淀粉表面胶制备装置的改进

曾金枝　张华东

（中冶纸业银河有限公司，　山东　聊城　252600）

淀粉表面胶制备装置的改进

曾金枝张华东

（中冶纸业银河有限公司，山东聊城252600）

介绍了传统淀粉表面胶制备装置的结构、存在的问题及对表面胶制备作业和表面胶质量的影响。然后从搅拌器、桶体、加热管三个方面进行了优化改进，加强了胶液制备过程中搅拌涡流、紊流，减轻了搅拌器质量，加快了热传递，从而提高了胶液质量，降低了蒸汽损耗，延长了搅拌器使用寿命。

淀粉熬胶桶通汽加热管桶体搅拌器

0　前　言

为提高产品质量，降低产品成本，提高纸机运行性能，在造纸上使用了多种辅料。淀粉作为造纸的主要辅料之一，用量仅次于填料。淀粉用于浆内，可以起到增加纤维助留率的作用，提高纸机的运行性能，还可以改善纸张的质量。淀粉用于表面施胶，可以提高纸张的表面强度，降低纸张的Cobb值，提高纸张的平滑度，从而改善纸张质量和提高纸张的感官效果。除此之外，使用淀粉，如酶改性淀粉，还可以降低纸张生产成本。

淀粉在用于造纸之前，通常需要将其熬制成胶。淀粉胶质量好坏，不但影响纸张产品质量，也影响纸机的运行性能。淀粉胶如果熬制不均匀，夹生，会造成粘成型网、毛布、烘缸、干网，引起纸机断头，产生纸面料子、孔洞，影响纸张使用。因此，淀粉胶的熬制至关重要。在淀粉熬胶工艺成熟的条件下，淀粉表面胶的制备装置的结构对熬胶质量好坏起着决定性的作用。为提高淀粉胶质量，我公司摸索，对淀粉表面胶制备装置的各部件不断地进行了优化设计和改造。通过改造，不但提高了淀粉胶的质量，还降低了熬胶能耗。

1　传统淀粉熬制表面胶制备装置

1.1结构

传统淀粉表面胶制备装置主要包括通汽加热管、桶体、搅拌器和动力装置四部分，下端深入至桶体下部的通汽加热管位于桶体内壁，搅拌器装在固定在桶体上沿的动力装置下端，位于桶体中部，见图1。所述的通气加热管是下端部开口，蒸汽从下端部开口流出，加热淀粉与水的混合液；所述的桶体内壁光滑；所述的搅拌器由主轴和两转子组成，两转子呈30°～70°夹角相交装在主轴下端。

图1　传统淀粉熬胶桶

1.2存在问题

传统淀粉表面胶制备装置存在如下问题:

(1)搅拌不均匀。桶中淀粉和水的悬浮液在主轴下端转子的作用下旋转起来，形成层流现象，没有涡流、紊流或者很少，悬浮液中质子沿着各自的固定轨道旋转，彼此间不能很好地混合，从而使搅拌淀粉悬浮液不充分，熬出的淀粉胶质量不稳定。

(2)加热不均匀。由于搅拌不均匀，从通汽加热管下端部开口流出的蒸汽不能快速分散到桶体中悬浮液各处，桶体中下部淀粉悬浮液已熬好，而上部淀粉悬浮液还是“生的”。

(3)熬制时间长，汽耗量大。由于加热不均匀，上部淀粉悬浮液主要靠温差来传递热量，传递热量慢，为保证整桶淀粉悬浮液熬好，必须延长熬制时间，从而加大了蒸汽消耗量。

(4)动力消耗大。传统的淀粉熬胶桶搅拌器转子呈实心，不但转子质量大，而且淀粉悬浮液对转子的阻力也较大，所以需要较大动力带动转子旋转，从而消耗较大的动力。

（5）搅拌器折断。随着纸机向高速、宽幅方向发展，相应的淀粉熬胶桶也变得高大起来，对应的搅拌器主轴延长，转子加长，而实心转子受淀粉悬浮液阻力大，故搅拌器受到扭矩较大，其结果是搅拌器主轴易折断。

（6）淀粉胶“夹生”。由于传统的淀粉熬胶桶搅拌不均匀，加热不均匀，导致熬出的淀粉胶质量不均匀、不稳定，有“夹生”现象。

（7）影响纸机运行。纸机使用“夹生”淀粉胶时，会出现粘成型网、毛布、烘缸、干网的现象，严重时引起纸机断头。

（8）产生纸病。纸机使用“夹生”淀粉胶时，不断影响纸机运行，还会产生纸页孔洞、纸面料子等纸病。

2　淀粉表面胶制备装置的优化设计

针对淀粉熬胶出现的问题以及对纸机运行和纸张品质的影响，经过多次探讨后认为，熬胶质量的不稳定不应是工艺问题，而是淀粉表面胶制备装置结构不合理造成的，故临时成立了专门的淀粉熬表面胶制备装置优化设计攻关小组，以对淀粉熬表面胶制备装置进行优化设计，其优化设计分三部分:

2.1搅拌器优化

要减小搅拌器所受阻力而减小搅拌器所受扭矩，可避免搅拌器折断；提高搅拌效果，要产生更多的涡流、紊流，以使悬浮液中各质子互相碰撞，从而提高热交换效果、加快淀粉糊化、缩短熬胶时间、节约能耗。攻关小组以此为切点，经过深入研究后，首先在搅拌器两转子上均匀开孔眼。开孔眼作用有三:一是减轻转子质量，从而减小动力消耗；二是减小转子所受的阻力，淀粉悬浮液碰到转子后，部分悬浮液从转子的孔眼中穿过，从而能减小转子所受的阻力，也就减小了转子所受的扭矩，转子折断的可能性也就降低；三是增强搅拌效果，淀粉悬浮液碰到带孔眼的转子时，形成众多的涡流，使淀粉悬浮液质子碰撞机会增多，从而加强了搅拌效果。然后改变两转子的安装位置，一个转子仍安装在搅拌器主轴下端，另一个转子上移安装在搅拌器主轴中部，并改变两转子的投影夹角，使两转子在水平面上的投影夹角为90°。两转子分开安装，能使桶中的淀粉悬浮液有两个搅拌中心，形成两次搅拌，而两转子的水平投影夹角为90°，从而使两搅拌中心带动的旋转悬浮液的相位差为90°，避免了旋转同步，而形成的层流，而异步旋转的上下悬浮液互相碰撞影响，可形成更多紊流，从而加强搅拌，使搅拌更均匀充分。为保护公司技术，淀粉熬胶桶搅拌器的优化已申请并授权了国家实用新型专利，其专利号和专利名称分别为“ZL201120487760.1”和“一种用于淀粉熬胶的新型搅拌器”。

2.2通汽加热管的优化

要加快蒸汽的分散，须使从通汽加热管中流出的蒸汽能快速地与淀粉悬浮液均匀混合。攻关小组从这个角度出发，改变了通汽加热管蒸汽的流出方式，将原通汽加热管下端开口封闭，改在将桶中通汽加热管的下部2/3长度1/4侧面上开孔眼，孔眼与通汽加热管壁面成一定倾斜角，使刚从孔眼流出的蒸汽运动方向与相遇淀粉悬浮液旋转方向一致。由于蒸汽流出口增多，与淀粉悬浮液始接触面积增大，所以使分布更均匀，并且蒸汽流出的方向与相遇淀粉悬浮液旋转方向一致，加快了蒸汽分散，从而保证了淀粉悬浮液快速受热均匀。为保护公司技术，淀粉熬胶桶通汽加热管的优化已申请并授权了国家实用新型专利，其专利号和专利名称分别为“ZL201120490641.1”和“一种用于淀粉熬胶的新型通汽加热管”。

2.3桶体优化

要控制搅拌器转子的长度，控制转子所受的扭矩，避免转子折断；同时须加强外层淀粉悬浮液的搅拌，使其产生更多的涡流、紊流，保证搅拌的均匀，保证熬胶的质量。攻关小组以此为优化的目的，经过多次论证后，决定在桶体内壁焊接3～4条不锈钢三角铁。搅拌器旋转时，搅动淀粉悬浮液旋转，旋转的淀粉悬浮液碰到不锈钢三角铁形成绕流，充分加大了搅拌，从而稳定并提高了熬制淀粉胶的质量。为保护公司技术，淀粉熬胶桶桶体的优化已申请并授权了国家实用新型专利，其专利号和专利名称分别为“ZL201320260442.0”和“一种用于淀粉熬胶的新型桶体”。

3　新型淀粉表面胶制备装置

3.1结构及工作方式

经过上述三部分优化设计，形成了新型的淀粉表面胶制备装置。新型淀粉表面胶制备装置主要包括通汽加热管、桶体、搅拌器、三角铁和动力装置五部分，伸至桶体下部的通汽加热管置于三角铁与搅拌器间，桶体内壁均匀焊接3～4个不锈钢三角铁，搅拌器装在固定在桶体上沿的动力装置上，置于桶体中部，见图2。所述的通汽加热管下端口封闭，桶体中通汽加热管下部2/3长度、1/4侧面均匀开有孔眼，孔眼与通汽加热管壁面成一定倾斜角，使刚从孔眼里流出的蒸汽运动方向与始接触的淀粉悬浮液旋转方向一致，见图3。所述的桶体内壁均匀焊接3～4条不锈钢三角铁，三角铁与桶体内壁是弧形焊接，弧形焊接的三角铁使旋转的淀粉悬浮液发生绕流，见图4。所述的搅拌器由主轴和两个转子组成，一个转子装在主轴下端，一个转子转子主轴中部，两个转子在水平面的投影夹角为90°，两个转子均匀开有孔眼，见图5。

工作时，动力装置带动搅拌器旋转，搅拌器两个转子推动、带动淀粉悬浮液旋转，旋转的淀粉悬浮液将从通汽加热管孔眼流出蒸汽带到桶体中各个部分，加热淀粉悬浮液。

图2　新型淀粉熬胶桶

图3　通汽加热管

图4　桶体

图5　搅拌器

3.2创新点

新型淀粉表面胶制备装置主要创新点如下。

（1）利用水体力学的原理。在转子上开孔眼，利用孔眼的孔壁产生壁流，形成众多的涡流，加强搅拌。

（2）利用流体运动原理。在桶体内壁焊接弧度三角铁，当淀粉悬浮液运动碰到弧度三角铁，产生绕流，加强搅拌。

（3）以两个搅拌中心取代一个搅拌中心。通过两个搅拌中心运动的相位差，产生紊流，加强搅拌。

（4）通过将实心转子开孔眼。减轻转子质量，减小转子所受的阻力，从而降低动力消耗，同时，转子所受阻力减小，剪切力减小，相应转子承受扭矩减小，从而降低转子折断的可能性。

（5）以多孔通蒸汽代替单孔通蒸汽。使蒸汽流出时分布更均匀，并利用蒸汽流出方向与淀粉悬浮液旋转方向一致，加快蒸汽在桶中的分布，使加热更均匀。

3.3关键技术

在新型淀粉表面胶制备装置设计安装过程中，需要注意以下几点关键技术:

（1）转子孔眼孔径。转子孔眼大小要合适，孔眼过小，易堵塞，孔眼过大，形成层流，起不到应有的作用。

（2）转子开孔率。在孔眼孔径确定后，开孔率越大，涡流越强，搅拌效果越好，但开孔率过大，转子易损坏。

（3）不锈钢三角铁与桶体内壁的弧度。不锈钢三角铁与桶体内壁以一定的弧度焊接，在保证淀粉悬浮液旋转至此时产生绕流，但同时尽可能减小对转子的冲击。

（4）不锈钢三角铁与桶体内壁的垂直距离。在桶体内壁焊接不锈钢三角铁，有利于缩短搅拌器转子长度，保护转子不被折断，但若该不锈钢三角铁与桶体内壁垂直距离过大，则搅拌器转子无法带动外层淀粉悬浮液旋转，外层淀粉悬浮液处于静止状态，不利于搅拌混和；若此垂直距离过小，则不利于缩短搅拌器转子长度，产生的绕流作用也有限，同样不利于搅拌混合。

（5）通汽加热管的安装位置和安装角度。安装位置应与不锈钢三角铁保持一定的距离，此处淀粉悬浮液应呈层流状态，运动方向比较单一，这样从通汽加热管流出的蒸汽易被淀粉悬浮液带走，从而有利于加速蒸汽扩散；安装角度应保证从通汽加热管流出的蒸汽运动方向与淀粉悬浮液旋转方向一致，以利于蒸汽快速与淀粉悬浮液混合。

3.4应用效果

经过优化后的新型淀粉熬表面胶制备装置在公司的其中一机台试用取得成功后，迅速在公司得到了全面推广，取得了下列良好效果。

（1）熬胶时间缩短。使用原淀粉熬表面胶制备装置熬胶，常用工艺是:升温至70～80℃，保温15～20 min，升温至95～100 ℃，保温25～30 min。使用新型淀粉表面胶制备装置后，熬胶质量得到明显改善，相应的熬胶工艺也进行了优化，其常用工艺是:升温至70～80℃，保温10～15 min，升温至95～100 ℃，保温15～20 min。

（2）胶液质量稳定。使用原淀粉表面胶制备装置，胶液黏度合格率低于95%，使用新型淀粉表面胶制备装置后，胶液黏度合格率高于98%，胶液夹生情况明显减少。

（3）能耗下降。使用新型淀粉表面胶制备装置后，在开机率、产量相当，纸种变化不大的情况下，各药品车间的平均汽耗下降10%，电耗下降2%。

（4）纸机运行情况得到改善。使用新型淀粉表面胶制备装置后，车间反映粘成型网、毛布、烘缸、干网的情况明显减少。特别是轻型纸生产车间，使用原淀粉熬胶桶，施胶机后第一缸粘缸较严重，刮刀处于长期落下状态，有时需要人工清理缸面。使用新型淀粉表面胶制备装置后，施胶机后第一缸粘缸情况明显得到改善，刮刀只需定期落下，也不需要人工清理。

（5）纸病减少。使用原淀粉表面胶制备装置时，经常有纸张因孔洞、料子等纸病不入库，特别是轻型纸生产车间，几乎每班都有因料子等纸病不入库的情况，有时还有因料子等纸病造成用户退纸的现象。从使用新型淀粉表面胶制备装置后，纸张因孔洞、料子等纸病不入库的现象大为减少，也很少发生用户因料子等纸病发生退纸的现象。

4　结束语

针对传统淀粉表面胶制备装置结构不合理，导致淀粉熬制质量不稳定、夹生，影响纸机运行，产生纸病等问题，我公司对淀粉表面胶制备装置的搅拌器、通汽加热管、桶体分别进行了优化，形成了新型的淀粉表面胶制备装置。通过对搅拌器和桶体的优化，加强了搅拌，通过对通汽加热管的优化，加速了蒸汽扩散，从而提高并稳定了淀粉胶质量，改善了纸车运行，减少了纸病，创造了良好的经济效益。

为保护公司技术，通汽加热管的优化、搅拌器的优化和桶体的优化分别申请并授权国家实用新型专利，其专利号分别为“ZL201120490641.1”、“ZL201120487760.1”、“ZL201320260442.0”，专利名称分别为“一种用于淀粉熬胶的新型通汽加热管”、“一种用于淀粉熬胶的新型搅拌器”、“一种用于淀粉熬胶的新型桶体”。

[1]一种用于淀粉熬胶的新型通汽加热管:ZL201120490641.1 [P].2012.7.1.

[2]一种用于淀粉熬胶的新型搅拌器:ZL201120487760.1 [P].2012.7.25.

[3]一种用于淀粉熬胶的新型桶体:ZL201320260442.0 [P].2013.12.11.

[4]天津轻工业学院造纸专业.第一讲调料[J].造纸技术通讯，1975(6):39-47.