微波技術(shù)在干法變性淀粉高粘高取代度陽離子生產(chǎn)中的應(yīng)用

羅文征　潘瑞堅(jiān)　陳明育

摘要：微波技術(shù)應(yīng)用于干法變性淀粉生產(chǎn)過程中，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，為干法變性淀粉生產(chǎn)帶來更多技術(shù)變革。文章首先介紹傳統(tǒng)干法陽離子生產(chǎn)流程和存在的缺點(diǎn)；然后對(duì)微波技術(shù)介入干法變性淀粉生產(chǎn)的應(yīng)用以及生產(chǎn)過程中需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行了分析；最后對(duì)微波技術(shù)在干法變性淀粉陽離子生產(chǎn)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：微波技術(shù)；干法變性淀粉；陽離子生產(chǎn)；微波技術(shù)；工藝控制 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TS226 文章編號(hào)：1009-2374（2016）34-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.031

國內(nèi)外變性淀粉生產(chǎn)方法眾多，常見的方法有干法、濕法、擠壓法、滾筒干燥法等。比較而言，干法生產(chǎn)變性淀粉具有反應(yīng)均勻、生產(chǎn)控制容易、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、用水少、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是生產(chǎn)反應(yīng)時(shí)間長、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低、生產(chǎn)質(zhì)量和濕法相比還有些差距、收率低，還有產(chǎn)生過程易生產(chǎn)粉塵對(duì)環(huán)境的影響等。目前我國干法變性淀粉生產(chǎn)的現(xiàn)狀是：間歇性生產(chǎn)、規(guī)模小、品種單一、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大、產(chǎn)品推廣應(yīng)用面窄。隨著微波技術(shù)的介入，給干法變性淀粉生產(chǎn)帶來重要發(fā)展機(jī)遇。微波技術(shù)在干法變性淀粉陽離子生產(chǎn)中的應(yīng)用，不僅提升了反應(yīng)速率，也大大改善了工作環(huán)境，降低了生產(chǎn)成本。

1 傳統(tǒng)的干法陽離子生產(chǎn)流程及缺點(diǎn)

1.1 生產(chǎn)流程

干法生產(chǎn)變性淀粉技術(shù)已經(jīng)大面積應(yīng)用于我國變性淀粉的生產(chǎn)，也曾給變性淀粉生產(chǎn)帶來技術(shù)革命。傳統(tǒng)干法變性淀粉陽離子生產(chǎn)流程有自身特點(diǎn)，其主要構(gòu)成環(huán)節(jié)和操作順序是這樣的：原料經(jīng)過人工→輸送系統(tǒng)→反應(yīng)器混合→儲(chǔ)存靜止反應(yīng)20個(gè)小時(shí)以上→二次投到混合器中和→熱風(fēng)系統(tǒng)氣流烘干→冷風(fēng)系統(tǒng)冷卻→過篩→包裝成品。

1.2 存在缺點(diǎn)

1.2.1 間歇性生產(chǎn)。由于靜止反應(yīng)，分子由基態(tài)到激活態(tài)，到完全結(jié)合，一般都要在20個(gè)小時(shí)以上，難以進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，意味著生產(chǎn)資源的巨大浪費(fèi)，生產(chǎn)效率低下，不符合現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展經(jīng)營

要求。

1.2.2 生產(chǎn)設(shè)備單一。傳統(tǒng)干法變性淀粉生產(chǎn)，只能進(jìn)行單一品種的操作，設(shè)備也單一，不僅生產(chǎn)量難以保證，也沒有品種優(yōu)勢(shì)，難以形成市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

1.2.3 能源消耗高。傳統(tǒng)干法變性淀粉生產(chǎn)時(shí)，由于操作工藝的問題，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中變性淀粉反應(yīng)時(shí)間長，反應(yīng)效率也比較低，一般都在80%以下。這也造成資源的浪費(fèi)，企業(yè)經(jīng)營效率低。

1.2.4 粉塵大。生產(chǎn)過程兩次投料，增加勞動(dòng)強(qiáng)度，增大現(xiàn)場(chǎng)粉塵產(chǎn)生的頻率。

2 微波技術(shù)對(duì)干法變性淀粉生產(chǎn)的作用原理

2.1 微波的工作原理及作用

微波是指一種超高頻電磁波，其頻率一般在300MHz～300GHz、波長在1～1000mm范圍內(nèi)。微波技術(shù)介入干法變性淀粉生產(chǎn)，主要是利用微波的某一頻率，當(dāng)微波輻射出某一頻率時(shí)，由于微波釋放的能量場(chǎng)正負(fù)極性的高頻改變，分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)入有序狀態(tài)，由原來的雜亂無章運(yùn)動(dòng)變成有序的高頻振動(dòng)，相互碰撞、摩擦和擠壓，從而使分子動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋４朔N熱量產(chǎn)生于介質(zhì)內(nèi)部，因此這種加熱方式又稱“體加熱”方式，也稱為“無溫度梯度”的加熱方式。微波除了具有熱效應(yīng)之外，還具有不是由溫度引起的非熱效應(yīng)，如可以引起一些化學(xué)應(yīng)動(dòng)力學(xué)的改變和加速化學(xué)反應(yīng)速度的催化效應(yīng)、引起聚合物分子鏈斷裂等生化效應(yīng)和磁效應(yīng)等。

2.2 微波技術(shù)對(duì)干法變性淀粉生產(chǎn)的作用

利用微波的催化效應(yīng)、引起聚合物分子鏈斷裂等生化效應(yīng)和磁效應(yīng)的機(jī)能，對(duì)陽離子變性淀粉反應(yīng)過程起催化作用，大大地縮短反應(yīng)時(shí)間；傳統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間要20個(gè)小時(shí)，現(xiàn)縮短到3個(gè)小時(shí)。

3 微波技術(shù)在干法陽離子變性淀粉生產(chǎn)中的工藝控制

3.1 混合

原料定量送到高速混合機(jī)后，把配好的A、B、C三種液體藥，定量按先后順序加入到混藥器然后在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在霧化的狀態(tài)下加到高速反應(yīng)器中，D、F兩種固體藥品，同時(shí)加入，混合均勻。

3.2 初起反應(yīng)

把混合均勻后的物料，送到低速反應(yīng)器中進(jìn)行初起反應(yīng)，通過對(duì)物料的溫度控制，把淀粉分子由基態(tài)激活。

3.3 微波加速催化

把已激活的物料，送到已設(shè)定好頻率的微波反應(yīng)器中，通過控制功率，把溫度控制在85℃～100℃的范圍內(nèi)，這時(shí)通過微波照射能大幅度地提高淀粉變性反應(yīng)速度。

圖1

3.4 采用紅外線或熱風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行輔助烘干

由于市場(chǎng)上用戶要的淀粉水分一般都在14%左右，而微波反應(yīng)后的淀粉水分都在16%以上，因而還需對(duì)反應(yīng)后的淀粉進(jìn)行烘干。

3.5 中和篩分包裝

由于淀粉反應(yīng)是在堿性的環(huán)境上反應(yīng)，因反應(yīng)結(jié)束后還需進(jìn)行中和再進(jìn)行篩分，得到合格的成品進(jìn)行包裝。

4 生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)

4.1 縮短反應(yīng)時(shí)間

利用微波技術(shù)干法生產(chǎn)陽離子變性淀粉，加速化學(xué)反應(yīng)速度，起催化效應(yīng)、引起聚合物分子鏈斷裂等生化效應(yīng)和磁效應(yīng)的機(jī)能，大大地縮短反應(yīng)時(shí)間。

4.2 反應(yīng)效率高

利用微波的生化效應(yīng)，能大大地提高醚化的反應(yīng)效率，反應(yīng)效率能達(dá)85%以上。

4.3 質(zhì)量可靠

采用微波技術(shù)生產(chǎn)的陽離子變性淀粉，其淀粉性能能夠達(dá)到或者超過濕法制備的陽離子淀粉，可以代替濕法產(chǎn)品。

4.4 具有環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢(shì)

生產(chǎn)過程可以全密封，能有效地防止粉塵飛揚(yáng)，干法生產(chǎn)，節(jié)約水資源，廢水零排放，降低環(huán)境污染，具有顯著的生態(tài)環(huán)保效益。

4.5 具備自動(dòng)化生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)

利用微波技術(shù)生產(chǎn)干法變性淀粉，可以從投料到出產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程完全實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化，減少人力的投入，同時(shí)也避免人為因素對(duì)生產(chǎn)過程的影響，造成生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。

5 注意事項(xiàng)

微波技術(shù)在干法變性淀粉陽離子生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)從單一走向多元。在陽離子淀粉生產(chǎn)中，要注意原料的選擇及混合的要求，還特別要控制好加熱溫度，這樣才能獲得質(zhì)量上乘的陽離子淀粉。

5.1 原輔材料的選擇

干法變性淀粉生產(chǎn)時(shí)，由于原料的質(zhì)量直接影響到成品的質(zhì)量，不同于濕法生產(chǎn)，還有后道洗滌工序，因而原輔材料采購必須控制好質(zhì)量。

5.2 混合的要求

干法變性淀粉生產(chǎn)是將陽離子試劑與催化劑進(jìn)行混合后噴到干淀粉上，然后充分?jǐn)嚢瑁乖噭⒋呋瘎┠軌蚺c干淀粉充分混合，這樣才可以提高反應(yīng)速度及效率，因而混合是比較關(guān)鍵，混合必須均勻并且沒有顆粒，否則會(huì)影響效果。

5.3 溫度的控制

微波技術(shù)在干法陽離子變性淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)淀粉溫度的控制，是比較關(guān)鍵的技術(shù)因素。過低，反應(yīng)效應(yīng)過低，達(dá)不到反應(yīng)效果；過高，由于溫度升得太快，淀粉水分流失過快，也影響反應(yīng)效果。因此，一般控制在85℃～100℃。

5.4 混合時(shí)水分的控制

干燥的淀粉幾乎是不吸收微波的，淀粉對(duì)微波的吸收能力主要是由介電常數(shù)和介電損耗正切來決定的，對(duì)淀粉介電常數(shù)影響最大的因素是淀粉的含水量，從而影響到其對(duì)微波吸收的性能。但水分過高也會(huì)造成淀粉糊化，同時(shí)增加烘干的成本，因而水分控制比較重要。

6 市場(chǎng)前景

微波技術(shù)在干法陽離子變性淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用，已經(jīng)彰顯許多優(yōu)勢(shì)。未來微波技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用必將更為廣闊。微波技術(shù)屬于綠色化學(xué)，利用微波輻射加熱技術(shù)，可以減少污染、廢渣、廢氣等污染物。微波能夠在極短時(shí)間內(nèi)迅速加熱反應(yīng)物，能夠促使常規(guī)下難以發(fā)生的反應(yīng)在瞬間內(nèi)完成。這也為微波技術(shù)的廣泛應(yīng)用開辟廣闊前景。

微波技術(shù)加速反應(yīng)機(jī)理研究還是一門新興科學(xué)，如今還處于探索階段，還有許多技術(shù)難題等待科學(xué)工作者加以研究解決。微波技術(shù)運(yùn)用于干法變性淀粉生產(chǎn)中，這是建立在人們對(duì)微波場(chǎng)中的物質(zhì)特性認(rèn)識(shí)升級(jí)的基礎(chǔ)之上。淀粉在微波輻射中的分解或者合成反應(yīng)，可以促成多個(gè)因素的相互作用，這也為開拓更多優(yōu)良性質(zhì)的變性淀粉產(chǎn)品奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

隨著淀粉深加工技術(shù)的不斷推廣以及相關(guān)研究的不斷深入，干法變性淀粉生產(chǎn)對(duì)工藝的要求也越來越高，不僅要考慮經(jīng)濟(jì)效益，還要注重生態(tài)效益。微波技術(shù)在干法變性淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用，不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，也大大降低了生產(chǎn)成本，減少了污水排放。微波技術(shù)給干法變性淀粉生產(chǎn)帶來重大技術(shù)革命，其發(fā)展前景值得期待。

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（責(zé)任編輯：蔣建華）