國產全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)

楊能生 王艷霞

(中國輕工業(yè)武漢設計工程有限責任公司，湖北武漢，430060)

·表膠連續(xù)制備·

國產全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)

楊能生 王艷霞

(中國輕工業(yè)武漢設計工程有限責任公司，湖北武漢，430060)

介紹了自主研發(fā)、制造的全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)的工藝流程、控制要點及優(yōu)勢，采用該自主研發(fā)的全自動連續(xù)制備系統(tǒng)制備表面施膠淀粉，成膠質量穩(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；全自動連續(xù)制備系統(tǒng)；節(jié)能降耗

全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)具有自動化程度高、生產效率高、產品質量穩(wěn)定、生產能耗低等優(yōu)點，可廣泛應用于包裝紙、文化紙等需要表面施膠的高檔紙品生產線。全自動化連續(xù)制備系統(tǒng)使用淀粉酶對原生淀粉進行降解，與間歇制備系統(tǒng)制備過程中使用過硫酸銨相比，使用淀粉酶可降低表面施膠的成本和減輕對環(huán)境的污染[1]。但多年來全自動表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)一直依賴國外進口，投資大，國內僅一些大型造紙生產線采用進口的全自動連續(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，中國輕工業(yè)武漢設計工程有限責任公司(以下簡稱中輕武設)一直致力于開展造紙表面施膠淀粉制備系統(tǒng)的技術研究工作，從間歇制備工藝系統(tǒng)開始，逐步過渡到半連續(xù)(淀粉分散為間歇式)工藝過程。經過多年的研究與開發(fā)，中輕武設對半連續(xù)制備系統(tǒng)進行創(chuàng)新升級，使造紙表面施膠淀粉的制備生產過程實現全自動、連續(xù)化，研發(fā)的全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)，自動化程度和工藝技術水平均滿足實際生產的需要。

1 全自動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，經過淀粉酶轉化，使長分子鏈的天然淀粉轉換為短分子鏈的降解淀粉。經過降解后的淀粉適用于造紙表面施膠，達到增加紙張強度性能的目的。全自動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，袋裝原生淀粉通過起重設備吊入料倉，料倉配有倒料時的排塵分離系統(tǒng)。料倉內的淀粉經料倉底部計量螺旋輸送機被連續(xù)送入淀粉分散槽進行分散，分散濃度為25%～28%。與此同時，按比例將淀粉酶加入到分散槽內并進行充分混合，混合后的淀粉經過自動過濾器過濾，除去雜質，然后送入1#噴射蒸煮器加熱;加熱后的淀粉溫度控制在設定溫度，經過蒸煮器混合達到溫度均一，送入酶反應槽進行酶化反應。經過一定時間的酶化反應，高分子鏈的原生淀粉被降解成低分子鏈的淀粉，達到表面施膠用的黏度要求。通過卸料泵送入2#噴射蒸煮器進行糊化，在蒸煮器內進行高溫滅活，終止酶在淀粉液中的反應。糊化后的淀粉膠液經過蒸煮器進入蒸汽分離器。糊化后的成品淀粉膠液在淀粉儲存槽保溫儲存。淀粉儲存槽內需要攪拌，以保證成品淀粉膠液濃度和溫度的均一性。

圖1 全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)流程圖

圖2 全自動連續(xù)制備系統(tǒng)淀粉分散過程DCS控制圖

1.2 工藝控制

本課題自主研發(fā)的全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)的過程控制自動化程度高，除料倉添加淀粉需要人工加料外，系統(tǒng)的啟停完全自動化運行，實現無人操作。實現了化學品添加的高自動化控制程度，可以在DCS操作界面中完成化學品添加操作的啟停、用量調整操作等，體現了造紙科學技術水平的進步[2]。

本課題自主研發(fā)的全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)淀粉的分散、酶轉化及儲存供料過程的DCS控制圖分別見圖2、圖3和圖4。由圖2、圖3和圖4可以看出，淀粉的分散、酶轉化及儲存供料過程均設有流量、溫度、液位等在線檢測儀表，各個過程控制系統(tǒng)通過檢測值與設定值的對比進行自動調節(jié)。系統(tǒng)的啟停與儲存槽的液位進行聯鎖，在聯鎖模式下，當儲存槽液位達到設定高液位時，系統(tǒng)自動執(zhí)行停機程序；當儲存槽液位低于設定的低液位時，系統(tǒng)自動執(zhí)行開機程序。同時系統(tǒng)設置了過程自動清洗及設備故障聯鎖保護。

2 全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1 成膠質量穩(wěn)定

淀粉改性酶對溫度較敏感，一旦加熱到120℃以上時反應將停止[3]，在間歇制備系統(tǒng)的生產中，很難達到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]。同時淀粉膠液批次與批次之間的糊化質量可能有波動，使得淀粉膠液的成膜性、交聯性易波動，容易造成上膠量波動大，導致紙張的強度和抗水性能波動增大[5]。

圖3 全自動連續(xù)制備系統(tǒng)淀粉酶轉化過程DCS控制圖

圖4 全自動連續(xù)制備系統(tǒng)淀粉儲存供料過程DCS控制圖

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

2.2 節(jié)約運行成本

(1)人工成本

由于本課題研發(fā)的系統(tǒng)為全自動化連續(xù)制備系統(tǒng)，故僅需要1人在白班將淀粉料倉加滿，系統(tǒng)將自動化運行，無需專職操作工看守。相比于間歇制備系統(tǒng)的每班需要操作工2人，若按四班三運轉制計算，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，則每年節(jié)省人工成本42萬元。

(2)電耗

根據實際生產過程中項目運行數據，全自動連續(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功率遠遠大于連續(xù)制備系統(tǒng)，且間歇操作生產效率較低，每噸淀粉的電耗約為18～20 kWh，遠高于連續(xù)制備系統(tǒng)。

(3)汽耗

全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)采用封閉連續(xù)運行，設計上對2#蒸煮器后的蒸汽分離器的尾蒸汽設置了余熱回收裝置，根據實際生產數據，全自動連續(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 全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)的應用

與進口全自動連續(xù)制備系統(tǒng)相比，國產全自動連續(xù)制備系統(tǒng)主要設備均實現國產化，能大幅度降低系統(tǒng)投資。目前由中輕武設研發(fā)的全自動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)等多個大中型造紙企業(yè)投產運行，生產線均實現了全自動連續(xù)運行，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，成膠質量(濃度、黏度)穩(wěn)定，同時操作環(huán)境大幅度改善，無粉塵產生，系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，實現一鍵全自動化操作。制備系統(tǒng)生產電耗約9.0 kWh/t淀粉，汽耗約0.70 t/t淀粉，其能耗遠低于間歇制備系統(tǒng)。

4 結 論

中輕武設創(chuàng)新研發(fā)全自動造紙表面施膠淀粉連續(xù)制備系統(tǒng)是積極落實國家實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略和造紙工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃的體現，著力加強產業(yè)技術和成套裝備系統(tǒng)的集成和創(chuàng)新，加快行業(yè)關鍵、共性技術與裝備的研發(fā)和產業(yè)化，提升造紙工業(yè)整體技術及裝備水平。

與傳統(tǒng)的間歇制備系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)生產效率、產品質量大幅度提升；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)保和智能化的時代主題，給用戶帶來極為明顯的經濟效益和社會效益，值得在造紙企業(yè)中推廣應用。

[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, 張紅杰. 我國造紙科學技術學科的現狀、 發(fā)展趨勢及對策[J]. 中國造紙, 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[J]. 造紙化學品, 2010, 22(2): 34.

(責任編輯：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，高級工程師；主要從事制漿造紙工程設計及成套設備開發(fā)研究工作。

2017- 03-16(修改稿)

中輕集團2016年度科技創(chuàng)新基金。

TS734+.2

A

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