專利名稱：用于石膏板生產(chǎn)的有效的濕淀粉制備系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在含石膏產(chǎn)品的生產(chǎn)中在將淀粉分散體加入含石膏的漿料中之前將 淀粉預分散在水中的一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以用來制造含石膏的產(chǎn)品，包括具有提高的板強 度以及減小的板重量的石膏墻板。
背景技術：
石膏(二水合硫酸鈣)的某些特性使得它非常受歡迎地用在制造工業(yè)的以及建筑 的產(chǎn)品(特別是石膏墻板)的過程中。石膏是一種充足的并且總體上廉價的原材料，通過 脫水(或煅燒)和再水合的方法，可以將其鑄造、模制或以其他方式成型為有用的形狀。制 造石膏墻板和其他石膏產(chǎn)品的基體材料是硫酸鈣的半水合物形式(CaSO4 · 1/2H20)，通常稱 作“石膏灰泥”，它是通過二水合物形式的硫酸鈣(CaSO4 · 2H20)的加熱轉化而生產(chǎn)的，由此 除去了 1-1/2的水分子。再水合之后，半水合物溶解，石膏晶體沉淀并且晶體塊體凝固且變 成固體，從而提供一種凝固的石膏材料。為了制造含石膏的產(chǎn)品，通常制備含石膏的漿料。這些含石膏的漿料可以包括石 膏灰泥和水、以及其他已知的成分和添加劑，例如像淀粉、分散體、促進劑、粘合劑、玻璃纖 維以及紙纖維等。通常將干淀粉加入干的石膏灰泥中并且將其連同其他干成分一起引入生 產(chǎn)線上的一個板混合器中。已知淀粉對于凝固的石膏核芯中的石膏晶體是一種良好的粘合劑、并且可以提高 板強度。此外，淀粉可以起作用來在墻板產(chǎn)品中的該凝固的石膏核心與覆蓋薄板之間提供 一種改進的界面結合。在含石膏的漿料中使用一種精細研磨的預膠凝的玉米淀粉(例如其中> 99%的 顆粒通過了 100篩目的篩)在本領域是已知的。然而，這種精細研磨的淀粉要求額外的能量 并且為了生產(chǎn)花費更多，并且它還在其生產(chǎn)和應用過程中產(chǎn)生了難以處理的細小粉塵。另 一個問題是，當與石膏灰泥和水進行混合來制造一種所希望的含石膏的漿料時，這種精細 的淀粉可能要求另外的工藝用水。例如，一磅干的精細研磨的淀粉可以將石膏漿料制備中 的水需求增大約10磅/MSF (1，000平方英尺)。在含石膏的漿料中可以使用粗糙的淀粉(即更大粒度的淀粉)，因為它更少灰塵 并且更容易進行生產(chǎn)和處理。此外，更大的粒度要求在漿料中更少的水。然而，由于這個更 大的粒度，所以難以使用一種標準的干基處理設備將粗糙的淀粉完全地分散在該石膏漿料 中，例如在與水及石膏灰泥通過一個板混合器的非常短期的混合過程中，其中接觸時間典 型地小于一秒。如果可以找到一種方式來將更大粒度的預膠凝淀粉有效地分散到石膏漿料 中，則可以減少水的使用并且實現(xiàn)成本的節(jié)省。此外，如果使用更大粒度的預膠凝淀粉也增 加了板強度，則這將用作本領域的另一種有用貢獻。此外，如果可以找到一種方式來在引入標準生產(chǎn)線上的板混合器之前有效地制備 一種適當?shù)念A膠凝淀粉分散體，則這將代表著對本領域的一種有用的貢獻。發(fā)明概述在一個實施方案中，本發(fā)明包括一種用于制造石膏墻板的濕淀粉系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于存儲干淀粉的一個失重式淀粉送料器、一個文丘里混合器、用于將來自該送料器的 干淀粉以一個可調整的速率供給該文丘里混合器的一個真空取料單元、用于將水以一個可 調整的速率供給該文丘里混合器以形成具有按重量計從約2%至約10%淀粉的淀粉預分 散體的一個第一水泵、以及用于將計量水供給該淀粉預分散體的一個第二水泵?？梢匀芜x地向該系統(tǒng)中加入另外的過程控制，包括一個漿料輸出控制器，該漿料 輸出控制器用于將該計量水中的淀粉預分散體以一個可調整的速率以及一個可測量的濃 度送到石膏板生產(chǎn)線上的一個板混合器中；以及控制裝置，該控制裝置用于計算一個實際 漿料輸出濃度與一個目標漿料輸出濃度之差、并且基于該差值給該淀粉送料器發(fā)信號以調 整該淀粉供應的速率和/或給該第一水泵發(fā)信號以調整水供應速率。在本發(fā)明的一個實施方案中，該濕淀粉系統(tǒng)可以進一步包括用于該約2%至約 10%的淀粉預分散體的一個保持儲箱，該保持儲箱用于使所述預分散體脫氣并且用于進一 步水解這些大的淀粉顆粒。在另一個實施方案中，該濕淀粉系統(tǒng)可以進一步包括一個板混合器，該板混合器 用于接收該計量水中的淀粉預分散體以及石膏灰泥。此外，該計量水中的淀粉預分散體至 該板混合器的流速可以是可調整的，或者替代地可以保持恒定。進一步提供了一種制備在計量水中的淀粉預分散體以便生產(chǎn)石膏墻板的方法，該 方法包括將一種干淀粉以可調整的速率送入一個文丘里混合器中、將該淀粉在該文丘里 混合器中用水潤濕以形成基于該淀粉的重量為從約2%至約10%濃度的一個淀粉漿料、將 該淀粉漿料送到該計量水中以形成在該計量水中的一個淀粉預分散體、借助一個漿料輸出 控制器來計算一個淀粉預分散體的遞送速率、并且將該計量水中的淀粉預分散體遞送到生 產(chǎn)線上的一個板混合器中。任選地，在將該漿料遞送到該計量水而形成在該計量水中的一 個淀粉預分散體之前可以將該淀粉漿料再循環(huán)(例如，進入一個保持儲箱)。對于石膏墻板的生產(chǎn)，在淀粉預分散到水中之后，將該預膠凝的淀粉分散體加入 含石膏灰泥的漿料中。將得到的含淀粉、含石膏灰泥的漿料沉積在一個第一紙質覆蓋薄板 上，并且將一個第二紙質覆蓋薄板放置在所沉積的漿料上方以形成一種石膏墻板。在該含 石膏的漿料已經(jīng)充分硬化至可用于切割之后，將該石膏墻板切割成所希望的長度，并且在 一個烘干爐中干燥所得到的石膏墻板。在該漿料中也將使用其他常規(guī)的成分，適當?shù)匕?分散劑類(例如萘磺酸鹽)、抗下垂的及強度性添加劑(例如三偏磷酸鹽)、促進劑類、粘合 劑類、紙纖維、玻璃纖維、以及其他已知的成分。通常還可加入一種肥皂泡沫以減小該最終 的石膏墻板產(chǎn)品的密度。根據(jù)本發(fā)明，淀粉的用量與其中該淀粉在板混合器之前未被預分散在水中的一個 系統(tǒng)相比將至少要低約10%。附圖簡要說明

圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的一種濕淀粉系統(tǒng)的一個實施方案。圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的一種濕淀粉系統(tǒng)的一個替代實施方案。發(fā)明詳細說明一方面，本發(fā)明包括一種出乎意料地有效的濕淀粉制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于存 儲干淀粉的一個失重式淀粉送料器、一個文丘里混合器、用于將來自該送料器的干淀粉以 一個可調整的速率供給該文丘里混合器的一個真空取料單元、用于將水以一個可調整的速率供給該文丘里混合器以形成一個具有按重量計從約2%至約10%淀粉的淀粉預分散體 的一個第一水泵、以及用于將計量水供給該淀粉預分散體的一個第二水泵。在一個優(yōu)選實施方案中，該濕淀粉系統(tǒng)用來將一種預膠凝的玉米面粉在將其引入 板混合器之前完全地分散到待用于制造石膏墻板的工藝水中。此外，本系統(tǒng)可以用來生產(chǎn) 輕型的1/2英寸的石膏墻板，該墻板具有約1100磅/MSF至約1300磅/MSF的干重。例如，可以在該水的歧管之前將該濕淀粉與計量水進行混合。這種混合通過將該 潤濕的淀粉遍布該計量水均勻地分配而提供了額外的效力。這進而確保了該淀粉在凝固的 石膏核心中的良好分配。已經(jīng)出乎意料地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明有效地降低了石膏板生產(chǎn)過程中在該混合器中淀粉 以及團塊的積聚。進一步出乎意料地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明有效地將石膏墻板的生產(chǎn)中預膠凝淀粉的使用降 低了約10-20% (即，從沈磅/MSF至20-23磅/MSF)而沒有任何負面影響。該系統(tǒng)可以使用一個淀粉送料器如一個失重式進料器、一個真空取料單元、以及 一個橇裝式潤濕系統(tǒng)(skid mounted wetting system)。該滑橇(skid)是該系統(tǒng)的一個關 鍵方面。它包含潤濕該通過進料器進行稱重的淀粉所需要的控件以及設備。它還具有一個 計量泵來將該淀粉漿料泵送到該板混合器中。該設備能以70psi向該混合橇提供水。該滑 橇以該配方所要求的速率將潤濕的淀粉漿料提供給該板混合器。該潤濕系統(tǒng)是一個文丘里混合系統(tǒng)，例如一種Vacucam EjectorMixer,從 SemiBulk Systems Inc.，St. Louis ,Missouri 可得的 VacucamEJM 2000，該系統(tǒng)使用文氏管 中創(chuàng)造的真空來完全地潤濕該通過失重式進料器進行測量的干粉末。在該文氏管中水的壓 力是使用一個齒輪泵來保持的。一種有用的失重式進料器是Acrison 270“在線”稱重進料器，是從Acrison Inc., Moonachie, New Jersey 白勺。—禾中白勺^$￠(14171^ SemiBulk Systems Inc., St. Louis, Missouri 可得。在一個實施方案中，潤濕的淀粉被射入一個保持儲箱中，該保持儲箱將該淀粉漿 料脫氣并且提供時間使該淀粉開始在水中溶脹并且水解。淀粉漿料從該儲箱中被計量地返 回到計量水的管線中以便在生產(chǎn)線上的板混合器之前被分散在該計量水中。這個系統(tǒng)將在石膏板生產(chǎn)方法中提供至少10%的預膠凝淀粉用量的減少。存在著由這個系統(tǒng)提供的兩種主要效能。該淀粉被完全地分散在計量水中，這樣 它將更徹底地分散在最終產(chǎn)品的凝固的石膏核心中。而且當該淀粉進入混合器中時它是處 于一種更加反應性的狀態(tài)，因為它是完全地潤濕并且水解的，因此該淀粉分散體可以在板 混合器中進行的初始的石膏水合作用過程中給予更大的有益效果。在圖1展示的系統(tǒng)10的一個實施方案中，示出了一個失重式進料器20被連接到 一個真空取料單元30上。該系統(tǒng)包括一個半散裝式混合橇(semi-bulk mixing skid) 35， 該半散裝式混合橇包括一個文丘里混合系統(tǒng)40，它使用在該文氏管中創(chuàng)造的真空將干淀 粉完全潤濕；一個保持儲箱50 ；以及一個計量泵55。將溫度受控的水供給在一個計量水粗濾器70的接受側的一個滑橇供應泵60。將 同樣這個水供給一個計量水的泵80。在系統(tǒng)需要它時，這些混合橇控件將要求水。在正常操作下，這是在該板的管線(通過板混合器200)要求淀粉時。板的管線200將要求淀粉并且因此滑橇35將要求淀粉 及水來補足在所希望的石膏板配方中要求的濃度。例如，如果要求2%的預膠凝淀粉溶液， 則兩磅的淀粉可被加入98磅的水中。在啟動或轉換的過程中流動可能改變，但是淀粉濃度基本上保持一致。為了保持 這個保持儲箱50中的供應是恒定的，多個控件就位來保持這個保持儲箱50中的液面水平 是恒定的。在啟動或需要加入更多的淀粉漿料來填滿保持儲箱的轉換時的擾動過程中，這 些滑橇控件將要求更多的淀粉并且更多的水將被加入用以保持濃度恒定。如果該保持儲箱 在設定水平之上，則將要求更少的淀粉(并且因此更少的水)來保持淀粉漿料的濃度恒定。這種恒定的淀粉濃度允許計量泵55像進料器一樣起作用。配方的改變導致計量 泵中的速度改變。如果進料速率被顯著改變，則要求淀粉濃度的改變。為此目的存在有一 個操作者控制的濃度設定點。從滑橇35中流出的淀粉和水的漿料的流速決定了計量水的泵80的流速。因為該 淀粉漿料被加回計量水中，因此使用一個偏置程序來保持至該混合器40的水流恒定。隨著 淀粉水平被增大，該計量水的泵減慢，從而減少了這種流動。設置了一個三通閥門90，因此該淀粉漿料可以在回路(9 中被再循環(huán)直至被需 要。當閥門90改變時，淀粉漿料(51)在一個計量水三通閥門95之后、在一個歧管100之前 被加入一個計量水流81中從而形成計量水中的淀粉漿料預分散體(91)。當該漿料的三通 閥門90被轉向該板混合器200時，該偏置程序減小了計量水的流速這樣至該板混合器200 中的水的流速是恒定的。在圖2展示的系統(tǒng)的一個替代實施方案中，供送泵60被一個齒輪泵60a代替，并 且除去了對淀粉漿料的流動控制。在該實施方案中，計量系統(tǒng)可以是一個失重式進料器20。該泵60a—個恒定的速 度運行，該速度是由任何給定的時刻需要被潤濕的淀粉的最大量值所決定的。啟動之后從 計量水的管線81至泵60a的流動是恒定的。計量泵55的速度由保持儲箱50的水平所控制。達到穩(wěn)定狀態(tài)之后，這將是恒定 的。它也可以被預先設定，因為來自計量水的管線81的流動將是什么會是已知的。一個水 平控件(level control)將因為磨損以及粘度變化進行調整。優(yōu)選的是引入肥皂泡沫來控制空氣(氣泡)空隙的尺寸以及在該凝固石膏核芯 中的分布，并且來控制該凝固的石膏核芯的密度。肥皂泡沫是以有效地產(chǎn)生所希望的密度 的一個量值、并且以受控的方式加入的。肥皂的優(yōu)選范圍為從約0. 2磅/MSF到約0. 7磅/ MSF ；肥皂的更優(yōu)選的水平為約0. 45磅/MSF到約0. 5磅/MSF。為了控制該過程，操作者必 須監(jiān)測該板成型線的源頭，并保持該封袋是充滿的。如果該封袋未保持充滿，則會產(chǎn)生具有 中空邊緣的墻板，因為該石膏漿料不能充滿必要的體積。該封袋體積是通過增加肥皂的使 用以防止在該板的制造過程中空氣泡的破裂(為了更好地保留這些空氣泡)、或通過增加 該空氣泡沫率而保持充滿的。因此，總體上該封袋體積是通過增加或減少肥皂的使用、或通 過增加或減少空氣泡沫率來控制和調節(jié)的?？刂圃撛搭^的技術包括通過加入肥皂泡以增加 總漿料體積、或通過減少肥皂泡的使用以減少總漿料體積來調整工作臺上的“動態(tài)漿料”。淀粉，具體地包括預膠凝淀粉，必須用在根據(jù)本發(fā)明制備的含石膏的漿料中。一種 優(yōu)選的預膠凝淀粉是預膠凝的玉米淀粉，例如從BimgeMilling(密蘇里州，圣路易斯)公司
其他有用的淀粉包括但不限于預膠凝米淀粉以及預膠凝小麥淀粉。該漿料的水/石膏灰泥(w/s)之比、或“WSR”，是一個重要參數(shù)，因為過量的水最后 必須通過加熱驅除，由于在這個加熱過程中使用的燃料的高成本，這是浪費的并且昂貴的。 有利的是保持工藝水的量以及因此WSR很低。在本發(fā)明中，WSR可以是范圍從約0.3至約 1.5，取決于淀粉使用水平以及石膏灰泥的特征(粒度/形狀)。在一個優(yōu)選實施方案中， WSR可以是范圍從約0.3至約1.2。在一個更優(yōu)選的實施方案中，WSR可以是范圍從約0.7 至約0. 9，這與許多已知的方法相比構成了實質上更低的水需求。萘磺酸鹽分散劑可以任選地用在根據(jù)本發(fā)明制備的含石膏的漿料中，包括聚萘磺 酸及其鹽(聚萘磺酸鹽)和衍生物，它們是萘磺酸與甲醛的縮合產(chǎn)物。特別可取的聚萘磺酸 鹽包括萘磺酸鈉和萘磺酸鈣。這些萘磺酸鹽的平均分子量可以從約3，000變化到27，000, 但優(yōu)選的是該分子量的范圍是從約8，000到22，000，并且更優(yōu)選的是該分子量是約12，000 到17，000。作為一種商業(yè)產(chǎn)品，一種較高分子量的分散劑比一種較低分子量的分散劑具有 更高的粘度和更低的固體含量。有用的萘磺酸鹽包括從GEOSpecialty Chemicals (俄亥 俄州，克里夫蘭)可獲得的DIL0FL0 ；從Hampshire Chemical Corp.(馬薩諸塞州，列克星 敦)可獲得的DAXAD ；以及從GEO Specialty Chemicals (印第安納州，拉斐特)可獲得的 L0MARD。例如，這些萘磺酸鹽優(yōu)選作為固體含量在按重量計35-55%的范圍內的水溶液使 用。最優(yōu)選的是使用處于例如固體含量在按重量計約40-55%的范圍內的水溶液形式的萘 磺酸鹽。例如，可替代地在適當時，這些萘磺酸鹽能以干固體或粉末形式如LOMAR D來使用。在本發(fā)明中有用的聚萘磺酸鹽具有以下一般結構(I)
權利要求
1.一種制備在計量水中的淀粉預分散體以便用于生產(chǎn)石膏墻板的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個用于存儲干淀粉的淀粉送料器；一個文丘里混合器；一個真空取料單元，該真空取料單元用于將來自該送料器的干淀粉以一個可調整的速 率供給該文丘里混合器；一個第一水泵，該第一水泵用于將水以一個可調整的速率供給該文丘里混合器以形成 具有按重量計從約2%至約10%淀粉的一個淀粉預分散體；以及一個第二水泵，該第二水泵用于將計量水供給該淀粉預分散體以制備在該計量水中的 淀粉預分散體。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一個漿料輸出控制器，該漿料輸出控制器用 于將該計量水中的淀粉預分散體以一個可調整的速率以及一個可測量的濃度遞送到一條 石膏板生產(chǎn)線上的一個板混合器中；以及控制裝置，該控制裝置用于計算一個實際漿料輸出濃度與一個目標漿料輸出濃度之差 并且基于該差值對該淀粉送料器發(fā)信號以調整該淀粉供應的速率和/或給該第一水泵發(fā) 信號以調整水供應速率。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括用于該約2%至約10%的淀粉預分散體的一 個保持儲箱，該保持儲箱用于將該淀粉預分散體脫氣。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一個板混合器，該板混合器用于接收含有該 淀粉預分散體以及石膏灰泥的計量水。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中進入該計量水中的淀粉預分散體的流速是可調的亦 或恒定的。
6.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中該板混合器包括一種含石膏的漿料，該含石膏的 漿料包括水、石膏灰泥、基于石膏灰泥的重量以從按重量計約0. 5%到按重量計約10% 的量存在的預膠凝淀粉、基于石膏灰泥的重量以從按重量計約0. 2%到按重量計約2%的 量存在的一種萘磺酸鹽分散劑、基于石膏灰泥的重量以從按重量計約0. 到按重量計約 0. 4%的量存在的三偏磷酸鈉、以及基于石膏灰泥的重量以高達按重量計約0. 2%的量存在 的玻璃纖維。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中該含石膏的漿料進一步包括以從約0.2磅/MSF到約 0. 7磅/MSF的量值存在的肥皂。
8.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中該水/石膏灰泥之比是從約0.7到約1.3。
9.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中該預膠凝淀粉的量值與其中該淀粉在板混合器之前 未在水中預分散的一個系統(tǒng)相比降低了至少約10%。
10.一種制備在計量水中的淀粉預分散體以便用于生產(chǎn)石膏墻板的方法，該方法包括 以下步驟(a)將一種干淀粉以一個可調整的速率送入一個文丘里混合器中；(b)在該文丘里混合器中用水將該淀粉潤濕以形成基于該淀粉的重量從約2%至約 10%的濃度的一個淀粉漿料；并且(c)將該淀粉漿料遞送到該計量水中以形成一個在該計量水中的淀粉預分散體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于石膏墻板的濕淀粉制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個失重式淀粉送料器、一個文丘里混合器、一個用于將來自該送料器的干淀粉以一個可調整的速率供給文丘里混合器的真空取料單元、用于將水以一個可調整的速率供給文丘里混合器以形成具有按重量計從約2％至約10％淀粉的一個淀粉預分散體的一個第一水泵、以及用于對該淀粉預分散體供給計量水的一個第二水泵，該系統(tǒng)裝備有適當?shù)南到y(tǒng)控制。本發(fā)明的系統(tǒng)提供了更有效的淀粉利用，這樣預膠凝淀粉的量值與其中該淀粉在板混合器之前未在水中預分散的一個系統(tǒng)相比降低了至少約10％。該系統(tǒng)可以用來制造含石膏的產(chǎn)品，包括具有提高的板強度以及減小的板重量的石膏墻板。
文檔編號B28C1/02GK102143830SQ200980134292
公開日2011年8月3日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權日2008年9月5日
發(fā)明者K·亨利, R·斯切克, S·佛羅森, S·迪格納羅, T·古內德, 余強 申請人:美國石膏公司