居民区，厂房坐北朝南，采光性好，在厂区周边城市有淀粉合作

厂家，淀粉来源充足，并且，该厂地理位置交通便利，厂址选择符合国家卫生、

防火部门的各项要求，即在城镇河流的下游，居民生活区的下风向，对居民生活

没有影响。

1.7 原材料、辅料及产品规格

本设计生产需要的原料、辅料及得到的产品规格列表1-1所示。

表1-1 原料、辅料及得到的产品规格

类别

原料 淀粉乳 名称 项目 浓度 总蛋白（%）

可溶蛋白（%）

脂肪（%）

灰分（%）

辅 料 氢氧化钠 盐酸 碳酸钠

氯化钙

a-淀粉酶 浓度 浓度 浓度 浓度 加入量 规格 18°Be 0.35-0.40 0.02-0.026 0.1-0.15 0.1-0.15 10 10 10 15 0.6㎏/t干淀粉

10万吨果葡糖浆厂的设计

产 品 果葡糖浆 浓度 DE 透光率

PH

感官 74% 99.2% ≥98% 5.5-6.0 粘稠透明液体，散发甜味

1.8 原材料、辅料及燃料的来源

设计所需的原材料、辅料、燃料用量都非常大，故原料都从外面购买。由于

地处郊区，周边有淀粉厂，所以工厂的生产原料供应非常充足，且厂址距产煤基

地距离近，煤炭储量丰富，距离公路较近，原料运输方便快捷，节省了人力物力

时间。

1.9 供应方案及自动化程度的说明

1.9.1 供热方案

工厂以燃煤供应车间所需蒸汽，计算的耗汽量为447.21吨/d，故选择生产能

力为50吨/d型号的锅炉9台。

1.9.2 供电方案

由于用电量较大，故建发电厂自主发电。

1.9.3 给水方案

本厂附近有丰富的水资源，且用水量大，故采用深井地下水。

1.9.4 自动化控制

本次设计在喷射液化器及四效蒸发器上采用了自动控制调节阀门，节省了人

力，控制更精确，保证了员工的安全。

10万吨果葡糖浆厂的设计

第2章 设计与论证

2.1 工艺流程

淀粉乳 浓度32% 18°Be

调浆 一喷

二喷

液化

闪蒸

糖化

灭酶

一脱

二脱

离子交换

一次浓缩

异构化

预脱色

一脱

105℃ 125℃ DE＝14% pH＝5.5-6.0 60℃ DE≥98% pH＝4.2-4.5 80℃ 70-80℃ 70-80℃ 55℃ DS＝45% 60℃ DE≥95% 60-70℃ 70-80℃

10万吨果葡糖浆厂的设计

二脱 70-80℃

离子交换 55℃

二次浓缩 DS＝74% F-42

成品

2.2 工艺要点

2.2.1 调浆与液化

(1) 流程

淀粉乳→调浆→一级喷射液化→二级喷射液化→闪蒸→冷却液化液

(2) 工艺流程简述

把原料淀粉乳打到调浆罐中，用10%Na2CO3溶液将淀粉浆调至pH5.5-6.0

（或根据工艺指令），然后加入耐高温a-淀粉酶，将淀粉乳调到17.0-19.0Be在罐

中搅拌均匀后用泵打入一级喷射液化器中，控制在105℃，料液在经维持管，然

后进行二次喷射液化，温度控制在125℃，然后将料液进过二级维持管，把耐高

温a-淀粉酶彻底杀死，同时使淀粉进一步分散，而且蛋白质进一步凝固，然后将

料液经真空闪蒸冷却，降到98-100℃进行二次加酶，维持温度在98-100℃、在

液化住中停留约120分钟，液化结束。

2.2.2 糖化

(1) 流程

冷却的液化液→糖化→灭酶→脱色过滤→贮糖计量

(2) 工艺流程简述

在液化液降温至60℃时，用酸调节PH到4.2-4.5，通过真空闪蒸将液化液

冷却至60℃混入适量的糖化酶制剂，保持40-50小时的糖化时间，达到所需的

DE值，便完成糖化。

糖化结束后仍有极少量的以大分子的糊精形式存在，另外还有蛋白质及脂肪

会对糖浆的最终品质产生影响，需要进行除渣过滤，然后进行脱色。一次脱色时

加入旧炭（1.5%DS），在70～80℃之间，pH4.8～5.0条件下保温脱色30min，目

的是使糖化液中的蛋白质变性而凝固；二次脱色加新炭（1.5%DS），增强脱色效

10万吨果葡糖浆厂的设计

果，除去灰分和色素类物质。

2.2.3 离子交换

(1) 流程

离交前罐→阳离子交换柱→阴离子交换柱→阳离子交换柱→离交后罐

(2) 工艺流程简述

离交的目的是除去离子型金属杂质（如 Mg2+、Ca2+、Fe2+ 等）及有色物质。

交换系统按阳→阴→阳阴进行。交换时，阳树脂pH由2上升到4为交换终点、

阴树脂pH由7降到4为交换终点，糖液由上向下流经离子交换树脂柱，糖液流

速约为每小时3～4倍离子交换树脂的体积，温度要控制在45～55℃之间。

树脂再生方法：阳树脂用5%HCl溶液以3～4倍树脂体积冲洗2～3小时然

后使用去离子水洗至无氯离子存在，pH在2.0左右再生完毕，即可留作备用；

阴树脂用4%NaOH溶液以3～4倍树脂体积冲洗 2～3h，然后用去离子水洗至

pH在7.0左右备用。

2.2.4 真空浓缩（葡萄糖浆）

采用四效逆流真空蒸发器，在116.6℃下，绝对压强为180KPa下浓缩（第

一效），在60.1℃下冷凝器的绝对压强为20KPa下浓缩（末效）。

2.2.5 异构化

葡萄糖液以一定的温度和流速通过异构柱，在适宜的异构酶催化作用下转化

为果糖含量42%-44%的果葡糖浆，再送至后道炭柱脱色系统进行处理，使用的酶

为固定化葡萄糖异构酶。糖化液经浓缩后，在58-60℃温度下通过泵送至固定化

异构酶柱。待葡萄糖转化率达到42%-44%，再经过过滤、活性炭脱色及离子交换

净化，将浆液真空浓缩成74%干物质浓度即为果葡糖浆成品。

固定化酶的连续异构化有下列优点：

(1) 葡萄糖异构酶对葡萄糖异构化反应是是生物催化剂，在指定的条件下，

其反应效率高，专一性强、条件温和。

(2) 固定化酶纯度高，不溶于糖液中，所得糖液纯度高，精制容易。

(3) 异构化设备所占面积小，投资少。

(4) 异构化工艺稳定，操作要求较容易，需要较少劳动力。

(5) 反应时间短，糖液的pH下降幅度小、副产物的生成较少。

由以上有利条件，反应时间短，糖的质量变化少，可简化糖液精致步骤，此

10万吨果葡糖浆厂的设计

不仅符合工业化生产的要求，也降低了生产成本，所以本设计选择诺维信公司生

产的固定化异构酶T或杰能科公司的异构酶两种酶。

2.3 重点工段论证

2.3.1 蒸发器效数确定与论证

生产中为了充分利用了二次蒸汽的热量来完成单效蒸发所达不到浓缩目的，

因此采用多效蒸发，从而降低蒸汽的消耗量。实施多效蒸发的条件是各效蒸发器

中的加热蒸汽的温度或压强须比该效蒸发器中的二次蒸汽的温度和压力要高，即

两者有温度差存在，如此才能使引入的加热蒸汽起加热作用。

此次设计根据蒸发水量的大小和生产工作经验判定，在两次浓缩过程均采用

了四效蒸发。

2.3.2 物料及蒸汽流向的确定与论证

在前面所确定的蒸发设备，经对比选取一个合适的物料与蒸汽的流向。

多效蒸发的流程大致可以分为几种，即顺流、逆流、平流、混流等四种操作

流程。

(1) 平流：平流的流程是各效都加入料液和排放出浓缩液，蒸汽的流向由第

一效至末效流动，此法只用于在蒸发操作进行的同时有晶体析出的情况。

(2) 混流：对于效数多的蒸发也可以采用顺流和逆流并用，有些效间采用顺

流，有些效间采用逆流。此方法对黏度高的料液很有利，特点是在料液黏度随浓

度升高而显著增加的场合下，可采用混流。

(3) 顺流：顺流又称并流。其料液与蒸汽的流向始终相同。溶液在各效间的

流动不用泵输送，前一效溶液的沸点比后一效的沸点高，因此当前一效料液进入

后一效时，便成过热状态而立即蒸发，产生更多的二次蒸汽，从而增加了蒸发器

的蒸发量。但料液的浓度依效序递增，而加热蒸汽的温度依效序递减，所以当溶

液黏度增加较大时，传热总系数会减小，而影响蒸发器的传热速率，给末效蒸发

增加了困难，但它对热敏性食品的浓缩有利。

(4) 逆流：是料液与蒸汽流动方向相反，料液由末效进入，依次用泵送至后

至第一效。而蒸汽仍为由第一效依次至末效。

这种流程的优点是溶液的温度随溶液浓度升高而升高，因此各效黏度相差不

大，可以提高传热系数，改善循环条件。但须注意高温加热面上浓溶液的局部过

热有引起结焦和营养物质破坏的危险。其缺点是效间料液流动需要使用泵能量消

10万吨果葡糖浆厂的设计

耗增大。另外，逆流蒸发料液在高温操作的蒸发器内的停留时间较顺流要长，对

热敏性物料不利。通常逆流法适用于黏度随浓度的增高而剧烈增加的溶液，但高

温度升高而易分解的溶液不适用。

由以上所述的各流程的特点来看，因本次设计生产的果葡糖浆随浓度的增加

粘度逐渐增加、长时间高温条件下糖液颜色容易改变等，所以设计选取逆流最为

合适。

2.3.3 浓缩系统的主要特点

根据加热器结构、形式来分类，薄膜式蒸发器有升膜式、降膜式、片式、刮

板式、离心式等。

降膜式结构与升膜式的大体相同，只是料液从蒸发器顶部加入，在顶部有料

液分布器，使料液均匀地分布在每根加热管中。二次蒸汽与浓缩液一般并流而下，

料液沿管内壁下流时因受二次蒸汽的作用使之呈膜状。由于加热蒸汽与料液的温

差比较大，所以传热效果较好。汽液进入蒸发室后进行分离，二次蒸汽由顶部抽

出，浓缩液由底部排出。

四效降膜式浓缩设备的选用减少了蒸汽的用量，降低了成本，同时保证了生

产能力。选用降膜式浓缩设备有以下三个优点：

(1) 整套设备布局合理，热能利用经济，且冷却水的消耗量也少。

(2) 此设备结构简单，结构坚固，性能可靠，适用面广范。

(3) 物料在此过程中受热时间较短，从进料至出料仅需几秒钟，适用于果葡

糖这样的热敏性物料的浓缩。

2.3.4 真空系统的确定

蒸发浓缩是利用浓缩设备把物料加热，使物料易挥发部分的水分在其沸点

温度时不断地由液态变为气态，并将汽化时所产生的二次蒸汽不断排出，使物料

的浓度不断提高，直至达到浓度要求。

浓缩按操作压力的不同可以分为：加压、常压和减压浓缩，减压浓缩亦称

为真空浓缩。其特点有：

(1) 可采用低压蒸汽或二次蒸汽作为加热的热源，达到节省蒸汽的目的。

(2) 物料的沸点较常压下较低，使蒸发器的传热推动力增加。

(3) 物料沸点低，蒸发时热损失较少。

(4) 可用于浓缩热敏性物料，在低温下物料性质不容易改变。

由以上面对物料特性以及具体工艺参数等要求及各个方面的综合考虑，本

次设计选用了四效逆流降膜真空浓缩设备。

10万吨果葡糖浆厂的设计

第3章 设计计算

3.1 物料平衡计算

条件：年产100000吨果葡糖浆（74%），年生产天数300天，原料为工业玉

米淀粉(含水量14%)，淀粉制得糖化液的理论产率为111.1%，果葡糖浆得率

≥101%。

日产量： 100000÷300＝333.33t (以300天计)

日产绝干糖浆： 333.33×74%＝246.66t (42%果葡糖浆固形物含量74%)

日处理绝干淀粉：246.66÷101%＝244.22t

日处理商品淀粉：244.22÷86%＝283.98 t

由淀粉制得糖化液的理论产率为111.1%，实际产率为108%，收率为101%，

则糖损失为7%。

3.1.1 调乳

淀粉乳浓度：32% （18Be） 淀粉乳比重：1.1377×103kg/m3

碳酸钠加量（10%）：1.8kg/t(淀粉乳) pH=5.8

耐高温a-淀粉酶的加量：0.6kg/ t（干淀粉） 调乳水温：50℃

以244.22t 干淀粉为基准进行计算：

(1) 淀粉乳重=日处理绝干淀粉÷淀粉乳浓度=244.22÷32%=763.19t

(2) 碳酸钠溶液质量（10%）＝（淀粉乳重×1.8）÷10%

=763.19×1.8÷10%=13737.42kg=13.74t

(3) 碳酸钠（固体）＝13737.42×10%＝1373.742kg＝1.37t

(4) 一次加酶量＝日处理绝干淀粉×0.6kg/t =244.22×0.6=146.53kg=0.15t

(5) 固形物含量=日处理绝干淀粉+碳酸钠（固体）+加酶量

=244.22+1.37+0.15=245.74t

(6) 料液量M1=淀粉乳重+碳酸钠溶液质量+加酶量

=763.19+13.74+0.15=777.08t

(7) DS=（固形物含量÷料液量）×100%=245.74÷777.08×100%=31.53%

(8) 料液体积=（777.08×103）÷（1.1377×103）=683.03 m3

10万吨果葡糖浆厂的设计

淀粉乳比热：0.9kcal/kg℃ 蒸汽温度：170℃

蒸汽比热：1kcal/kg℃ 汽化潜热：1 kcal/kg℃

汽化热：490.6 kcal/kg 一喷温度：106℃

淀粉乳进温：50℃ 热量损失： 3%

淀粉乳比重：1.1242×103 kg/ m3 蒸汽压力：8.080 kg/cm2

(9) 所需热量 Q＝C M1 ( t1－t进)

＝0.9×777.08×103×(105－50)

＝38465460kcal

(10) 所需蒸汽量 D＝Q×（1+3%）÷(r ＋c△t)

=38465460×1.03÷[490.6+1×(170-106)]

=71437.84kg=71.44t

(11) 料液量M2 ＝M1+D=777.08＋71.44＝848.52t

(12) DS=（固形物含量÷料液量）×100%=245.74÷848.52×100%=28.96%

(13) 料液体积=（848.52×103）÷（1.1242×103）=754.78 m3

3.1.3 二次喷射

二喷温度：146℃ 料液进温：105℃

蒸汽出温：146℃ 热量损失：3%

蒸汽温度：170℃ 液化液比重：1.1145×103kg/m3

汽化热：490.6 kcal/kg

(14) 所需热量 Q＝C M2 ( t2－t1)

＝0.9×848.52×103×(146－105)

＝31310388kcal

(15) 所需蒸汽量 D＝Q×（1+3%）÷(r ＋c△t)

＝31310388×1.03÷[490.6＋1×(170－146)]

＝62669.45kg=62.67t

(16) 料液量M3＝ M2+D=848.52+62.67=911.17t

(17) DS＝（固形物含量÷料液量）×100%=245.74÷911.17×100%=26.97%

(18) 料液体积=（×103）÷（1.1145×103）=817.56m3

10万吨果葡糖浆厂的设计

淀粉乳比热：0.9kcal/kg℃ 温度：100℃

液化液比重：1.1255×103kg/m3 二次加酶量：0.3 kg/t绝干淀粉

100℃汽化热：539.40 kcal/kg

(19) 自蒸发热量：Q＝C M3△t=0.9×911.17×103×（146-100）=37722438kcal

(20) 自蒸发掉的水量：D=Q÷r=37722438÷539.40=69934.07kg=69.93t

(21) 二次加酶量=绝干淀粉×0.3 kg/t=244.22×0.3=73.266kg=0.073t

(22) 固形物含量=245.74+0.073=245.81t

(23) 料液量M4=M3+二次加酶量-自蒸发掉的水量

= 911.17+0.073-69.93=841.21t

(24) DS=（固形物含量÷料液量）×100%=（245.81÷841.21）×100%=29.22%

(25) 料液体积=料液量÷液化液比重=（841.21×103）÷（1.1255×103）=747.41m3

3.1.5 液化

液化后DE＝14% pH5.5-6.0

液化时间约为 60～120 min

3.1.6 二次闪蒸

淀粉乳比热： 0.9kcal/kg℃ 60℃汽化热：562.0 kcal/kg

液化液比重：1.1358×103kg/m3 温度：60℃

(26) 自蒸发热量：Q＝C M4△t=0.9×841.21×103×（100-60）=30283560kcal

(27) 自蒸发掉的水量：D=Q÷r=30283560÷562.0= 53885.34kg=53.89t

(28) 料液量M5=M4-自蒸发掉的水量=841.21-53.89=787.32t

(29) DS=（固形物含量÷料液量）×100%=（245.81÷787.32）×100%=31.22%

(30) 料液体积=料液量÷液化液比重=787.32×103÷1.1358×103=693.19m3

10万吨果葡糖浆厂的设计

温度：60℃ pH= 4.3

DE≥98% 液化液比重：1.1438×103kg/m3

盐酸溶液的浓度：10%， 糖化时间：40-50h

化学增重：1.09 糖化酶用量：0.5kg/t干淀粉

(31) 加入盐酸的量＝(10－4.3－10－5.8)×V液化液×36.5

=(10－4.3－10－5.8)×693.19×103×36.5＝1081.19kg=1.08t

(32) 加入盐酸溶液量＝盐酸/质量分数=1081.19÷0.1=10811.9kg=10.81t

(33) 加酶量＝日处理绝干淀粉×0.5=244.22×0.5=122.11kg=0.122t

(34) 固形物含量＝加酶量+加入盐酸的量+闪蒸固形物的量×1.09

=0.122+1.08+245.81×1.09 =269.13t

(35) 料液量M6＝M5+闪蒸段固形物量×（1.09-1）+加入盐酸溶液量+加酶量 =787.32+245.81×（1.09-1）+10.81+0.122=820.37t

(36) DS=（固形物含量÷料液量）×100%=269.13÷820.37×100%=32.80%

(37) 还原糖量=日处理绝干淀粉×1.09=244.22×1.09=266.20t

(38) DE＝（葡萄糖量÷固形物）×100%=266.20÷269.13×100%=98.91%

(39) 料液体积=料液量÷液化液比重=820.37×103÷1.1438×103=717.23m3

3.1.8 灭酶

温度：80℃ pH 4.3调至pH 4.8

时间：20min 热损失：3%

蒸汽温度：170℃ 汽化热：507.63 kcal /kg

液化液比重：1.1425×103kg/m3 NaOH溶液浓度：10%

(40) NaOH的用量＝（10－4.3－10－4.8）×V液化液×40

=（10－4.3－10－4.8）×717.23×40×103=983.20kg=0.983t

(41) 加入NaOH溶液量＝NaOH用量/质量分数=0.983/0.1=9.83t

(42) 固形物含量＝糖化段固形物＋NaOH用量=269.13+0.983=270.11t

(43) 料液量 M7=M6+加入NaOH溶液量=820.37+9.83=830.20t

(44) DS=（固形物含量÷料液量）×100%=（270.11÷830.20）×100%=32.53%

(45) 料液体积=料液量÷液化液比重=830.20×103÷1.1425×103=726.65m3

10万吨果葡糖浆厂的设计

粉末活性碳（旧碳）：1.5%干物质 温度：80℃

pH=4.8 搅拌时间:30min

除杂质：0.206t

(46) 加碳量＝灭酶段固形物量×1.5%=270.11×1.5%=4.05t

(47) 固形物含量＝灭酶段固形物量+加碳量－杂质

=270.11+4.05－0.206=273.95t

(48) 料液量M8＝M7+加碳量－杂质＝830.20+4.05－0.206=834.04t

3.1.10 一次过滤

温度：80℃ 过滤压力≤0.4MPa

还原糖损失：0.9% 固形物损失：1.0%

过滤时间：30min 液化液比重：1.1333×103kg/m3

冲水量以5%计算

(49) 固形物含量＝（一脱固形物－加碳量）×（1－1%）

=（273.95－4.05）×（1－1%）=267.20t

(50) 料液量M9＝M8－（一脱固形物－加碳量）×1%－加碳量 =834.04－4.05－（273.95－4.05）×1%=827.29t

(51) 还原糖质量=糖化段还原糖质量×（1－0.9%）=266.20×（1－0.9%）

=263.80t

(52) DE＝（还原糖质量÷固形物）×100%=（263.80÷267.20）×100%=98.73%

(53) 冲水量=M9×5%=827.29×5%=41.36t

(54) 冲水后料液量M10=M9+冲水量=827.29+41.36=868.65t

(55) DS=（固形物÷料液量）×100%=267.20÷868.65×100%=30.76%

(56) 料液体积=料液量÷液化液比重=868.65×103÷1.1333×103=766.48m3

3.1.11 二脱

粉末活性碳（新碳 ）：1.5%干物质 温度：80℃

pH=4.8 搅拌时间30min

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kvb1.html