Технология производства крахмал кукурузный

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

Необходимо разработать проект цех по производству кукурузного крахмала.

Линия по переработке крахмалосодержащих продуктов состоит из:

следующих машин и аппаратов:

1.Воздушно-ситовой сепаратор ЗСМ-10 (производительность по кукурузе 10т/час) -предназначен для очистки зернового сырья от различных примесей.

2.Установка для непрерывного замачивания зерна (производительность 15т/сутки) - предназначена для обработки водным раствором H2SO4 противоточным методом с целью разрыва или ослабления связи между оболочками, зародышем и эндоспермом, разрушения белковой оболочки зерна, вывода большей части растворимых веществ из зерна в замочною воду.

3.Дробилка РЗ-ПДК-250 (производительность по товарной кукурузе 10 т/час) - предназначена для грубого дробления замоченного кукурузного зерна на первой и второй ступенях дробления с промежуточным выделением зародыша.

4.Гидроциклон ГЗ-4 (производительность: по товарной кукурузе 30 т/сутки, по исходному продукту 36 м3/час) - предназначен для отделения зародыша от кукурузной кашки под действием центробежных сил на первой, второй и третьей (контрольной) ступенях.

5.Измельчающая машина РЗ-ПМ2-К-150 (производительность по товарной кукурузе 100 т/сутки).

6.Станция дуговых сит для отцеживания, промывания и обезвоживания зародыша РЗ-ПС3-200 (производительность по товарной кукурузе 100 т/сутки).

7.Сепаратор ПСА-4 открытого типа с непрерывным выводом сгущенного схода через сопла (производительность по крахмальному молоку 12÷15 м3/час) - предназначен для разделения крахмального молока на крахмал и глютен при наименьшем содержании белка в очищенном крахмале и крахмала в глютене.

8.Пеногасящий насос НДП (производительность 30 м3/час) - предназначен для выделения из продукта пузырьков воздуха с одновременной транспортировкой его на последующую операцию и возвращения части продукта в барабан сепаратора.

9.Флотационная машина ФМР-10К (полезный объём камеры 1 м3) предназначена для выделения из крахмального молока глютена и сгущения его.

10.Непрерывнодействующие барабанные камерные вакуум – фильтры марок БОК10-2,6, БОК20-2,6, БОУ40-3-5 с наружной фильтрующей поверхностью.

Макет цеха представлен на рисунке 3.

Рисунок 3- Макет цеха по производству кукурузного крахмала

 

Производительность линии- 5т продукта/ час.

Стоимость линии- 3150000руб

Мощность линии-86кВт/час

Принцип действия линии: Кукурузное зерно из приемной камеры поступает в аспирационный канал первой продувки, где продувается воздухом, уносящим в осадительною камеру легкие примеси. Затем зерно попадает на приемное сито, где выделяются в верхний сход крупные примеси. Проходя через это сито зерно поступает на первое просевное сито, на котором верхним сходом выделяются примеси крупнее зерна, а само оно проходит на следующее сито. Нормальное зерно выделяется на этом сите верхним сходом, проход сита попадает на следующее просевное сито, верхний сход с этого сита смешивается с верхним сходом предыдущего сита и поступает в воздушный канал, где вторично продувается потоком воздуха. Легкие частицы увлекаются воздухом в отстойною камеру, а очищенное зерно поступает в производство. Проход последнего сита (подсев) выводится из сепаратора. Легкие частицы, попавшие в осадительные камеры (аспирационные относы), удаляются через клапаны из сепаратора. Наиболее легкие частицы, унесенные воздухом, отделяются в циклонах, устанавливаемых вне сепараторов. Замачивание кукурузного зерна осуществляют непрерывным (противоточным) методом на установках с замочными батареями. При непрерывном методе замачивания батарея работает как непрерывное целое. Из нее периодически выключаются два чана – один на промывание замоченного зерна, второй – на его выгрузку. В остальных чанах замочная вода либо перекачивается периодически из чана в чан противотоком к поступающему свежему зерну, либо циркулирует в чане «на себя», при этом замочная вода подогревается. Работа каждого чана замочной батареи складывается из следующих операций: загрузка зерна и заливка замочной водой (τ = 1 ÷ 2 часа); замачивание зерна с периодической циркуляцией (46 ÷ 50 час); выкачивание жидкого экстракта (1 час); промывание зерна горячей водой (4 ÷ 6 часов); выгрузка замоченного зерна (3 ÷ 4 часа); осмотр чана и подготовка к следующей загрузке (1 час). Сернистую кислоту, содержащую минимальное количество растворимых веществ, подают в хвостовой чан батареи, где процесс замачивания зерна подходит к завершению. После заливки чана кислотой осуществляют перекачивание ее на «себя» в течение 2 ÷ 4 часов, подогревая до t = 48 ÷ 50 оС,а затем откачивают в следующий по загрузке зерна чан. Одновременно производят перекачивание замочной воды из чана в чан по всей батарее. Из чана со свежезагруженным зерном после циркуляции на «себя» концентрированную замочную воду частично направляют на выпарную установку для концентрирования, а остаток перекачивают в чан, загруженный свежим зерном, который называют «головным». Во время загрузки зерна в чан все время подкачивают замочную воду из предыдущего чана с тем, чтобы зерно было постоянно покрыто водой. Чан не догружают зерном не менее, чем на высоту 0,6 м, так как во время замачивания зерно при набухании увеличивает свой объем. После завершения процесса замачивания зерна, замочную воду с еще высокой концентрацией диоксида серы S02 (0,06 ÷ 0,08 %) перекачивают в чан с более свежим зерном, а чан выключают из батареи для промывания зерна, с целью отмывания его от сернистой кислоты и растворимых веществ и снижения кислотности. Промывание зерна осуществляют горячей (t = 48 ÷ 50 оС) осветленной глютеновой водой в течение 4÷6 часов. После завершения операции промывную воду выкачивают из чана и используют для приготовления сернистой кислоты.

Замоченное зерно транспортируется в отделение дробления зерна и выделения зародыша. Зерно через питательную горловину поступает в камеру дробления в пространство между неподвижными и вращающимися пальцами. Зерно, многократно сталкиваясь с ударными элементами (пальцами подвижного и неподвижного дисков), разрушается на пять – шесть частей, что очень эффективно, так как более тонкое дробление влечет за собой измельчение значительной части зародыша и приводит к его потерям и затруднениям в процессе сетования крахмальных суспензий. Дробление продукта осуществляется по способу свободного удара. Измельченный продукт выводится из машины через отверстия в нижней части камеры дробления.

После первого и второго дробления получают кашку, содержащую твердую (частицы эндосперма зерна; свободный зародыш; грубые и тонкие оболочки зерна; крахмал и глютен) и жидкую (вода и незначительная часть растворенных белков, углеводов и минеральных веществ) фазы. Кашка под давлением, по касательной подается в цилиндрическую часть корпуса, и получает вращательное движение. Под действием центробежных сил, во много раз превосходящих гравитационные силы, проходит разделение суспензии на тяжелую и легкую фракции. Тяжелая фракция (дробленный эндосперм) прижимается к периферии циклона, по его стенкам спускается вниз и выбрасывается через нижнее сопло. Зародыш и пелева образуют легкую фракцию, которая оттесняется к центру гидроциклона, поднимается через верхнее сопло в переливную улитку и выходит из гидроциклона.

 Из питателя - перемешивателя кашка поступает в центральную часть центробежного ротора, где ее подхватывают лопасти и отбрасывают на пальцы ударного ротора (частота вращения ротора n = 2960 мин-1). Расстояние между пальцами (шаг) подобрано таким образом, чтобы исключить возможное прохождение частиц между ними без удара, что позволяет получить более однородный по степени измельчения продукт. При встрече с пальцами под действием сильного удара частицы эндосперма подвергаются измельчению, что обеспечивает разрушение стенок клеток белковой матрицы и приводит к освобождению зерен крахмала. Смесь зародыша с крахмальной суспензией подается под давлением в коллектор сит отцеживания станции, откуда через три сопла поступает на ситовую поверхность, отцеженная крахмальная суспензия стекает в промежуточный сборник, откуда самотеком направляется на технологические нужды (например, на первое дробление для сопровождения зерна в дробилке). Зародыш сползает по ситовой поверхности в желоб, куда через сопла оросителя струями насосом подается крахмальная суспензия из-под сита второго промывания зародыша, в результате чего зародыш интенсивно перемешивается, что способствует лучшему отмыванию крахмала.

Смешанный с крахмальной суспензией зародыш переваливается через край желоба сита отцеживания и попадает на ситовую поверхность расположенного ниже сита первого промывания. При движении вдоль ситовой поверхности зародыш обезвоживается и попадает в такой же желоб, куда также через сопловой ороситель попадает крахмальная суспензия из-под сита третьего промывания зародыша.

Крахмальная суспензия с сита первого промывания стекает в промежуточный сборник, откуда направляется в систему выделения зародыша для регулирования плотности. Смешанный с крахмальной суспензией зародыш, переливаясь через край желоба сита первого промывания, попадает на ситовую поверхность расположенного ниже сита второго промывания. Отцеженная крахмальная суспензия стекает в сборник, откуда насосом подается в ороситель сита отцеживания. Обезвоженный зародыш сползает по ситовой поверхности и попадает на наклонную поверхность сита второго промывания (вместо желоба), на которую из структурного оросителя подается глютеновая вода. Зародыш в смеси с глютеновой водой направляется в сборник, откуда насосом подается на сито третьего промывания зародыша, устанавливаемое отдельно от станции, обычно непосредственно над шнек-прессом в цехе кормов и масло-цехе. Содержание свободного крахмала в промытом зародыше – 15%; влажность сходящего зародыша – 71,5%; расход глютеновой воды на промывание зародыша на одну тонну товарной кукурузы – 1,2 ÷ 1,5 м3/т; рабочая площадь ситовой поверхности – 2,97 м2.

Крахмальное молоко через питающий штуцер поступает во внутреннюю полость тарелко-держателя и через распределительные отверстия в нем и пакете тарелок распределяется по тарелкам. Тяжелая фракция (крахмал) отбрасывается к периферии барабана и выводится через сопла; легкая фракция вытесняется к оси барабана и через верхний стакан выводится в приемник. В зависимости от требований к качеству крахмала операция выполняется в 3, 4 или 5 ступеней. Частота вращения барабана n = 5000 ÷ 5580 мин-1; температура исходного продукта t = 45 0С; плотность после первой ступени: исходной суспензии – 12 ÷ 14 % СВ, сгущенного схода – 25 % СВ, крахмала в верхнем сходе – не более 25 % СВ, жидкого схода – 0,8 ÷ 1 % СВ. Сгущенный глютен из сепаратора поступает в бачок насоса и захватывается крыльчаткой в камеру насоса. При вращении крыльчатки (n=1440 мин-1) происходит разделение продукта: тяжелая фракция отбрасывается к периферии и выводится из насоса частично в сепаратор, частично- на дальнейшую обработку; легкая фракция (воздушные пузырьки) сосредотачивается ближе к валу и через кольцевую щель в диафрагме попадает во вторую камеру насоса, где вентиляционная крыльчатка создает некоторое разрежение, пузырьки лопаются, воздух и некоторая часть суспензии выбрасываются в питательный бачок. Суспензия поступает в приемный карман, из которого поступает через питающую трубу в надимпеллерный стакан. При частоте вращения импеллера 330 мин-1 суспензия интенсивно перемешивается с воздухом, поступающим в статор через трубу в количестве 1 м3 на 1 м2 поверхности суспензии В результате механического воздействия происходит диспергирование воздуха в суспензии с образованием пузырьков размером 0,5 ÷ 3,0 см. Белковые вещества закрепляются на границе раздела жидкость – газ и вместе с пузырьками воздуха поднимаются вверх, образуя устойчивую пену над суспензией. При обработке суспензии на флотационных машинах из нее удается выделить 30 ÷ 40% белка и 60 ÷ 70% жира. Оптимальная продолжительность обработки суспензии - 12 ÷ 15% мин. Процесс фильтрации в каждой секции происходит, пока она находится в зоне фильтрации, остаточное давление Р = 0,03 ÷ 0,048 МПа. Далее секции барабана проходят зоны: подсушки, промывки и подсушки, продувки и удаления осадка. Далее крахмал поступает на упаковку.

Расчет годового выпуска продукции.

Рассчитаем, сколько тонн кукурузного крахмала можно получить с помощью предложенной производственной линии.

При производительности линии- 5 тонн кукурузного крахмала в час, рассчитаем объём возможной продукции в год.

Исходя из того, что цех по производству крахмала будет работать в 1 смену продолжительностью 8 часов, в среднем , количество смен в году составит 240, годовой объём выпущенного кукурузного крахмала находим умножением производительности линии на продолжительность смены и на количество смен в году:

5000*8*240=9600тонн крахмала  в год.

Расчет затрат на основное сырьё.

Основным сырьем для производства кукурузного крахмала является зерно кукурузы.

Также для производственного процесса необходима вода и раствор сернистой кислоты.

Рассчитаем затраты, необходимые для годового выпуска крахмала (9600т).

Зная, сколько зерна кукурузы, воды и раствора сернистой кислоты, нужно для получения 1 тонны крахмала, находим необходимое количество сырья для годового выпуска продукции.

Зная оптовые цены за 1тонну сырья, вычисляем годовые затраты на покупку основного и вспомогательного сырья.

Расчеты отразим в таблице 9.

Таблица 9- Сырье, необходимые для 1000кг кукурузного крахмала

Наименование сырья	Количество, кг	Годовые затраты, т	Цена за 1т, руб	Годовые затраты, тыс руб
Зерно кукурузы	1515	14544	2800	4732,2
Вода	3300	31680	12	380,16
Раствор сернистой кислоты	12	115,2	3000	345,60
Итого				41448,96

 

 

 

 

 

Таблица 10- Технохимический контроль производства крахмала из зерна кукурузы

Продукт	Место и порядок отбора проб	Определяемый параметр	Нормальное значение показателя	Количество определений
Замочная вода	Из замочных чанов	Температура, 0С по батарее	49 - 53	Постоянный контроль
		SO2 (HSO3-), % Наибольшее среднее	0,15 (0,6) 0,04 (0,1)	По мере необходимости
Кукуруза после замачивания	1 раз  из чана при дроблении	Влажность, %	42 - 46	1 раз в сутки
		Кислотность, мл 0,1 н NaOH	не более 100	По мере необходимости
Кукурузный экстракт	1 раз и каждого чана	Температура, 0С	45 - 50	- “ -
		SO2 (HSO3-), %	не более 0,03	- “ -
		Молоч. кисл-та, %	0,8 - 1,2	По мере необходимости
Кукурузный экстракт	1 раз и каждого чана	Температура, 0С	45 - 50	- “ -
		SO2 (HSO3-), %	не более 0,03	- “ -
		Молоч. кисл-та, %	0,8 - 1,2	По мере необходимости
Кашка после I-ого дробления	После дробилок	Целые зерна, %	не более 2,0	2 - 4 раза в смену
		Консистенция, мл/л	280 - 320	-
Кашка после II-ого дробления	После дробления	Целые зерна	не допускаются	2 - 4 раза в смену
		Связанный зародыш	не более 0,5	- “ -
Кашка после выделения зародыша	После II-ого выделения	Зародыш в 100 г кашки, %	не более 1,0	2 раза в смену
		Зародыш на 1 л кашки, шт.,	не более 0,5	- “ -
Верхний сход	Верхний сход с контрольного гидроциклона	Концентрация, %	11 - 14	1 раз в смену
Зародыш после промывания	Каждый час после обезвоживания	Крахмал, % связанный свободный	не более 8,0 не более 2,0	- “ -
Крахмальное молоко на сепараторы	Перед сепараторами	Температура, 0С	28 - 30	Постоянный контроль
		Концентрация, %	18 - 20	-
Верхний сход по стадиям: после 1-ой после 2-ой после 3-ей	После сепараторов	Концентрация, %	0,6 - 0,8 3,5 4,6	2 раза в смену
Нижний сход по стадиям: после 0-ой после 1-ой после 2-ой после 3-ей	- “ -	Концентрация, %	26 - 31 32 - 34 33 - 36	- “ -
		Протеин, %	не более 1,0	1 раз в смену
Продолжение таблицы 10
Концентрация глютена исх. сусп-ия верхн. сход нижн. сход	- “ -	Концентрация, %	0,6 - 0,8	2 раза в смену
		Взвешенные в-ва, %	8 - 10
		Концентрация, % Крахмал, %	20
Крахмал после промывания	После вакуум-фильтров	Растворимые в-ва, %	не более 0,1	1 раз в смену