Кинетика влагопоглощения сухих моющих средств

УДК 66.047: 661.185

В. В. Микитянский, В. В. Давидюк, Л. Х. -А. Саипова Астраханский государственный технический университет

КИНЕТИКА ВЛАГОПОГЛОЩЕНИЯ СУХИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ

В ходе исследований были определены рациональные режимы сушки упаренного моющего раствора (МР) на основе белковых гидролизатов (БГ) с целью получения конечного продукта - сухого моющего средства (СМС). Предложены варианты высокоинтенсивной вакуумной пеносушки при инфракрасном (ИК-) энергоподводе и конвективной сушки горячим воздухом [1].

СМС на основе БГ являются сильногигроскопичными продуктами со сложным механизмом взаимодействия сухого скелета с влагой. В связи с этим возникает необходимость определить рациональные промежутки времени для дальнейшей (после обезвоживания) переработки СМС (упаковки, транспортирования, негерметичного хранения и т. д.) с целью сохранения технологических свойств СМС в различных климатических условиях. Для этого требуется изучение кинетики влагопоглощения и расчет зависимости текущей влажности СМС, полученных различными способами, от времени сорбции и уровня активности воды, ввиду их высокой гигроскопичности.

Определяющими кинетику влагопоглощения являются особенности структуры исследуемого СМС, обусловленные способом и режимами процесса сушки. Исследования кинетики сорбции проводили при Т = 297 К с СМС, высушенными пеносушкой и конвективной сушкой при различных уровнях активности воды А„, выбранных на основании изотерм сорбции.

Сухие навески СМС с известной влажностью, определяемой высушиванием образцов в вакууме до постоянного веса, помещали в эксикаторы над водными растворами серной кислоты необходимой концентрации для создания фиксированных значений уровня Л„ (0,33; 0,6; 0,84). Количество поглощенной из воздуха влаги определялось путем взвешивания навесок на аналитических весах с точностью до 0,0001 г через определенные промежутки времени. Графически полученные зависимости представлены на рис. 1.

Математическая обработка результатов исследования позволила получить уравнение, аппроксимирующее функцию Ж = / (т, Лк) вида

Ж = 0,042Л<0195 т

где Ж - влагосодержание, кг влаги/кг сухого вещества; т - время сорбции, ч; А„ - активность воды, доли единицы.

Сравнивались свойства СМС, полученного вакуумной пеносушкой при ИК-энергоподводе, и СМС, полученного конвективной сушкой. Результаты представлены на рис. 2. При вакуумной сушке подаваемый в вакуумную камеру упаренный МР «самовспенивается», в отличие от упаренного МР при конвективной сушке с атмосферным давлением.

кг/кг

Рис. 1. Кинетика влагопоглощения СМС: 1 - Ак = 0,84; 2 - Ак = 0,6; 3 - Ак = 0,33

^ кг/кг

1,2

0,4

/\

г у /

/ /

1 ({ 1 >

к-*-11

1 і

0

11 X сут

Рис. 2. Кинетика влагопоглощения СМС:

1 - конвективная сушка - Ак = 0,33; 2 - вакуумная пеносушка - Ак = 0,84

Видно, что СМС, полученные вакуумной пеносушкой, сорбируют влагу значительно быстрее до определенного значения критического вла-госодержания Жкр ввиду их высокоразвитой поверхности по сравнению с СМС, полученными конвективной сушкой.

После достижения значения Ж = Жкр скорость сорбции СМС, полученных разными способами, становится практически одинаковой, что обусловлено процессами спекания и «сорбционной усадки» пеноструктур при вакуумной сушке, в результате чего их сорбционные свойства приближаются к сорбционным свойствам СМС, полученных из невспененного МР при конвективной сушке.

Микроскопические исследования при различном увеличении показали, что СМС, полученные вакуумной пеносушкой, действительно имеют тонкодисперсную структуру с высокоразвитой поверхностью, в отличие от порошков, полученных конвективной сушкой, имеющих потрескавшуюся поверхность. Трещины свидетельствуют о жестких режимах, связанных с большими температурными и концентрационными градиентами при сушке, приводящими к неравномерности процесса обезвоживания и ухудшению технологических свойств СМС. Как следствие, у СМС, полученных кондуктивной сушкой, ниже растворимость и восстанавливаемость, в отличие от полностью растворимых порошков, полученных вакуумной пеносушкой. Высокая дисперсность пеноструктур приводит к слабому контакту СМС с рабочей поверхностью в процессе сушки, что значительно уменьшает адгезию. СМС, высушенные во вспененном состоянии, легко отделяются от рабочей поверхности (рис. 3).

Рис. 3. СМС на основе БГ, полученные вакуумной пеносушкой

При других способах сушки высокая адгезия является одним из основных недостатков. Слабый контакт между макрочастицами СМС устраняет необходимость операции измельчения ввиду «рассыпчатости» продукта пе-носушки, что повышает эффективность всего технологического процесса. Однако высокоразвитая поверхность приводит к повышению скорости сорбции, особенно в начальный период, что требует дополнительных рекомендаций для проведения следующих после сушки операций обработки СМС.

Визуальные наблюдения процесса влагопоглощения показывают, что гигроскопичность СМС проявляется в тенденции к аутогезии частиц во влажной атмосфере с образованием слипающихся комков или затвердеванием по всей массе (при Л„ = 0,33), при увеличении относительной влажности воздуха (Л„ > 0,6) СМС превращаются в аморфную массу либо в вязкую жидкость. Так как создание условий с сильно пониженной влажностью воздуха в производственных помещениях является вредным для обслуживающего персонала и экономически невыгодным, то в целях уменьшения негативного влияния сорбции целесообразной является герметизация всех транспортных элементов, узлов дозирования, смешения и т. д. с поддержанием в системе Л„ < 10 %. Если считать конечное Ж при сушке, равное 5 %, исходным при достижении Ж = 7 %, например, для А„ = 80 %, допустимым будет отрезок времени равный 57 мин, определяемый из преобразованного уравнения (1):

т =

0,042Aw0’195

Таким образом, оптимальным для хранения является Жтах = 6^7 %. На основе полученных зависимостей и обобщенного уравнения процесса сорбции можно определить допустимые интервалы времени в случае негерметичного проведения операций обработки СМС при различной влажности воздуха.

W-

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Давидюк В. В., Саипова Л. Х.-А. Кинетика сушки моющего раствора на основе рыбных гидролизатов // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) (СЭТТ-2005): Тез. докл. 2-й Междунар. науч.-практ. конф.: В 2 т. Т. 2. - М.: Изд-во ВИМ, 2005. - С. 219-293.

Получено 29.12.05

THE KINETICS OF MOISTURE ABSORBTION OF DRY DETERGENT

V. V. Mikityanskiy, V. V. Davidyuk, L. Kh.-A. Saipova

The kinetics of moisture absorbtion of dry detergent obtained with the help of vacuum foam drying at infra-red power supply and convection drying at various levels of the water activity is investigated in the work. It is shown that dry detergent obtained with the help of vacuum foam drying sorb moisture much faster up to the certain value of the critical moisture load because of the advanced surface, in comparison to the dry detergent obtained with the help of the convection drying. Such dry detergent has lower solubility and maintainability unlike completely soluble powders of vacuum foam drying.

The optimal final humidity of dry detergent is determined for storage (Wmax = 6-7 %). The received generalized equation of sorption process permits to determine allowable time intervals in case of open carrying out of dry detergent processing operations at various air humidity.