木糖技术
由乐开公司提供技术、工程设计和技术服务的典型木糖生产线有：安阳市豫鑫木糖醇科技有限公司5000吨精制木糖生产线，黑龙江七台河美华1,000吨/年结晶木糖生产线、黑龙江七台河泓辰5,000吨/年结晶木糖生产线、山东阳信金缘生物科技有限公司3,000吨/年结晶木糖生产线、甘肃昆仑公司4,000吨/年结晶木糖生产线、安徽丰原集团3,000吨/年结晶木糖生产线和山东临沭金鼎益生元公司2,000吨/年结晶木糖生产线等。
为便于大家了解从玉米芯提取结晶木糖的工艺过程，以下分三节进行介绍：
玉米芯制取木糖（D－木糖）的工艺过程可以分成三大部分：水解、精制和提取。
水解是将玉米芯中含有的戊聚糖通过硫酸催化水解得到单分子戊糖水解液，其中的戊糖主要是木糖。
精制是为了去除水解液中含有的固体悬浮物、有机有色物质、硫酸催化剂、胶粘性物质及灰分等杂质，得到比较纯净的戊糖水溶液。
提取是通过浓缩和结晶的办法使木糖以晶体形式从水溶液中析出并同时与其它戊糖分离，与从而得到髙纯度的结晶木糖成品。
1、 玉米芯水解：植物纤维原料主要由纤维素、半纤维素、木质素和灰分组成。其中的半纤维素为植物细胞壁聚糖，构成半纤维素聚糖链的单糖主要是：木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、岩澡糖和鼠李糖等。
葡萄糖为自然界存在量最大的六碳糖（己糖），己糖分己醛糖和己酮糖。已知自然界存在的己醛糖有D－葡萄糖、D－半乳糖、L－半乳糖、D－甘露糖和D－太罗糖共五种；已知自然界存在的己酮糖有D－果糖、D－阿洛酮糖、L－山梨糖和D－塔格糖共四种。
能够用于提取木糖的植物纤维原料必须满足两个要求：半纤维素含量较高且半纤维素聚糖链的单糖以木糖为主。
目前已经实现工业化生产木糖所使用的植物纤维原料有玉米芯、甘蔗渣和桦树造纸废液，其中以玉米芯为最佳。在我国只有玉米芯和甘蔗渣两种原料。
玉米芯的大约组成为纤维素35％，半纤维素39%，木质素 19％，灰分2％，其它5％。玉米芯所含半纤维素中聚糖链的单糖以木糖为主，占80％以上，其次为阿拉伯糖，占10％左右，木糖和阿拉伯糖相加占95％以上，其余为其它单糖。所以玉米芯适合用来提取木糖。
玉米芯的物理结构包含蜂窝状外层，白色环形块状中层和絮状内层。其主要质量在白色环形块状中层上，也即是生产木糖的主要部分。红色玉米芯的白色环形块状中层通常比白色玉米芯要厚实，所以红色玉米芯往往产糖率较高。
玉米芯浸泡在稀硫酸水溶液中，升温到128～130℃（对应饱和蒸汽压力0.16～0.18MPa），其中的半纤维素得以水解，得到以木糖为主的水解液。硫酸为水解反应催化剂，也可以用盐酸作为催化剂，但由于盐酸对设备腐蚀性太强，所以很少企业采用盐酸作催化剂。水解后，浸泡液与玉米芯残渣分离得到水解液，得到的水解液中硫酸含量在0.65～0.75％之间是比较合适的。
由于水解在高温下维持两小时半，不少水解得到的单糖分解成小分子有色物质或焦化成大分子有色物质，所以得到的水解液颜色较深，呈浅棕红色。水解液中大部分有色物质为水解过程产生而非由玉米芯原料带入，所以红色玉米芯与白色玉米芯所产水解液的颜色深浅基本一致。
2、水解液精制：玉米芯水解后得到的水解液中含有大量的非糖类杂质，主要有固体悬浮物（玉米芯碎屑或夹带物）、硫酸（水解过程添加的催化剂）、有机酸（有机物在高温水解过程的分解产物）、有机有色杂质（有机物在高温水解过程的焦化合成产物或分解产物）、有机大分子胶粘性物质（超大分子有机物不完全水解产物）和灰分（溶解在酸性水解液中的无机盐类杂质）。
水解液中含有的非糖类杂质必需去除才能得到纯净的糖溶液，非糖类杂质的存在不但影响最终产品的质量，还有可能影响木糖的结晶过程，甚至造成木糖不能顺利从糖浆中结晶出来或者晶形很差。除去水解液中含有的非糖类杂质的过程就是水解液的精制过程，或者叫净化过程。
精制水解液的主要方法有：闪蒸、过滤、中和、活性炭脱色、真空蒸发和离子交换等。
1、闪蒸：闪蒸是利用高温水解液自身含有的显热，通过抽真空降低水解液的沸点，水解液中一部分水蒸发出去。闪蒸过程水解液的显热变成水蒸气的潜热，水解液温度下降。1吨糖液温度每下降10℃，约可以蒸发出去18公斤水。
闪蒸本来是为了节能而采用的，但水解液闪蒸时其中一部分挥发性强的有机酸也随水蒸气蒸发而出，因而也对水解液有精制作用。
2、过滤：过滤是最常用的固液分离方法。糖液通过过滤设备时，糖液中的固体悬浮物因粒径较大，无法通过过滤介质中的细微孔道被截留。而糖液中的糖类分子和水分子粒径都较小，能够通过过滤介质中的细微孔道，从而使糖液与固体悬浮物分离，糖液得到精制。木糖行业常用的过滤设备为板框压滤机，其过滤介质为纤维编织滤布。
3、中和：中和是利用钙盐与硫酸反应生成硫酸钙，硫酸钙因溶解度较低易形成沉淀通过过滤除去，从而达到去除水解液中部分硫酸的目的。中和过程在除去硫酸的同时给水解液带入了少量的钙，所以合理控制中和终点很重要，过度的中和会由于大量钙的带入而得不偿失。
中和常用钙盐有两种，一种是碳酸钙（即轻质碳酸钙粉末，俗称轻钙粉），另一种是氢氧化钙（即消化石灰粉，俗称灰钙粉）。采用碳酸钙的优点是轻钙粉中的钙盐纯度较髙（99％以上），中和后带入糖液中的杂质离子少；缺点是价格较高，且在中和过程产生大量的泡沫。采用氢氧化钙的优点是灰钙粉的价格较低，且中和过程不产生泡沫；缺点是灰钙粉的钙盐纯度低（95％左右），中和后带入糖液中的杂质离子较多。综合比较，建议采用碳酸钙作为中和剂。
4、脱色：脱色是利用粉末活性炭拥有的巨大活性表面吸附杂质（主要是有机杂质）和色素（即有机有色杂质），然后通过过滤将吸附的杂质连同活性炭一并去除，达到糖液精制的目的。活性炭吸附杂质的过程属物理吸附，活性炭吸附有机物的能力远大于吸附无机盐类，吸附大分子有机色素的能力远大于吸附小分子有机色素的能力。
市售的粉末活性炭根据其制造方法分为氯化锌炭和磷酸炭，氯化锌炭制造是以氯化锌为成孔剂，磷酸炭则以硫酸为成孔剂。氯化锌炭灰分较低，且孔道多而活性表面较大，脱色能力也较强。磷酸炭则灰分较髙，且活性表面积较小，脱色能力也较弱。磷酸炭还存在假脱色问题，即脱色后糖液透光检测合格，实际色素脱除率不够，因为磷酸有漂白作用。木糖行业脱色宜采用氯化锌炭而不能采用磷酸炭。
生产活性炭的原料有木屑（木材加工过程产生的锯末）、果壳和甘蔗渣等，大部分是以木屑为原料。市场上还有回收炭出售，是从各企业回收的废旧活性炭经碱洗再生而得，脱色力较低，价格非常便宜，但使用风险较大（可能带不知名有毒有害物质），不适合木糖行业使用。市场上还有一种颗粒状活性炭，可装在脱色柱内反复使用，每次失效后通过碱洗恢复脱色效率。颗粒活性炭的脱色力在反复使用过程中逐渐下降，无法长期保证脱色液质量，木糖行业一般将其用于最终净化糖液提质用途，而不用于前期脱色负荷较大的脱色工序。
木糖生产中由于水解液颜色较深，生产1吨木糖活性炭消耗量在120～150Kg之间，不应寄希望一次脱色过程就能达到脱色要求，宜采用多次脱色，且每次脱色操作都应采用半逆流脱色以多次并彻底利用活性炭的脱色力，从而达到省炭的目的。
5、真空蒸发：真空蒸发是利用糖液在真空下沸点降低特性，使糖液在较低的温度下完成蒸发水分的过程。蒸发过程需要蒸汽连续对糖液加热以提供水转化成水蒸气所需蒸发潜热。多效真空蒸发是利用糖液在越高真空下沸点越低的特性，通过真空泵对蒸发系统抽真空使蒸发各效真空度逐效升高，也即蒸发各效蒸发温度（沸点）逐效降低，这样只有一效需要使用生蒸汽，其余各效则采用各自的前一效蒸发出来的水蒸气（俗称二次蒸汽）作为加热热源，从而达到节约新鲜蒸汽的目的。
现在木糖行业一次和二次蒸发大多采用新型高效的降膜蒸发器，糖液以薄膜的形式流过加热管的表面，短时间的接触即可完成蒸发所需的换热量。木糖的三次蒸发由于糖液浓度较高，沸点升高（比相同真空度下的水的沸点高出的温度）较大，一般采用单效蒸发，常用单效标准蒸发器或单效降膜蒸发器。用单效标准蒸发器的优点是最终浓缩浓度和自然起晶好控制，缺点是在高温下停留的时间较长；单效降膜蒸发器的优缺点正好与单效标准蒸发器相反。
糖液通过蒸发后，其中一部分水分被蒸发出去，糖液得到浓缩，糖浓度上升，糖液体积减少，降低了后序工序需要处理糖液的体积。糖液蒸发的主要目的是浓缩，但糖液在蒸发的同时，糖液中的一部分易挥发有机物（部分有机酸及醛类）也被蒸发除去，所以蒸发过程除了浓缩糖液外，也起了精制糖液的作用。
6、离子交换：离子交换分阳离子交换和阴离子交换，阳离子交换是利用阳离子交换树脂提供氢离子（H＋）与糖液中的钙（Ca2＋）、镁（Mg2＋）和钠（Na＋）等杂质阳离子进行交换，树脂上的氢离子进入糖液中，糖液中的杂质阳离子则被吸附在树脂上；阴离子交换是利用阴离子交换树脂提供氢氧根离子（OH－）与糖液中的硫酸根（SO42－）、氯根（Cl－）和有机酸根等杂质阴离子进行交换，树脂上的氢氧根离子进入糖液中，糖液中的杂质阴离子则被吸附在树脂上。糖液通过阳离子交换和阴离子交换后，糖液中的杂质阳离子和杂质阴离子都被吸附到离子交换树脂上被去除，这些杂质离子为糖液中硫酸、有机酸和灰分等杂质的组成部分。从树脂上交换入糖液的氢离子和氢氧根离子则结合为水。
离子交换常用设备为离子交换柱，充填阳离子交换树脂的称为阳离子交换柱，充填阴离子交换树脂的则称为阴离子交换柱。木糖行业采用的离子交换柱有敞口的常压柱，也有密闭的压力柱，敞口柱树脂损耗小且便于观察但再生冲洗慢；密闭柱再生冲洗快但树脂损耗相对较大，特别是一次交换柱因再生较为频繁显得更加突出。
比较适合木糖行业使用的阳离子交换树脂牌号是001×7，为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，出厂为钠型，交换容量为4.5Mmol/g；比较适合木糖行业使用的阴离子交换树脂牌号是D201和D301，分别为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，交换容量分别为3.7和4.8 Mmol/g。D301由于抗污染能力较强适合用在木糖的一次交换和二次交换，D201则适合用在木糖的三次交换。
离子交换树脂除了能够提供可交换的离子，还能通过物理吸附作用吸附一些有机杂质，特别是小分子的有机有色物质，很难被活性炭吸附，但很容易被离子交换树脂吸附。所以离子交换是糖液精制处理最重要的方法。
玉米芯水解液中含有的非糖类杂质，其中固体悬浮物通过过滤去除、硫酸通过中和和离子交换去除、有机酸通过离子交换和蒸发去除、有机有色杂质通过活性炭脱色和离子交换去除、有机大分子胶粘性物质通过活性炭脱色去除和灰分通过离子交换去除。水解液通过闪蒸、过滤、中和、活性炭脱色、真空蒸发和离子交换等组合精制措施处理后，其中的非糖杂质基本被除去，得到纯度较高的木糖净化液。
木糖生产线-湍球塔除尘器
三、结晶木糖提取：
水解液经过净化后，绝大部分非糖杂质被去除，得到了洁净的木糖溶液。但其中尚含有葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、核糖和赤藓戊酮糖等。木糖的结晶一是将木糖以结晶体的形式从糖液中提取出来得到便于销售的固体产品，二是木糖进一步与杂糖分离，得到纯净的木糖产品。结晶木糖的提取是制造木糖的最终工序，包括浓缩、结晶、离心分离、干燥和包装五个步骤。
1、浓缩：浓缩是为结晶创造必要条件，糖液通过浓缩提高浓度，也就提高了单位水里溶解的木糖量。
经过净化以后的木糖溶液浓度在12～16％之间，需要浓缩到81～83％，浓缩倍数在5～7之间。由于浓缩倍数较大且最终出料浓度较高，若采用一套多效蒸发器一步到位浓缩，末效的流量将会与一效差距过大对蒸发器运行不利，而且高浓度糖液的沸点升高很多，将导致一效温度高对糖造成危害。所以净化后糖液的浓缩一般采用两段进行，第一段采用多效（三效或四效）降膜蒸发器将糖液浓缩到55～60％，第二段再通过单效蒸发器将糖液由55～60％浓缩到81～83％。
第二段浓缩采用的蒸发器一般有两种，一种是中央降液循环列管式蒸发器，俗称标准式蒸发器，属周期性操作间歇式蒸发器；另一种是降膜蒸发器，连续出料。建议采用标准式蒸发器，因为高浓度糖浆继续浓缩时，蒸发水量的细小变化都会导致糖液浓度的较大变化。若采用降膜蒸发器浓缩，进出料都是连续的，浓度上升很快，需要很强的操作经验，否则瞬时出料浓度波动很大，难以控制最终的出料浓度和自然起晶量；标准式蒸发器由于间歇操作，蒸发器内始终存有大量的糖浆，浓度是逐渐上升的，上升到需要浓度时停机出料，最终的出料浓度和自然起晶量都很方便控制。
乐开公司可以给蒸发器加装在线浓度测量仪随时显示蒸发器内糖浆浓度，使浓缩操作更加方便。
以往木糖行业第一段浓缩到38～40％，但从节能的角度看，第一段是采用多效蒸发，应该浓缩到55～60％，让多效蒸发器尽量多蒸发一些水分，减小单效蒸发器的蒸发水量显然可以节约新鲜蒸汽的消耗量。
在这里需要介绍几个简单的专业术语：玉米芯经过水解锅水解获得的未经精制的粗木糖溶液称为水解液；水解液经过第一步净化（过滤或脱色）后即称为木糖液，生产中为便于区分常根据木糖液所处工序命名为一次脱色液、中和后液及二次阴离子交换后糖液（简称二阴液）等；木糖液经过浓缩浓度上升到55％以上，变得比较粘稠，称为木糖浆；木糖浆进一步浓缩到过饱和，木糖晶粒析出，含有晶粒的糖浆称为木糖膏。
2、结晶：结晶是利用木糖在水中的溶解度随温度下降而减小的特性，先在高温下浓缩糖液使水中溶解的糖量达到极限，然后通过降温，溶解度下降，超出水溶解能力的木糖析出形成木糖结晶。
在木糖形成结晶析出时，其它杂糖因为量少达不到过饱和仍溶解在水中而不析出，只有极少量在木糖结晶时与木糖混杂在一起。
在某一个固定温度下，单位量的水所能溶解木糖的最大量称为木糖在该温度的溶解度，此时的木糖溶液为饱和溶液，不能再继续溶解木糖。单位量的水溶解了超出其溶解度的木糖，形成了木糖的过饱和溶液，其中糖量除以其溶解度对应糖量即为过饱和溶液的过饱和度（过饱和系数）。因为木糖的饱和溶液，不能再继续溶解木糖，所以过饱和溶液不能通过往溶液中添加过量的固体糖溶解而得，只能通过饱和溶液降温溶解度下降而得，或者通过浓缩从饱和溶液继续蒸发水分而得。
过饱和系数1.0～1.3的木糖溶液，其中存在的木糖晶体可以长大，过饱和系数超过1.3的木糖溶液，会自动产生新的晶粒析出。木糖结晶的过程就是通过浓缩产生过饱和系数超过1.3的木糖溶液，自动产生晶粒（自然起晶），然后进入结晶机中冷却降温，通过控制降温速度使木糖膏的过饱和系数保持在1.1～1.2之间，晶体逐渐长大。
除了自然起晶的方法，乐开公司还有一种加晶种结晶的方法，即通过添加现成的粉碎好的微小晶粒作为晶种，晶种长大以后的粒度及均匀度都较自然起晶的要好。
木糖结晶的时间越长即速度控制的越慢，结晶体的晶形越好，晶粒越密实，结晶收率也越高。经验表明，木糖的结晶时间以60小时为佳。
木糖膏完成结晶后，除了已经析出成为晶体的木糖外，仍有一部分剩余的木糖与其它杂糖一起溶解在水分中，这部分溶解态的糖与水分组成的糖浆溶液我们称之为母液。
木糖常用结晶设备为卧式降温结晶机，依靠转动的卧式搅拌螺带混匀糖膏并保持晶粒悬浮而不沉降。小型的结晶机（8立方以下）依靠冷却夹套通冷却水降温，大型的结晶机（9立方以上）除了带冷却夹套外还在搅拌螺带上加设了冷却盘管。
结晶机的冷却夹套为常压设计，通常应设呼吸口，应避免对结晶机夹套的打压试验或让夹套承受水压，但可以用水常压试漏。
为了保证冷却夹套或冷却盘管中冷却水水温的均匀稳定和避免换热面结垢，每台结晶机宜设单独的循环冷却水泵来循环其冷却水，让循环冷却水通过换热器与外界冷源换热降温。
木糖行业往往采用单纯的一次结晶来提取结晶木糖，所以采取各种手段包括通过提高浓缩浓度和延长结晶时间来增加结晶率，以提高木糖的总收率。实际上，精制净化后的木糖液中木糖的纯度约为80～87％，其它杂糖含量为13～20％，只要保证用于结晶的木糖膏木糖纯度大于78％，木糖即可顺利结晶。也即我们可以通过回套一部分木糖母液到二次脱色以将结晶前木糖浆的纯度调到78～80％，即可提高一部分结晶收率。当然，实现回套母液提高结晶收率，采用高压液相色谱分析仪测控结晶前木糖浆的纯度是必不可少的。
3、离心分离：离心分离是利用离心机高速旋转的转鼓（筛篮）产生的离心力使糖膏中的木糖晶体与母液分离的过程。经过离心分离，得到固态的木糖结晶体保留在离心机转鼓内的滤布内，母液透过滤布和转鼓筛篮的缝隙进入母液池。
木糖行业在离心分离后期往往喷淋甲醇来洗涤木糖结晶，因甲醇不溶解木糖，所以用甲醇淋洗能获得更多木糖产品。甲醇属于易燃易爆危险品，且毒性较大，其蒸气对眼睛的伤害也较大。所以使用甲醇时应注意防火防爆，还应避免误食和挥发产生蒸汽，室外甲醇贮罐要注意夏季用冷水水淋降温。因为用甲醇淋洗，木糖母液不允许直接食用或进入食品加工领域。
乐开公司正在研究取消甲醇淋洗的工艺，即改用清水来洗涤木糖结晶，通过回套母液来回收被淋洗水溶解的木糖。
木糖企业现在所用的离心分离设备绝大部分为SS型人工上卸料三足离心机，分离效率低，劳动强度大。之所以没有采用高效率的上悬式离心机，主要是因为木糖行业较小，单个生产线产能较低。随着木糖行业的快速发展和5000吨/年木糖生产线的上马，采用上悬式离心机是必然趋势。
4、干燥：干燥是通过木糖结晶与热风接触，离心分离后残留在木糖结晶表面的水分和甲醇受热蒸发后被热风带走去除。
木糖结晶经干燥后才能达到成品木糖水分要求，干燥前晶体之间容易粘结，长期存放会结块或板结。干燥后，晶体之间不再粘结结块，变得非常松散，流动性也较好。甲醇因挥发性较好，经过干燥后，成品木糖检测不出甲醇残留。
木糖行业通常采用振动流化床干燥机来干燥木糖，木糖在振荡前进通过干燥机时，被从底部吹出的热风半悬浮在空中与热风充分接触而得到干燥。随风带走的细微糖粉被旋风分离器和袋式过滤除尘器捕集回收。
一般振动流化床干燥机的进出口都设旋振筛，前旋振筛的目的是使进入干燥机的湿糖以松散状态进入干燥机，以充分干燥和避免结块；后旋振筛的目的是筛出干燥过程形成的团块回收。筛面上积留的团块可以手工捏碎后再过筛使用。
5、包装：包装是将干燥好的结晶木糖经计量充填到包装袋中以便于贮存、运输、销售和客户使用。木糖常用塑料编织袋内衬塑料薄膜袋来包装，通常有25公斤和50公斤两种规格。 由于木糖生产线产能较小，大部分企业都采用手工包装，随着大规模生产线的建设，可以采用半自动包装机械或全自动包装机。我国的包装机械产品都是成熟的。利用手工包装时，使用不锈钢方槽放在干燥机后旋振筛的出料口接料，然后再用勺斗往包装袋充填可以避免漏料到地上，同时比较方便手工称量。
木糖生产线-螺杆空压机
第二节 典型工艺流程简介
玉米芯制取木糖（D－木糖）的典型工艺流程为：
收料――→上料――→水解――→中和――→一次脱色――→前阳交换――→一阴交换――→一阳交换――→一次蒸发――→二次脱色――→二阴交换――→二阳交换――→三次串联交换――→二次浓缩――→三次浓缩――→结晶――→离心分离――→干燥――→包装――→废渣处理
一、上料工段：
1、收料：
收料工作属制造木糖的准备工作。由于收料与大量的农户打交道，非常繁琐。为了保质保量完成收料工作，必须了解一些收料的基本知识。
我国绝大部分玉米产区亩产干燥玉米（粒）500Kg，副产玉米芯125～150 Kg。充分晒干的玉米芯水分在14％以下，湿的玉米芯水分则高达40％以上。干玉米芯的堆比重在0.15～0.18之间，即每吨玉米芯的堆放体积5.5～6.5立方之间。
玉米芯的堆放高度一般在6～7米，一般采用露天堆放。露天堆放通风较好，消防方便，而且无需建造规模宏大的顶棚。顶层被雨淋时能较快被重新晒干或风干，所以长期堆放一般只坏顶层一小部分。
堆放1万吨玉米芯需要约15亩场地。在雨量较充沛地区宜使用水泥场地（水泥厚8～10cm即可），同时排水设施通畅；雨量较少的地区，可使用压实泥土地。
玉米芯堆放时可采用移动式斜皮带输送机来堆髙，以降低人力。新收玉米芯最好能堆放20天以后送车间使用，玉米芯堆放过程会产生自然发酵作用降解调一部分胶粘性物质。潮湿玉米芯堆放时比较容易发生霉烂，所以最好不要堆大垛且尽早安排车间使用。
玉米芯堆大垛时最好定距离（约6米）布置一些散气筒以避免自然发酵产生的热量集聚在垛底发生火灾或炭化玉米芯。
收料时宜尽量多收干鲜玉米芯，不收潮湿霉烂玉米芯。干鲜玉米芯颜色光鲜发亮，不易掰断，水解后水解液糖浓度较高；潮湿霉烂玉米芯则颜色发灰发暗，容易掰断水解后水解液糖浓度较低。收料时还应注意避免夹带杂物，可在堆垛前的拆包过程检查。
玉米芯一般采用尼龙网兜包装后装车运输。企业也可以与收购大户签订协议后由收购大户组织货源。随着木糖行业的快速发展，玉米芯价格越来越髙，企业宜借机建立优质优价收购机制，引导农户不再洒水或掺假。计量上考虑以体积计价也不失为一种好办法。
2、上料：
上料的第一步是将玉米芯原料从料场运送到车间上料皮带的接料斗中。小型企业一般采用人工装料到小型三轮翻斗车中，再运送到车间接料斗，或使用小型装载机装料到小型翻斗车中；大型企业则采用中型或大型装载机将料从玉米芯垛装到翻斗汽车中，再由翻斗汽车运送到车间接料斗。
玉米芯进入车间上料皮带的接料斗中后由皮带送到振动筛分输送机上筛除一部分泥沙及碎屑后进入洗涤机。玉米芯洗涤机以往一般选用造纸行业的水力碎桨机。乐开公司设计的拨轮式洗涤机不但洗涤效果好，而且耗水耗电都远小于水力碎桨机。玉米芯洗涤机应定期清除其沉砂斗中的泥沙。
洗涤后玉米芯通过振动脱水筛脱水后进入斗式提升机或大倾角带挡边皮带输送机，然后被提升输送到水解锅顶的水平皮带输送机上，再由分配插板控制经溜槽送入需要装料的水解锅中。
二、水解工段：
水解锅装满料后（一般装到比水解锅体直筒与锥形顶封头接缝稍低一些），开始进行水解。
水解的第一步是稀酸预处理。进入水解锅的玉米芯，其蜂窝状外层仍不可避免附着有牢固的泥土，而且玉米芯还含有非半纤维素的糖类、色素、果胶、含氮物和脂肪等，这些物质进入水解液中将大大加重后序精制工序的负担。所以玉米芯在水解前需要采用稀酸预处理来提前除去这些杂质，处理条件为0.1%硫酸（往锅内添加原料稀硫酸溶液浓度为0.2%）120℃处理1小时。这个条件基本不会造成半纤维素水解而损失木糖，但通过稀酸处理后，水解液质量大为提高。
玉米芯经稀酸预处理后，加入添加好硫酸的上一锅洗液为原料，通蒸汽升温到规定温度（128～132℃），并保温维持规定的时间（2.5小时），完成水解。大部分木糖企业通过看水解锅压力来控制水解的温度，水解锅内的饱和蒸汽压力虽然与温度有对应的关系，但在锅内空气未排干净的情况下，实际温度会低于压力对应的温度，所以水解过程水解锅的排空阀需要一直微开以充分排空空气。乐开公司采用耐腐蚀的热电阻温度计来测量水解锅内的温度，显示的温度不再受锅内残留空气的影响。
水解完成排完水解液后，水解锅内的玉米芯渣上仍残留大量的水解液，是否能够用水充分将这部分残液中的木糖洗涤出来，将直接影响到玉米芯的产糖率和水解液的糖浓。比较好的方法是将废渣处理工段的清渣水加入到刚完成水解后的水解锅中，用蒸汽升温到充分沸腾，再用压缩空气压排出来，得到洗液用于下一锅水解的原料。
做完洗液后，用压缩空气对水解锅升压，然后打开排渣大阀将残渣排空。对每个水解锅来说，水解操作是间歇的，但是均匀交错开时间间隔的数个水解锅共同操作，则水解工段的进料和水解液排出就变得比较均匀连续了。
三、精制工段：
1、中和：用泵将水解液送入中和罐，边搅拌边逐渐往中和罐加入轻质碳酸钙粉末，不断用精密PH试纸检测，直到PH上升到3.3～3.6，取样化验，无机酸应在0.09～0.12%。然后加入后序脱色工序使用过的二次旧炭，充分搅拌后送去板框压滤机过滤。由于用轻钙粉中和产生二氧化碳导致大量泡沫产生，为避免泡沫影响中和过程，可以由两种解决办法，一是将轻钙粉用水配成乳液缓慢流加到中和罐，二是在中和罐入口管加设挡板使水解液以膜状流入中和罐，同时根据经验将大部分应加入的轻钙粉用铁锹洒到水解液膜上，剩余少量的轻钙粉在满贯后根据PH检测结果缓慢添加。
中和温度对中和效果也有影响，较低温度下硫酸钙溶解度较大，会导致中和液中钙的残留量增加。中和前宜将糖液加热到80～82℃。
2、一次脱色：因中和液颜色较深，一次脱色的活性炭消耗量较大，占到总耗炭量的约四分子三。为了充分利用活性炭的脱色能力节约活性炭，一般采用半逆流脱色工艺。一次脱色需准备三个搅拌罐：中和液贮罐、中间液贮罐和脱色罐，中和液贮罐容积可以较大，但中间液贮罐和脱色罐容积一样。脱色罐内充满糖液后加入新鲜活性炭充分搅拌脱色，然后送到拆洗好的新板框压滤机全部过滤后将滤液送到脱色液贮罐，过滤完后先不拆洗板框，将中间液贮罐内的糖液通过充满炭饼的该台板框全部过滤后将滤液送到脱色罐，过滤完后再将中和液贮罐内的糖液通过该台板框过滤后将滤液送到中间液贮罐直到满罐。两台板框一台过滤，一台拆洗，交替使用。中和液从中和液贮罐逐批过滤依次逐步到达中间液贮罐、脱色罐和脱色液贮罐，完成一次脱色过滤。板框压滤机可通过加减板框的数量调节其过滤面积，使得大多数情况下过滤完脱色罐一整罐糖液后滤饼基本全充满板框。
一次脱色新开车时，只有中和液贮罐有料，中间液贮罐和脱色罐都为空罐，可同时打开中和液贮罐、中间液贮罐和脱色罐的出料罐使三罐联通，中和液靠自流充满中间液贮罐和脱色罐。
脱色罐中新鲜活性炭的加入量根据脱色液的透光率（俗称透光）指标来控制，若脱色罐取样经滤纸过滤后检测透光不够，需补加新鲜活性炭直到取样检测合格。
由于木糖液中的许多色素在相对低温下更容易被活性炭吸附，所以糖液在进入脱色罐前宜降温到50～52℃，这个温度还有一个好处是脱色液进入前阳交换不再需要降温。
3、前阳交换：一次脱色液中含有的灰分、有机酸和有机酸需要通过离子交换来去除。一次脱色液PH在3.2左右，呈明显酸性，从充分发挥树脂交换能力角度出发，应先进入阴离子交换柱交换。但由于中和法工艺一次脱色液中钙含量较高的特点，糖液硬度较大，直接进入阴离子交换柱会对阴离子交换树脂造成较大的毒害。所以一次脱色液需经前阳交换进行软化，一次脱色液在前阳交换过程中，糖液中的阳离子（以Ca2＋为主）被置换成氢离子（H＋），PH下降1.5～2.0，检测其中无机酸含量，交换后明显大于交换前。
木糖水解液有一个特性，其透光率随PH降低而提高，主要因为其中显色物质的吸光特性受PH影响。前阳交换过程由于树脂吸附一部分色素，同时PH又下降，所以透光明显上升。随着树脂交换能力的下降，其吸附色素的能力也下降，所以出料透光率也同步下降，从出料透光率的下降也可以看出树脂交换能力的丧失情况。
糖液中钙离子含量的检测比较复杂，耗时也较长，通常用测进出料的无机酸含量和出料透光率来检测树脂是否失效。为了确保糖液的软化效果，除了用检测无机酸和透光率来判断交换终点外，一般还根据经验规定前阳交换的过液量不超过树脂体积的8倍。
交换柱到达交换终点后，其中树脂交换能力基本丧失，需要用稀酸溶液泡洗树脂，以恢复树脂交换能力的过程叫再生。稀酸液中含有髙浓度的氢离子，再生过程中氢离子与树脂上吸附的杂质阳离子发生交换，杂质阳离子随再生废液排出，氢离子则进入树脂中。前阳交换的再生与其它阳离子交换过程有一个典型的不同是不能用硫酸再生，只能用盐酸再生。因为前阳交换失效后树脂上吸附了大量钙离子，钙离子与硫酸根结合会生成硫酸钙沉淀吸附在树脂上不易洗脱，严重时造成树脂板结。其它阳离子交换过程因树脂上钙离子较少，则既可以用硫酸再生也可以用盐酸再生。用硫酸再生的好处是成本比盐酸稍低一些，用盐酸再生的好处是再生效果要好于硫酸，综合考虑，建议采用盐酸再生。
为了节约盐酸用量，前阳交换的再生可以先用回收盐酸浸泡，再通新鲜稀盐酸泡洗，然后用水冲洗。因为前阳交换后树脂上钙离子较多，所以用水冲洗出来的用过稀盐酸液不能再回收使用，而是直接排到污水处理站。这一点与其它阳离子交换过程也不一样。
4、一阴交换：经过前阳交换后，糖液中很大一部分杂质阳离子被去除，PH降到1.5～2.0，将其通入一阴交换柱中，糖液中的阴离子（以硫酸根离子和有机酸根离子为主）迅速与阴离子交换树脂上的氢氧根离子发生交换而除去，出料糖液PH大幅度上升到7.5～9.0，取样检测无机酸<0.01%。
一阴交换过程在树脂吸附一部分色素的同时PH大幅上升，综合作用的结果，一阴交换前期出料的透光明显比进料上升。随着交换的进行，树脂吸附色素的能力也下降，出料透光率也逐步下降，最后透光率甚至比进料还略低。一阴交换出料透光率的下降也反映出树脂交换能力的丧失情况。
一阴交换柱到达交换终点后，一阴树脂失效，需要用稀碱液来泡洗再生，木糖行业通常使用烧碱（氢氧化钠）。稀碱液中含有髙浓度的氢氧根离子，再生过程中氢氧根离子与树脂上吸附的杂质阴离子发生交换，杂质阴离子随再生废液排出，氢氧根离子则进入树脂中。
为了节约烧碱用量，一阴交换的再生可以先用回收碱液浸泡，再通新鲜稀碱液泡洗，然后用水冲洗。回收碱液经再次利用后排出来的废碱液没有在利用的价值，排到污水处理站；但新鲜稀碱液泡洗后排出来的稀碱液则进入到回收碱池以资后用。
5、一阳交换：一阴交换后，糖液中大部分杂质离子都被去除，但要彻底除去糖液中的杂质离子，还需进一步反复多次通过阳离子交换和阴离子交换，以获得优质的净化糖液。将一阴液通入一阳交换柱后，糖液中的剩余少量阳离子（以钙离子为主）与阳离子交换树脂上的氢离子发生交换而除去，出料糖液PH下降到2.5～3.0，检测其中无机酸含量，交换前检测不出，交换后在0.01～0.05％之间。
一阳交换过程由于树脂吸附一部分色素，同时PH又下降，所以透光明显上升。随着树脂交换能力的下降，其吸附色素的能力也下降，所以出料透光率也同步下降，一阳交换也可从出料透光率的看出树脂交换能力的丧失情况。
一阳交换柱到达交换终点后，一阳树脂失效，需要用稀盐酸液来泡洗再生。为了节约盐酸用量，一阴阳交换的再生可以先用回收盐酸液浸泡，再通新鲜稀盐酸液泡洗，然后用水冲洗。回收盐酸液经再次利用后排出来的废酸液没有在利用的价值，排到污水处理站；但新鲜稀盐酸液泡洗后排出来的稀盐酸液则进入到回收酸池以资后用。
6、一次蒸发：水解液中的糖浓度（俗称糖浓）一般为折光6.0～8.5％，由于新离子交换柱起用和失效停用都会冲稀糖液，经过前阳、一阴和一阳交换后，糖液浓度降到折光4.5～6.0％。通过一次蒸发将糖液浓度提高到折光26.0～28.0％，糖液体积大为减少，降低了后序工序的精制负担，同时糖液中杂质的浓度也提高很多，为后序净化工序提供了方便，也使后序净化后糖液质量更有保证（在相同杂质含量情况下，糖浓度越高，其纯度也就越高）。
一阳液由泵依次送入四效降膜蒸发器的一效、二效、三效和四效，从四效出来后送去二次脱色。糖液流经各效时，每效都蒸发除去一部分水，糖浓度逐效升高。可通过调节进入一效的加热新鲜蒸汽量来控制蒸发出料的糖浓度。乐开公司可为四效降膜蒸发器提供自动控制装置来实现蒸发的全自动操作，从而取消蒸发的操作人员。
糖液中含有的一部分异挥发有机酸也在蒸发过程中蒸发去除，有的被真空泵抽走，有的进入汽凝水中。一次蒸发产生的汽凝水因含有大量的有机酸，所以不适合回收使用，一般直接排到污水处理站。
7、二次脱色： 糖液通过一次蒸发后，浓度提高，其中的有色物质浓度也同时提高，加上一些有机物质在蒸发高温作用下产生新的有色物质，糖液在一次蒸发后透光率下降到20％左右。
二次脱色也可以像一次脱色一样采用半逆流脱色工艺以降低活性炭消耗。一次蒸发后糖液温度在60～65℃之间，二次脱色与一次脱色不同，无需对糖液进行降温。
8、二阴交换：二次脱色后糖液PH在1.8～2.3之间，送到二次离子交换工序继续去除杂质离子。
二次交换的负荷比一次交换要小的多，木糖行业二次交换有多种做法：一种是先经二阴，再经二阳；另一种是先经二阳，再经二阴；还有一种是阳柱与阴柱串联起来使用，同时投入使用，同时进行再生。第一种方法酸碱消耗最低，第二种方法对阴树脂保护较好，第三种操作最为方便。建议采用第一种方法。
二次脱色液经二阴交换后PH上升到7.0～8.0，前期出料的透光明显比进料上升，但随着交换的进行，树脂吸附色素的能力也下降，出料透光率也逐步下降，最后透光率接近进料。
二阴交换柱到达交换终点后，使用烧碱（氢氧化钠）稀碱液再生。因到达二阴交换的糖液质量已经非常好，二阴再生不能再使用回收碱液浸泡，只能通新鲜稀碱液泡洗，然后用水冲洗。新鲜稀碱液泡洗后排出来的稀碱液则进入到回收碱池以资后用。
9、二阳交换：
二阴液经二阴交换后PH降回到3.5～5.0，出料透光率上升到90％以上。
二阳交换柱到达交换终点后，使用稀盐酸液再生。二阳再生不能再使用回收酸液浸泡，只能通新鲜稀酸液泡洗，然后用水冲洗。新鲜稀酸液泡洗后排出来的稀酸液则进入到回收酸池以资后用。
10、三次串联交换：
糖液进入三次交换后，已经非常纯净。三次交换的负荷极小，但三次交换对糖液质量的充分保障作用很大。三次交换因负荷小，没有必要再分步进行交换，通常都采用阴阳柱串联交换。
乐开公司引入了一种特别的串联交换方法，既能更好保证糖液质量，又能充分利用离交树脂的交换能力。即使用6个离交柱：1号阴柱、2号阳柱、3号阴柱、4号阳柱、5号阴柱和6号阳柱，用2、4和6号柱的出料电导率指标来判断交换柱的失效。糖液先经过1号―→2号―→3号―→4号进行交换，1号和2号柱先失效，停止交换进行再生；糖液流向改成3号―→4号―→5号―→6号进行交换，3号和4号柱先失效，停止交换进行再生；糖液流向再改成5号―→6号―→1号―→2号进行交换，5号和6号柱先失效，停止交换进行再生。如此周而复始，依次进行交换和再生。
三次串联交换后糖液PH在5.0～6.0，出料透光率上升到95％以上。三次交换柱的再生只能使用新鲜稀烧碱液或新鲜稀盐酸液，使用后排出的稀烧碱液或新鲜稀盐酸液分别进入回收碱池和回收酸池。
四、提取工段（成品工段）：
1、二次浓缩：三交液由泵送入多效降膜蒸发器进行二次浓缩。糖液流经各效时，每效都蒸发除去一部分水，糖浓度逐效升高。可通过调节进入一效的加热新鲜蒸汽量来控制蒸发出料的糖浓度。糖液被浓缩到折光55～60％后送去三次浓缩。
二次浓缩由于进料糖液已经非常纯净，其中的非糖类有机杂质被去除得较彻底。所以蒸发产生的汽凝水也较纯净，可以回收使用，一般是送到废渣处理工段作为洗渣用水。
2、三次浓缩：二次浓缩后的糖浆被真空吸入三次浓缩的标准式蒸发器中，边浓缩边补料，糖浆浓度和液位都逐渐上升。可通过调节加热蒸汽的量来控制蒸发水分的速度，通过调节补料量来控制浓度和液位上升的速度。最好是蒸发器到达满液位时浓度也接近达到放料浓度。在满液位处停止进料继续浓缩一段时间，浓度达到放料浓度，其中自然起晶产生的晶体量也以足够。然后关闭加热蒸汽，停真空泵并破真空后将料排放到结晶机中，完成一个浓缩周期。
标准蒸发器完成一个浓缩周期后，可以再启动真空泵抽真空，重新吸入糖液后打开加热蒸汽进行再次浓缩。如此循环往复，完成浓缩糖液的过程。
采用标准蒸发器浓缩，进料糖浆浓度可以比较髙，只要不因过于浓稠堵塞进料管就形。这样糖液浓缩大部分水分都靠二次浓缩的多效蒸发器去除，只有少部分依靠三次浓缩的单效标准式蒸发器来去除。
3、降温结晶：三次浓缩得到的已经产生晶粒的糖膏进入结晶机后，通过调节结晶机夹套和中心冷却盘管内循环冷却水的温度，可以控制糖膏的降温速度。
刚开始结晶时，因其中的晶粒还较小，晶体的总表面积也较小，结晶速度也就较慢，需要控制较慢的降温速度；结晶后期，因其中的晶粒已经长大，晶体的总表面积也较大，结晶速度也就较快，可以控制较快的降温速度。
4、离心分离：结晶完成，糖膏靠重力流入喂料槽，再从喂料槽分别流到各个离心机中。为防止糖膏沉积，喂料槽需连续搅拌且夹套用恒温循环水保持温度。糖膏进入离心机后，被离心机带动高速旋转而产生糖膏重量几百甚至上千倍的离心力。糖膏在离心力的作用下，其中母液透过离心机转鼓上的筛网被甩出，晶体被挡在转鼓内。在分离后期，用清洁水洗涤晶体，洗液回套回生产线中。洗涤完成后，继续离心一段时间以彻底甩干洗水，然后停离心机将木糖晶体卸出，通过螺旋输送机送去干燥。
5、干燥：木糖结晶体进入干燥机后被热风吹起半悬浮在热风中呈流化状态，木糖结晶在通过干燥机时与热风充分接触。通过调节进料速度、风量和风温可以控制干燥后结晶木糖的水分含量。进料速度越慢或风量越大，物料与热风接触越充分，出料水分越低；风温越高，水分蒸发越快，出料水分越低。
木糖结晶体进入干燥机前，干燥机应先启动且风量和风温已调整稳定。全部结晶木糖干燥完毕且出空后才能关闭干燥机和热风。
6、包装：木糖行业目前大多采用手工包装。干燥好的结晶木糖从干燥机出来后掉落到不锈钢接料方槽中，再用勺斗舀起往已套好塑料薄膜内袋的包装袋充填，同时通过磅秤称量，充填到重量达到要求时，内袋用塑料绳扎口，外袋用缝包机封口。包装的同时需从接料方槽中取样作成品分析化验。
结晶木糖包装好后，成为成品送去入库或直接出售。
五、废渣处理工段：
从水解工段水解锅喷出的玉米芯废渣，进入到喷渣池，加入离子交换回收的甜水（刚开始交换时进糖顶水或再生前进水顶糖流出的浓度<1％的稀糖液称为甜水），开启搅拌，配成渣悬浮液。然后用无堵塞渣浆离心泵将渣悬浮液送到带搅拌高位贮罐，再自流到卧式螺旋卸料离心机连续分离脱水，得到干渣和含有大量细渣的浊渣水。干渣送到渣煤混烧锅炉先经烟道气气流烘干后再经风送入炉膛焚烧。浊渣水则送到板框压滤机或折带式真空过滤机过滤，滤饼混入干渣去焚烧，滤液则进入清渣水池。
清渣水池中的清渣水用泵送往水解工段作为制取洗液的原料。玉米芯废渣加甜水调制渣悬浮液液时，应控制加水量使最终得到的清渣水量正好等于用作水解工段制取洗液的原料需要量，不会不足也不会富余。这样才能充分回收废渣中所含木糖。
木糖生产线-蒸汽分配器
第三节 节水、节能和环保
一、 节水措施：
木糖行业的一个显著特点是耗水大，在2003年以前，有的企业生产1吨木糖耗水量在1000吨以上，少的也在600吨以上。2003年以后，各个企业都开始重视节水工作，大部分企业吨木糖耗水量都降到了400吨以下，个别企业甚至将到了260吨左右。现阶段木糖价格髙，木糖和木糖醇供不应求，木糖价格已经突破30000元/吨，在玉米芯原料竞争上面与糠醛行业比已经占绝对优势。水耗和废水排放量成了制约木糖行业快速发展的关键因素。所以木糖企业应充分重视节水工作，加大对节水设施的投入。现列举木糖行业常用节水措施如下：
1、玉米芯洗涤：大部分木糖企业都采用从造纸行业引入的水力碎桨机来洗涤玉米芯，对3000吨/小时木糖生产线，水力碎桨机运行时水耗在70吨/小时左右，配套电机功率55KW。将水力碎桨机改为机械拨轮式洗涤机来洗涤玉米芯，运行时水耗在20吨/小时左右，配套电机功率2.2KW，既省电又省水。这样光使用离子交换工序和蒸发工序回收的洗水就能满足玉米芯洗涤自用，无需添加新鲜水。
2、离子交换工序:根据离交柱再生的特点，增加部分设备，对离交柱再生时冲洗的出水实行清污分流，分类存放。刚开始冲洗离交柱的出水因COD较高不能回收利用，作为污水排出，中间时段的出水COD在500～1000，回收后送去洗涤玉米芯，最后时段的出水COD在500以下收集后用于下一批次离交柱再生的前期冲洗水，从而实现工艺水的循环利用，达到了节约清水的目的。
3、蒸发工序：蒸发工序冷凝器用冷却水不再使用新鲜水而改用循环冷却水，循环冷却水靠冷却塔降温，补水依靠阴离交柱产生的碱性洗水；在蒸发工序循环冷却水系统增加板式换热器，让离子交换冲洗用水与循环冷却回水进行换热，减小冷却塔降温负荷，同时降低了冷却塔的蒸发量和节约了循环冷却水补水。
4、蒸汽凝结水的回收：在蒸发器的第一效，增加汽水分离器和凝结水贮罐以及配套的泵，回收一次蒸汽凝结水送锅炉，可以减少锅炉用水量，同时因冷凝水温度髙还可降低煤耗。
5、供水车间：供水车间采用新型水处理设备如电渗析或反渗透装置来制取脱盐水，脱盐水用于锅炉用水或木糖车间冲洗离交柱用水，可以明显降低离交柱的负担，延长离交柱使用周期，从而降低离交柱再生次数，减少冲洗离交柱用水。
二、 节能措施：
木糖车间主要有水解、蒸发和干燥三个工序以及车间采暖消耗蒸汽能源，通过节约这几个工序的蒸汽消耗及可达到节能的目的。当然，将废渣送到渣煤混烧锅炉焚烧，以减少煤炭消耗也是重要的节能措施。常用节能措施如下：
1、水解工序节能：水解工序是木糖生产线的耗能大户。利用各工序的废热来充分提前加热进入水解锅的料液，可以减少水解的蒸汽消耗；水解过程排放的热源，包括高温废水和高温水解液排放时散发的热源，都可以通过闪蒸获得二次蒸汽，用于多蒸发系统后几效的加热用汽；水解保温过程由上部排气管微排的蒸汽也以回收到多蒸发系统用作后几效的加热用汽；水解喷出的高温废渣可以通过加热盘管来加热需要升温的料液。
2、蒸发工序节能：提高锅炉生蒸汽压力在0.6MPa以上，采用带热泵的四效真空降膜蒸发器，可以充分节约蒸发耗汽量。提高进入三次单效标准蒸发器的糖液浓度以及三次蒸发采用二次蒸发器Ⅰ效蒸出二次蒸汽为热源，都可以节约蒸发耗汽量。
3、干燥工序节能：干燥工序采用更加先进的固定流化床或振动流化床，减少木糖结晶走短路的现象，可以节约蒸发耗汽量。
4、废渣焚烧：焚烧废渣不能减少蒸汽消耗，但可以减少煤炭消耗降低企业的能源成本。通过焚烧废渣，生产1吨木糖消耗的5000大卡煤炭可以由6～7吨降到2～3吨。
三、环保：
要做好木糖企业的环保工作，要先从产生污染源的源头抓起。不但要将产生的污染物治理达标，还应尽可能减少污染物的产生，以节约有限的社会资源。我国环保现阶段已实行排污总量控制，不但要达标排放，还分地区控制COD的总排放量。
木糖行业产生的综合废水COD一般在5000～8000之间，通过厌氧发酵可将COD降到1200～1500之间，同时产生的沼气可送锅炉焚烧。厌氧发酵后再经好氧发酵和曝气，COD可以降到100以下，达到工业废水一级排放标准。
