Разработка комбинированной технологии получения синтетических моющих средств бытового назначения на основе сесквикарбоната натрия

АННОТАЦИЯ

На основании лабораторных опытов и опытно-промышленных испытаний разработана технологическая схема процесса получения моющих средств бытового назначения. Составлен материальный баланс по производству одной тонны бытовых моющих средств на основе сесквикарбоната натрия. На производство порошкообразного моющего средства разработан стандарт предприятия агентством "Узстaндaрт".

Технико-экономические расчеты показывают, что себестоимость 1 тонны пероксикарбоната и сесквикарбоната натрия и порошкообразного моющего средства бытового назначения в 1,5-2 раза дешевле чем импортные продукции.

ABSTRACT

On the basis of laboratory experiments and pilot industrial tests, a technological scheme of the process of obtaining household detergents has been developed. The material balance for the production of one ton of household detergents based on sodium sesquicarbonate has been compiled. For the production of powdered detergent, a standard was developed by the agency "Uzstandart".

Technical and economic calculations show that the cost of 1 ton of sodium peroxycarbonate and sodium sesquicarbonate and powdered household detergent is 1.5-2 times cheaper than imported products.

Ключевые слова: сесквикарбонат натрия, карбонат натрия, кристаллизация, материальный баланс.

Keywords: sodium sesquicarbonate, sodium carbonate, crystallization, material balance.

Во всем мире всостав производимых СМС, кроме ПАВ, входят такие основные вещества, как кальцинированная сода, триполифосфат натрия, сульфат натрия, химические отбеливатели, органические и неорганические добавки. Однако кальцинированная сода имеет высокое аллергическое воздействие, триполифосфат натрия считается остродефицитнем веществом, к тому же имеется высокая санитарно-экологическая его опасность для окружающей среды, в связи с чем, организация производства бесфосфатных и экологически безопасных СМС на основе сесквикарбоната (трона) и пероксикарбоната натрия является актуальной [1, с.116; 2, с.34-38; 3, с.8; 4, с.5-11; 5, с.76-83].

Технология получения СМС бытового назначения состоит из следующих стадий:

1. Приготовление смеси сесквикарбоната натрия и ПАВ.
2. Приготовление смеси активных компонентов.
3. Смешение приготовленных композиций.
4. Грануляция, сушка и рассеивание.
5. Охлаждение и смешение термонестабильных добавок.

С целью снижения вредного воздействия на экологию в моющие средства вводится трона. Сочетание троны с экстрактами растений Устюрта усиливает отбеливающий эффект и снижает его вредное воздействие на кожу рук (табл. 1).

Таблица 1.

Содержание компонентов, входящих в состав разработанного СМС, масс.%

С целью определения дозировок компонентов заявляемого состава была проведена серия опытов с составлением различных смесей ингредиентов. Результатом обработки полученных данных явилось обоснование выбранного сочетания компонентов и их граничных значений.

Отбеливающее действие пероксида водорода обусловливается ионом пергидроксила. С ростом рН среды скорость беления возрастает, но вместе с тем, возникает опасность окислительной деструкции волокон целлюлозы. При стирке МС, содержащими такие отбеливатели, происходит некоторое повреждение волокон ткани. Для повышения устойчивости перекисных растворов применяют стабилизатор-трилон Б. Этот стабилизатор перекисных солей защищает волокна тканей от повреждения, замедляя выделение активного кислорода.

Сопоставительный анализ с известными позволяет сделать вывод, что состав разработанного моющего средства отличается от известного введением новых компонентов – троны, мирабилита и индивидуальных экстрактов с натуральным запахом растений Устюрта.

Специальными опытами установлено, что повышение содержания ПАВ выше 20-28масс.% нецелесообразно, так как это практически не приводит к увеличению моющей способности средства.

Изменение содержания ПАВ проводилось варьированием количества вводимой троны. Предлагаемое средство вследствие включения в состав системы троны в оптимально подобранных соотношениях удаляет все вышеперечисленные загрязнения. Суть этого эффекта состоит в том, что крахмал, белки и жиры предварительно расщепляются соответствующими ферментами, которые удаляются с поверхности ткани вместе с продуктами расщепления при помощи высокоэффективной моющей ванны. Предлагаемый состав имеет гораздо более низкую, чем у известного средства "Persil", высоту столба пены, что позволяет успешно использовать его в современных высокоскоростных автоматических стиральных машинах.

Токсикологическое изучение, проведенное центром Государственного санитарно-эпидемиологического надзора по г. Нукус, свидетельствует, что порошок может применяться для стирки детского белья, при этом указано, что ЛД₅₀ составляет более 5000 мг/кг по МУ 1109-73 и МУ 2163-80 (IV класс опасности). Раздражающего действия на кожу не выявлено (0 баллов по Суворову; МУ 2102-70 и МУ 2196-80). Не выявлено также сенсибилизирующее действие на кожу по МУ 1.1.578.

Результаты исследований показывают, что применение троны, вводимой определенным образом на стадии смешения компонентов, улучшает технические параметры процесса и позволяет получать СМС с хорошими потребительскими свойствами.

Проверка нового средства по потребительским свойствам показала, что оно может применяться для стирки и кипячения изделий из хлопка и льна. Предлагаемое МС обладает прекрасным моющим и отбеливающим действием, снижает сухость кожи, поддерживает здоровый тонус ее мягких тканей, не вызывает аллергических реакций.

Внедрение его в производство позволяет расширить ассортимент моющих средств. По предлагаемой рецептуре продукт может изготавливаться и выпускаться УП “Кунградский содовый завод”.

Кроме того, предлагаемое порошкообразное CMC имеет гораздо меньшую себестоимость за счет снижения содержания дорогого и экологически вредного триполифосфата натрия - с 42% до10,0÷0,0%, а также исключения пербората Было изучено влияние температуры, соотношения Ж:Т в реакторе, продолжительности процесса и состава рецептуры на товарные свойства полученного СМС.

На основе результатов лабораторных исследовании и опытов на модельной установке определены основные показатели технологии получения СМС бытового назначения. Разработан и утвержден стандарт предприятия Ts 15510698-03:2015 «Средство моющее синтетическое порошкообразное».

По предлагаемой технологической схеме (рис.) компоненты, входящие в состав СМС, подают из складских хранилищ в цеховые расходные резервуары, рассчитанные на приёмку этих компонентов, исходя из суточной производительности цеха по готовому продукту. В зависимости от содержания влаги приготовленные композиции переработаются на жидкие (боле 50%), пастообразные (32-40%) и/или порошкообразные (18-35%) СМС.

ПАВ, предварительно расплавленный и разбавленный до 20%-ной концентрации в складском хранилище закачивают шестеренчатым насосом в бак 1 для SLЕS и LABSA. Из складских хранилищ также закачивают шестеренчатым насосом в цеховые баки 2 и 3.

Твёрдые реагенты подают в цех из склада автокарами и загружают вручную или системой аэрозольтранспорта подают в расходные бункера.

Жидкие компоненты, поступившие из складских емкостей, или компоненты, предварительно расплавленные в цеховых баках 1, 2, 3 в соответствии с заданной рецептурой, самотеком поступают в бак, установленный на циферблатных весах 10, затем самотеком сливаются в смеситель 12.

Под бункерами 6, 7 и 8 устанавливаются тарельчатые питатели МТД-3а, с помощью которых МАФ и порошкообразную натрий-карбоксиметилцеллюлозу подают последовательно по самотечной трубе, они поступают в смеситель 12. В тех случаях, когда в рецептуру необходимо ввести воду, последняя подается в бак на циферблатных весах 10 и по весу дозируется в смеситель 12.

Рисунок 1. Технологическая схема получения жидкого и/или парошобразного СМС

1 – расходный бак лаурита; 2 – расходный бак лапсана; 3 - расходный бак жидкого стекла; 4 - расходный бак сесквикарбоната натрия; 5 - расходный бак регулятора; 6 – бункер для добавки (крахмал, трилон Б); 7 – бункер для жидк.стекла; 8 – бункер дляNaKМЦ; 9 – тарельчатые питатели; 10,11 – циферблатные весы; 12 – смеситель; 13–гомогенизатор; 13¹а,13¹б – шнековый транспортер; 14,17 – шестеренчатый насос; 14¹ – БС; 15,16 – промежуточный сборник; 15¹ – классификатор; 16¹ – дробилка;18- фасовочный автомат; 17¹ – сборник; 18¹ - шнековый дозатор;19,21 - ленточный транспортер; 20 – автомат для закатки крышек; 22 – рольганг.

Приготовленная в смесителе 12 паста по обогреваемому трубопроводу самотеком поступает в гомогенизатор 13, а затем шестеренчатым насосом 14 подается в один из двух промежуточных сборников 15, в которые загружают парфюмерную отдушку. При отсутствии гомогенизатора пастообразная масса должна быть дополнительно пластифицирована путем циркуляции (на кольцо) через шестеренчатый насос 12 в смесителе 12 в течение 30 мин.

Гомогенная паста шестеренчатым насосом 14, частично подается в приемник расфасовочного автомата, а частично в сборник 15. Все трубопроводы, по которым происходит перекачивание пасты (от смесителя 12 и до расфасовочного автомата 15), должны иметь обогревающую рубашку и устройства для их пропаривания и продувки (после каждой остановки цеха).

Расфасовка пасты может производиться в полиэтиленовые и стеклянные банки. Фасованная паста ленточным транспортом 13 подается к рольгангу 22, где она укладывается в короба или ящики, и затем передается в склад готовой продукции.

При необходимости на транспорте 19 или 21 производится наклейка этикеток и ручное завинчивание крышек.

Все емкости и смесители (1, 2, 3, 4, 12 и5) должны иметь паровые рубашки, перемешивающие устройства (рамные или другого типа мешалки, обеспечивающие интенсивное перемешивание массы, скорость вращения мешалки 30-40 об/мин) и люки для загрузки сыпучих компонентов. Бункера 7 и 6 должны быть герметизированы.

Исходные компоненты (кроме отдушки) пастообразного моющего средства в определенной последовательности и в весовом соотношении, предусмотренном рецептурой, дозируются в реактор-смеситель, где при нагревании до 50-60ºС перемешиваются рамной мешалкой.

При отсутствии NaКМЦ или крахмала необходимо вводить в виде 5-7%-ного водного раствора или предварительно растворить их в смесителе в растворе поверхностно-активного вещества.

Из реактора-смесителя пасту направляют на гомогенизацию или циркуляцию с помощью шестеренчатого насоса до получения однородной массы.

В сборнике готовой продукции пасту охлаждают путем циркуляции холодной воды в рубашке сборника до 40-42ºС и вводят при перемешивании парфюмерную отдушку. После этого пасту направляют на расфасовку.

Для получения порошкообразных СМС на основе сесквикарбоната натрия к вышеуказанной технологической схеме (рис.) добавляется узел сушки и классификации, как представлено на рисунке.

По схеме далее полученный полупродуктоднородной массы (с влажностью 18-35%) после реактора-смесителя (12') шнековым транспортером (13'а) подается в барабанную сушилку (14') (или в сушилку- кипящий слой или сушильную башню), после чего высушенный продукт поступает в классификатор (15'). Крупная фракция продукта измельчается в дробилке (16') и возвращается на классификацию, а товарная фракция идет в шнековый транспортер (13'б), куда из сборников (17') через шнековый дозатор (18)' подаются отдушка и перкарбонат калия. Затем конвейером готовый продукт направляется в емкости для отгрузки потребителю.

Из реактора-смесителя пасту направляют на гомогенизацию или циркуляцию с помощью шестеренчатого насоса до получения однородной массы. В сборнике готовой продукции пасту охлаждают путем циркуляции холодной воды в рубашке сборника до 40-42ºС и вводят при перемешивании парфюмерную отдушку. После этого пасту направляют на расфасовку.

Для получения порошкообразных СМС на основе сесквикарбоната натрия к вышеуказанной технологической схеме добавляется узел сушки и классификации, как представлено на рисунке.

По схеме далее полученный полупродукт однородной массы после реактора-смесителя (12) шнековым транспортером (13а) подается в барабанную сушилку (14) для сушки, после чего поступает в классификатор (15). Крупная фракция продукта измельчается в дробилке (16) и возвращается на классификацию, а товарная фракция идет в шнековый транспортер (13б), куда из сборников (17) через шнековый дозатор (18) подаются отдушка и перкарбонат калия. Затем конвейером готовый продукт направляется в емкости для отгрузки потребителю.

Таким образом с помощью лабораторных опытов и опытно-промышленных испытаний на основе местных сырьевых материалов разработана технологическая схема процесса получения моющих средств бытового назначения. Составлен материальный баланс по производству одной тонны бытовых моющих средств на основе сесквикарбоната натрия. На производство порошкообразного моющего средства разработан стандарт предприятия агентством "Узстaндaрт". Данный стандарт позволяет контроливать состав и качество продукта.

Технико-экономические расчеты показывают, что с учетом затрат на производство и сырьевые материалы по предложенной технологии себестоимость 1 тонны пероксикарбоната и сесквикарбоната натрия и порошкообразного моющего средства бытового назначения в 1,5-2 раза дешевле чем импортные продукции.

Список литературы:

1. Николаев, П. В. Основы химии и технологии производства моющих средств: учеб. пособие / П. В. Николаев, Н. А. Козлов, С. Н. Петрова. - Иваново: Иван. гос. хим.-технол. ун-т,2007. – 116 с.
2. Ермолаева В.А. Химическая структура основных компонентов синтетических моющих средств//Журнал «Современные наукоемкие технологии». – 2007. – № 10 – С. 34-38
3. Патент РФ 2167193Синтетическое моющее средство для стирки детского белья / Дубов А.А., Ефремова Е.В., Носова Н.А., Парчина В.А., Поврозник С.В., Фарберова А.Л. Опубликовано 20.05.2001. С.8
4. Эркаева Н.А.,Эркаев А.У., Каипбергенов А., Якубов Р.Я.,Тоиров З.К./ Разработка состава и технологии синтетических моющих средств технического назначения на основе сырья Узбекистана. // Химия и химическая технология. - Ташкент, 2012. - №2. - С. 5-11.
5. Эркаева Н.А., Шарипова Х.Т., Каипбергенов А.Т., Эркаев А.У., Кучаров Б.Х. Влияние состава моющих композиций на их функциональные показатели. // Узбекский химический журнал. – Ташкент, 2019. - №3. – С. 76-83.