В постоянно развивающемся мире бытовых чистящих средств стиральный порошок выделяется как основной продукт в домах по всему миру. Наука и технологии, стоящие за его производством, прошли долгий путь, с разработкой различных методов для создания более эффективных, действенных и экологически чистых продуктов. Среди этих методов распылительная сушка стала отраслевым стандартом для крупномасштабного производства порошковых стиральных порошков.
Эта статья погружается в тонкости производства стирального порошка, с особым акцентом на метод распылительной сушки. Мы рассмотрим пошаговый процесс, от начальной подготовки ингредиентов до финальной стадии постсмешивания, выделяя критические факторы, влияющие на качество и эффективность продукта. Понимая эти производственные техники, мы получаем представление о сложности, стоящей за кажущимся простым бытовым предметом, и оцениваем инженерное мастерство, необходимое для его постоянного производства в масштабе.
Давайте начнем наше путешествие через четыре основных этапа производства стирального порошка методом распылительной сушки: подготовка ингредиентов, постобработка суспензии, распылительная сушка и постсмешивание. Каждый из этих этапов играет решающую роль в определении характеристик конечного продукта, от его очищающей способности до стабильности при хранении и удобства использования.
Существует несколько методов производства стирального порошка, включая распылительную сушку, агломерацию, простое поглощение и нейтрализационное поглощение. Простое поглощение и нейтрализационное поглощение — это устаревшие методы, подходящие для мелкомасштабного, домашнего производства. Агломерация — это энергоэффективный метод производства, в то время как распылительная сушка в настоящее время является наиболее распространенным методом производства стирального порошка.
Метод распылительной сушки для производства стирального порошка включает четыре основных процесса: подготовка ингредиентов, постобработка суспензии, распылительная сушка и постсмешивание.
- Подготовка ингредиентов
При производстве стирального порошка различные сырьевые материалы обычно смешиваются с водой для образования суспензии. Этот процесс называется подготовкой ингредиентов. Существует два метода: порционная подготовка и непрерывная подготовка. Процесс требует высокого общего содержания твердых веществ в суспензии при сохранении хорошей текучести. Однако высокое содержание твердых веществ увеличивает вязкость, что влияет на текучесть, и наоборот. Поэтому важно сбалансировать эти факторы, стремясь к высокому содержанию твердых веществ при сохранении хорошей текучести. Следует учитывать следующие аспекты:
(1) Концентрация суспензии и порядок добавления ингредиентов: Концентрация суспензии (общее содержание твердых веществ) должна определяться на основе типа продукта, операции процесса и источника и природы добавок, обычно в диапазоне от 50% до 60%. В зарубежных процессах непрерывной подготовки концентрации суспензии выше, обычно 60% — 65%.
Для порционной подготовки общий порядок добавления ингредиентов следующий: сначала вода и мономеры, затем нагрев при достижении определенного количества, после чего следуют флуоресцентные отбеливающие агенты, КМЦ и кальцинированная сода. Далее добавляют триполифосфат натрия, переработанный порошок и сульфат натрия. Силикат натрия и п-толуолсульфонат натрия можно добавлять в любое время. Каждый ингредиент должен быть тщательно перемешан перед добавлением следующего для обеспечения однородности суспензии.
Непрерывная подготовка не имеет такого специфического порядка добавления ингредиентов.
(2) Температура суспензии: Контроль температуры суспензии во время подготовки имеет решающее значение. Низкие температуры приводят к медленному растворению, неполному растворению, высокой вязкости и плохой текучести. Чрезмерно высокие температуры ускоряют гидролиз триполифосфата натрия, вызывая вспучивание суспензии. На основе опыта температура суспензии обычно контролируется около 60°C.
(3) Скорость смешивания и добавления ингредиентов: Во время подготовки триполифосфат натрия должен полностью гидратироваться до гексагидрата. Это обеспечивает, что после распылительной сушки влага в готовом порошке существует в виде кристаллической воды, делая порошок рыхлым и хорошо текучим без комкования. Поэтому скорости смешивания и добавления ингредиентов важны. Если ингредиенты добавляются слишком быстро с плохим смешиванием, триполифосфат натрия может образовывать комки, затрудняя последующие операции. При порционной подготовке следует соблюдать осторожность, добавляя ингредиенты равномерно, и триполифосфат натрия не следует добавлять слишком быстро. Время смешивания не должно быть слишком долгим, чтобы избежать поглощения воды суспензией, расширения и чрезмерного поглощения воздуха, что может вызвать вспучивание суспензии и снижение текучести.
- Постобработка суспензии
Подготовленная суспензия должна пройти фильтрацию, деаэрацию и измельчение для удовлетворения требований однородности, тонкости и хорошей текучести.
(1) Фильтрация: Во время подготовки суспензии могут образовываться некоторые комки, а некоторые сырьевые материалы могут содержать нерастворимые в воде вещества, которые необходимо отфильтровать. Порционная подготовка может использовать сеточную фильтрацию или центрифужную фильтрацию, в то время как непрерывная подготовка обычно использует магнитные фильтры.
(2) Деаэрация: Суспензия часто содержит большое количество воздуха, делая ее структуру рыхлой и влияя на работу насоса высокого давления и качество распыленного продукта. Поэтому необходима обработка деаэрацией. Большинство отечественных фабрик стирального порошка используют вакуумные центрифужные деаэраторы. Некоторые компании, использующие композитные формулы с неионогенными поверхностно-активными веществами, могут пропустить деаэрацию из-за компактной структуры суспензии.
(3) Измельчение: Чтобы сделать деаэрированную суспензию более однородной и предотвратить засорение форсунок распыления во время распылительной сушки, некоторые компании измельчают суспензию. Для измельчения обычно используются коллоидные мельницы.
- Распылительная сушка
Распылительная сушка включает в себя сначала подготовку 60% — 70% суспензии из сырья, затем ее преобразование в порошковые или гранулированные продукты путем распылительной сушки. Этот процесс включает распыление и сушку. Распыление атомизирует жидкость в мелкие капли, похожие на туман; сушка смешивает эти капли с потоком горячего воздуха, быстро испаряя воду для получения порошковых или мелкопорошковых продуктов. Схема процесса показана на рисунке 5-1.
Существует два типа оборудования для распылительной сушки. Один — это башня распылительной сушки с прямоточным движением, где газ и жидкость движутся вниз вместе, как показано на рисунке 5-1. При использовании этого оборудования капли с самым высоким содержанием воды контактируют с самым горячим воздухом, что приводит к быстрому испарению воды и высокой интенсивности сушки. Это позволяет использовать более короткую башню сушки и обеспечивает более высокую производительность. Однако быстрое испарение может вызвать расширение и разрушение частиц, производя больше мелкого порошка, поэтому большинство фабрик стирального порошка не используют это оборудование.
Другой тип — это оборудование для распылительной сушки с противоточным движением, где газовая фаза движется вверх, а жидкая фаза — вниз. В этом процессе жидкие капли изначально контактируют с горячим воздухом более низкой температуры. Поверхностное испарение происходит медленнее, позволяя внутренней влаге постепенно диффундировать к поверхности для испарения. По мере того как жидкий поток опускается и испаряется, сушка начинается с поверхности, и частицы постоянно утолщаются. Когда частицы, содержащие воду, контактируют с воздухом высокой температуры на входе горячего воздуха, внутренняя вода испаряется и расширяется, прорываясь через высушенную поверхность и создавая форму, похожую на кулак. Частицы стирального порошка, высушенные методом противотока, обычно тверже и имеют более высокую кажущуюся плотность. При правильных условиях работы этот метод может производить стиральный порошок с подходящей остаточной влажностью и размером частиц. Более мелкие частицы также могут агломерироваться в более крупные во время спуска, уменьшая количество мелкого порошка в продукте. Благодаря этим преимуществам, оборудование с противотоком чаще используется в производстве стирального порошка.
Порошковые продукты, произведенные методом распылительной сушки, имеют следующие преимущества: ① Нет ограничений по формуле, что позволяет использовать более высокое содержание поверхностно-активных веществ. Кальцинированная сода не является необходимым компонентом, что позволяет производить нейтральные, низкощелочные порошковые моющие средства. ② Распыленные порошки не пылят, менее склонны к комкованию, свободно текут и имеют хороший внешний вид. Содержание влаги и кажущуюся плотность можно регулировать в определенных пределах. ③ Полая структура частиц обеспечивает большую площадь поверхности, что позволяет быстро растворяться и удобно использовать.
Недостатком метода распылительной сушки являются высокие затраты на обор