國產全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統

楊能生 王艷霞

(中國輕工業武漢設計工程有限責任公司，湖北武漢，430060)

·表膠連續制備·

國產全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統

楊能生 王艷霞

(中國輕工業武漢設計工程有限責任公司，湖北武漢，430060)

介紹了自主研發、制造的全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統的工藝流程、控制要點及優勢，采用該自主研發的全自動連續制備系統制備表面施膠淀粉，成膠質量穩定、節能降耗，與間歇制備系統相比，每噸淀粉電耗節省50%以上、汽耗節省20%以上。

表面施膠淀粉；全自動連續制備系統；節能降耗

全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統具有自動化程度高、生產效率高、產品質量穩定、生產能耗低等優點，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。全自動化連續制備系統使用淀粉酶對原生淀粉進行降解，與間歇制備系統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境的污染[1]。但多年來全自動表面施膠淀粉連續制備系統一直依賴國外進口，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制備系統，中小型造紙企業仍以間歇制備系統為主。

自2005年以來，中國輕工業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的技術研究工作，從間歇制備工藝系統開始，逐步過渡到半連續(淀粉分散為間歇式)工藝過程。經過多年的研究與開發，中輕武設對半連續制備系統進行創新升級，使造紙表面施膠淀粉的制備生產過程實現全自動、連續化，研發的全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統，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制備系統

1.1 工藝描述

全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統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制備系統流程如圖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。料倉內的淀粉經料倉底部計量螺旋輸送機被連續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制備系統流程圖

圖2 全自動連續制備系統淀粉分散過程DCS控制圖

1.2 工藝控制

本課題自主研發的全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統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]。

本課題自主研發的全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統淀粉的分散、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，各個過程控制系統通過檢測值與設定值的對比進行自動調節。系統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，系統自動執行停機程序；當儲存槽液位低于設定的低液位時，系統自動執行開機程序。同時系統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制備系統的優勢

2.1 成膠質量穩定

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 全自動連續制備系統淀粉酶轉化過程DCS控制圖

圖4 全自動連續制備系統淀粉儲存供料過程DCS控制圖

本課題自主研發的全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統采用連續自動控制，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定性提高，成膠質量穩定性大大優于間歇制備系統。

2.2 節約運行成本

(1)人工成本

由于本課題研發的系統為全自動化連續制備系統，故僅需要1人在白班將淀粉料倉加滿，系統將自動化運行，無需專職操作工看守。相比于間歇制備系統的每班需要操作工2人，若按四班三運轉制計算，連續制備系統比間歇制備系統可減少操作工7人，按人均月工資福利5000元計，則每年節省人工成本42萬元。

(2)電耗

根據實際生產過程中項目運行數據，全自動連續制備系統每噸淀粉電耗約為9.0 kWh；而間歇制備系統中，泵及蒸煮鍋的攪拌電機功率遠遠大于連續制備系統，且間歇操作生產效率較低，每噸淀粉的電耗約為18～20 kWh，遠高于連續制備系統。

(3)汽耗

全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統采用封閉連續運行，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，全自動連續制備系統每噸淀粉的汽耗約為0.70 t，比間歇制備系統節約20%以上。

3 全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統的應用

與進口全自動連續制備系統相比，國產全自動連續制備系統主要設備均實現國產化，能大幅度降低系統投資。目前由中輕武設研發的全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統已在金鳳凰紙業、臺州森林造紙、浙江榮晟環保紙業、江蘇上善紙業等多個大中型造紙企業投產運行，生產線均實現了全自動連續運行，系統運行穩定，成膠質量(濃度、黏度)穩定，同時操作環境大幅度改善，無粉塵產生，系統節能環保，實現一鍵全自動化操作。制備系統生產電耗約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。

4 結 論

中輕武設創新研發全自動造紙表面施膠淀粉連續制備系統是積極落實國家實施創新驅動發展戰略和造紙工業“十二五”發展規劃的體現，著力加強產業技術和成套裝備系統的集成和創新，加快行業關鍵、共性技術與裝備的研發和產業化，提升造紙工業整體技術及裝備水平。

與傳統的間歇制備系統相比，該系統生產效率、產品質量大幅度提升；除極大地節省人工成本之外，每噸淀粉電耗節省50%以上，蒸汽消耗節省20%以上，節能降耗效果顯著，符合節能降耗、綠色環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. 紙漿造紙企業節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研究工作。

2017- 03-16(修改稿)

中輕集團2016年度科技創新基金。

TS734+.2

A

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