用于纸张疏水化的淀粉的制备的制作方法

本发明涉及一种制备用于纸张疏水化的淀粉的装置和方法。

背景技术：

术语“纸张”在此还包括厚纸或纸板。

纸张的疏水化也被称为纸张的施胶，为了纸张的疏水化而尤其在包装纸和图案纸中使用各种来源的淀粉，主要是小麦淀粉，但例如也使用土豆淀粉，淀粉为了该用途而被改性。例如，淀粉在罐式货车中被运输到造纸处并在现场活化，其中，淀粉被加热到工艺温度。这通常借助由蒸汽发生器提供的新鲜蒸汽来实现。

技术实现要素：

本发明所基于的的目的是，提供一种制备用于纸张疏水化的淀粉的改进的装置和一种改进的方法。

根据本发明，该目的在设备方面通过根据权利要求1所述的特征实现并且在方法方面通过权利要求10所述的特征实现。

本发明的有利设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的制备用于纸张疏水化的淀粉的装置包括热泵，热泵从纸张的纸张制造的废热流中吸收热能并输出热能以用于将淀粉加热到工艺温度。

该装置使得可以利用纸张制造中产生的废热来制备用于所制造的纸张的疏水化的淀粉。由此有利地降低了纸张制造的能量消耗和生产成本。根据本发明，装置为此包括热泵，该热泵从纸张的纸张制造的废热流吸收热能并输出热能以用于将淀粉加热到工艺温度。由此，尤其取消了通过新鲜蒸汽对淀粉的常规加热，新鲜蒸汽必须通过蒸汽发生器提供并且导致增加的能量消耗。

本发明的一个设计方案提出，热泵是压缩热泵，其具有：用于热载体的封闭式热载体循环；蒸发器，用于通过蒸发热载体来吸收废热流的热能；电驱动的压缩机，用于压缩所蒸发的热载体；和冷凝器，用于通过将所蒸发的热载体冷凝来输出热能。电驱动的压缩热泵的使用使得尤其可以不依赖于化石能源来制备淀粉。

本发明的另一设计方案提出，热泵具有回热器(rekuperator)，用于冷却所冷凝的热载体并加热所蒸发的热载体。使用回热器来冷却所冷凝的热载体和加热所蒸发的热载体有利地使得能够提高性能系数(cop＝性能系数)，即，所产生的热量输出与热泵使用的电力之比。例如，热泵的性能系数可以通过回热器增加约15％。

本发明的另一设计方案提出，热载体是制冷剂r-1233zd或制冷剂r-1336mzz。r-1233zd是指反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯(cas号102687-65-0)。r-1336mzz是指顺-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(cas号692-49-9)。这些热载体可以有利地在高温下并且同时在适当的压力下冷凝。另外，这些热载体不易燃、无毒并且因此特别具有环保方面的优点。

本发明的另一设计方案设置有预热器，用于在将淀粉加热到工艺温度之前将淀粉预热到预热温度。预热器将由热泵冷却的废热流的热能传输到淀粉上。通过这种预热器，可以更高效地利用废热流的热能。

本发明的另一设计方案提出，工艺温度为大约125℃。将淀粉加热到大约125℃的工艺温度有利地实现淀粉使纸张疏水化的应用而无需额外加热淀粉。

本发明的另一设计方案提出，废热流是造纸机的干燥部的废气流或污染的蒸汽流或液态冷凝物流。本发明的这些设计方案有利地使得能够将纸张制造中产生的典型废热流用于纸张疏水化。

本发明的另一设计方案设置有热传输器，用于通过热泵将热能直接输出到淀粉处。本发明的替代设计方案设置有热传输中间回路，用于将热泵所输出的热能转输到淀粉处。与通过热传输中间回路的输出相比，通过热泵将热能直接输出到淀粉处实现了热泵的更高的性能系数，并因此更高效地利用了废热流。然而，通过热泵经由热传输中间回路间接输送热能实现了或简化了为现有造纸机加装热泵以用于纸张疏水化。

在根据本发明的制备用于纸张疏水化的淀粉的方法中，通过热泵从纸张的纸张制造的废热流中吸收热能并输出热能以用于将淀粉加热到工艺温度。该方法的优点对应于根据本发明的制备用于纸张疏水化的淀粉的装置的上述优点。

根据本发明的造纸机具有根据本发明的制备用于纸张疏水化的淀粉的装置。这种造纸机的优点由根据本发明的制备用于纸张疏水化的淀粉的装置的上述优点来得出。

附图说明

结合下面根据附图详细阐述的实施例说明，本发明的上述属性、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法变得更清楚易懂。其中示出：

图1示意性地示出了具有制备用于纸张疏水化的淀粉的装置的第一实施例的造纸机，

图2示出了热载体的焓压图，

图3示出了制备用于纸张疏水化的淀粉的装置的第二实施例，

图4示出了制备用于纸张疏水化的淀粉的装置的第三实施例。

彼此相应的部件在图中配有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出了造纸机100，其具有制备用于纸张疏水化的淀粉3的装置1的第一实施例。装置1包括热泵5和热传输器7。

热泵5从纸张的纸张制造的废热流9中吸收热能，并在热传输器7中将热能输出到淀粉3处。废热流9例如是造纸机100的干燥部102的废气流。替代地，废热流9也可以是在纸张制造时产生的污染蒸汽流或在纸张的纸张制造时产生的液态冷凝物流。废热流9由热泵5冷却，例如从大约100℃冷却到大约80℃。淀粉3在热传输器7中例如从大约20℃被加热到大约125℃的疏水化工艺温度。

热泵5是实施为压缩热泵的高温热泵。热泵5包括封闭式热载体循环11、蒸发器13、电驱动的压缩机15、冷凝器17、膨胀单元19和回热器21。

热载体在热载体循环11中循环。热载体例如是卤代烃。特别优选地，热载体是制冷剂r-1233zd或制冷剂r-1336mzz。在蒸发器13中，热载体在从废热流9吸收热能的情况下被蒸发。压缩机15压缩热载体，并且由此引起热载体在热载体循环11中的循环。在冷凝器17中，热载体在输出冷凝热的情况下被冷凝。冷凝器17集成到热传输器7中，使得冷凝热直接输出到淀粉3处，并且淀粉3被加热到工艺温度。膨胀单元19使得热载体膨胀至降低的压力p。回热器21冷却所冷凝的热载体并加热所蒸发的热载体。

图2以示例的方式示出了图1中所示的装置1的热泵5的热载体3的焓压图，其中，热载体在该实例中是r1233zd。焓压图的横坐标以kj/kg为单位绘出了比焓h。在纵坐标上以巴(bar)为单位对数地绘出了压力p。该图示出了等温线27的曲线族，其中热载体的温度在相应的等温线27上方以摄氏度给出。等温线27上的、等温线27的斜率跳跃式改变的点对应于热载体的相界。这些点通过相界曲线29连接。还示出了等熵线31。等熵线31处的数字以kj/(kg·k)为单位给出了该等熵线31上的热载体的比熵。

图2还示出了在具有过程点33至36的热载体循环11中的热载体的热动力循环过程。在过程点33与34之间，通过压缩机15实现热载体的多变压缩。在过程点34与35之间，通过冷凝器17和回热器21实现热载体的等压冷却和液化。在过程点35与36之间，通过膨胀单元19实现热载体的膨胀。在过程点36与33之间，通过蒸发器13和回热器21实现热载体的等压蒸发和加热。

热载体在焓压图的左侧区域中作为液体存在。因此，等温线27在那里非常陡峭地上升。在该图的右侧区域中，热载体作为气体存在，并且等温线27随着比焓h的上升而缓慢下降。

图3示出了制备用于纸张疏水化的淀粉3的装置1的第二实施例。该实施例与图1所示的实施例的区别仅在于，热泵5的冷凝器17没有集成到热传输器7中，而是通过热传输中间回路23连接到热传输器7处。相应地，在冷凝器17中，从热载体输出的冷凝热不会直接输出到淀粉3处，而是从热传输中间回路23运输给热传输器7并输出到热载体处。热传输中间回路23包含传输介质，例如水，以用于将热能从冷凝器17运输给热传输器7。虽然热传输中间回路23的中间连接相对于图1所示的第一实施例降低了热泵5的性能系数，但是它实现了或简化了为现有造纸机100加装热泵5以用于纸张的疏水化。

图4显示了制备用于纸张疏水化的淀粉3的装置1的第三实施例。该实施例与图1所示的实施例的区别仅在于一附加的预热器25，其用于在热传输器7中将淀粉3加热到工艺温度之前，将淀粉3预热到预热温度。预热器25将来自被蒸发器13冷却的废热流9的热能传输到淀粉3上。例如，预热器25中的淀粉3从大约20℃加热到大约75℃。由此，可以更高效地利用废热流9的热能，并且可以缩短淀粉3在热传输器7中的用于将淀粉3加热到工艺温度的停留时间。相应地，图3中所示的实施例也可以通过预热器25被扩展。

虽然已经通过优选实施例在细节上详细说明和阐述了本发明，但是本发明不限于所公开的实例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下从中推导出其他变体。