СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО СИНТЕТИЧЕСКОГО МОЮЩЕГО СРЕДСТВА
METHOD OF PRODUCING GRANULAR SYNTHETIC DETERGENT

Изобретение относится к технике сушки распылением, преимущественно к производству порошкообразных синтетических моющих средств (CMC) с минимальным содержанием мелкодисперсной фракции (пыли). Данная фракция затрудняет фасовку, раздражает слизистую оболочку дыхательных путей, вызывает аллергические заболевания персонала.
Известен способ получения гранулированных порошков в установках распылительных сушилок, оснащенных аппаратами с псевдоожиженым слоем. По данному способу сухой мелкодисперсный порошок из сушилки подают в аппарат с псевдоожиженным слоем, куда из систем аспирации установки также вводят пыль [1]. Порошок агломерируют с подачей связующего в слой. Используют также совмещение агломерации в псевдоожиженном слое и рецикл пыли с вводом ее в зону распыления сушилки [2]. Однако в производствах CMC данные способы не получили широкого распространения ввиду истирания частиц CMC в процессе псевдоожижения и необходимости дополнительных функциональных систем.
Известен способ утилизации пыли, по которому пыль из систем аспирации или сепарации подают в сушилку и вводят в зону распыления. При этом часть пылевых частиц сталкивается с каплями распыленной жидкости и агрегируется с ними, образуя агломераты [3, 4]. Основным препятствием для использования способа является недостаточная эффективность процесса агломерации. При однократном вводе в зону распыления вследствие малой вероятности контакта частиц пыли и капель распыленного продукта, утилизируется не более 10-20% введенной пыли. В условиях непрерывного процесса возрастает расход пыли в рецикле. По способу, предложенному в патенте [4], расход циркулирующей пыли более чем на порядок превышает производительность по порошку с целевым гранулометрическим составом.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются способы получения гранулированных порошков, описанные в патенте [5] и авторских свидетельствах [6, 7]
В патенте США [5] предложена сушилка для обезвоживания больших расходов композиций CMC. Композицию с влагосодержанием 35-45% и температурой 70-90°C разделяют на несколько потоков, один из которых распыляют форсунками, равномерно установленными в горизонтальной плоскости на периферии верхнего уровня цилиндрической сушильной камеры, а оставшуюся композицию распыляют форсунками, также равномерно установленными в горизонтальной плоскости на периферии зоны сушильной камеры на уровнях, расположенных ниже уровня распыления первого потока. Распыленную композицию обезвоживают в восходящем потоке теплоносителя, который вводят с температурой до 350°C на нижнем уровне сушильной камеры и выводят в систему очистки из ее верхнего уровня с температурой до 90°C. Сухой порошок выводят из днища сушильной камеры. Сушка в режиме противотока и распыление композиции на нескольких уровнях способствуют самоорганизации в сушильной камере довольно протяженной зоны агломерации. По аналогии с процессом в скруббере, частицы пыли, которыми насыщен восходящий поток теплоносителя, контактируют с завесой падающих капель и агломерируются. Сушилка по данному патенту с двумя уровнями распыления в настоящее время широко используется в производствах CMC. Порошок из сушилки содержит до 8% пыли (фракции с размером частиц до 0,2 мм), однако, после смешения с циклонной фракцией, пыли не менее 15%. Это меньше содержания пыли в порошке из установки аналогичной сушилки с одним уровнем распыления, тем не менее, порошок существенно пылящий.
В авторских свидетельствах [6, 7], принятых в качестве прототипа, предложен способ получения гранулированного CMC в противоточной распылительной сушилке с одним уровнем распыления. Компонент CMC - тонкодисперсный триполифосфат натрия - вдувают двумя потоками тангенциально в боковую часть сушильной камеры. Существенно, что для эффективности процесса агломерации, триполифосфат натрия вдувают в зону сушильной камеры с влажностью частиц композиции 18-25%. В данном диапазоне влагосодержания композиции CMC обладают наибольшей адгезией с пылевидными сухими частицами. Дополнительно в зону ввода подают острый пар. Полученный порошок содержит по массе до 8,3% фракцию до 0,25 мм, частиц более 3 мм в порошке до 4,3%. Недостаток способа - получение порошка с широким интервалом дисперсного состава, что снижает его потребительские показатели, в частности насыпной вес и растворимость. Кроме того, применение способа ограничивает использование пара и отсутствие данных об агломерации пыли, выгружаемой из системы очистки теплоносителя. Следует предположить, что рецикл пыли не использовался и пыль из циклонов (до 10% от производительности по порошку) выводили из процесса.
Целью изобретения является эффективная утилизация пыли при вводе ее в сушильную камеру, исключение при этом существенного накопления пыли в установке и обеспечение высоких потребительских показателей продукта.
Поставленная цель достигается тем, что композицию CMC с влагосодержанием 35-48% разделяют на два потока, распыляют первый поток форсунками, равномерно установленными в горизонтальной плоскости на периферии верхнего уровня цилиндрической сушильной камеры, второй поток распыляют форсунками, расположенными ниже уровня распыления первого потока в горизонтальной плоскости на периферии зоны сушильной камеры с влагосодержанием частиц распыленной композиции 15-25%, обезвоживают распыленную композицию в восходящем потоке теплоносителя, который вводят на нижнем уровне сушильной камеры и выводят в систему очистки из ее верхнего уровня, пылевую фракцию из системы очистки теплоносителя вводят в зону днища сушильной камеры, выгружают из днища сушильной камеры порошок, содержащий пылевую фракцию, выделяют из выгруженного порошка пылевую фракцию и выводят в качестве готового продукта порошок с остаточным содержанием пылевой фракции, вводят выделенную пылевую фракцию в сушильную камеру в зону распыления второго потока, причем пылевую фракцию вводят в пристенную кольцевую область сушильной камеры по направлению к днищу на минимальном расстоянии от оси сушильной камеры 0,85R, где R - радиус сушильной камеры.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема установки, на которой осуществляют предлагаемый способ, на фиг.2 - графики распределений плотности орошения и влажности распыленной композиции CMC в поперечном сечении сушильной камеры на уровне распыления второго потока композиции.
Установка на фиг.1 включает распылительную сушилку 1, которая содержит сушильную камеру 2, днище 3, газоподвод 4, верхний 5 и нижний 6 коллекторы форсунок 7, а также включает: теплогенератор 8, блок подготовки и подачи композиции 9, циклоны 10, аэролифт 11, сепаратор аэролифта 12, рукавные фильтры 13, линии пневмотранспорта пыли 14 и 15. Коммуникация пыли 16 используется при работе установки без рецикла пыли.
2
На графиках фиг.2 представлены полученные экспериментально распределения плотности орошения «G» (массовый расход распыленной композиции CMC через единицу площади поперечного сечения сушильной камеры, размерность в кг/мч) и влагосодержания частиц композиции «W» (размерность в массовых % содержания влаги). Распределения изображены в зависимости от относительного радиуса r/R, где r - текущий радиус, R - радиус камеры. Графики показывают, что на уровне распыления второго потока композиции в пристенной зоне сушильной камеры в кольцевом пространстве с потока композиции в пристенной зоне сушильной камеры в кольцевом пространстве с радиусом более 0,85R, где R - радиус камеры, сформирован нисходящий концентрированный поток частиц с влагосодержанием 20-25%, причем усредненная величина плотности орошения в этой зоне более чем вдвое превышает плотность орошения в остальном радиальном сечении. Условия для агломерации в данной зоне оптимальные: повышенная концентрация влажных частиц обеспечивает высокую вероятность их контакта с частицами пыли, а влагосодержание - эффективную агломерацию частиц при контакте. Предпочтительное направление ввода пыли - к днищу сушильной камеры. При этом реализуется однонаправленный смешанный поток пыли и влажных частиц, что препятствует проникновению пыли в центральную зону сушильной камеры, т.е. возврату пыли в рецикл посредством уноса из камеры восходящим потоком теплоносителя. Таким образом, ввод пылевой фракции в зону распыления второго потока композиции в пристенную кольцевую область сушильной камеры по направлению к днищу на минимальном расстоянии от оси сушильной камеры 0,85R обеспечивает эффективную утилизацию пыли и исключает существенное накопление пыли в рецикле.
2
Способ осуществляют следующим образом (см. фиг.1). Приготовленную в блоке 9 по заданной рецептуре композицию разделяют на два потока, подают под давлением 50-70 кг/см при температуре 60-90°C и с влагосодержанием 35-48% в коллекторы 5 и 6 сушилки 1 и распыляют форсунками 7 на двух уровнях сушильной камеры 2. Форсунки каждого уровня равномерно расположены в одной плоскости на периферии сушильной камеры. Распыленную композицию обезвоживают в восходящем потоке теплоносителя, который готовят в теплогенераторе 8 и вводят в нижний уровень сушильной камеры через газоподвод 4. Отработанный запыленный теплоноситель выводят из верхнего уровня сушильной камеры в циклоны 10, пыль из которых по линии пневмотранспорта 14 возвращают в сушилку в зону днища 3, где она смешивается с выгружаемым порошком. Сухой порошок с влажностью до 11% и содержанием пылевой фракции до 20% выгружают из днища 3 сушильной камеры. Далее порошок охлаждают в восходящем потоке холодного воздуха в аэролифте 11. Выделение из порошка пылевой фракции осуществляют в сепараторе 12 аэролифта. Готовый продукт - гранулированный CMC с остаточным содержанием пыли (частиц до 0,15 мм) не более 5% - выгружают из сепаратора аэролифта и выводят из процесса. Запыленный воздух выводят из сепаратора аэролифта и очищают в рукавных фильтрах 13, пыль из которых по линии пневмотранспорта 15 подают для утилизации в сушилку. С целью наиболее полной утилизации пыли и исключения накопления пыли в рецикле, ввод пыли осуществляют в зону сушильной камеры, расположенную на нижнем уровне распыления композиции, в пристенную кольцевую область по направлению к днищу. Минимальный радиус кольцевой области ввода 0,85R, где R - радиус камеры. Условия агломерации в указанной области и способ ввода пыли наиболее благоприятны для достижения цели изобретения.
Предлагаемый способ может быть использован для получения гранулированного CMC с различным заданным составом. Ниже приведены конкретные примеры применения способа для получения порошка со следующим содержанием компонентов в мас.%:
поверхностно-активные вещества
22
триполифосфат натрия
40
метилсиликат натрия
1
карбометилцеллюлоза
2
оптический отбеливатель
0,1
сульфат натрия
24
вода
10
В примерах 1-3 показана эффективность предлагаемого способа для снижения содержания пыли в порошке CMC. В примере 4 сопоставлены гранулометрические составы порошков, полученных по известному способу [7] и предлагаемому.
Работы проводят на установке по фиг.1. Диаметр сушильной камеры 8 м, высота активной зоны сушки 14,9 м. Распыление композиции осуществляют на двух уровнях. Число установленных форсунок на верхнем и нижнем уровнях соответственно 12 и 20. Расстояние между уровнями расположения форсунок 8,6 м. Пыль из циклонов вводят в днище сушилки, пыль из рукавных фильтров - в сушильную камеру по предлагаемому способу. В способе без использования рецикла пыль, выгружаемую из рукавных фильтров 13, вводят по коммуникации 16 в порошок, выгружаемый из сепаратора аэролифта 12. Расход пыли измеряют на выходе из рукавных фильтров.
Пример 1. Температура теплоносителя на входе 210°C, на выходе 68°C. Влажность композиции 48%, влажность порошка 8-9%. Число работающих форсунок: верх - 4 шт., низ - 11 шт. Производительность по порошку 13100 кг/ч. Показатели порошка и расход пыли в таблице 1.
Таблица 1
Способ без рецикла пыли
Способ предлагаемый
Гранулометрический состав, мм
менее 0,15
0,15…0,425
0,425…1,18
более 1,18
менее 0,15
0,15…0,425
0,425…1,18
более 1,18
Мас.%
16,53
48,2
33,97
1,3
5,02
34,09
56,45
4,26
Насыпной вес, кг/м<sup>3</sup>
365
360
Расход пыли, кг/ч
2280
2540
Пример 2. Температура теплоносителя на входе 270°C, на выходе 72°C. Влажность композиции 40,6%, влажность порошка 11,5%. Число работающих форсунок: верх - 7 шт., низ - 9 шт. Производительность по порошку 15500 кг/ч. Показатели порошка и расход пыли в таблице 2.
Таблица 2
Способ без рецикла пыли
Способ предлагаемый
Гранулометрический состав
менее 0,15
0,15…0,425
0,425…1,18
более 1,18
менее 0,15
0,15…0,425
0,425…1,18
более 1,18
Мас.%
16,58
48,29
31,83
3,3
3,21
28,41
61,28
7,1
Насыпной вес, кг/м<sup>3</sup>
415
405
Расход пыли, кг/ч
2560
2960
Пример 3. Температура теплоносителя на входе 255°C, на выходе 70°C. Влажность композиции 45%, влажность порошка 11%. Число работающих форсунок: верх - 7 шт., низ - 5 шт. Производительность по порошку 14200 кг/ч. Показатели порошка и расход пыли в таблице 3.
Таблица 3
Способ без рецикла пыли
Способ предлагаемый
Гранулометрический состав
менее 0,15
0,15…0,425
0,425…1,18
более 1,18
менее 0,15
0,15…0,425
0,425…1,18
более 1,18
Мас.%
13,57
44,42
39,26
2,95
4,56
33,18
55,84
6,42
Насыпной вес, кг/м<sup>3</sup>
420
410
Расход пыли, кг/ч
2100
2540
Из примеров 1-3 следует, что использование рецикла по предлагаемому способу обеспечивает в среднем 3-кратное сокращение содержания фракции менее 0,15 мм в продукте. Существенного накопления пыли в системе рецикла не происходит: расход пыли при сушке без рецикла 5-17%, при сушке с рециклом 18-19% от производительности по порошку.
Пример 4. В таблице 4 приведено сопоставление гранулометрических составов порошков, полученных по известному способу [7] и предлагаемому. Состав порошков, полученных по предлагаемому способу, приведен по результатам 9 опытов. Из таблицы следует, что гранулированный CMC, полученный по предлагаемому способу, превосходит полученный по способу прототипа по показателю гранулометрического состава.
Таблица 4
Гранулометрический состав, мм
Содержание фракций порошка, мас.%
Известный способ
Предлагаемый способ
более 3
1,1-4,3
отсутствует
2…3
23,8-24,5
отсутствует
1…2
28,9-30,3
20
0,5…1
23,2-26,4
57,5
0,25…0,5
5,1-5,4
15
менее 0,25
6,9-8,3
не более 7,5
Литература
1. Патент Германии №2352894, A23C 1/04, 30.04.1975.
2. Попов А.Е. и др. Исследование процесса гранулирования белофора в распылительной сушилке. Труды ТГПУ, Тула, 2007.
3. Патент Германии 1629016, F26B 3/12, 01.10.1970.
4. Патент РФ 2006494, C05B 7/00, 30.01.1994.
5. Патент США №3629955, 34/17, 159/4.04, C11D 11/02, B01D 1/16, 31.06.1970.
6. Авторское свидетельство СССР №536222, C11D 11/02, 04.03.1977.
7. Авторское свидетельство СССР №697560, C11D 11/02, 15.11.1979.