黃原膠是以玉米淀粉為主要原料，經(jīng)生物發(fā)酵 得到的一種微生物胞外多糖，具有獨(dú)特的增稠性、 流變性以及與鹽類(lèi)很好的相容性，是生產(chǎn)技術(shù)一種用途很廣 泛的發(fā)酵產(chǎn)品[1]，應(yīng)用范圍覆蓋了 20多個(gè)行業(yè)。 黃原膠在國(guó)外己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)[2 4]。我 國(guó)的黃原膠研究較晚，目前也己實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)， 但生產(chǎn)成本高、檔次低，和國(guó)外產(chǎn)品存在較大差 距，因此大都沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)。
作者從1992年開(kāi)始一直從事黃原膠的研究、 開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)己成功建成年產(chǎn)2000 t黃原 膠生產(chǎn)線(xiàn)。本文介紹了該項(xiàng)目生產(chǎn)中的一些節(jié)能、 降耗技術(shù)，對(duì)黃原膠的生產(chǎn)可起到參考和借鑒作 用
1黃原膠的生產(chǎn)工藝流程
黃原膠生產(chǎn)工業(yè)技術(shù)路線(xiàn)，如圖1所示。
黃原膠主要以玉米淀粉為碳源，以魚(yú)粉、豆餅 粉為氮源，發(fā)酵溫度為（28±1)C，控制一定的通 風(fēng)量經(jīng)過(guò)45—72 h發(fā)酵，發(fā)酵液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2. 5%—3.5%。發(fā)酵液經(jīng)濃縮處理加入一定比例的酒 精使黃原膠從溶液中沉淀出來(lái)，經(jīng)固液分離得到黃 原膠固形物，再加入一定量的酒精進(jìn)行洗滌（以便 進(jìn)一步除去雜質(zhì)和色素）、固液分離，最后得到的 黃原膠固形物經(jīng)干燥、粉碎、分級(jí)、檢驗(yàn)和包裝。 經(jīng)二次固液分離得到的低酒液體（廢酒液）可精餾 回收，塔頂（酒精）產(chǎn)品循環(huán)使用，塔底釜液經(jīng)環(huán) 保處理后排放。
2黃原膠生產(chǎn)中的節(jié)能、降耗技術(shù) 2.1高效低阻空氣凈化處理技術(shù)
空氣凈化系統(tǒng)主要目的是對(duì)空氣進(jìn)行除油、除 濕和除菌，以滿(mǎn)足發(fā)酵系統(tǒng)的需要。該系統(tǒng)包括空 氣貯罐、空氣冷卻器、氣水分離器、空氣加熱器和 空氣過(guò)濾器等，其中空氣冷卻器和過(guò)濾器是影響系 統(tǒng)阻力的2個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。空氣冷卻器采用鄭州大學(xué) 早期開(kāi)發(fā)的SMK型列管式換熱器，其采用了靜態(tài) 強(qiáng)化傳熱元件，傳熱系數(shù)比一般列管式換熱器高一 倍以上，流體阻力下降30%左右；空氣過(guò)濾器采 用上海過(guò)濾器廠(chǎng)生產(chǎn)的GS型預(yù)、精過(guò)濾器組合方 式，系統(tǒng)總阻力減少了 0.03—0.04 MPa，空壓機(jī) 節(jié)電15%左右[5]，節(jié)能效果顯著。
2.2氣升式發(fā)酵罐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐
目前各生產(chǎn)廠(chǎng)家的發(fā)酵罐為傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌 式，功率消耗大，發(fā)酵后期由于發(fā)酵液的粘度高， 導(dǎo)致氣液固傳質(zhì)差、空氣利用率低、發(fā)酵不完善和 發(fā)酵周期長(zhǎng)等，因此國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠(chǎng)大都采用小體積發(fā) 酵罐，一般為30—40 m3，最大體積為60 m3。為 了解決能耗問(wèn)題，氣升式發(fā)酵罐是一種很好的取代 結(jié)構(gòu)[6 7]。
針對(duì)黃原膠的發(fā)酵特性，作者在原50 m3氣升 式發(fā)酵罐[6]的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出100 m3 (殼體直徑3.2 m)發(fā)酵罐（簡(jiǎn)稱(chēng)XG型發(fā)酵罐），并在工業(yè)生產(chǎn) 中得到應(yīng)用，這在國(guó)內(nèi)外尚屬首例，發(fā)酵周期縮短 20 h以上（傳統(tǒng)發(fā)酵周期一般為72 h)，單位產(chǎn)品 發(fā)酵用電節(jié)約70%，大大提高了生產(chǎn)效率，降低 了能耗。表1是2種發(fā)酵罐的功率比較情況，表2 是某月份的發(fā)酵生產(chǎn)情況。
表1 XG型發(fā)酵罐與攪拌罐功率配備情況•
丁ab.1 Power comparison of two
types of fermenterskW
供氣功率攪拌功率總功率 XG型發(fā)酵罐2. 602. 6
機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐2.62.55.1
'未表中功率都是以1m3發(fā)酵液計(jì)算。
表2100m3XG型發(fā)酵罐某月份生產(chǎn)情況
丁ab.2 Production data of Xanthan Gum in 100m3 XG-type fermenter
批次淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)
/ %產(chǎn)膠率
%發(fā)酵液粘度
/ (Pa • s)轉(zhuǎn)化率
%發(fā)酵周期 A發(fā)酵指數(shù)
/(kg • m-3 • h-1)
64.533.1513.1569.5450.560
74.533.3612.0074.2490.549
84.533.3812.5074.6500.541
94.533.3011.5072.8480.550
104.532.9214.0064.5490.477
114.533.411.6075.1500.544
2.3黃原膠溶液濃縮處理技術(shù)
酒精耗量大是造成黃原膠后提取費(fèi)用高（占總 生產(chǎn)成本的50%以上[2])的主要原因之一。由于 沉淀操作時(shí)溶劑用量與溶液濃度無(wú)關(guān)，只與溶液體 積有關(guān)[1]，因此，使用酒精沉淀法來(lái)提取黃原膠， 為降低溶劑的使用量，最好是提高黃原膠溶液濃 度，減小發(fā)酵液體積。有研究者采用超濾方法提高 黃原膠溶液濃度，取得了很好的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果[8]，但 由于膜產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、操作費(fèi)用等問(wèn)題，目前 這種方法還只是停留在實(shí)驗(yàn)室水平上，沒(méi)有得到工 業(yè)化應(yīng)用。通過(guò)蒸發(fā)濃縮操作也可實(shí)現(xiàn)黃原膠溶液 濃度的提高，為此作者先期進(jìn)行了國(guó)家“八五’’ 攻關(guān)課題“高粘度生物制品濃縮節(jié)能干燥裝置 (85-722-12-07)’’的研究，開(kāi)發(fā)出了高效濃縮裝置， 并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，如圖2所示，發(fā)酵液濃度從 發(fā)酵結(jié)束時(shí)的2.5%—3. 0%—次濃縮到4. 5%以 上，大大減少了體積，使沉淀酒精用量減少40% 以上，減少了酒精循環(huán)使用量，降低了生產(chǎn)及酒精 回收過(guò)程中的酒耗和能耗。
1.4連續(xù)干燥技術(shù)
目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠(chǎng)家所使用的干燥設(shè)備，大都是 雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥器，它存在以下缺點(diǎn)：①生產(chǎn)效 率低。干燥前物料為絮狀物，干燥器內(nèi)的傳熱主要 以導(dǎo)熱為主，傳熱系數(shù)小，并隨著干燥程度的提 高，傳熱效果逐漸變差，導(dǎo)致干燥時(shí)間長(zhǎng)。②間歇 操作，輔助時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。③產(chǎn)品質(zhì)量不 均。由于是間歇操作，操作條件難以保證一致，從 而影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
針對(duì)以上缺點(diǎn)，作者設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單的XG型連續(xù)干燥器，殼徑0.6 m、單臺(tái)有效長(zhǎng) 度3 m，如圖3所示。它具有以下特點(diǎn)：①連續(xù)操 作、干燥時(shí)間短、生產(chǎn)能力大；②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備 造價(jià)低；③操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小。
表3雙錐干燥器和XG干燥器的性能比較 丁ab.3 Comparison between XG-type and double-cone dryer
雙錐干燥器XG型干燥器
干燥時(shí)間1①1/10—1/8
投 資1①1/5—1/4
操作方式間歇連續(xù)
產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定穩(wěn)定
加熱介質(zhì)蒸汽或熱水蒸汽或熱水
①雙錐干燥器的參數(shù)定為1
2.5酒精回收技術(shù)
酒精回收效果的好壞，決定著酒精消耗和產(chǎn)品 的生產(chǎn)成本。廢酒液回收采用傳統(tǒng)的精餾操作，由 于黃原膠沉淀時(shí)大量的固形物遺留在廢酒液中，因 此為避免堵塔影響塔的操作，多數(shù)廠(chǎng)采用板式塔。 本項(xiàng)目先將廢酒液經(jīng)過(guò)處理，去除固形物，采用板 波紋高效填料塔操作，如圖4所示。具有以下優(yōu) 點(diǎn)：①生產(chǎn)能力提高35%，節(jié)省了設(shè)備投資；②廢 酒液進(jìn)塔前經(jīng)過(guò)二次預(yù)熱，回收了部分余熱，節(jié)省 生蒸汽量6%左右。
3結(jié)論
(1)通過(guò)以上技術(shù)措施在黃原膠生產(chǎn)中的實(shí) 施，本項(xiàng)目中噸產(chǎn)品電耗、酒精消耗、蒸汽消耗分 別為6800 kW/h、0. 9 t和120 t，與國(guó)內(nèi)同類(lèi)項(xiàng)目 相比均有顯著下降，產(chǎn)膠率、轉(zhuǎn)化率明顯提高，分 別達(dá)到3. 2%和71% (國(guó)內(nèi)同類(lèi)項(xiàng)目分別為2.5% 和60%左右），從而使得生產(chǎn)成本下降20% — 30%。
(2)國(guó)內(nèi)黃原膠生產(chǎn)歷史還不長(zhǎng)，本項(xiàng)目中的 關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備都是針對(duì)黃原膠的特點(diǎn)自行研制和 開(kāi)發(fā)的，為國(guó)內(nèi)黃原膠的生產(chǎn)和設(shè)備選型提供了一 定的經(jīng)驗(yàn)。