用于石膏板生产的有效的湿淀粉制备系统的制作方法

专利名称：用于石膏板生产的有效的湿淀粉制备系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在含石膏产品的生产中在将淀粉分散体加入含石膏的浆料中之前将 淀粉预分散在水中的一种系统。该系统可以用来制造含石膏的产品，包括具有提高的板强 度以及减小的板重量的石膏墙板。
背景技术：
石膏(二水合硫酸钙)的某些特性使得它非常受欢迎地用在制造工业的以及建筑 的产品(特别是石膏墙板)的过程中。石膏是一种充足的并且总体上廉价的原材料，通过 脱水(或煅烧)和再水合的方法，可以将其铸造、模制或以其他方式成型为有用的形状。制 造石膏墙板和其他石膏产品的基体材料是硫酸钙的半水合物形式(CaSO4 · 1/2H20)，通常称 作“石膏灰泥”，它是通过二水合物形式的硫酸钙(CaSO4 · 2H20)的加热转化而生产的，由此 除去了 1-1/2的水分子。再水合之后，半水合物溶解，石膏晶体沉淀并且晶体块体凝固且变 成固体，从而提供一种凝固的石膏材料。为了制造含石膏的产品，通常制备含石膏的浆料。这些含石膏的浆料可以包括石 膏灰泥和水、以及其他已知的成分和添加剂，例如像淀粉、分散体、促进剂、粘合剂、玻璃纤 维以及纸纤维等。通常将干淀粉加入干的石膏灰泥中并且将其连同其他干成分一起引入生 产线上的一个板混合器中。已知淀粉对于凝固的石膏核芯中的石膏晶体是一种良好的粘合剂、并且可以提高 板强度。此外，淀粉可以起作用来在墙板产品中的该凝固的石膏核心与覆盖薄板之间提供 一种改进的界面结合。在含石膏的浆料中使用一种精细研磨的预胶凝的玉米淀粉(例如其中> 99%的 颗粒通过了 100筛目的筛)在本领域是已知的。然而，这种精细研磨的淀粉要求额外的能量 并且为了生产花费更多，并且它还在其生产和应用过程中产生了难以处理的细小粉尘。另 一个问题是，当与石膏灰泥和水进行混合来制造一种所希望的含石膏的浆料时，这种精细 的淀粉可能要求另外的工艺用水。例如，一磅干的精细研磨的淀粉可以将石膏浆料制备中 的水需求增大约10磅/MSF (1，000平方英尺)。在含石膏的浆料中可以使用粗糙的淀粉(即更大粒度的淀粉)，因为它更少灰尘 并且更容易进行生产和处理。此外，更大的粒度要求在浆料中更少的水。然而，由于这个更 大的粒度，所以难以使用一种标准的干基处理设备将粗糙的淀粉完全地分散在该石膏浆料 中，例如在与水及石膏灰泥通过一个板混合器的非常短期的混合过程中，其中接触时间典 型地小于一秒。如果可以找到一种方式来将更大粒度的预胶凝淀粉有效地分散到石膏浆料 中，则可以减少水的使用并且实现成本的节省。此外，如果使用更大粒度的预胶凝淀粉也增 加了板强度，则这将用作本领域的另一种有用贡献。此外，如果可以找到一种方式来在引入标准生产线上的板混合器之前有效地制备 一种适当的预胶凝淀粉分散体，则这将代表着对本领域的一种有用的贡献。发明概述在一个实施方案中，本发明包括一种用于制造石膏墙板的湿淀粉系统，该系统具有用于存储干淀粉的一个失重式淀粉送料器、一个文丘里混合器、用于将来自该送料器的 干淀粉以一个可调整的速率供给该文丘里混合器的一个真空取料单元、用于将水以一个可 调整的速率供给该文丘里混合器以形成具有按重量计从约2%至约10%淀粉的淀粉预分 散体的一个第一水泵、以及用于将计量水供给该淀粉预分散体的一个第二水泵。可以任选地向该系统中加入另外的过程控制，包括一个浆料输出控制器，该浆料 输出控制器用于将该计量水中的淀粉预分散体以一个可调整的速率以及一个可测量的浓 度送到石膏板生产线上的一个板混合器中；以及控制装置，该控制装置用于计算一个实际 浆料输出浓度与一个目标浆料输出浓度之差、并且基于该差值给该淀粉送料器发信号以调 整该淀粉供应的速率和/或给该第一水泵发信号以调整水供应速率。在本发明的一个实施方案中，该湿淀粉系统可以进一步包括用于该约2%至约 10%的淀粉预分散体的一个保持储箱，该保持储箱用于使所述预分散体脱气并且用于进一 步水解这些大的淀粉颗粒。在另一个实施方案中，该湿淀粉系统可以进一步包括一个板混合器，该板混合器 用于接收该计量水中的淀粉预分散体以及石膏灰泥。此外，该计量水中的淀粉预分散体至 该板混合器的流速可以是可调整的，或者替代地可以保持恒定。进一步提供了一种制备在计量水中的淀粉预分散体以便生产石膏墙板的方法，该 方法包括将一种干淀粉以可调整的速率送入一个文丘里混合器中、将该淀粉在该文丘里 混合器中用水润湿以形成基于该淀粉的重量为从约2%至约10%浓度的一个淀粉浆料、将 该淀粉浆料送到该计量水中以形成在该计量水中的一个淀粉预分散体、借助一个浆料输出 控制器来计算一个淀粉预分散体的递送速率、并且将该计量水中的淀粉预分散体递送到生 产线上的一个板混合器中。任选地，在将该浆料递送到该计量水而形成在该计量水中的一 个淀粉预分散体之前可以将该淀粉浆料再循环(例如，进入一个保持储箱)。对于石膏墙板的生产，在淀粉预分散到水中之后，将该预胶凝的淀粉分散体加入 含石膏灰泥的浆料中。将得到的含淀粉、含石膏灰泥的浆料沉积在一个第一纸质覆盖薄板 上，并且将一个第二纸质覆盖薄板放置在所沉积的浆料上方以形成一种石膏墙板。在该含 石膏的浆料已经充分硬化至可用于切割之后，将该石膏墙板切割成所希望的长度，并且在 一个烘干炉中干燥所得到的石膏墙板。在该浆料中也将使用其他常规的成分，适当地包括 分散剂类(例如萘磺酸盐)、抗下垂的及强度性添加剂(例如三偏磷酸盐)、促进剂类、粘合 剂类、纸纤维、玻璃纤维、以及其他已知的成分。通常还可加入一种肥皂泡沫以减小该最终 的石膏墙板产品的密度。根据本发明，淀粉的用量与其中该淀粉在板混合器之前未被预分散在水中的一个 系统相比将至少要低约10%。附图简要说明

图1描绘了根据本发明的一种湿淀粉系统的一个实施方案。图2描绘了根据本发明的一种湿淀粉系统的一个替代实施方案。发明详细说明一方面，本发明包括一种出乎意料地有效的湿淀粉制备系统，该系统包括用于存 储干淀粉的一个失重式淀粉送料器、一个文丘里混合器、用于将来自该送料器的干淀粉以 一个可调整的速率供给该文丘里混合器的一个真空取料单元、用于将水以一个可调整的速率供给该文丘里混合器以形成一个具有按重量计从约2%至约10%淀粉的淀粉预分散体 的一个第一水泵、以及用于将计量水供给该淀粉预分散体的一个第二水泵。在一个优选实施方案中，该湿淀粉系统用来将一种预胶凝的玉米面粉在将其引入 板混合器之前完全地分散到待用于制造石膏墙板的工艺水中。此外，本系统可以用来生产 轻型的1/2英寸的石膏墙板，该墙板具有约1100磅/MSF至约1300磅/MSF的干重。例如，可以在该水的歧管之前将该湿淀粉与计量水进行混合。这种混合通过将该 润湿的淀粉遍布该计量水均勻地分配而提供了额外的效力。这进而确保了该淀粉在凝固的 石膏核心中的良好分配。已经出乎意料地发现，本发明有效地降低了石膏板生产过程中在该混合器中淀粉 以及团块的积聚。进一步出乎意料地发现，本发明有效地将石膏墙板的生产中预胶凝淀粉的使用降 低了约10-20% (即，从沈磅/MSF至20-23磅/MSF)而没有任何负面影响。该系统可以使用一个淀粉送料器如一个失重式进料器、一个真空取料单元、以及 一个橇装式润湿系统(skid mounted wetting system)。该滑橇(skid)是该系统的一个关 键方面。它包含润湿该通过进料器进行称重的淀粉所需要的控件以及设备。它还具有一个 计量泵来将该淀粉浆料泵送到该板混合器中。该设备能以70psi向该混合橇提供水。该滑 橇以该配方所要求的速率将润湿的淀粉浆料提供给该板混合器。该润湿系统是一个文丘里混合系统，例如一种Vacucam EjectorMixer,从 SemiBulk Systems Inc.，St. Louis ,Missouri 可得的 VacucamEJM 2000，该系统使用文氏管 中创造的真空来完全地润湿该通过失重式进料器进行测量的干粉末。在该文氏管中水的压 力是使用一个齿轮泵来保持的。一种有用的失重式进料器是Acrison 270“在线”称重进料器，是从Acrison Inc., Moonachie, New Jersey 白勺。—禾中白勺^$￠(14171^ SemiBulk Systems Inc., St. Louis, Missouri 可得。在一个实施方案中，润湿的淀粉被射入一个保持储箱中，该保持储箱将该淀粉浆 料脱气并且提供时间使该淀粉开始在水中溶胀并且水解。淀粉浆料从该储箱中被计量地返 回到计量水的管线中以便在生产线上的板混合器之前被分散在该计量水中。这个系统将在石膏板生产方法中提供至少10%的预胶凝淀粉用量的减少。存在着由这个系统提供的两种主要效能。该淀粉被完全地分散在计量水中，这样 它将更彻底地分散在最终产品的凝固的石膏核心中。而且当该淀粉进入混合器中时它是处 于一种更加反应性的状态，因为它是完全地润湿并且水解的，因此该淀粉分散体可以在板 混合器中进行的初始的石膏水合作用过程中给予更大的有益效果。在图1展示的系统10的一个实施方案中，示出了一个失重式进料器20被连接到 一个真空取料单元30上。该系统包括一个半散装式混合橇(semi-bulk mixing skid) 35， 该半散装式混合橇包括一个文丘里混合系统40，它使用在该文氏管中创造的真空将干淀 粉完全润湿；一个保持储箱50 ；以及一个计量泵55。将温度受控的水供给在一个计量水粗滤器70的接受侧的一个滑橇供应泵60。将 同样这个水供给一个计量水的泵80。在系统需要它时，这些混合橇控件将要求水。在正常操作下，这是在该板的管线(通过板混合器200)要求淀粉时。板的管线200将要求淀粉并且因此滑橇35将要求淀粉 及水来补足在所希望的石膏板配方中要求的浓度。例如，如果要求2%的预胶凝淀粉溶液， 则两磅的淀粉可被加入98磅的水中。在启动或转换的过程中流动可能改变，但是淀粉浓度基本上保持一致。为了保持 这个保持储箱50中的供应是恒定的，多个控件就位来保持这个保持储箱50中的液面水平 是恒定的。在启动或需要加入更多的淀粉浆料来填满保持储箱的转换时的扰动过程中，这 些滑橇控件将要求更多的淀粉并且更多的水将被加入用以保持浓度恒定。如果该保持储箱 在设定水平之上，则将要求更少的淀粉(并且因此更少的水)来保持淀粉浆料的浓度恒定。这种恒定的淀粉浓度允许计量泵55像进料器一样起作用。配方的改变导致计量 泵中的速度改变。如果进料速率被显著改变，则要求淀粉浓度的改变。为此目的存在有一 个操作者控制的浓度设定点。从滑橇35中流出的淀粉和水的浆料的流速决定了计量水的泵80的流速。因为该 淀粉浆料被加回计量水中，因此使用一个偏置程序来保持至该混合器40的水流恒定。随着 淀粉水平被增大，该计量水的泵减慢，从而减少了这种流动。设置了一个三通阀门90，因此该淀粉浆料可以在回路(9 中被再循环直至被需 要。当阀门90改变时，淀粉浆料(51)在一个计量水三通阀门95之后、在一个歧管100之前 被加入一个计量水流81中从而形成计量水中的淀粉浆料预分散体(91)。当该浆料的三通 阀门90被转向该板混合器200时，该偏置程序减小了计量水的流速这样至该板混合器200 中的水的流速是恒定的。在图2展示的系统的一个替代实施方案中，供送泵60被一个齿轮泵60a代替，并 且除去了对淀粉浆料的流动控制。在该实施方案中，计量系统可以是一个失重式进料器20。该泵60a—个恒定的速 度运行，该速度是由任何给定的时刻需要被润湿的淀粉的最大量值所决定的。启动之后从 计量水的管线81至泵60a的流动是恒定的。计量泵55的速度由保持储箱50的水平所控制。达到稳定状态之后，这将是恒定 的。它也可以被预先设定，因为来自计量水的管线81的流动将是什么会是已知的。一个水 平控件(level control)将因为磨损以及粘度变化进行调整。优选的是引入肥皂泡沫来控制空气(气泡)空隙的尺寸以及在该凝固石膏核芯 中的分布，并且来控制该凝固的石膏核芯的密度。肥皂泡沫是以有效地产生所希望的密度 的一个量值、并且以受控的方式加入的。肥皂的优选范围为从约0. 2磅/MSF到约0. 7磅/ MSF ；肥皂的更优选的水平为约0. 45磅/MSF到约0. 5磅/MSF。为了控制该过程，操作者必 须监测该板成型线的源头，并保持该封袋是充满的。如果该封袋未保持充满，则会产生具有 中空边缘的墙板，因为该石膏浆料不能充满必要的体积。该封袋体积是通过增加肥皂的使 用以防止在该板的制造过程中空气泡的破裂(为了更好地保留这些空气泡)、或通过增加 该空气泡沫率而保持充满的。因此，总体上该封袋体积是通过增加或减少肥皂的使用、或通 过增加或减少空气泡沫率来控制和调节的。控制该源头的技术包括通过加入肥皂泡以增加 总浆料体积、或通过减少肥皂泡的使用以减少总浆料体积来调整工作台上的“动态浆料”。淀粉，具体地包括预胶凝淀粉，必须用在根据本发明制备的含石膏的浆料中。一种 优选的预胶凝淀粉是预胶凝的玉米淀粉，例如从BimgeMilling(密苏里州，圣路易斯)公司
其他有用的淀粉包括但不限于预胶凝米淀粉以及预胶凝小麦淀粉。该浆料的水/石膏灰泥(w/s)之比、或“WSR”，是一个重要参数，因为过量的水最后 必须通过加热驱除，由于在这个加热过程中使用的燃料的高成本，这是浪费的并且昂贵的。 有利的是保持工艺水的量以及因此WSR很低。在本发明中，WSR可以是范围从约0.3至约 1.5，取决于淀粉使用水平以及石膏灰泥的特征(粒度/形状)。在一个优选实施方案中， WSR可以是范围从约0.3至约1.2。在一个更优选的实施方案中，WSR可以是范围从约0.7 至约0. 9，这与许多已知的方法相比构成了实质上更低的水需求。萘磺酸盐分散剂可以任选地用在根据本发明制备的含石膏的浆料中，包括聚萘磺 酸及其盐(聚萘磺酸盐)和衍生物，它们是萘磺酸与甲醛的缩合产物。特别可取的聚萘磺酸 盐包括萘磺酸钠和萘磺酸钙。这些萘磺酸盐的平均分子量可以从约3，000变化到27，000, 但优选的是该分子量的范围是从约8，000到22，000，并且更优选的是该分子量是约12，000 到17，000。作为一种商业产品，一种较高分子量的分散剂比一种较低分子量的分散剂具有 更高的粘度和更低的固体含量。有用的萘磺酸盐包括从GEOSpecialty Chemicals (俄亥 俄州，克里夫兰)可获得的DIL0FL0 ；从Hampshire Chemical Corp.(马萨诸塞州，列克星 敦)可获得的DAXAD ；以及从GEO Specialty Chemicals (印第安纳州，拉斐特)可获得的 L0MARD。例如，这些萘磺酸盐优选作为固体含量在按重量计35-55%的范围内的水溶液使 用。最优选的是使用处于例如固体含量在按重量计约40-55%的范围内的水溶液形式的萘 磺酸盐。例如，可替代地在适当时，这些萘磺酸盐能以干固体或粉末形式如LOMAR D来使用。在本发明中有用的聚萘磺酸盐具有以下一般结构(I)
权利要求
1.一种制备在计量水中的淀粉预分散体以便用于生产石膏墙板的系统，该系统包括一个用于存储干淀粉的淀粉送料器；一个文丘里混合器；一个真空取料单元，该真空取料单元用于将来自该送料器的干淀粉以一个可调整的速 率供给该文丘里混合器；一个第一水泵，该第一水泵用于将水以一个可调整的速率供给该文丘里混合器以形成 具有按重量计从约2%至约10%淀粉的一个淀粉预分散体；以及一个第二水泵，该第二水泵用于将计量水供给该淀粉预分散体以制备在该计量水中的 淀粉预分散体。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括一个浆料输出控制器，该浆料输出控制器用 于将该计量水中的淀粉预分散体以一个可调整的速率以及一个可测量的浓度递送到一条 石膏板生产线上的一个板混合器中；以及控制装置，该控制装置用于计算一个实际浆料输出浓度与一个目标浆料输出浓度之差 并且基于该差值对该淀粉送料器发信号以调整该淀粉供应的速率和/或给该第一水泵发 信号以调整水供应速率。
3.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于该约2%至约10%的淀粉预分散体的一 个保持储箱，该保持储箱用于将该淀粉预分散体脱气。
4.如权利要求1所述的系统，进一步包括一个板混合器，该板混合器用于接收含有该 淀粉预分散体以及石膏灰泥的计量水。
5.如权利要求1所述的系统，其中进入该计量水中的淀粉预分散体的流速是可调的亦 或恒定的。
6.如权利要求4所述的系统，其中该板混合器包括一种含石膏的浆料，该含石膏的 浆料包括水、石膏灰泥、基于石膏灰泥的重量以从按重量计约0. 5%到按重量计约10% 的量存在的预胶凝淀粉、基于石膏灰泥的重量以从按重量计约0. 2%到按重量计约2%的 量存在的一种萘磺酸盐分散剂、基于石膏灰泥的重量以从按重量计约0. 到按重量计约 0. 4%的量存在的三偏磷酸钠、以及基于石膏灰泥的重量以高达按重量计约0. 2%的量存在 的玻璃纤维。
7.如权利要求6所述的系统，其中该含石膏的浆料进一步包括以从约0.2磅/MSF到约 0. 7磅/MSF的量值存在的肥皂。
8.如权利要求6所述的系统，其中该水/石膏灰泥之比是从约0.7到约1.3。
9.如权利要求6所述的系统，其中该预胶凝淀粉的量值与其中该淀粉在板混合器之前 未在水中预分散的一个系统相比降低了至少约10%。
10.一种制备在计量水中的淀粉预分散体以便用于生产石膏墙板的方法，该方法包括 以下步骤(a)将一种干淀粉以一个可调整的速率送入一个文丘里混合器中；(b)在该文丘里混合器中用水将该淀粉润湿以形成基于该淀粉的重量从约2%至约 10%的浓度的一个淀粉浆料；并且(c)将该淀粉浆料递送到该计量水中以形成一个在该计量水中的淀粉预分散体。
全文摘要
本发明提供了一种用于石膏墙板的湿淀粉制备系统，该系统包括一个失重式淀粉送料器、一个文丘里混合器、一个用于将来自该送料器的干淀粉以一个可调整的速率供给文丘里混合器的真空取料单元、用于将水以一个可调整的速率供给文丘里混合器以形成具有按重量计从约2％至约10％淀粉的一个淀粉预分散体的一个第一水泵、以及用于对该淀粉预分散体供给计量水的一个第二水泵，该系统装备有适当的系统控制。本发明的系统提供了更有效的淀粉利用，这样预胶凝淀粉的量值与其中该淀粉在板混合器之前未在水中预分散的一个系统相比降低了至少约10％。该系统可以用来制造含石膏的产品，包括具有提高的板强度以及减小的板重量的石膏墙板。
文档编号B28C1/02GK102143830SQ200980134292
公开日2011年8月3日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年9月5日
发明者K·亨利, R·斯切克, S·佛罗森, S·迪格纳罗, T·古内德, 余强 申请人:美国石膏公司