CN102676707A - 一种高效节能的木糖生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效节能的木糖生产工艺，它包括以下步骤：A、玉米芯水解，B、石灰中和，C、保安过滤，D、膜连续除杂，E、膜连续浓缩，F、一次离子交换，G、一次蒸发，H、活性炭脱色，I、二次离子交换，J、二次蒸发，K、三次蒸发，L、结晶，M、离心，N、干燥，O、成品包装。本发明的有益效果是：膜分离浓缩脱除杂质和色素，降低了活性炭的使用量，减少了蒸汽消耗，降低了离交树脂的污染负荷，延长离子交换树脂的再生周期，减少了生产工艺废水的排放、提高了生产效率、降低了生产成本，从而提升了企业可持续发展的能力。
Description
技术领域
本发明涉及木糖生产工艺技术领域，特别是一种高效节能的木糖生产工艺。
背景技术
木糖是一种白色针状结晶或结晶粉末，味甜，甜度只有蔗糖的40%，易溶于水，微溶于乙醇，熔点147~150℃，有右旋光性和变旋光性。它是一种重要的化工原料，在食品、饮料中作为无热量甜味剂，适用于肥胖及糖尿病患者。工业上，木糖主要通过加氢制备木糖醇，在食品、医药、化工、皮革、染料等领域，木糖都有着广泛的用途。近年来在国外，木糖作为食品甜味剂颇受青睐，需求量日益增长。
目前木糖的生产工艺有多种路线，主要有中和法脱酸工艺与离子交换脱酸工艺，另外木糖制备工艺还有电渗析脱酸法、结晶木糖法以及层析分离法。随市场竞争，中和脱酸工艺与离子交换脱酸工艺是国内比较成熟的两套生产工艺，而离子交换脱酸工艺由于较好地解决了中和脱酸工艺的缺陷，因此在工业上有着较中和脱酸工艺更广泛的应用。电渗析脱酸法尚处于试验阶段，还没有工业化生产。结晶木糖法是一套比较简单的生产工艺，但产率不高是该工艺的缺陷。层析法产品纯度高，质量好，能耗也低，但国内还不具备工业化生产的技术水平。
目前传统木糖生产工艺采用离子交换脱酸法生产工艺，其步骤如下：玉米芯水解→石灰中和→活性炭脱色→一次离交→一次蒸发→二次活性炭脱色→二次离交→二次蒸发→三次蒸发→结晶→离心→干燥→成品。该工艺使用石灰中和水解液，去掉了部分SO42-，也带进了一些Ca2+，增加了阳离子交换柱的负担，树脂用量较多；工艺比较复杂；设备多，投资大；增加了酸碱消耗，加大了成本。
现有工艺下，为了使木糖结晶出来，需要：（1）提高水解液的透光度，加入大量的活性炭吸附水解液中的色素和悬浮物；（2）降低水解液中杂质的浓度，使用离子交换树脂实现水解液中杂质的去除；（3）提高水解液的木糖浓度，采用传统的蒸发浓缩方式实现木糖液的提浓。为确保达到这个目的，现有工艺必须采用两次活性炭脱色，两次离子交换，三次蒸发浓缩。由此不可避免的带来以下的缺陷：工艺流程复杂，操控性繁琐；活性炭消耗大；蒸发消耗量大；酸碱消耗大；自动化程度低，劳动强度大；树脂再生周期短；再生废水量大。
膜是一种具有特殊选择性分离功能的高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其它物质分离出来。膜分离技术是基于多孔膜的筛分效应而进行的物质分离技术。其具有高效、节能、环保和高精度分离等特性，已广泛地应用于医药、化工、电子、食品、环保等领域，成为21世纪最重大产业技术之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种减少工艺废水排放和热能消耗、降低生产成本的高效节能的木糖生产工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种高效节能的木糖生产工艺，它包括以下步骤：
A、玉米芯水解：将玉米芯与水按重量比1:50～1:70混合，并加入玉米芯重量0.2~1.5%的弱酸催化剂，在155℃~180℃蒸煮30min~120min进行裂解，将玉米芯中的木聚糖溶出；
B、石灰中和：在水解液中加入石灰，中和水解液中的酸催化剂，调节PH为1～3，再经废碳过滤，过滤去除部分悬浮物和色素，降低膜连续除杂的负荷；
C、保安过滤：将步骤B的滤液经5μm袋式过滤，除去颗粒、悬浮物；
D、膜连续除杂：用分子量为1000~2000Da的超滤膜，采用连续除杂方式截留蛋白、胶体、色素、钙镁无机盐等杂质，减少了后期活性炭脱色工序的对活性炭的用量，同时采用连续除杂方式，简化生产流程，提高生产过程的连续性，可使水解液透光率达到80%以上；；
E、膜连续浓缩：水解液再用分子量为150Da的纳滤膜进行连续浓缩，脱去酸水，浓缩后的木糖液折光可达12以上；纳滤膜一方面将木糖液提浓，大大减少后续蒸发工序的蒸汽消耗；脱酸水即降低硫酸根离子含量，减少后续离子交换树脂再生的频率，也就减少了再生所产生的废酸、碱液的排放；
F、一次离子交换：经膜浓缩后的木糖液进入离子交换树脂进行一次离子交换，离子交换顺序为阳-阴-阳；
G、一次蒸发：离交后的木糖液进行初步热浓缩，浓缩至水解液折光为20～30；
H、活性炭脱色：在上述的浓缩液中加入0.5%活性炭，搅拌脱色0.5～1.5小时，再经过板框过滤去除活性炭；
I、二次离子交换：脱色后的木糖浓缩液还须进入离子交换树脂进行第二次离子交换，离子交换顺序为阴-阳-阳-阴；
J、二次蒸发：将二次离子交换后的木糖溶液再次进行热浓缩，浓缩至木糖液折光为50～70；
K、三次蒸发：将二次蒸发后的浓缩液进行第三次蒸发，直至将料液蒸发至饱和状态；
L、结晶：饱和液进行降温结晶，冷至常温；
M、离心：使用三足式离心机分离木糖母液与木糖晶体；
N、干燥：采用鼓风式烘箱对木糖晶体进行干燥，干燥温度控制在80～90℃；
O、成品：将干燥木糖晶体分装，即得成品。
所述的离子交换树脂为苯乙烯型强碱型阴离子离子交换树脂、苯乙烯型弱碱型阴离子离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂。
本发明具有以下优点：
本发明结合现代膜分离应用技术的独特优势，基于膜分离所具有的独特分离原理，创造性的将此技术引入传统的木糖工艺中，进行了分子级别的精确分离，在石灰中和工艺和一次活性炭脱色工艺中间加入膜连续除杂工艺，取代一次活性炭脱色工序的对活性炭的消耗，同时采用连续除杂方式，简化生产流程，提高生产过程的连续性；
膜连续除杂后液再进行膜连续浓缩：水解液再用分子量为150Da的纳滤膜进行连续浓缩，脱去酸水，浓缩后的木糖液折光可达12以上。纳滤膜一方面将木糖液提浓，大大减少后续蒸发工序的蒸汽消耗；脱酸水即降低硫酸根离子含量，减少后续离子交换树脂再生的频率，也就减少了再生所产生的废酸、碱液的排放；
本发明降低了活性炭的使用量，仅为传统工艺活性炭用量的30%；采用连续膜浓缩方式代替热浓缩，能够将木糖一次离子交换液的折光度由4提升到10左右，并且通过加水洗脱透析硫酸根离子，经过膜浓缩后的木糖液再进入一次蒸发器，能显著减少蒸汽消耗，约为原消耗量的40%；采用超滤膜有效去除了玉米芯水解液中的其他杂质，降低了离交树脂的污染负荷，延长离子交换树脂的交换周期，降低了离交树脂再生频率，进而减少了因树脂再生产生的酸碱废水排放量，酸碱消耗降低40%，减少污水排放50%。
总而言之，本发明降低了树脂离交的负荷和消耗，减少了生产废水的排放和热能消耗、提高了生产效率、降低了生产成本，提升了企业可持续发展的能力。
附图说明
图1 为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：
该实施例为本发明的最佳实施例。
一种高效节能的木糖生产工艺，如图1所示，它包括以下步骤：
A、玉米芯水解：将玉米芯与水按重量比1:60混合，并加入玉米芯重量百分比为1的弱酸催化剂，在170℃蒸煮80min进行裂解，将玉米芯中的木聚糖溶出；
B、石灰中和：在水解液中加入石灰，中和水解液中的酸催化剂，调节PH为2，再经废碳过滤；
C、保安过滤：将上步滤液经5μm袋式过滤，除去颗粒、悬浮物；
D、膜连续除杂：用分子量为1000Da的超滤膜，采用连续除杂方式截留蛋白、胶体、色素、钙镁无机盐等杂质，减少了后期活性炭脱色工序的对活性炭的用量，同时采用连续除杂方式，简化生产流程，提高生产过程的连续性，可使水解液透光率达80%以上；
E、膜连续浓缩：水解液再用分子量为150Da的纳滤膜进行连续浓缩，脱去酸水，浓缩后的木糖液的折光在12以上；纳滤膜一方面将木糖液提浓，大大减少后续蒸发工序的蒸汽消耗；同时还能再次去除一些小分子的有机杂质和色素，减少脱色工序中的活性炭用量；通过再次去除一部分二价或高价的无机盐离子，减少后续离子交换树脂再生的频率，也就减少了再生所产生的废酸、碱液的排放；
F、一次离子交换：经膜浓缩后的木糖液进入离子交换树脂进行一次离子交换，离子交换顺序为阳-阴-阳，所述的离子交换树脂为苯乙烯型强碱型阴离子离子交换树脂、苯乙烯型弱碱型阴离子离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂；
G、一次蒸发：离交后的木糖液进行初步热浓缩，浓缩至水解液折光为25；
H、活性炭脱色：在上述的浓缩液中加入0.5%活性炭，搅拌脱色0.5个小时，再经过板框（滤布）去除活性炭；
I、二次离子交换：脱色后的木糖浓缩液还须进入离子交换树脂进行第二次离子交换，离交顺序为阴-阳-阳-阴，所述的离子交换树脂为苯乙烯型强碱型阴离子离子交换树脂、苯乙烯型弱碱型阴离子离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂；
J、二次蒸发：将二次离子交换后的木糖溶液再次进行热浓缩，浓缩至木糖液折光为60；
K、三次蒸发：将二次蒸发后的浓缩液进行第三次蒸发，直至将料液蒸发至饱和状态；
L、结晶：饱和液进行降温结晶，冷至常温；
M、离心：使用三足式离心机分离木糖母液与木糖晶体；
N、干燥：采用鼓风式烘箱对其干燥，干燥温度控制在90℃；
O、成品：将干燥木糖晶分装，即得成品。
实施例2：
一种高效节能的木糖生产工艺，如图1所示，它包括以下步骤：
A、玉米芯水解：将玉米芯与水按重量比1:50混合，并加入玉米芯重量百分比为0.2的弱酸催化剂，在155℃蒸煮120min进行裂解，将玉米芯中的木聚糖溶出；
B、石灰中和：在水解液中加入石灰，中和水解液中的酸催化剂，调节PH为1，再经废碳过滤；
C、保安过滤：将上步滤液经5μm袋式过滤，除去颗粒、悬浮物；
D、膜连续除杂：用分子量为1500Da的超滤膜，采用连续除杂方式截留蛋白、胶体、色素、钙镁无机盐等杂质，水解液透光率达80%以上；
E、膜连续浓缩：水解液再用分子量为150Da的纳滤膜进行连续浓缩，脱去酸水，浓缩后的木糖液的折光在12以上；
F、一次离子交换：经膜浓缩后的木糖液进入离子交换树脂进行一次离子交换，离子交换顺序为阳-阴-阳，所述的离子交换树脂为苯乙烯型强碱型阴离子离子交换树脂、苯乙烯型弱碱型阴离子离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂；
G、一次蒸发：离交后的木糖液进行初步热浓缩，浓缩至水解液折光为20；
H、活性炭脱色：在上述的浓缩液中加入0.5%活性炭，搅拌脱色0.5个小时，再经过板框（滤布）去除活性炭；
I、二次离子交换：脱色后的木糖浓缩液还须进入离子交换树脂进行第二次离子交换，离交顺序为阴-阳-阳-阴，所述的离子交换树脂为苯乙烯型强碱型阴离子离子交换树脂、苯乙烯型弱碱型阴离子离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂；
J、二次蒸发：将二次离子交换后的木糖溶液再次进行热浓缩，浓缩至木糖液折光为50；
K、三次蒸发：将二次蒸发后的浓缩液进行第三次蒸发，直至将料液蒸发至饱和状态；
L、结晶：饱和液进行降温结晶，冷至常温；
M、离心：使用三足式离心机分离木糖母液与木糖晶体；
N、干燥：采用鼓风式烘箱对其干燥，干燥温度控制在80℃；
O、成品：将干燥木糖晶分装，即得成品。
实施例3：
一种高效节能的木糖生产工艺，如图1所示，它包括以下步骤：
A、玉米芯水解：将玉米芯与水按重量比1:70混合，并加入玉米芯重量百分比为1.5的弱酸催化剂，在180℃蒸煮30min进行裂解，将玉米芯中的木聚糖溶出；
B、石灰中和：在水解液中加入石灰，中和水解液中的酸催化剂，调节PH为3，再经废碳过滤；
C、保安过滤：将上步滤液经5μm袋式过滤，除去颗粒、悬浮物；
D、膜连续除杂：用分子量为2000Da的超滤膜，采用连续除杂方式截留蛋白、胶体、色素、钙镁无机盐等杂质，水解液透光率达80%以上；
E、膜连续浓缩：水解液再用分子量为150Da的纳滤膜进行连续浓缩，脱去酸水，浓缩后的木糖液的折光在12以上；
F、一次离子交换：经膜浓缩后的木糖液进入离子交换树脂进行一次离子交换，离子交换顺序为阳-阴-阳，所述的离子交换树脂为苯乙烯型强碱型阴离子离子交换树脂、苯乙烯型弱碱型阴离子离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂；
G、一次蒸发：离交后的木糖液进行初步热浓缩，浓缩至水解液折光为30；
H、活性炭脱色：在上述的浓缩液中加入0.5%活性炭，搅拌脱色1.5个小时，再经过板框（滤布）去除活性炭；
I、二次离子交换：脱色后的木糖浓缩液还须进入离子交换树脂进行第二次离子交换，离交顺序为阴-阳-阳-阴，所述的离子交换树脂为苯乙烯型强碱型阴离子离子交换树脂、苯乙烯型弱碱型阴离子离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂；
J、二次蒸发：将二次离子交换后的木糖溶液再次进行热浓缩，浓缩至木糖液折光为70；
K、三次蒸发：将二次蒸发后的浓缩液进行第三次蒸发，直至将料液蒸发至饱和状态；
L、结晶：饱和液进行降温结晶，冷至常温；
M、离心：使用三足式离心机分离木糖母液与木糖晶体；
N、干燥：采用鼓风式烘箱对其干燥，干燥温度控制在85℃；
O、成品：将干燥木糖晶分装，即得成品。
Claims (2)
1.一种高效节能的木糖生产工艺，其特征在于，它包括以下步骤：
A、玉米芯水解：将玉米芯与水按重量比1:50～1:70混合，并加入玉米芯重量0.2～1.5%的弱酸催化剂，在155℃～180℃蒸煮30min~120min进行裂解，将玉米芯中的木聚糖溶出；
B、石灰中和：在水解液中加入石灰，中和水解液中的酸催化剂，调节PH为1～3，再经废碳过滤；
C、保安过滤：将步骤B的滤液经5μm袋式过滤，除去颗粒、悬浮物；
D、膜连续除杂：用分子量为1000~2000Da的超滤膜，采用连续除杂方式截留蛋白、胶体、色素、钙镁无机盐等杂质，可使水解液透光率达到80%以上；
E、膜连续浓缩：水解液再用分子量为150Da的纳滤膜进行连续浓缩，脱去酸水，浓缩后的木糖液折光可达12以上，脱酸水即降低硫酸根离子含量；
F、一次离子交换：经膜浓缩后的木糖液进入离子交换树脂进行一次离子交换，离子交换顺序为阳-阴-阳；
G、一次蒸发：离交后的木糖液进行初步热浓缩，浓缩至水解液折光为20～30；
H、活性炭脱色：在上述的浓缩液中加入0.5%活性炭，搅拌脱色0.5～1.5小时，再经过板框过滤去除活性炭；
I、二次离子交换：脱色后的木糖浓缩液还须进入离子交换树脂进行第二次离子交换，离子交换顺序为阴-阳-阳-阴；
J、二次蒸发：将二次离子交换后的木糖溶液再次进行热浓缩，浓缩至木糖液折光为50～70；
K、三次蒸发：将二次蒸发后的浓缩液进行第三次蒸发，直至将料液蒸发至饱和状态；
L、结晶：饱和液进行降温结晶，冷至常温；
M、离心：使用三足式离心机分离木糖母液与木糖晶体；
N、干燥：采用鼓风式烘箱对木糖晶体进行干燥，干燥温度控制在80～90℃；
O、成品：将干燥木糖晶体分装，即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能的木糖生产工艺，其特征在于：所述的离子交换树脂为苯乙烯型强碱型阴离子离子交换树脂、苯乙烯型弱碱型阴离子离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂。
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