楊能生 王艷霞

(中國(guó)輕工業(yè)武漢設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，湖北武漢，430060)

·表膠連續(xù)制備·

國(guó)產(chǎn)全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)

楊能生 王艷霞

(中國(guó)輕工業(yè)武漢設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，湖北武漢，430060)

介紹了自主研發(fā)、制造的全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)的工藝流程、控制要點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，采用該自主研發(fā)的全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)制備表面施膠淀粉，成膠質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)能降耗，與間歇制備系統(tǒng)相比，每噸淀粉電耗節(jié)省50%以上、汽耗節(jié)省20%以上。

表面施膠淀粉；全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)；節(jié)能降耗

全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)能耗低等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于包裝紙、文化紙等需要表面施膠的高檔紙品生產(chǎn)線。全自動(dòng)化連續(xù)制備系統(tǒng)使用淀粉酶對(duì)原生淀粉進(jìn)行降解，與間歇制備系統(tǒng)制備過(guò)程中使用過(guò)硫酸銨相比，使用淀粉酶可降低表面施膠的成本和減輕對(duì)環(huán)境的污染[1]。但多年來(lái)全自動(dòng)表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)一直依賴國(guó)外進(jìn)口，投資大，國(guó)內(nèi)僅一些大型造紙生產(chǎn)線采用進(jìn)口的全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)，中小型造紙企業(yè)仍以間歇制備系統(tǒng)為主。

自2005年以來(lái)，中國(guó)輕工業(yè)武漢設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱中輕武設(shè))一直致力于開(kāi)展造紙表面施膠淀粉制備系統(tǒng)的技術(shù)研究工作，從間歇制備工藝系統(tǒng)開(kāi)始，逐步過(guò)渡到半連續(xù)(淀粉分散為間歇式)工藝過(guò)程。經(jīng)過(guò)多年的研究與開(kāi)發(fā)，中輕武設(shè)對(duì)半連續(xù)制備系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新升級(jí)，使造紙表面施膠淀粉的制備生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、連續(xù)化，研發(fā)的全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)，自動(dòng)化程度和工藝技術(shù)水平均滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

1 全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)

1.1 工藝描述

全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)以原生玉米淀粉或木薯淀粉為原料，經(jīng)過(guò)淀粉酶轉(zhuǎn)化，使長(zhǎng)分子鏈的天然淀粉轉(zhuǎn)換為短分子鏈的降解淀粉。經(jīng)過(guò)降解后的淀粉適用于造紙表面施膠，達(dá)到增加紙張強(qiáng)度性能的目的。全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)流程如圖1。

按圖1所示，袋裝原生淀粉通過(guò)起重設(shè)備吊入料倉(cāng)，料倉(cāng)配有倒料時(shí)的排塵分離系統(tǒng)。料倉(cāng)內(nèi)的淀粉經(jīng)料倉(cāng)底部計(jì)量螺旋輸送機(jī)被連續(xù)送入淀粉分散槽進(jìn)行分散，分散濃度為25%～28%。與此同時(shí)，按比例將淀粉酶加入到分散槽內(nèi)并進(jìn)行充分混合，混合后的淀粉經(jīng)過(guò)自動(dòng)過(guò)濾器過(guò)濾，除去雜質(zhì)，然后送入1#噴射蒸煮器加熱;加熱后的淀粉溫度控制在設(shè)定溫度，經(jīng)過(guò)蒸煮器混合達(dá)到溫度均一，送入酶反應(yīng)槽進(jìn)行酶化反應(yīng)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的酶化反應(yīng)，高分子鏈的原生淀粉被降解成低分子鏈的淀粉，達(dá)到表面施膠用的黏度要求。通過(guò)卸料泵送入2#噴射蒸煮器進(jìn)行糊化，在蒸煮器內(nèi)進(jìn)行高溫滅活，終止酶在淀粉液中的反應(yīng)。糊化后的淀粉膠液經(jīng)過(guò)蒸煮器進(jìn)入蒸汽分離器。糊化后的成品淀粉膠液在淀粉儲(chǔ)存槽保溫儲(chǔ)存。淀粉儲(chǔ)存槽內(nèi)需要攪拌，以保證成品淀粉膠液濃度和溫度的均一性。

圖1 全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)流程圖

圖2 全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)淀粉分散過(guò)程DCS控制圖

1.2 工藝控制

本課題自主研發(fā)的全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)的過(guò)程控制自動(dòng)化程度高，除料倉(cāng)添加淀粉需要人工加料外，系統(tǒng)的啟停完全自動(dòng)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。實(shí)現(xiàn)了化學(xué)品添加的高自動(dòng)化控制程度，可以在DCS操作界面中完成化學(xué)品添加操作的啟停、用量調(diào)整操作等，體現(xiàn)了造紙科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步[2]。

本課題自主研發(fā)的全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)淀粉的分散、酶轉(zhuǎn)化及儲(chǔ)存供料過(guò)程的DCS控制圖分別見(jiàn)圖2、圖3和圖4。由圖2、圖3和圖4可以看出，淀粉的分散、酶轉(zhuǎn)化及儲(chǔ)存供料過(guò)程均設(shè)有流量、溫度、液位等在線檢測(cè)儀表，各個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)值與設(shè)定值的對(duì)比進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的啟停與儲(chǔ)存槽的液位進(jìn)行聯(lián)鎖，在聯(lián)鎖模式下，當(dāng)儲(chǔ)存槽液位達(dá)到設(shè)定高液位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行停機(jī)程序；當(dāng)儲(chǔ)存槽液位低于設(shè)定的低液位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行開(kāi)機(jī)程序。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置了過(guò)程自動(dòng)清洗及設(shè)備故障聯(lián)鎖保護(hù)。

2 全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

2.1 成膠質(zhì)量穩(wěn)定

淀粉改性酶對(duì)溫度較敏感，一旦加熱到120℃以上時(shí)反應(yīng)將停止[3]，在間歇制備系統(tǒng)的生產(chǎn)中，很難達(dá)到100℃以上的溫度，酶的活性最終不能完全滅活，所以間歇制備系統(tǒng)生產(chǎn)的酶改性玉米淀粉黏度下降很快，制備好的淀粉膠液貯存穩(wěn)定性很差[4]。同時(shí)淀粉膠液批次與批次之間的糊化質(zhì)量可能有波動(dòng)，使得淀粉膠液的成膜性、交聯(lián)性易波動(dòng)，容易造成上膠量波動(dòng)大，導(dǎo)致紙張的強(qiáng)度和抗水性能波動(dòng)增大[5]。

圖3 全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)淀粉酶轉(zhuǎn)化過(guò)程DCS控制圖

圖4 全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)淀粉儲(chǔ)存供料過(guò)程DCS控制圖

本課題自主研發(fā)的全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)采用連續(xù)自動(dòng)控制，淀粉液在2#噴射器中迅速高溫加熱，可確保淀粉酶的滅活；淀粉膠液濃度通過(guò)在線控制，成膠的濃度和黏度穩(wěn)定性提高，成膠質(zhì)量穩(wěn)定性大大優(yōu)于間歇制備系統(tǒng)。

2.2 節(jié)約運(yùn)行成本

(1)人工成本

由于本課題研發(fā)的系統(tǒng)為全自動(dòng)化連續(xù)制備系統(tǒng)，故僅需要1人在白班將淀粉料倉(cāng)加滿，系統(tǒng)將自動(dòng)化運(yùn)行，無(wú)需專職操作工看守。相比于間歇制備系統(tǒng)的每班需要操作工2人，若按四班三運(yùn)轉(zhuǎn)制計(jì)算，連續(xù)制備系統(tǒng)比間歇制備系統(tǒng)可減少操作工7人，按人均月工資福利5000元計(jì)，則每年節(jié)省人工成本42萬(wàn)元。

(2)電耗

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)，全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)每噸淀粉電耗約為9.0 kWh；而間歇制備系統(tǒng)中，泵及蒸煮鍋的攪拌電機(jī)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連續(xù)制備系統(tǒng)，且間歇操作生產(chǎn)效率較低，每噸淀粉的電耗約為18～20 kWh，遠(yuǎn)高于連續(xù)制備系統(tǒng)。

(3)汽耗

全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)采用封閉連續(xù)運(yùn)行，設(shè)計(jì)上對(duì)2#蒸煮器后的蒸汽分離器的尾蒸汽設(shè)置了余熱回收裝置，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)每噸淀粉的汽耗約為0.70 t，比間歇制備系統(tǒng)節(jié)約20%以上。

3 全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)的應(yīng)用

與進(jìn)口全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)相比，國(guó)產(chǎn)全自動(dòng)連續(xù)制備系統(tǒng)主要設(shè)備均實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，能大幅度降低系統(tǒng)投資。目前由中輕武設(shè)研發(fā)的全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)已在金鳳凰紙業(yè)、臺(tái)州森林造紙、浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)、江蘇上善紙業(yè)等多個(gè)大中型造紙企業(yè)投產(chǎn)運(yùn)行，生產(chǎn)線均實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，成膠質(zhì)量(濃度、黏度)穩(wěn)定，同時(shí)操作環(huán)境大幅度改善，無(wú)粉塵產(chǎn)生，系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)一鍵全自動(dòng)化操作。制備系統(tǒng)生產(chǎn)電耗約9.0 kWh/t淀粉，汽耗約0.70 t/t淀粉，其能耗遠(yuǎn)低于間歇制備系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

中輕武設(shè)創(chuàng)新研發(fā)全自動(dòng)造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)是積極落實(shí)國(guó)家實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略和造紙工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃的體現(xiàn)，著力加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)和成套裝備系統(tǒng)的集成和創(chuàng)新，加快行業(yè)關(guān)鍵、共性技術(shù)與裝備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，提升造紙工業(yè)整體技術(shù)及裝備水平。

與傳統(tǒng)的間歇制備系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提升；除極大地節(jié)省人工成本之外，每噸淀粉電耗節(jié)省50%以上，蒸汽消耗節(jié)省20%以上，節(jié)能降耗效果顯著，符合節(jié)能降耗、綠色環(huán)保和智能化的時(shí)代主題，給用戶帶來(lái)極為明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得在造紙企業(yè)中推廣應(yīng)用。

[1] WEI Zhi-bin, ZHANG Rui-jie. The Measures for Pulp and Paper Enterprise to Save Energy and Reduce Consumption[J]. China Pulp & Paper, 2013, 32(3): 65. 危志斌, 張瑞杰. 紙漿造紙企業(yè)節(jié)能降耗減污增效措施[J]. 中國(guó)造紙, 2013, 32(3): 65.

[2] HOU Qing-xi, WANG Jin, ZHANG Hong-jie. The Present Situation,Development Trend and Strategy of China’s Papermaking Science and Technology Discipline[J]. China Pulp & Paper, 2011, 30(12): 60. 侯慶喜, 王 進(jìn), 張紅杰. 我國(guó)造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科的現(xiàn)狀、 發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策[J]. 中國(guó)造紙, 2011, 30(12): 60.

[3] DU Wei-min. Enzymatic modification of Surface sizing starch[J]. Paper Chemicals, 2009, 21(6): 53. 杜偉民. 表面施膠淀粉的酶改性[J]. 造紙化學(xué)品， 2009， 21(6)： 53.

[4] LIU Ze-fu, ZHANG Jun-mei, WANG Tao. Process Improvement on Preparatioon of Enzyme-converted Corn Starch-based Surface Sizing Slurry[J]. Paper Chemicals, 2010, 22(2): 34. 劉澤福, 張俊梅, 王 濤. 酶改性玉米淀粉表面施膠液制備的工藝改進(jìn)[J]. 造紙化學(xué)品, 2010, 22(2): 34.

(責(zé)任編輯：馬 忻)

Domestic Full-Automatic Continuous Preparation System of Paper Surface Sizing Starch

YANG Neng-sheng*WANG Yan-xia

(ChinaLightIndustryWuhanDesign&EngineeringCo.,Ltd.,Wuhan,HubeiProvince,430060)

(*E-mail: 12121222@qq.com)

This paper introduced the technological process, control key points and advantages of the full-automatic preparation system of paper surface sizing starch which was independently researched and developed. The surface sizing starch prepared by the system had a stable quality independent research and development of the full-automatic preparation compared with the batch preparation system, the energy consumption and steam consumption were reduced by more than 50% and 20%, respectively.

surface sizing starch; full-automatic continuous preparation system; energy saving and consumption reduction

楊能生先生，高級(jí)工程師；主要從事制漿造紙工程設(shè)計(jì)及成套設(shè)備開(kāi)發(fā)研究工作。

2017- 03-16(修改稿)

中輕集團(tuán)2016年度科技創(chuàng)新基金。

TS734+.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.04.010