微波技術在干法變性淀粉高粘高取代度陽離子生產中的應用

羅文征　潘瑞堅　陳明育

摘要：微波技術應用于干法變性淀粉生產過程中，大大提高了生產效率，降低了生產成本，為干法變性淀粉生產帶來更多技術變革。文章首先介紹傳統干法陽離子生產流程和存在的缺點；然后對微波技術介入干法變性淀粉生產的應用以及生產過程中需要注意的事項進行了分析；最后對微波技術在干法變性淀粉陽離子生產中的應用前景進行了展望。

關鍵詞：微波技術；干法變性淀粉；陽離子生產；微波技術；工藝控制 文獻標識碼：A

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

國內外變性淀粉生產方法眾多，常見的方法有干法、濕法、擠壓法、滾筒干燥法等。比較而言，干法生產變性淀粉具有反應均勻、生產控制容易、產品質量穩定、用水少、減少環境污染等優點，缺點是生產反應時間長、反應轉化率低、生產質量和濕法相比還有些差距、收率低，還有產生過程易生產粉塵對環境的影響等。目前我國干法變性淀粉生產的現狀是：間歇性生產、規模小、品種單一、產品質量波動大、產品推廣應用面窄。隨著微波技術的介入，給干法變性淀粉生產帶來重要發展機遇。微波技術在干法變性淀粉陽離子生產中的應用，不僅提升了反應速率，也大大改善了工作環境，降低了生產成本。

1 傳統的干法陽離子生產流程及缺點

1.1 生產流程

干法生產變性淀粉技術已經大面積應用于我國變性淀粉的生產，也曾給變性淀粉生產帶來技術革命。傳統干法變性淀粉陽離子生產流程有自身特點，其主要構成環節和操作順序是這樣的：原料經過人工→輸送系統→反應器混合→儲存靜止反應20個小時以上→二次投到混合器中和→熱風系統氣流烘干→冷風系統冷卻→過篩→包裝成品。

1.2 存在缺點

1.2.1 間歇性生產。由于靜止反應，分子由基態到激活態，到完全結合，一般都要在20個小時以上，難以進行連續生產。不能實現連續生產，意味著生產資源的巨大浪費，生產效率低下，不符合現代企業發展經營

要求。

1.2.2 生產設備單一。傳統干法變性淀粉生產，只能進行單一品種的操作，設備也單一，不僅生產量難以保證，也沒有品種優勢，難以形成市場優勢。

1.2.3 能源消耗高。傳統干法變性淀粉生產時，由于操作工藝的問題，導致生產過程中變性淀粉反應時間長，反應效率也比較低，一般都在80%以下。這也造成資源的浪費，企業經營效率低。

1.2.4 粉塵大。生產過程兩次投料，增加勞動強度，增大現場粉塵產生的頻率。

2 微波技術對干法變性淀粉生產的作用原理

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。微波技術介入干法變性淀粉生產，主要是利用微波的某一頻率，當微波輻射出某一頻率時，由于微波釋放的能量場正負極性的高頻改變，分子運動進入有序狀態，由原來的雜亂無章運動變成有序的高頻振動，相互碰撞、摩擦和擠壓，從而使分子動能轉變為熱能。此種熱量產生于介質內部，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之外，還具有不是由溫度引起的非熱效應，如可以引起一些化學應動力學的改變和加速化學反應速度的催化效應、引起聚合物分子鏈斷裂等生化效應和磁效應等。

2.2 微波技術對干法變性淀粉生產的作用

利用微波的催化效應、引起聚合物分子鏈斷裂等生化效應和磁效應的機能，對陽離子變性淀粉反應過程起催化作用，大大地縮短反應時間；傳統的反應時間要20個小時，現縮短到3個小時。

3 微波技術在干法陽離子變性淀粉生產中的工藝控制

3.1 混合

原料定量送到高速混合機后，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定的時間內，在霧化的狀態下加到高速反應器中，D、F兩種固體藥品，同時加入，混合均勻。

3.2 初起反應

把混合均勻后的物料，送到低速反應器中進行初起反應，通過對物料的溫度控制，把淀粉分子由基態激活。

3.3 微波加速催化

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

圖1

3.4 采用紅外線或熱風系統進行輔助烘干

由于市場上用戶要的淀粉水分一般都在14%左右，而微波反應后的淀粉水分都在16%以上，因而還需對反應后的淀粉進行烘干。

3.5 中和篩分包裝

由于淀粉反應是在堿性的環境上反應，因反應結束后還需進行中和再進行篩分，得到合格的成品進行包裝。

4 生產優勢

4.1 縮短反應時間

利用微波技術干法生產陽離子變性淀粉，加速化學反應速度，起催化效應、引起聚合物分子鏈斷裂等生化效應和磁效應的機能，大大地縮短反應時間。

4.2 反應效率高

利用微波的生化效應，能大大地提高醚化的反應效率，反應效率能達85%以上。

4.3 質量可靠

采用微波技術生產的陽離子變性淀粉，其淀粉性能能夠達到或者超過濕法制備的陽離子淀粉，可以代替濕法產品。

4.4 具有環保節能優勢

生產過程可以全密封，能有效地防止粉塵飛揚，干法生產，節約水資源，廢水零排放，降低環境污染，具有顯著的生態環保效益。

4.5 具備自動化生產優勢

利用微波技術生產干法變性淀粉，可以從投料到出產品的整個生產過程完全實現連續自動化，減少人力的投入，同時也避免人為因素對生產過程的影響，造成生產質量不穩定。

5 注意事項

微波技術在干法變性淀粉陽離子生產中的應用已經從單一走向多元。在陽離子淀粉生產中，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

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

5.2 混合的要求

干法變性淀粉生產是將陽離子試劑與催化劑進行混合后噴到干淀粉上，然后充分攪拌，使試劑、催化劑能夠與干淀粉充分混合，這樣才可以提高反應速度及效率，因而混合是比較關鍵，混合必須均勻并且沒有顆粒，否則會影響效果。

5.3 溫度的控制

微波技術在干法陽離子變性淀粉生產中的應用，對淀粉溫度的控制，是比較關鍵的技術因素。過低，反應效應過低，達不到反應效果；過高，由于溫度升得太快，淀粉水分流失過快，也影響反應效果。因此，一般控制在85℃～100℃。

5.4 混合時水分的控制

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

6 市場前景

微波技術在干法陽離子變性淀粉生產中的應用，已經彰顯許多優勢。未來微波技術在工業上的應用必將更為廣闊。微波技術屬于綠色化學，利用微波輻射加熱技術，可以減少污染、廢渣、廢氣等污染物。微波能夠在極短時間內迅速加熱反應物，能夠促使常規下難以發生的反應在瞬間內完成。這也為微波技術的廣泛應用開辟廣闊前景。

微波技術加速反應機理研究還是一門新興科學，如今還處于探索階段，還有許多技術難題等待科學工作者加以研究解決。微波技術運用于干法變性淀粉生產中，這是建立在人們對微波場中的物質特性認識升級的基礎之上。淀粉在微波輻射中的分解或者合成反應，可以促成多個因素的相互作用，這也為開拓更多優良性質的變性淀粉產品奠定堅實基礎。

7 結語

隨著淀粉深加工技術的不斷推廣以及相關研究的不斷深入，干法變性淀粉生產對工藝的要求也越來越高，不僅要考慮經濟效益，還要注重生態效益。微波技術在干法變性淀粉生產中的應用，不僅簡化了生產工藝流程，也大大降低了生產成本，減少了污水排放。微波技術給干法變性淀粉生產帶來重大技術革命，其發展前景值得期待。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）