馬鈴薯淀粉無廢料加工工藝及高性能設備.doc

馬鈴薯淀粉無廢料加工工藝及高性能設備摘要本文介紹了當今世界最先進的馬鈴薯淀粉加工無廢料工藝，即：在提取馬鈴薯中淀粉的同時，回收馬鈴薯中的纖維、蛋白、肥料（濃縮有機質(zhì)）及馬鈴薯本身所含的水。文章還介紹了一些最先進的馬鈴薯淀粉加工設備，包括：鋸條可氣動更換的刨絲機、無篩網(wǎng)錐篩、無管旋流器、環(huán)形曲篩、高效真空轉(zhuǎn)鼓過濾器等，它們?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、低耗、穩(wěn)定、連續(xù)地進行馬鈴薯淀粉的無廢料生產(chǎn)提供了保證。這一工藝和設備均由具有一百多年歷史、專業(yè)從事馬鈴薯淀粉加工的荷蘭尼沃巴公司獨家提供，并已經(jīng)在美國得到了成功地使用。一、問題的提出：一個眾所周知的事實是：只提取淀粉的馬鈴薯淀粉生產(chǎn)已經(jīng)給環(huán)境造成了一些負面影響。但遺憾的是，目前大多數(shù)馬鈴薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)仍然以提取馬鈴薯中的淀粉為唯一目標。這樣的結(jié)果是：馬鈴薯中的其他有價值的成份（主要包括：蛋白質(zhì)、纖維、鹽、其他有機物質(zhì)、甚至水）都沒有被開發(fā)利用，而是隨廢水一起排掉。此時，馬鈴薯淀粉加工企業(yè)不僅浪費了有效資源，而且也給環(huán)境造成了嚴重的負擔。 由于世界上大多數(shù)國家對環(huán)保有著越來越嚴格的要求，因此馬鈴薯淀粉加工企業(yè)的污水排放成了必須解決的問題。此時，企業(yè)通常采取的辦法是：在建設馬鈴薯淀粉加工廠的同時，再建設一個投資巨大、過程復雜的污水處理廠。 很顯然，對馬鈴薯淀粉加工企業(yè)而言，建立污水處理廠只是解決了排污問題，并沒有解決馬鈴薯中其它有效成份的利用問題。換一句話說，單純?yōu)榱私鉀Q環(huán)保問題而建設的污水處理廠只是增加了企業(yè)的投資并沒有為淀粉企業(yè)的經(jīng)濟效益（或者利潤）作貢獻。 有沒有既能有效地利用馬鈴薯中的所有有效成份，又能解決環(huán)保問題的、一舉兩得的方法呢？二、馬鈴薯淀粉無廢料工藝 經(jīng)過多年研究，荷蘭尼沃巴公司已經(jīng)找到了這一代表世界最先進水平的馬鈴薯淀粉加工技術：馬鈴薯淀粉無廢料工藝。具體工藝流程圖見下頁。 該流程簡圖所表示如下馬鈴薯淀粉加工理念：在提取馬鈴薯中所有成份的同時不給環(huán)境造成污染：既提高了馬鈴薯淀粉加工企業(yè)的經(jīng)濟效益，又解決了環(huán)保問題。 從此流程圖可以看出，馬鈴薯內(nèi)部的所有有用成份（清洗后的雜物及排沙不在此列）全部變成了能帶來經(jīng)濟效益的產(chǎn)品，真正成為了“無廢料馬鈴薯淀粉加工”。 馬鈴薯淀粉無廢料淀粉加工工藝流程圖2.1淀粉的提取 馬鈴薯含有大約18%的淀粉。淀粉是馬鈴薯淀粉加工的主產(chǎn)品，怎樣有效地提取馬鈴薯中的淀粉則是加工工藝的主路線。洗凈的馬鈴薯通過超級刨絲機將98%的淀粉顆粒從馬鈴薯中游離出來后，用離心錐篩分離出比淀粉顆粒大的纖維、用濃縮旋流器分離出蛋白汁水、用除砂旋流器分離出比淀粉重的砂粒、用精制旋流器置換出淀粉乳中的殘留雜質(zhì)，然后，經(jīng)過脫水、干燥及包裝，制成精制淀粉。制取淀粉過程中所排出的物質(zhì)被制成副產(chǎn)品或回收利用，以此構(gòu)成了一個完整的無廢料生產(chǎn)工藝。 僅就馬鈴薯淀粉加工而言，該工藝過程的有如下特點： -工藝過程封閉； -回收加工過程中的水分，清水消耗量低； -能量消耗量低； -用旋流器完成濃縮和精制過程（比使用離心機來完成有諸多的優(yōu)點）； -設備維護費用低； -零部件消耗量少（因很少運動部件）； -操作人員少； -占地面積?。?-易于安裝（板塊式結(jié)構(gòu)、出廠前都經(jīng)過調(diào)試）； -易于操作； -優(yōu)秀設計和制造的MCC和OCC：中心計算機控制與所有需控制的設備只需兩根導線相連。所有連接的設備、電機、閥門、控制和測量裝置在計算機上是可讀的或可控制的。在問題分析和解決時，如有必要，可以通過互聯(lián)網(wǎng)將其連接到尼沃巴公司的工程部門，以幫助解決問題。 通過使用荷蘭尼沃巴公司淀粉生產(chǎn)技術訣竅與設備，生產(chǎn)線能夠連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，有效生產(chǎn)時間長。在生產(chǎn)過程中，馬鈴薯所含淀粉的95%能被提取出來，制成商品淀粉。 使用具有上述特點的荷蘭尼沃巴公司的技術和設備，1噸馬鈴薯至少可以生產(chǎn)208公斤精制淀粉（18%的含水量的商業(yè)淀粉）。2.2纖維提取馬鈴薯約含1.3%的纖維馬鈴薯的纖維是從淀粉生產(chǎn)中作為副產(chǎn)品提取出來的。在馬鈴薯淀粉生產(chǎn)中的“提取單元”，纖維從最后一級錐篩中分離出來。此時分離出來的纖維已經(jīng)通過脫水錐篩脫水。脫水后的纖維含有1%的聯(lián)結(jié)淀粉和88-89%的水分。 馬鈴薯纖維可以直接出售給農(nóng)民用作動物的飼料。 1噸馬鈴薯可以生產(chǎn)出209公斤的濕纖維（11%的干物質(zhì)）。2.3蛋白提取馬鈴薯中平均含有2.8%的蛋白。蛋白粉是馬鈴薯淀粉加工中最有價值的副產(chǎn)品。在一些現(xiàn)代化的馬鈴薯淀粉廠，從馬鈴薯的汁水中提取蛋白質(zhì)已經(jīng)成為淀粉生產(chǎn)中不可分割的一部分。馬鈴薯中的蛋白只有在絮凝后才能被提取出來。絮凝而成為固體的馬鈴薯蛋白質(zhì)，可以采用固液分離的方法將其分離。 尼沃巴公司的蛋白提取是在濃縮單元排出的汁水中進行的。此處排出的汁水通過加熱絮凝后，采用有效的固液分離的方法將已經(jīng)絮凝的蛋白進行分離、脫水后，再經(jīng)過干燥、包裝成為所需要的馬鈴薯蛋白粉產(chǎn)品出售。 事實已經(jīng)表明：用此種新型方法從馬鈴薯淀粉加工排出的汁水中回收蛋白，與傳統(tǒng)方式相比，其蛋白回收率高5-10%。 蛋白回收后，即使不將溢流物制取肥料，企業(yè)也會得到很大的經(jīng)濟效益。同時，此處排出的水對環(huán)境的負擔已經(jīng)大大地減少。 事實上，由于使用動物蛋白作飼料而引起“瘋牛病”等原因，很多國家不再將動物蛋白作為動物飼料的添加劑，于是植物蛋白被越來越多的國家使用，因此，馬鈴薯淀粉廠蛋白回收的經(jīng)濟效益將來會越來越顯著。 通過使用尼沃巴公司蛋白回收系統(tǒng)的技術和設備，1噸馬鈴薯約可生產(chǎn)15公斤的蛋白。(干物含量90%)2.4肥料制取與水回收馬鈴薯中平均含有76%的水。除了淀粉、蛋白和纖維外，馬鈴薯本身還含有豐富的鹽、礦物質(zhì)和水等。 在淀粉生產(chǎn)的濃縮階段后，馬鈴薯汁水所含的蛋白已經(jīng)從上述加工過程中分離出來。蛋白被提取之后，剩下的水仍然含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，比如：鹽、礦物質(zhì)等（可溶性固物的含量約為2.5%）。 為了增加固體物質(zhì)的濃度和提取其中的水，將這些水用真空蒸發(fā)器來蒸發(fā)。由于是真空蒸發(fā)系統(tǒng)，因而蒸發(fā)所需的能量極其有限。經(jīng)過蒸發(fā)以后，可溶性固體物質(zhì)（主要是有機質(zhì)）的濃度約可達40%，可以直接作為噴灑肥料。 在濃縮噴灑肥料的液體中，主要含有以下有用成份： K2O（氧化鉀） 10% P2O2（氧化磷） 1.5% CaO（氧化鈣） 0.1% MgO（氧化鎂） 0.66% N（氮） 6% 通過使用尼沃巴公司的蒸發(fā)系統(tǒng)，1噸馬鈴薯可以產(chǎn)生約200公斤的肥料。 蒸發(fā)后的水經(jīng)過活性過濾器凝聚，以除去水中所含的少量酯類。除去了酯類物質(zhì)后的水，直接用于淀粉的加工。這樣，用于淀粉加工的新鮮水就極其有限。 經(jīng)過上述設備和技術的處理，1噸馬鈴薯在生產(chǎn)淀粉的過程中可以產(chǎn)生約366公斤水。三、馬鈴薯淀粉加工高性能設備先進的工藝需要高性能設備來完成。由于馬鈴薯淀粉加工的特殊性，現(xiàn)代馬鈴薯淀粉加工設備需要同時滿足以下特性：保證產(chǎn)品質(zhì)量，保證生產(chǎn)線的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，消耗少，自動化程度高等。3.1超級刨絲機刨絲機的作用是盡可能地將馬鈴薯莖塊破碎，使其中的淀粉游離出來，為淀粉提取做準備。超級刨絲機鋸條的高速旋轉(zhuǎn)使得馬鈴薯中淀粉的游離率比傳統(tǒng)的刨絲機要高得多，高達98%。高淀粉游離率為整個生產(chǎn)線的高淀粉提取率提供了保證。與傳統(tǒng)刨絲機相比，超級刨絲機采用氣動鋸條更換裝置使得鋸條的更換快捷、準確的同時，提高了鋸條和整個刨絲機的使用壽命。超級刨絲機氣動鋸條更換所需的時間只有傳統(tǒng)刨絲機的1/10左右，而且避免了傳統(tǒng)刨絲機用錘子更換鋸條時對轉(zhuǎn)鼓的傷害。3.2由無篩面錐篩組成的提取設備 從超級破碎后的馬鈴薯淀粉漿中用錐篩分離纖維、提取馬鈴薯淀粉時，錐篩的旋轉(zhuǎn)速度及沖洗水的壓力對淀粉的提取率起著決定的作用。傳統(tǒng)的錐篩由于采用篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，強度低，不能承受較大的沖洗水壓力，限制了淀粉的提取程度。同時，由于篩網(wǎng)極易損壞，不僅增加了企業(yè)的運行成本，而且更為重要的是：篩網(wǎng)的頻繁更換，使本來就季節(jié)性很強的馬鈴薯淀粉加工的有效時間變得更短，進一步影響了企業(yè)的效益。 新型的錐篩不使用篩網(wǎng)、而是采用條形篩面。在這種高強度篩面下，可承受極大的沖洗水的壓力。此時，在提高淀粉提取率的同時，延長了篩面的壽命，也增加了企業(yè)的有效加工時間。這種錐篩尤其適用于紅薯淀粉的加工，因為紅薯中的高含糖量決定了從破碎后薯漿中提取淀粉難度更大、需要更好的提取設備。多級錐篩的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)成提取單元的整體。壓力、流量、閥門等的自動控制系統(tǒng)使得提取單元的運行更加平穩(wěn)、可靠。 3.3含自清轉(zhuǎn)鼓過濾器的淀粉濃縮設備獨特的自清轉(zhuǎn)鼓過濾器放置在濃縮旋流器之前，有效地分離出容易引起旋流器堵塞的大顆粒，保證了濃縮旋流器的連續(xù)運轉(zhuǎn)，提高了整個生產(chǎn)線的加工時間。 整個濃縮單元壓力、流量尤其是濃度的自動控制，不僅保證了濃縮單元的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，而且保證了濃縮后淀粉濃度的一致，以及盡可能多的、有效的分離出富含蛋白的汁水。為蛋白提取作準備。濃縮單元中無管旋流器的特點將在3.5中詳細談及。3.4自動排砂除砂器除砂是淀粉濃縮后非常重要的步驟。集砂器排砂的頻率越高，淀粉越清潔。但是，排砂太頻繁，會引起淀粉的損失太大的同時，生產(chǎn)系統(tǒng)的平衡也同時被打破，引起淀粉的質(zhì)量的波動。 自動排砂系統(tǒng)根據(jù)淀粉的清潔程度來調(diào)整排砂閥門的開啟時間，在保證系統(tǒng)平衡的同時，確保淀粉的清潔程度。3.5無管旋流器 旋流器分離淀粉雜質(zhì)或液體的效果主要取決于旋流器結(jié)構(gòu)中柱、錐表面加工的光潔程度以及錐、柱形狀的同軸度。傳統(tǒng)旋流器的旋流管是由幾個部件組合而成，組合裝配時的誤差通常會引起同軸度的偏移，因而影響淀粉的洗滌和分離效果。另外，傳統(tǒng)旋流器基本上是尼龍材料制成，旋流管內(nèi)表面的不光潔或形狀的不規(guī)則，也會大大地影響使用效果。同時，尼龍旋流管的極易磨損使得用戶的生產(chǎn)成本增加。而且，旋流器的分體結(jié)構(gòu)極易使微生物滋生，清洗困難，影響產(chǎn)品的指標。采用符合食品衛(wèi)生標準的耐磨材料制造的無管旋流器，完全避免了上述的缺點。而且在保證同樣生產(chǎn)能力和質(zhì)量要求的情況下，新型旋流器的使用的級數(shù)還少得多，省能、高效。在配有流量、壓力、濃度等自動控制設備的無管旋流器（站）在淀粉的濃縮、精制過程中的效果是傳統(tǒng)旋流器無以比擬的。3.6環(huán)形曲篩 傳統(tǒng)的弧形曲篩結(jié)構(gòu)龐大、分離路徑短，而且篩面極易被堵塞，這在影響分離效果的同時，也影響了生產(chǎn)的連續(xù)性。 環(huán)形曲篩的獨特結(jié)構(gòu)不僅使得曲篩結(jié)構(gòu)緊湊、分離效果好，而且使得曲篩因封閉而提高了工作效率。環(huán)形曲篩篩面正反兩個方向的沖洗避免了曲篩在分離纖維時篩面因細小纖維對篩孔的堵塞，從而保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。3.7真空轉(zhuǎn)鼓過濾機當真空轉(zhuǎn)鼓過濾機的表面真空度一致時，真空轉(zhuǎn)鼓過濾機的脫水效果最佳。新型的真空轉(zhuǎn)鼓過濾機采用無管式的結(jié)構(gòu)，使得真空轉(zhuǎn)鼓表面真空度高度一致的同時，增加了轉(zhuǎn)鼓的強度。 脫水后淀粉含水量的高低直接影響到淀粉干燥后質(zhì)量的好壞及干燥所需能耗的大小。四、應用實例本文所描述的“馬鈴薯淀粉無廢料工藝及高效能設備”，已經(jīng)成功的應用在一家美國的現(xiàn)代化馬鈴薯淀粉廠。 這一整個完整的系統(tǒng)被應用在美國，緬茵洲位于FortFairfield的Aroostook淀粉公司盡管美國緬茵洲的環(huán)境保護法律特別嚴格，經(jīng)過以上系統(tǒng)的使用，在沒有其他污水處理設施的條件下，該項目的生產(chǎn)通過了環(huán)保部門的通過。 因為上述系統(tǒng)在該公司中使用，Aroostook淀粉公司已經(jīng)成為了名副其實的、世界上最先進的馬鈴薯淀粉加工企業(yè)。 歡迎各位有機會到美國參觀該公司。五、結(jié)論 1、荷蘭尼沃巴公司的馬鈴薯淀粉無廢料工藝，做到了馬鈴薯淀粉的無廢料生產(chǎn)。經(jīng)過復雜的加工過程，從馬鈴薯中可以生產(chǎn)的產(chǎn)品包括： -馬鈴薯淀粉； -馬鈴薯蛋白粉； -馬鈴薯纖維； -噴灑肥料； -加工水；