微波技术在干法变性淀粉高粘高取代度阳离子生产中的应用

罗文征　潘瑞坚　陈明育

摘要：微波技术应用于干法变性淀粉生产过程中，大大提高了生产效率，降低了生产成本，为干法变性淀粉生产带来更多技术变革。文章首先介绍传统干法阳离子生产流程和存在的缺点；然后对微波技术介入干法变性淀粉生产的应用以及生产过程中需要注意的事项进行了分析；最后对微波技术在干法变性淀粉阳离子生产中的应用前景进行了展望。

关键词：微波技术；干法变性淀粉；阳离子生产；微波技术；工艺控制 文献标识码：A

中图分类号：TS226 文章编号：1009-2374（2016）34-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.031

国内外变性淀粉生产方法众多，常见的方法有干法、湿法、挤压法、滚筒干燥法等。比较而言，干法生产变性淀粉具有反应均匀、生产控制容易、产品质量稳定、用水少、减少环境污染等优点，缺点是生产反应时间长、反应转化率低、生产质量和湿法相比还有些差距、收率低，还有产生过程易生产粉尘对环境的影响等。目前我国干法变性淀粉生产的现状是：间歇性生产、规模小、品种单一、产品质量波动大、产品推广应用面窄。随着微波技术的介入，给干法变性淀粉生产带来重要发展机遇。微波技术在干法变性淀粉阳离子生产中的应用，不仅提升了反应速率，也大大改善了工作环境，降低了生产成本。

1 传统的干法阳离子生产流程及缺点

1.1 生产流程

干法生产变性淀粉技术已经大面积应用于我国变性淀粉的生产，也曾给变性淀粉生产带来技术革命。传统干法变性淀粉阳离子生产流程有自身特点，其主要构成环节和操作顺序是这样的：原料经过人工→输送系统→反应器混合→储存静止反应20个小时以上→二次投到混合器中和→热风系统气流烘干→冷风系统冷却→过筛→包装成品。

1.2 存在缺点

1.2.1 间歇性生产。由于静止反应，分子由基态到激活态，到完全结合，一般都要在20个小时以上，难以进行连续生产。不能实现连续生产，意味着生产资源的巨大浪费，生产效率低下，不符合现代企业发展经营

要求。

1.2.2 生产设备单一。传统干法变性淀粉生产，只能进行单一品种的操作，设备也单一，不仅生产量难以保证，也没有品种优势，难以形成市场优势。

1.2.3 能源消耗高。传统干法变性淀粉生产时，由于操作工艺的问题，导致生产过程中变性淀粉反应时间长，反应效率也比较低，一般都在80%以下。这也造成资源的浪费，企业经营效率低。

1.2.4 粉尘大。生产过程两次投料，增加劳动强度，增大现场粉尘产生的频率。

2 微波技术对干法变性淀粉生产的作用原理

2.1 微波的工作原理及作用

微波是指一种超高频电磁波，其频率一般在300MHz～300GHz、波长在1～1000mm范围内。微波技术介入干法变性淀粉生产，主要是利用微波的某一频率，当微波辐射出某一频率时，由于微波释放的能量场正负极性的高频改变，分子运动进入有序状态，由原来的杂乱无章运动变成有序的高频振动，相互碰撞、摩擦和挤压，从而使分子动能转变为热能。此种热量产生于介质内部，因此这种加热方式又称“体加热”方式，也称为“无温度梯度”的加热方式。微波除了具有热效应之外，还具有不是由温度引起的非热效应，如可以引起一些化学应动力学的改变和加速化学反应速度的催化效应、引起聚合物分子链断裂等生化效应和磁效应等。

2.2 微波技术对干法变性淀粉生产的作用

利用微波的催化效应、引起聚合物分子链断裂等生化效应和磁效应的机能，对阳离子变性淀粉反应过程起催化作用，大大地缩短反应时间；传统的反应时间要20个小时，现缩短到3个小时。

3 微波技术在干法阳离子变性淀粉生产中的工艺控制

3.1 混合

原料定量送到高速混合机后，把配好的A、B、C三种液体药，定量按先后顺序加入到混药器然后在规定的时间内，在雾化的状态下加到高速反应器中，D、F两种固体药品，同时加入，混合均匀。

3.2 初起反应

把混合均匀后的物料，送到低速反应器中进行初起反应，通过对物料的温度控制，把淀粉分子由基态激活。

3.3 微波加速催化

把已激活的物料，送到已设定好频率的微波反应器中，通过控制功率，把温度控制在85℃～100℃的范围内，这时通过微波照射能大幅度地提高淀粉变性反应速度。

图1

3.4 采用红外线或热风系统进行辅助烘干

由于市场上用户要的淀粉水分一般都在14%左右，而微波反应后的淀粉水分都在16%以上，因而还需对反应后的淀粉进行烘干。

3.5 中和筛分包装

由于淀粉反应是在碱性的环境上反应，因反应结束后还需进行中和再进行筛分，得到合格的成品进行包装。

4 生产优势

4.1 缩短反应时间

利用微波技术干法生产阳离子变性淀粉，加速化学反应速度，起催化效应、引起聚合物分子链断裂等生化效应和磁效应的机能，大大地缩短反应时间。

4.2 反应效率高

利用微波的生化效应，能大大地提高醚化的反应效率，反应效率能达85%以上。

4.3 质量可靠

采用微波技术生产的阳离子变性淀粉，其淀粉性能能够达到或者超过湿法制备的阳离子淀粉，可以代替湿法产品。

4.4 具有环保节能优势

生产过程可以全密封，能有效地防止粉尘飞扬，干法生产，节约水资源，废水零排放，降低环境污染，具有显著的生态环保效益。

4.5 具备自动化生产优势

利用微波技术生产干法变性淀粉，可以从投料到出产品的整个生产过程完全实现连续自动化，减少人力的投入，同时也避免人为因素对生产过程的影响，造成生产质量不稳定。

5 注意事项

微波技术在干法变性淀粉阳离子生产中的应用已经从单一走向多元。在阳离子淀粉生产中，要注意原料的选择及混合的要求，还特别要控制好加热温度，这样才能获得质量上乘的阳离子淀粉。

5.1 原辅材料的选择

干法变性淀粉生产时，由于原料的质量直接影响到成品的质量，不同于湿法生产，还有后道洗涤工序，因而原辅材料采购必须控制好质量。

5.2 混合的要求

干法变性淀粉生产是将阳离子试剂与催化剂进行混合后喷到干淀粉上，然后充分搅拌，使试剂、催化剂能够与干淀粉充分混合，这样才可以提高反应速度及效率，因而混合是比较关键，混合必须均匀并且没有颗粒，否则会影响效果。

5.3 温度的控制

微波技术在干法阳离子变性淀粉生产中的应用，对淀粉温度的控制，是比较关键的技术因素。过低，反应效应过低，达不到反应效果；过高，由于温度升得太快，淀粉水分流失过快，也影响反应效果。因此，一般控制在85℃～100℃。

5.4 混合时水分的控制

干燥的淀粉几乎是不吸收微波的，淀粉对微波的吸收能力主要是由介电常数和介电损耗正切来决定的，对淀粉介电常数影响最大的因素是淀粉的含水量，从而影响到其对微波吸收的性能。但水分过高也会造成淀粉糊化，同时增加烘干的成本，因而水分控制比较重要。

6 市场前景

微波技术在干法阳离子变性淀粉生产中的应用，已经彰显许多优势。未来微波技术在工业上的应用必将更为广阔。微波技术属于绿色化学，利用微波辐射加热技术，可以减少污染、废渣、废气等污染物。微波能够在极短时间内迅速加热反应物，能够促使常规下难以发生的反应在瞬间内完成。这也为微波技术的广泛应用开辟广阔前景。

微波技术加速反应机理研究还是一门新兴科学，如今还处于探索阶段，还有许多技术难题等待科学工作者加以研究解决。微波技术运用于干法变性淀粉生产中，这是建立在人们对微波场中的物质特性认识升级的基础之上。淀粉在微波辐射中的分解或者合成反应，可以促成多个因素的相互作用，这也为开拓更多优良性质的变性淀粉产品奠定坚实基础。

7 结语

随着淀粉深加工技术的不断推广以及相关研究的不断深入，干法变性淀粉生产对工艺的要求也越来越高，不仅要考虑经济效益，还要注重生态效益。微波技术在干法变性淀粉生产中的应用，不仅简化了生产工艺流程，也大大降低了生产成本，减少了污水排放。微波技术给干法变性淀粉生产带来重大技术革命，其发展前景值得期待。

参考文献

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[2] 朱其虎，韦爱芬.干法双变性淀粉连续生产工艺流程设计与应用[J].广西轻工业，2011，（8）.

[3] 崔彦如.半干法微波辅助加热制备多元变性淀粉的新工艺研究[D].吉林大学，2005.

（责任编辑：蒋建华）