專利名稱：一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及木糖生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域,特別是一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
木糖是一種白色針狀結(jié)晶或結(jié)晶粉末，味甜，甜度只有蔗糖的40%，易溶于水，微溶于乙醇，熔點147 150°C，有右旋光性和變旋光性。它是一種重要的化工原料，在食品、飲料中作為無熱量甜味劑，適用于肥胖及糖尿病患者。工業(yè)上，木糖主要通過加氫制備木糖醇，在食品、醫(yī)藥、化工、皮革、染料等領(lǐng)域，木糖都有著廣泛的用途。近年來在國外，木糖作為食品甜味劑頗受青睞，需求量日益增長。目前木糖的生產(chǎn)工藝有多種路線，主要有中和法脫酸工藝與離子交換脫酸工藝， 另外木糖制備工藝還有電滲析脫酸法、結(jié)晶木糖法以及層析分離法。隨市場競爭，中和脫酸工藝與離子交換脫酸工藝是國內(nèi)比較成熟的兩套生產(chǎn)工藝，而離子交換脫酸工藝由于較好地解決了中和脫酸工藝的缺陷，因此在工業(yè)上有著較中和脫酸工藝更廣泛的應(yīng)用。電滲析脫酸法尚處于試驗階段，還沒有工業(yè)化生產(chǎn)。結(jié)晶木糖法是一套比較簡單的生產(chǎn)工藝，但產(chǎn)率不高是該工藝的缺陷。層析法產(chǎn)品純度高，質(zhì)量好，能耗也低，但國內(nèi)還不具備工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)水平。目前傳統(tǒng)木糖生產(chǎn)工藝采用離子交換脫酸法生產(chǎn)工藝，其步驟如下玉米芯水解—石灰中和一活性炭脫色一一次離交一一次蒸發(fā)一二次活性炭脫色一二次離交一二次蒸發(fā)一三次蒸發(fā)一結(jié)晶一離心一干燥一成品。該工藝使用石灰中和水解液，去掉了部分S042—，也帶進了一些Ca2+，增加了陽離子交換柱的負擔(dān)，樹脂用量較多；工藝比較復(fù)雜；設(shè)備多，投資大；增加了酸堿消耗，加大了成本。現(xiàn)有工藝下，為了使木糖結(jié)晶出來，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懸浮物；(2)降低水解液中雜質(zhì)的濃度，使用離子交換樹脂實現(xiàn)水解液中雜質(zhì)的去除；(3)提高水解液的木糖濃度，采用傳統(tǒng)的蒸發(fā)濃縮方式實現(xiàn)木糖液的提濃。為確保達到這個目的，現(xiàn)有工藝必須采用兩次活性炭脫色，兩次離子交換，三次蒸發(fā)濃縮。由此不可避免的帶來以下的缺陷工藝流程復(fù)雜，操控性繁瑣；活性炭消耗大；蒸發(fā)消耗量大；酸堿消耗大；自動化程度低，勞動強度大；樹脂再生周期短；再生廢水量大。膜是一種具有特殊選擇性分離功能的高分子材料，它能把流體分隔成不相通的兩個部分，使其中的一種或幾種物質(zhì)能透過，而將其它物質(zhì)分離出來。膜分離技術(shù)是基于多孔膜的篩分效應(yīng)而進行的物質(zhì)分離技術(shù)。其具有高效、節(jié)能、環(huán)保和高精度分離等特性，已廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、電子、食品、環(huán)保等領(lǐng)域，成為21世紀(jì)最重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種減少工藝廢水排放和熱能消耗、降低生產(chǎn)成本的高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟
A、玉米芯水解將玉米芯與水按重量比1:50 1:70混合，并加入玉米芯重量
0.2 I. 5%的弱酸催化劑，在155°C 180°C蒸煮30mirTl20min進行裂解，將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劑,調(diào)節(jié)PH為I 3，再經(jīng)廢碳過濾，過濾去除部分懸浮物和色素，降低膜連續(xù)除雜的負荷；
C、保安過濾將步驟B的濾液經(jīng)5u m袋式過濾，除去顆粒、懸浮物； D、膜連續(xù)除雜用分子量為100(T2000Da的超濾膜，采用連續(xù)除雜方式截留蛋白、膠體、色素、鈣鎂無機鹽等雜質(zhì)，減少了后期活性炭脫色工序的對活性炭的用量，同時采用連續(xù)除雜方式，簡化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)過程的連續(xù)性，可使水解液透光率達到80%以上；；
E、膜連續(xù)濃縮水解液再用分子量為150Da的納濾膜進行連續(xù)濃縮，脫去酸水，濃縮后的木糖液折光可達12以上；納濾膜一方面將木糖液提濃，大大減少后續(xù)蒸發(fā)工序的蒸汽消耗；脫酸水即降低硫酸根離子含量，減少后續(xù)離子交換樹脂再生的頻率，也就減少了再生所產(chǎn)生的廢酸、堿液的排放；
F、一次離子交換經(jīng)膜濃縮后的木糖液進入離子交換樹脂進行一次離子交換，離子交換順序為陽-陰-陽；
G、一次蒸發(fā)離交后的木糖液進行初步熱濃縮，濃縮至水解液折光為20 30;
H、活性炭脫色在上述的濃縮液中加入0.5%活性炭，攪拌脫色0. 5 I. 5小時，再經(jīng)過板框過濾去除活性炭；
I、二次離子交換脫色后的木糖濃縮液還須進入離子交換樹脂進行第二次離子交換，離子交換順序為陰-陽-陽-陰；
J、二次蒸發(fā)將二次離子交換后的木糖溶液再次進行熱濃縮，濃縮至木糖液折光為50 70 ;
K、三次蒸發(fā)將二次蒸發(fā)后的濃縮液進行第三次蒸發(fā)，直至將料液蒸發(fā)至飽和狀態(tài)；
L、結(jié)晶飽和液進行降溫結(jié)晶，冷至常溫；
M、離心使用三足式離心機分離木糖母液與木糖晶體；
N、干燥采用鼓風(fēng)式烘箱對木糖晶體進行干燥，干燥溫度控制在80 90°C ；
O、成品將干燥木糖晶體分裝，即得成品。所述的離子交換樹脂為苯乙烯型強堿型陰離子離子交換樹脂、苯乙烯型弱堿型陰離子離子交換樹脂和苯乙烯型強酸型陽離子交換樹脂。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)代膜分離應(yīng)用技術(shù)的獨特優(yōu)勢，基于膜分離所具有的獨特分離原理，創(chuàng)造性的將此技術(shù)引入傳統(tǒng)的木糖工藝中，進行了分子級別的精確分離，在石灰中和工藝和一次活性炭脫色工藝中間加入膜連續(xù)除雜工藝，取代一次活性炭脫色工序的對活性炭的消耗，同時采用連續(xù)除雜方式，簡化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)過程的連續(xù)性；
膜連續(xù)除雜后液再進行膜連續(xù)濃縮水解液再用分子量為150Da的納濾膜進行連續(xù)濃縮，脫去酸水，濃縮后的木糖液折光可達12以上。納濾膜一方面將木糖液提濃，大大減少后續(xù)蒸發(fā)工序的蒸汽消耗；脫酸水即降低硫酸根離子含量，減少后續(xù)離子交換樹脂再生的頻率，也就減少了再生所產(chǎn)生的廢酸、堿液的排放；
本發(fā)明降低了活性炭的使用量，僅為傳統(tǒng)工藝活性炭用量的30% ;采用連續(xù)膜濃縮方式代替熱濃縮，能夠?qū)⒛咎且淮坞x子交換液的折光度由4提升到10左右，并且通過加水洗脫透析硫酸根離子，經(jīng)過膜濃縮后的木糖液再進入一次蒸發(fā)器，能顯著減少蒸汽消耗，約為原消耗量的40% ;采用超濾膜有效去除了玉米芯水解液中的其他雜質(zhì)，降低了離交樹脂的污染負荷，延長離子交換樹脂的交換周期，降低了離交樹脂再生頻率，進而減少了因樹脂再生產(chǎn)生的酸堿廢水排放量，酸堿消耗降低40%，減少污水排放50%。總而言之，本發(fā)明降低了樹脂離交的負荷和消耗，減少了生產(chǎn)廢水的排放和熱能消耗、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本，提升了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力。


圖I為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的描述
實施例I :
該實施例為本發(fā)明的最佳實施例。一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝，如圖I所示，它包括以下步驟
A、玉米芯水解將玉米芯與水按重量比1:60混合，并加入玉米芯重量百分比為I的弱酸催化劑，在170°C蒸煮SOmin進行裂解，將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fe"[隹化劑，調(diào)節(jié)PH為2,再經(jīng)廢碳過濾；
C、保安過濾將上步濾液經(jīng)5u m袋式過濾，除去顆粒、懸浮物；
D、膜連續(xù)除雜用分子量為IOOODa的超濾膜，采用連續(xù)除雜方式截留蛋白、膠體、色素、鈣鎂無機鹽等雜質(zhì)，減少了后期活性炭脫色工序的對活性炭的用量，同時采用連續(xù)除雜方式，簡化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)過程的連續(xù)性，可使水解液透光率達80%以上；
E、膜連續(xù)濃縮水解液再用分子量為150Da的納濾膜進行連續(xù)濃縮，脫去酸水，濃縮后的木糖液的折光在12以上；納濾膜一方面將木糖液提濃，大大減少后續(xù)蒸發(fā)工序的蒸汽消耗；同時還能再次去除一些小分子的有機雜質(zhì)和色素，減少脫色工序中的活性炭用量；通過再次去除一部分二價或高價的無機鹽離子，減少后續(xù)離子交換樹脂再生的頻率，也就減少了再生所產(chǎn)生的廢酸、堿液的排放；
F、一次離子交換經(jīng)膜濃縮后的木糖液進入離子交換樹脂進行一次離子交換，離子交換順序為陽-陰-陽，所述的離子交換樹脂為苯乙烯型強堿型陰離子離子交換樹脂、苯乙烯型弱堿型陰離子離子交換樹脂和苯乙烯型強酸型陽離子交換樹脂；
G、一次蒸發(fā)離交后的木糖液進行初步熱濃縮，濃縮至水解液折光為25；
H、活性炭脫色在上述的濃縮液中加入0.5%活性炭，攪拌脫色0. 5個小時，再經(jīng)過板框(濾布)去除活性炭；
I、二次離子交換脫色后的木糖濃縮液還須進入離子交換樹脂進行第二次離子交換，離交順序為陰-陽-陽-陰，所述的離子交換樹脂為苯乙烯型強堿型陰離子離子交換樹脂、苯乙烯型弱堿型陰離子離子交換樹脂和苯乙烯型強酸型陽離子交換樹脂；
J、二次蒸發(fā)將二次離子交換后的木糖溶液再次進行熱濃縮，濃縮至木糖液折光為
60 ；
K、三次蒸發(fā)將二次蒸發(fā)后的濃縮液進行第三次蒸發(fā)，直至將料液蒸發(fā)至飽和狀態(tài)；
L、結(jié)晶飽和液進行降溫結(jié)晶，冷至常溫；
M、離心使用三足式離心機分離木糖母液與木糖晶體；
N、干燥采用鼓風(fēng)式烘箱對其干燥，干燥溫度控制在90°C ；
0、成品將干燥木糖晶分裝，即得成品。 實施例2:
一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝，如圖I所示，它包括以下步驟
A、玉米芯水解將玉米芯與水按重量比1:50混合，并加入玉米芯重量百分比為0.2的弱酸催化劑，在155°C蒸煮120min進行裂解，將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fe"[隹化劑，調(diào)節(jié)PH為I，再經(jīng)廢碳過濾；
C、保安過濾將上步濾液經(jīng)5u m袋式過濾，除去顆粒、懸浮物；
D、膜連續(xù)除雜用分子量為1500Da的超濾膜，采用連續(xù)除雜方式截留蛋白、膠體、色素、鈣鎂無機鹽等雜質(zhì)，水解液透光率達80%以上；
E、膜連續(xù)濃縮水解液再用分子量為150Da的納濾膜進行連續(xù)濃縮，脫去酸水，濃縮后的木糖液的折光在12以上；
F、一次離子交換經(jīng)膜濃縮后的木糖液進入離子交換樹脂進行一次離子交換，離子交換順序為陽-陰-陽，所述的離子交換樹脂為苯乙烯型強堿型陰離子離子交換樹脂、苯乙烯型弱堿型陰離子離子交換樹脂和苯乙烯型強酸型陽離子交換樹脂；
G、一次蒸發(fā)離交后的木糖液進行初步熱濃縮，濃縮至水解液折光為20；
H、活性炭脫色在上述的濃縮液中加入0.5%活性炭，攪拌脫色0. 5個小時，再經(jīng)過板框(濾布)去除活性炭；
1、二次離子交換脫色后的木糖濃縮液還須進入離子交換樹脂進行第二次離子交換，離交順序為陰-陽-陽-陰，所述的離子交換樹脂為苯乙烯型強堿型陰離子離子交換樹脂、苯乙烯型弱堿型陰離子離子交換樹脂和苯乙烯型強酸型陽離子交換樹脂；
J、二次蒸發(fā)將二次離子交換后的木糖溶液再次進行熱濃縮，濃縮至木糖液折光為
50 ；
K、三次蒸發(fā)將二次蒸發(fā)后的濃縮液進行第三次蒸發(fā)，直至將料液蒸發(fā)至飽和狀態(tài)；
L、結(jié)晶飽和液進行降溫結(jié)晶，冷至常溫；
M、離心使用三足式離心機分離木糖母液與木糖晶體；
N、干燥采用鼓風(fēng)式烘箱對其干燥，干燥溫度控制在80°C ；
O、成品將干燥木糖晶分裝，即得成品。實施例3:
一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝，如圖I所示，它包括以下步驟
A、玉米芯水解將玉米芯與水按重量比1:70混合，并加入玉米芯重量百分比為I. 5的弱酸催化劑，在180°C蒸煮30min進行裂解，將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fe"[隹化劑，調(diào)節(jié)PH為3,再經(jīng)廢碳過濾；
C、保安過濾將上步濾液經(jīng)5u m袋式過濾，除去顆粒、懸浮物；
D、膜連續(xù)除雜用分子量為2000Da的超濾膜，采用連續(xù)除雜方式截留蛋白、膠體、色素、鈣鎂無機鹽等雜質(zhì)，水解液透光率達80%以上；
E、膜連續(xù)濃縮水解液再用分子量為150Da的納濾膜進行連續(xù)濃縮，脫去酸水，濃縮后的木糖液的折光在12以上；
F、一次離子交換經(jīng)膜濃縮后的木糖液進入離子交換樹脂進行一次離子交換，離子交換順序為陽-陰-陽，所述的離子交換樹脂為苯乙烯型強堿型陰離子離子交換樹 脂、苯乙烯型弱堿型陰離子離子交換樹脂和苯乙烯型強酸型陽離子交換樹脂；
G、一次蒸發(fā)離交后的木糖液進行初步熱濃縮，濃縮至水解液折光為30；
H、活性炭脫色在上述的濃縮液中加入0.5%活性炭，攪拌脫色I. 5個小時，再經(jīng)過板框(濾布)去除活性炭；
I、二次離子交換脫色后的木糖濃縮液還須進入離子交換樹脂進行第二次離子交換，離交順序為陰-陽-陽-陰，所述的離子交換樹脂為苯乙烯型強堿型陰離子離子交換樹脂、苯乙烯型弱堿型陰離子離子交換樹脂和苯乙烯型強酸型陽離子交換樹脂；
J、二次蒸發(fā)將二次離子交換后的木糖溶液再次進行熱濃縮，濃縮至木糖液折光為
70 ；
K、三次蒸發(fā)將二次蒸發(fā)后的濃縮液進行第三次蒸發(fā)，直至將料液蒸發(fā)至飽和狀態(tài)；
L、結(jié)晶飽和液進行降溫結(jié)晶，冷至常溫；
M、離心使用三足式離心機分離木糖母液與木糖晶體；
N、干燥采用鼓風(fēng)式烘箱對其干燥，干燥溫度控制在85°C ；
O、成品將干燥木糖晶分裝，即得成品。
權(quán)利要求
1. 一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝，其特征在于，它包括以下步驟 A、玉米芯水解將玉米芯與水按重量比1:50 1:70混合，并加入玉米芯重量0.2 I. 5%的弱酸催化劑，在155°C 180°C蒸煮30mirTl20min進行裂解，將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劑,調(diào)節(jié)PH為I 3，再經(jīng)廢碳過濾； C、保安過濾將步驟B的濾液經(jīng)5u m袋式過濾，除去顆粒、懸浮物； D、膜連續(xù)除雜用分子量為100(T2000Da的超濾膜，采用連續(xù)除雜方式截留蛋白、膠體、色素、鈣鎂無機鹽等雜質(zhì)，可使水解液透光率達到80%以上； E、膜連續(xù)濃縮水解液再用分子量為150Da的納濾膜進行連續(xù)濃縮，脫去酸水，濃縮后的木糖液折光可達12以上，脫酸水即降低硫酸根離子含量； F、一次離子交換經(jīng)膜濃縮后的木糖液進入離子交換樹脂進行一次離子交換，離子交換順序為陽-陰-陽； G、一次蒸發(fā)離交后的木糖液進行初步熱濃縮，濃縮至水解液折光為20 30; H、活性炭脫色在上述的濃縮液中加入0.5%活性炭，攪拌脫色0. 5 I. 5小時，再經(jīng)過板框過濾去除活性炭； I、二次離子交換脫色后的木糖濃縮液還須進入離子交換樹脂進行第二次離子交換，離子交換順序為陰-陽-陽-陰； J、二次蒸發(fā)將二次離子交換后的木糖溶液再次進行熱濃縮，濃縮至木糖液折光為50 70 ; K、三次蒸發(fā)將二次蒸發(fā)后的濃縮液進行第三次蒸發(fā)，直至將料液蒸發(fā)至飽和狀態(tài)； L、結(jié)晶飽和液進行降溫結(jié)晶，冷至常溫； M、離心使用三足式離心機分離木糖母液與木糖晶體； N、干燥采用鼓風(fēng)式烘箱對木糖晶體進行干燥，干燥溫度控制在80 90°C ； O、成品將干燥木糖晶體分裝，即得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的離子交換樹脂為苯乙烯型強堿型陰離子離子交換樹脂、苯乙烯型弱堿型陰離子離子交換樹脂和苯乙烯型強酸型陽離子交換樹脂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟A、玉米芯水解，B、石灰中和，C、保安過濾，D、膜連續(xù)除雜，E、膜連續(xù)濃縮，F(xiàn)、一次離子交換，G、一次蒸發(fā)，H、活性炭脫色，I、二次離子交換，J、二次蒸發(fā)，K、三次蒸發(fā)，L、結(jié)晶，M、離心，N、干燥，O、成品包裝。本發(fā)明的有益效果是膜分離濃縮脫除雜質(zhì)和色素，降低了活性炭的使用量，減少了蒸汽消耗，降低了離交樹脂的污染負荷，延長離子交換樹脂的再生周期，減少了生產(chǎn)工藝廢水的排放、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本，從而提升了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力。
文檔編號C13K13/00GK102676707SQ20121015170
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者邱全國 申請人:成都連接流體分離科技有限公司