CN106512457A - 苏氨酸四效浓缩结晶藕合***及其工作过程 - Google Patents

苏氨酸四效浓缩结晶藕合***及其工作过程 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种苏氨酸四效浓缩结晶藕合***及其工作过程，属于生物化学技术领域。其包括四个预热器、一效蒸发器、一效分离器、一效过料泵、二效加热器、二效结晶器、二效循环泵、二效出料泵、三效加热器、三效结晶器、三效循环泵、三效出料泵、四效加热器、四效结晶器、四效循环泵、四效出料泵、冷凝器、冷凝水罐、冷凝水泵和真空泵。本发明采用浓缩与结晶藕合工艺，一效为预浓缩，二三四效为结晶器。***从一效进料，一效的预浓缩液采用平流方式分别进入二三四效，二三四效分别出料。本发明可用于连续生产，也可以用于批次生产，在降低蒸发结晶过程蒸汽消耗的同时，消除粉晶的产生，产品质量得以提高。

Description

苏氨酸四效浓缩结晶藕合***及其工作过程
技术领域
本发明涉及一种苏氨酸四效浓缩结晶藕合***及其工作过程，属于生物化学技术领域。
背景技术
苏氨酸实际上是L-苏氨酸，学名β-羟基-α-氨基丁酸，是一种必需的氨基酸，苏氨酸主要用于饲料添加剂和食品强化剂等方面，特别是饲料添加剂方面的用量快速增长。它常添加到未成年仔猪和家禽的饲料中，是猪饲料的第二限制氨基酸和家禽饲料的第三限制氨基酸。在配合饲料中加入L-苏氨酸，可以调整饲料的氨基酸平衡，促进禽畜生长，可改善肉质，可改善氨基酸消化率低的饲料的营养价值，可降低饲料原料成本。苏氨酸是以含糖质或淀粉的粮食为原料，经发酵、除菌、浓缩、结晶、干燥等工序生产而得。
苏氨酸结晶是苏氨酸生产过程中的一个工序，现有的生产过程中，稀料液浓缩、浓缩液结晶是分两个工序进行的，其目的是为了节省蒸发结晶过程中的能耗。现有的结晶工艺采用三效错流结晶工艺，一般为二效进料，二效过料至一效，一效过料至三效，三效出料，由于一效至三效过料时温差较大，过饱和的物料在急速降温的过程时，大量晶核快速形成，造成产品中粉晶较多。过多的粉晶在生产、储运、使用过程中会造成很多不便，如扬灰、产品易结块等。本发明的目的就是在保证蒸发结晶过程节能的前提下，提高产品质量。从结晶过程来说，只有消除粉晶产生的机会，才能解决这一问题。
为了解决这个问题，常用的工艺方案是，四效浓缩后加单效带热泵结晶，四效浓缩先将11%~12%的稀料液浓缩到18%（将要达到饱和时的浓度），浓缩液进入单效结晶器内结晶。这样做的优点是消除了多效结晶效体间过料时的温差，没有急速降温的过程，所以也消除了粉晶的产生；而且这个工艺的优点是可以连续运行也可以批次运行。缺点就是蒸发过程的能耗较高，不节能。
节能指标主要是看***的蒸发单耗，蒸发单耗是指蒸发1吨水所消耗的蒸汽量。现有工艺中，苏氨酸浓缩四效浓缩可以带热泵也可以不带热泵，不带热泵的四效蒸发蒸汽单耗为0.27t/t，带热泵的四效蒸发蒸汽单耗为0.22 t/t；苏氨酸三效结晶过程一般不用热泵，三效结晶过程的蒸汽单耗为0.37 t/t。综合起来，蒸发与结晶过程总的蒸汽单耗约为0.3 t/t （四效带热泵）或0.32 t/t（四效不带热泵）。
如果采用四效浓缩加单效结晶的工艺方案，四效蒸发的蒸汽单耗不变，单效带热泵的结晶过程蒸发单耗为0.6t/t，综合起来，蒸发与结晶过程总的蒸汽单耗约为0.41 t/t（四效带热泵）或0.435 t/t（四效不带热泵）。蒸发单耗的提高会导致产品成本的上升，所以需要一种既节能又能避免粉晶产生的工艺方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种即节能又可以避免粉晶产生的苏氨酸四效浓缩结晶藕合***及其工作过程。
按照本发明提供的技术方案，苏氨酸四效浓缩结晶藕合***：
包括第一预热器、第二预热器、第三预热器、第四预热器、一效蒸发器、一效分离器、一效过料泵、二效加热器、二效结晶器、二效循环泵、二效出料泵、三效加热器、三效结晶器、三效循环泵、三效出料泵、四效加热器、四效结晶器、四效循环泵、四效出料泵、冷凝器、冷凝水罐、冷凝水泵和真空泵；
所述第四预热器与三效结晶器通过三效二次蒸汽管相连，第三预热器二效结晶器通过二效三次蒸汽管相连，二效加热器与一效分离器通过一效二次蒸汽管相连，第一预热器与生蒸汽相连；
所述进料管依次与第四预热器、第三预热器、第二预热器和第一预热器连通，随后与一效蒸发器连通，一效蒸发器的料液管道通过一效过料泵依次与二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器连通；二效结晶器与二效出料泵连通，三效结晶器与三效出料泵连通，四效结晶器与四效出料泵连通；
所述一效蒸发器壳程通生蒸汽，一效蒸发器管程与一效分离器连通，一效分离器与二效加热器壳程连通，二效结晶器与三效加热器壳程连通，三效结晶器与四效加热器壳程连通，四效结晶器与冷凝器壳程连通；一效蒸发器、二效加热器、三效加热器和四效加热器均与冷凝器相连通，冷凝器与真空泵连通；
所述一效蒸发器中的一次冷凝水单独收集，二效加热器与三效加热器通过二效冷凝水管道连通，三效加热器与四效加热器通过三效冷凝水管道连通，四效加热器的四效冷凝水管及冷凝器的冷凝水管均与冷凝水罐连通，冷凝水罐与冷凝水泵连通。
所述苏氨酸四效浓缩结晶藕合***的工作过程，步骤如下：
（1）抽真空：打开冷凝器的进出水阀，启动真空泵，对***进行抽真空，直至一效蒸发器、二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器的压力均达到目标值；
（2）进料：向一效蒸发器进料，直至一效蒸发器的液位达到目标值，打开一效过料泵，通过一效过料泵向二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器进料，直至二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器的液位达到目标值，暂停进料，让物料在一效蒸发器内自循环，开启二效循环泵、三效循环泵和四效循环泵；
（3）开蒸汽：打开生蒸汽阀门，向一效蒸发器供蒸汽，***料温开始上升，待一效蒸发器开始蒸发时，压力自然下降，控制一效蒸发器的温度压力在目标值，待二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器开始蒸发时控制二三四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，一效蒸发器液位下降，向一效蒸发器中补料，边补料边蒸发，注意液位的平衡；当二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器液位下降时，向二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器中补料，注意结晶器液位的平衡；
（6）起晶：当二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器的内物料达到饱和浓度以后，结晶器内开始起晶时，此时开启二效出料泵、三效出料泵、和四效出料泵，使物料在各自结晶器内循环；
（7）出料：不断检测二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器内晶浆密度，当晶浆密度达到目标值1200-1250kg/m3时，切换各效出料晶浆泵的阀门，将晶浆送往离心机分离；保持进出料量、蒸发量、***液位的平衡，***可以连续运行。
随着步骤（5）、（6）的不断进行，结晶器液面以上的器壁上会有液滴飞溅而形成的晶块，定期向各效结晶器内添加冲洗水清洗结晶器内壁以消除晶块。
整个过程中，一效蒸发器的料温控制在83-87℃，压力控制在表压-0.046MPa；二效结晶器的料温控制在73-77℃，压力控制在表压-0.066MPa；三效结晶器的料温控制在63-67℃，压力控制在表压-0.078MPa；四效结晶器的料温控制在53-57℃，压力控制在表压-0.086MPa；冷凝器中的循环水按照32℃进水39℃出水；生蒸汽采用压力为0.6MPa的饱和蒸汽。
苏氨酸前道工序来的浓度为11%-12%的稀料液直接进入一效预浓缩，一效料液采用平流方式分别进入二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器，二效结晶器、三效结晶器和四效结晶器分别出料。
四效蒸发***的蒸汽消耗一般在0.27t/t左右，由于苏氨酸前道工序所来物料的温度在55℃左右，一效蒸发温度在85℃，物料进入一效蒸发器前需要逐级预热，物料预热消耗了部分二次蒸汽，所以蒸汽单耗稍高，约为0.288 t/t左右。即使如此，这一指标也比现有的四效浓缩加三效结晶工艺的蒸汽消耗指标低，苏氨酸四效浓缩结晶藕合是一种更加节能的工艺方案。
苏氨酸四效浓缩结晶藕合***流程简图如图1所示。
在苏氨酸四效浓缩结晶藕合工艺中，一效料温为83-87℃，从一效过料到二三四效时也有温度差，而且一效到四效温差还比较大，但是由于一效进料是稀溶液（一效进料浓度11%左右），经过一效预浓缩后的物料浓度也较低（一效出料浓度约为14%左右），远未达到其饱和浓度，即使该物料急速降温到55℃，也不会出现析出晶体现象。在现有苏氨酸结晶工艺中，各效之间过料时，物料己经是饱和溶液并带有部分苏氨酸晶体，当高温饱和物到进入较低温度的结晶器内时，温度就急速降低，大量粉晶就会在瞬间出现。
本发明的有益效果：本发明所述工艺为苏氨酸四效浓缩结晶藕合工艺，不带热泵，蒸汽单耗约为0.288t/t左右，从蒸汽单耗来说，本发明所述工艺要优于现有工艺。由于一效预浓缩后的物料浓度较低，即使一效过料到二三四效有温度差，也远未到达饱和浓度，所以不会起晶；二三四效结晶又采用了平流方式，避免了二三四效之间的过料，从根本上消除了粉晶产生的机会。
苏氨酸四效浓缩结晶藕合工艺***可以连续操作，也可以批次操作。
另外，蒸发结晶在同一***中完成，减少了过程设备，减少了设备占地面积，减少了操作人员的使用数量，可以有效降低生产成本。更为重要的是，本工艺对苏氨酸产品质量的提高有着积极的意义。随着国内苏氨酸产能的扩大，产品质量的提高将是企业间竞争的重要领域，产品质量的提高将更有利于企业占领市场先机。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
附图标记说明：1、第一预热器；2、第二预热器；3、第三预热器；4、第四预热器；5、一效蒸发器；6、一效分离器；7、一效过料泵；8、二效加热器；9、二效结晶器；10、二效循环泵；11、二效出料泵；12、三效加热器；13、三效结晶器；14、三效循环泵；15、三效出料泵；16、四效加热器；17、四效结晶器；18、四效循环泵；19、四效出料泵；20、冷凝器；21、冷凝水罐；22、冷凝水泵；23、真空泵。
具体实施方式
实施例1
如图1所示：苏氨酸四效浓缩结晶藕合***，包括第一预热器1、第二预热器2、第三预热器3、第四预热器4、一效蒸发器5、一效分离器6、一效过料泵7、二效加热器8、二效结晶器9、二效循环泵10、二效出料泵11、三效加热器12、三效结晶器13、三效循环泵14、三效出料泵15、四效加热器16、四效结晶器17、四效循环泵18、四效出料泵19、冷凝器20、冷凝水罐21、冷凝水泵22和真空泵23；
所述第四预热器4与三效结晶器13通过三效二次蒸汽管相连，第三预热器3二效结晶器9通过二效三次蒸汽管相连，二效加热器8与一效分离器6通过一效二次蒸汽管相连，第一预热器1与生蒸汽相连；
所述进料管依次与第四预热器4、第三预热器3、第二预热器2和第一预热器1连通，随后与一效蒸发器5连通，一效蒸发器5的料液管道通过一效过料泵7依次与二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17连通；二效结晶器9与二效出料泵11连通，三效结晶器13与三效出料泵15连通，四效结晶器17与四效出料泵19连通；
所述一效蒸发器5壳程通生蒸汽，一效蒸发器5管程与一效分离器6连通，一效分离器6与二效加热器8壳程连通，二效结晶器9与三效加热器13壳程连通，三效结晶器14与四效加热器16壳程连通，四效结晶器17与冷凝器20壳程连通；一效蒸发器5、二效加热器8、三效加热器12和四效加热器16均与冷凝器20相连通，冷凝器20与真空泵23连通；
所述一效蒸发器5中的一次冷凝水单独收集，二效加热器8与三效加热器12通过二效冷凝水管道连通，三效加热器12与四效加热器16通过三效冷凝水管道连通，四效加热器16的四效冷凝水管及冷凝器20的冷凝水管均与冷凝水罐21连通，冷凝水罐21与冷凝水泵22连通。
实施例2 所述苏氨酸四效浓缩结晶藕合***的工作过程，步骤如下：
（1）抽真空：打开冷凝器20的进出水阀，启动真空泵23，对***进行抽真空，直至一效蒸发器5、二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17的压力均达到目标值；
（2）进料：向一效蒸发器5进料，直至一效蒸发器5的液位达到目标值，打开一效过料泵7，通过一效过料泵7向二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17进料，直至二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17的液位达到目标值，暂停进料，让物料在一效蒸发器5内自循环，开启二效循环泵10、三效循环泵14和四效循环泵18；
（3）开蒸汽：打开生蒸汽阀门，向一效蒸发器5供蒸汽，***料温开始上升，待一效蒸发器5开始蒸发时，压力自然下降，控制一效蒸发器5的温度压力在目标值，待二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17开始蒸发时控制二三四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21液位上升，打开冷凝水泵22，将冷凝水送出；
（5）补料：随着蒸发的进行，一效蒸发器5液位下降，向一效蒸发器5中补料，边补料边蒸发，注意液位的平衡；当二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17液位下降时，向二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17中补料，注意结晶器液位的平衡；
（6）起晶：当二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17的内物料达到饱和浓度以后，结晶器内开始起晶时，此时开启二效出料泵11、三效出料泵15、和四效出料泵19，使物料在各自结晶器内循环；
（7）出料：不断检测二效结晶器9、三效结晶器13和四效结晶器17内晶浆密度，当晶浆密度达到目标值1200-1250kg/m3时，切换各效出料晶浆泵的阀门，将晶浆送往离心机分离；保持进出料量、蒸发量、***液位的平衡，***可以连续运行。
具体***配置参数如下：
第一预热器1，立式单程，F=20 m2，材质304；
第二预热器2，立式单程，F=52 m2，材质304；
第三预热器3，立式单程，F=52 m2，材质304；
第四预热器4，立式单程，F=65 m2，材质304；
一效蒸发器5，立式降膜蒸发器，F=340m2，材质304；
一效分离器6，立式椭圆封头，φ1600×3500，材质304；
一效过料泵7，Q=40m3/h，H=25m，7.5kw，材质304；
二效加热器8，立式单程，F=610 m2，材质304；
二效结晶器9，DTB型，V=32 m3，φ1800×2500/φ3200×2600，下部底搅拌4kw，材质304；
二效循环泵10，HZW450，Q=1900m3/h，H=4m，45kw，杭碱泵厂产品，材质304；
二效出料泵11，Q=3.2m3/h，H=32m， 4kw，材质304；
三效加热器12，立式单程，F=630 m2，材质304；
三效结晶器13，DTB型，V=40 m3，φ2100×2500/φ3600×2600，下部底搅拌4kw，材质304；
三效循环泵14，HZW450，Q=2200m3/h，H=4m，55kw，杭碱泵厂产品，材质304；
三效出料泵15，Q=3.2m3/h，H=32m， 4kw，材质304；
四效加热器16，立式单程，F=705 m2，材质304；
四效结晶器17，DTB型，V=41 m3，φ2500×2500/φ3600×2600，下部底搅拌4kw，材质304；
四效循环泵18，HZW500，Q=2200m3/h，H=4m，55kw，杭碱泵厂产品，材质304；
四效出料泵19，Q=3.2m3/h，H=32m， 4kw，材质304；
冷凝器20，F=370m2，材质304；
冷凝水罐21，φ900×2000，V=1.2 m3 ，材质304；
冷凝水泵22，Q=25m3/h，H=32m，7.5kw，材质304；
真空泵23，2BV6-161，15kw，纳氏公司产品，材质304。
***参数：
***蒸发水量：25t/h；
进料浓度：11.5%干物质；
进料流量：32.5t/h；
一效过料量：25.74t/h；浓度14.5%（分别进二三四效）；
二料进料量：8.87 t/h，
二效出料量：2.57t/h，浓度50%；
三效进料量：8.52 t/h，
三效出料量：2.47t/h，浓度50%；
四效进料量：8.35 t/h，
四效出料量：2.42t/h，浓度50%；
蒸汽耗量：7224kg/h；
循环水耗量：490t/h（按32℃进水39℃回水）；
一效料液温度83-87℃，操作压力56kPa（A）；
二效料液温度73-76℃，操作压力39kPa（A）；
三效料液温度63-67℃，操作压力24 kPa（A）；
四效料液温度53-56℃，操作压力14 kPa（A）。

Claims (6)

1.苏氨酸四效浓缩结晶藕合***，其特征是：包括第一预热器（1）、第二预热器（2）、第三预热器（3）、第四预热器（4）、一效蒸发器（5）、一效分离器（6）、一效过料泵（7）、二效加热器（8）、二效结晶器（9）、二效循环泵（10）、二效出料泵（11）、三效加热器（12）、三效结晶器（13）、三效循环泵（14）、三效出料泵（15）、四效加热器（16）、四效结晶器（17）、四效循环泵（18）、四效出料泵（19）、冷凝器（20）、冷凝水罐（21）、冷凝水泵（22）和真空泵（23）；
所述第四预热器（4）与三效结晶器（13）通过三效二次蒸汽管相连，第三预热器（3）二效结晶器（9）通过二效三次蒸汽管相连，二效加热器（8）与一效分离器（6）通过一效二次蒸汽管相连，第一预热器（1）与生蒸汽相连；
所述进料管依次与第四预热器（4）、第三预热器（3）、第二预热器（2）和第一预热器（1）连通，随后与一效蒸发器（5）连通，一效蒸发器（5）的料液管道通过一效过料泵（7）依次与二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）连通；二效结晶器（9）与二效出料泵（11）连通，三效结晶器（13）与三效出料泵（15）连通，四效结晶器（17）与四效出料泵（19）连通；
所述一效蒸发器（5）壳程通生蒸汽，一效蒸发器（5）管程与一效分离器（6）连通，一效分离器（6）与二效加热器（8）壳程连通，二效结晶器（9）与三效加热器（13）壳程连通，三效结晶器（14）与四效加热器（16）壳程连通，四效结晶器（17）与冷凝器（20）壳程连通；一效蒸发器（5）、二效加热器（8）、三效加热器（12）和四效加热器（16）均与冷凝器（20）相连通，冷凝器（20）与真空泵（23）连通；
所述一效蒸发器（5）中的一次冷凝水单独收集，二效加热器（8）与三效加热器（12）通过二效冷凝水管道连通，三效加热器（12）与四效加热器（16）通过三效冷凝水管道连通，四效加热器（16）的四效冷凝水管及冷凝器（20）的冷凝水管均与冷凝水罐（21）连通，冷凝水罐（21）与冷凝水泵（22）连通。
2.如权利要求1所述苏氨酸四效浓缩结晶藕合***，其特征是：一效蒸发器（5）采用降膜蒸发器，二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）均采用DTB型结晶器或奥斯陆型结晶器。
3.权利要求1所述苏氨酸四效浓缩结晶藕合***的工作过程，其特征是步骤如下：
（1）抽真空：打开冷凝器（20）的进出水阀，启动真空泵（23），对***进行抽真空，直至一效蒸发器（5）、二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）的压力均达到目标值；
（2）进料：向一效蒸发器（5）进料，直至一效蒸发器（5）的液位达到目标值，打开一效过料泵（7），通过一效过料泵（7）向二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）进料，直至二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）的液位达到目标值，暂停进料，让物料在一效蒸发器（5）内自循环，开启二效循环泵（10）、三效循环泵（14）和四效循环泵（18）；
（3）开蒸汽：打开生蒸汽阀门，向一效蒸发器（5）供蒸汽，***料温开始上升，待一效蒸发器（5）开始蒸发时，压力自然下降，控制一效蒸发器（5）的温度压力在目标值，待二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）开始蒸发时控制二三四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（21）液位上升，打开冷凝水泵（22），将冷凝水送出；
（5）补料：随着蒸发的进行，一效蒸发器（5）液位下降，向一效蒸发器（5）中补料，边补料边蒸发，注意液位的平衡；当二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）液位下降时，向二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）中补料，注意结晶器液位的平衡；
（6）起晶：当二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）的内物料达到饱和浓度以后，结晶器内开始起晶时，此时开启二效出料泵（11）、三效出料泵（15）、和四效出料泵（19），使物料在各自结晶器内循环；
（7）出料：不断检测二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）内晶浆密度，当晶浆密度达到目标值1200-1250kg/m3时，切换各效出料晶浆泵的阀门，将晶浆送往离心机分离；保持进出料量、蒸发量、***液位的平衡，***可以连续运行。
4.如权利要求3所述苏氨酸四效浓缩结晶藕合***的工作过程，其特征是：随着步骤（5）、（6）的不断进行，结晶器液面以上的器壁上会有液滴飞溅，结晶器内壁会形成晶块，定期向各效结晶器内添加冲洗水清洗结晶器内壁以消除晶块。
5.如权利要求3所述苏氨酸四效浓缩结晶藕合***的工作过程，其特征是：整个过程中，一效蒸发器（5）的料温控制在83-87℃，压力控制在表压-0.046MPa；二效结晶器（9）的料温控制在73-77℃，压力控制在表压-0.066MPa；三效结晶器（13）的料温控制在63-67℃，压力控制在表压-0.078MPa；四效结晶器（17）的料温控制在53-57℃，压力控制在表压-0.086MPa；冷凝器（20）中的循环水按照32℃进水39℃出水；生蒸汽采用压力为0.6MPa的饱和蒸汽。
6.如权利要求3所述苏氨酸四效浓缩结晶藕合***的工作过程，其特征是：苏氨酸前道工序来的浓度为11%-12%的稀料液直接进入一效预浓缩，一效料液采用平流方式分别进入二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17），二效结晶器（9）、三效结晶器（13）和四效结晶器（17）分别出料。
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