Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Wasch- und Reinigungsmitteln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Wasch- und Reinigungsmitteln, welches kondensierte Phosphate und oberflächenaktive Stoffe enthält.
Pulverförmige Wasch- und Reinigungsmittelkompositionen werden im allgemeinen so hergestellt, dass in einem Ansatz wasch- und kapillaraktive Substanzen mit neutralen oder alkalischen Salzen und anderen Zusätzen in Anwesenheit von Wasser innig gemischt werden. Als wasch- und kapillaraktive Substanzen werden in allgemeinen Salze von Alkylschwefelsäuren, Alkyl- und Arylsulfonsäuren sowie deren Derivate verwendet. Der Ansatz wird anschliessend durch Versprühen auf kaltem oder warmem Wege in Pulverform gebracht.
Nachteilig dabei ist, dass bei der Herstellung mit alkalischen wässrigen Lösungen neutralisiert wird und dabei Pasten entstehen, die bis zu 70% Wasser enthalten, so dass erhebliche Energiemengen aufgebracht werden müssen, um das Wasser zu verdampfen, wodurch die Leistung der Anlage durch das Verhältnis des Wassers im Ansatz zur möglichen Wasserverdampfung beschränkt wird. Da dabei bei hoher Temperatur gearbeitet wird, zersetzen sich einige Komponenten teilweise zu minderwertigen oder schädlichen Produkten.
Es ist bekannt, dass bei der Heisszerstäubung eine Korngrössenverteilung entsteht, die sowohl bei der Verpackung als auch bei der Verwendung Belästigungen hervorruft und zusätzliche Absaugvorrichtungen erfordert.
Es ist weiter bekannt, dass bei der Heisszerstäubung von Waschmittelansätzen Perverbindungen in fester Form entgegen der Zerstäubungsrichtung in den entstehenden Sprühkegel in dessen oberen spitzen Innenraum eingedüst werden, die sich im Sprühkegelmantel mit den entstehenden feuchten Waschmittelpulverteilchen vereinigen.
Dieses Verfahren hat lediglich den Zweck, die bei der Zerstäubung der vorher dem Waschmittelansatz beigegebenen Perverbindungen eintretende Zersetzung und damit die vorzeitige Sauerstoffabgabe zu vermeiden.
Ferner ist bekannt, Fett- bzw. Sulfonsäuren und ähnliche Substanzen in Mischern direkt mit alkalischen Salzen zu neutralisieren. Die Umsetzung verläuft jedoch sehr träge und unvollständig oder beim Erwärmen unregu -lierbar und spontan und führt zu Zersetzungsprodukten.
Auch wenn bei geeigneter Prozessführung diese Nachteile vermieden werden, ist die Reaktion zeitaufwendig und erfordert eine anschliessende Nachreifung, oder aber es werden Reaktionsbeschleuniger benötigt, die nicht zu den waschfördernden Zusätzen von Wasch- und Reinigungsmitteln zählen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Waschund Reinigungsmitteln nach einem Sprühverfahren zu gewinnen, das bei einem geringen apparativen und zeitlichen Aufwand ihre kontinuierliche Herstellung unter Einsparung erheblicher Energiemengen ermöglicht und bei dem die oben angeführten Nachteile vermieden werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Zerstäubungstrockner pulverförmige Stoffe durch einen Gasstrom in der Schwebe gehalten und mit fein zerteilten Lösungen fester Stoffe oder mit flüssigen oder erweichten Stoffen besprüht werden.
Die flüssigen oder erweichten Stoffe können entweder Tenside, wie Seifen, Alkylsulfate, Alkyl- und Arylsulfonate entweder allein oder in Mischung miteinander sein oder saure Stoffe wie Fettsäuren, Alkylschwefelsäuren, Alkyl- und Arylsulfonsäuren entweder allein oder in Mischung miteinander.
Bei Einsatz der flüssigen sauren Stoffe werden als feste Stoffe alkalische Salze so gewählt, dass sie der Wasch- und Reinigungsmittelrezeptur entsprechen. Es können z.B. Carbonate, Hydroxylcarbonate, alkalisch reagierende Phosphate und Metasilikate eingesetzt werden.
Ausser sauren, neutralen und alkalischen Salzen können noch organische Waschhilfstoffe wie Carboxymethylcellulose, Carboxymethylstärke, Dextrane, Harnstofformaldehydkondensate, Alkylolamide und optische Aufheller Verwendung finden.
Durch entsprechende Wahl des Vereinigungszeitpunktes der beiden feinverteilten Substanzgruppen mit unterschiedlichem Aggregatzustand sind die Eigenschaften des hergestellten Waschmittels, insbesondere die Struktur, in vorteilhafter Weise zielgerichtet beeinflussbar.
Bei frühzeitiger Vereinigung können notwendige chemische oder chemisch-physikalische Reaktionen durchgeführt werden, u. der Grad der Granulation kann auch entsprechend dem Feuchtigkeitsgehalt der flüssigen Stoffe variiert werden. Die durch den Waschmittelansatz zugeführte Wassermenge ist nicht begrenzt durch das Wasserbindevermögen der zugeführten festen Stoffe, sondern wird mit dem gegebenenfalls erwärmten Gasstrom teilweise abgeführt.
Auch dann liegen die aufzuwendenden Wärmemengen unter den Werten, die bei der Wasserverdampfung durch Heisszerstäubungstrocknung notwendig sind.
Wenn die Stoffe miteinander reagieren sollen, werden sie kontinuierlich im Gleich- oder Gegenstrom in den Reaktionsraum, vorzugsweise einen Zerstäuberturm, eingeführt und durch einen Gasstrom für mindestens 3 s in der Schwebe gehalten. Die erstrebten kurzen Reaktionszeiten erzielt man u. a. durch Erhöhung des Wasserdampfpartialdruckes des zugeführten Gases. So kann z.B. der Wasserdampfpartialdruck der Luft durch Einblasen von Dampf und bzw. oder direkte Heizung mit Stoffen, bei denen beim Verbrennen Wasser als Reaktionsprodukt gebildet wird, erhöht werden. Durch die feine Verteilung der Stoffe und deren Wirbelung in einem Gasstrom besteht eine grosse Oberfläche zum Gas und ein reger Stoff- und Wärmeübergang.
Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Reaktionsgeschwindigkeit über dem Wasserdampfpartialdruck des Gases in viel stärkerem Masse zu erhöhen, als es mit Reaktionsbeschleunigern der Fall wäre. Die grosse Oberfläche vermeidet ausserdem das Auftreten von örtlichen Überhitzungen durch den Stau der Reaktionswärme. Der erwärmte Gasstrom garantiert eine genügende Entfernung nicht sulfierter Anteile der waschaktiven Stoffe aus dem Endprodukt.
Die sauren Stoffe werden so fein versprüht, dass sie die festen alkalischen Salzpartikel gleichmässig benetzen und so neben einer dadurch bedingten schnellen Reaktion zu einer Agglomeration der Teilchen führen, wodurch ein granuliertes, makroskopisch homogenes und sich nicht entmischendes Produkt entsteht. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist eine Verdampfung von Wasser nicht erforderlich. Auch wenn bei Einsatz kristallwasserhaltiger alkalischer Salze oder zusätzlich eingesprühter Lösungen mit einem erwärmten Gasstrom gearbeitet wird, so liegen die notwendigen Temperaturen und damit die aufzuwendenden Wärmemengen unter den Werten, die bei der Wasserverdampfung durch Zerstäubungstrocknung notwendig sind.
Ausserdem wird auch die Reaktionswärme, die bei bekannten Verfahren aufwendig abgeführt werden muss, zur Verdampfung ausgenutzt und trägt zur weiteren Senkung des Energiebedarfes bei.
Nachstehend ist das erfindungsgemässe Verfahren anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel I
In einer Sprühtrocknungsanlage mit rotierender Scheibenzerstäubung werden
58 Teile einer salzfreien Tensidlösung bestehend aus
18 Teilen des Natriumsalzes eines technischen Alkyl schwefelsäuremonoesters mit der Ketten länge C10 bis C25
10 Teilen eines technischen Gemisches ausNatriumde cyl- und Natriumdodecylsulfonat und
30 Teilen Wasser fein zerstäubt.
In den fein verteilten Flüssigkeitskegel wird zentrisch ein Gemisch bestehend aus
15 Teilen Pentanatriumtriphosphat
17 Teilen Natriumsulfat
35 Teilen Natriumbicarbonat
16 Teilen Dinatriumpyrophosphat mit Hilfe eines Luftstromes geblasen.
Die Lufteintrittstemperatur beträgt im Trockenturm 140 C. Es entsteht ein homogenes rieselfähiges Granulat.
Beispiel 2
In eine Düsenzerstäubungsanlage wird eine Tensidlösung bestehend aus
8 Teilen Alkylarylsulfonat
9 Teilen techn. Alkylsulfonat der Kette C15 bis C16
13 Teilen Alkylmonosulfonat der Kettenlänge C1 bis C16
30 Teilen Wasser fein zerstäubt.
In dem Sprühkegel wird ein festes Stoffgemisch bestehend aus
10 Teilen Natriummetasilikat
15 Teilen Natriumsulfat
8 Teilen Natriumcarbonat
2 Teilen Carboxymethylcellulose
20 Teilen Pentanatriumtriphosphat
8 Teilen Natriumperborat
3 Teilen Alkylolamid
4 Teilen Dinatriumpyrophosphat mit Hilfe eines Luftstromes eingetragen. Die Lufteintrittstemperatur beträgt 1 100C. Die Luftaustrittstemperatur 600C. Es entsteht ein rieselfähiges, nicht stäubendes Waschmittel.
Beispiel 3
In einer Sprühtrocknungsanlage werden die folgenden Stoffe bestehend aus
4 Teilen Seife
7 Teilen Alkylsulfat, Kettenlänge C15 bis C20
5 Teilen Nonylphenolpolyglykoläther
2 Teilen Natriumdodecylbenzolsulfonat
2 Teilen Alkylsulfonat Kettenlänge C1 bis Clf
3 Teilen Siliziumdioxyd
20 Teilen Wasser versprüht.
In diesen Sprühkegel werden
35 Teile Pentanatriumtriphosphat
10 Teile Tetranatriumpyrophosphat
2 Teile Carboxymethylcellulose
12 Teile Grahamsches Salz
18 Teile Natriumsulfat zentrisch eingeblasen. Die Ablufttemperatur des Sprühturms beträgt 350C.
Es entsteht ein staubarmes gut rieselfähiges Waschmittel.
Beispiel 4
In einen Zerstäuberturm wird ein Gemisch von
20 Teilen Natriumcarbonat
60 Teilen Natriumsulfat
5 Teilen Natriummetasilikat-Pentahydrat
15 Teilen Pentanatriumtriphosphat gemeinsam mit einem 50 C warmen Luftstrom von unten eingeblasen und durch eine etwa 50 cm über der Eintrittsöffnung der Pulverwolke eingebrachte Düse im Gegen strom mit 25 Teilen Schwefel säuremonoalkylester der Kohlenstoffkettenlänge 10-20 besprüht. Der Zerstäuberturm ist so bemessen und die Luftführung so eingerichtet, dass die Verweilzeit der Partikel von der Einführung bis zur Austragung mindestens 3 s beträgt. Das fertige, nicht stäubende, gut rieselfähig Waschmittel wird kontinuierlich aus dem Turm abgezogen.
Beispiel 5
In einen Zerstäuberurm werden auf eine rotierende Zerstäuberscheibe
15 Teile Schwefelsäuremonoalkylester mit der Ket tenlänge C10 bis C20
10 Teile Alkylsulfonsäurechlorid und
20 Teile Wasserglaslösung gegeben und fein zerstäubt.
Von unten wird gegen die Zerstäuberscheibe ein Gemisch von
20 Teilen Pentanatriumtriphosphat
10 Teilen Tetranatriumdiphosphat
20 Teilen Natriumsulfat
2 Teilen Carboxymethylcellulose und
5 Teilen Grahamsches Salz geblasen.
Der tangential in den Turm eingeführte Luftstrom wird vorher auf 1200C erhitzt. Das granulierte, sich nicht entmischende Waschpulver wird kontinuierlich abgezogen.
Beispiel 6
Ein Gemisch von
20 Teilen Pentanatriumtriphosphat
10 Teilen Tetranatriumdiphosphat und
10 Teilen calcinierter Soda wird mittels einer Ringdüse von oben in einen Turm geblasen. Im Zentrum der Ringdüse befindet sich eine Sprühdüse, die 20 Teile einer Mischung von Monoalkylschwefelsäure (C10-C25) und Dodecylbenzolsulfonsäure so versprüht, dass sich beide gleichgerichtete Sprühkegel innig mischen. Im Gegenstrom wird auf 70OC erwärmte Luft entgegengeführt, deren Wasserdampfpartialdruck auf 5% des Gesamtdruckes eingestellt ist. Das entstehende agglomerierte Wasch- und Reinigungsmittel wird kontinuierlich abgezogen.
Beispiel 7
Analog Beispiel 1, jedoch bei Raumtemperatur, wird ein Gemisch von
20 Teilen Pentanatriumtriphosphat
30 Teilen Natriumhydrogencarbonat
10 Teilen Natriumcarbonat
15 Teilen Dinatriumdihydrogendiphosphat und
15 Teilen Perborat mit 25 Teilen Schwefelsäuremonoalkylester besprüht.
Das Waschmittel wird kontinuierlich abgezogen.
Process for the continuous production of detergents and cleaning agents
The invention relates to a process for the continuous production of detergents and cleaning agents, which contains condensed phosphates and surface-active substances.
Powdered detergent and cleaning agent compositions are generally produced in such a way that washing and capillary-active substances are intimately mixed with neutral or alkaline salts and other additives in the presence of water in one batch. Salts of alkylsulfuric acids, alkyl and arylsulfonic acids and their derivatives are generally used as washing and capillary-active substances. The batch is then brought into powder form by spraying it cold or warm.
The disadvantage here is that during production, alkaline aqueous solutions are used to neutralize, resulting in pastes that contain up to 70% water, so that considerable amounts of energy have to be used to evaporate the water, which means that the performance of the system depends on the ratio of the Water is limited in the approach to possible water evaporation. Since this is done at high temperature, some components sometimes decompose into inferior or harmful products.
It is known that hot atomization results in a particle size distribution that causes annoyance both during packaging and during use and requires additional suction devices.
It is also known that in the hot atomization of detergent mixtures, per compounds are injected in solid form against the direction of atomization into the resulting spray cone in its upper, pointed interior, which combine in the spray cone jacket with the resulting moist detergent powder particles.
The sole purpose of this process is to avoid the decomposition and thus the premature release of oxygen occurring during the atomization of the per-compounds previously added to the detergent formulation.
It is also known to neutralize fatty or sulfonic acids and similar substances in mixers directly with alkaline salts. However, the reaction is very sluggish and incomplete or unregulatable and spontaneous when heated, and leads to decomposition products.
Even if these disadvantages are avoided with a suitable process management, the reaction is time-consuming and requires subsequent ripening, or reaction accelerators are required that are not among the laundry-promoting additives of detergents and cleaning agents.
The invention is based on the object of obtaining detergents and cleaning agents by a spraying process which enables them to be produced continuously with little expenditure in terms of equipment and time, saving considerable amounts of energy and in which the disadvantages mentioned above can be avoided.
The method according to the invention is characterized in that pulverulent substances are held in suspension by a gas stream in an atomization dryer and are sprayed with finely divided solutions of solid substances or with liquid or softened substances.
The liquid or softened substances can either be surfactants such as soaps, alkyl sulfates, alkyl and aryl sulfonates either alone or in a mixture with one another, or acidic substances such as fatty acids, alkyl sulfuric acids, alkyl and aryl sulfonic acids either alone or in mixture with one another.
When using liquid acidic substances, alkaline salts are selected as solid substances in such a way that they correspond to the detergent and cleaning agent formulation. E.g. Carbonates, hydroxyl carbonates, alkaline phosphates and metasilicates can be used.
In addition to acidic, neutral and alkaline salts, organic washing additives such as carboxymethyl cellulose, carboxymethyl starch, dextrans, urea-formaldehyde condensates, alkylolamides and optical brighteners can also be used.
The properties of the detergent produced, in particular the structure, can advantageously be influenced in a targeted manner by appropriate selection of the point in time when the two finely divided substance groups with different physical states combine.
With early unification, necessary chemical or chemical-physical reactions can be carried out, u. the degree of granulation can also be varied according to the moisture content of the liquid substances. The amount of water supplied by the detergent formulation is not limited by the water-binding capacity of the solid substances supplied, but is partly removed with the optionally heated gas stream.
Even then, the amount of heat to be used is below the values that are necessary for water evaporation by hot atomization drying.
If the substances are to react with one another, they are continuously introduced in cocurrent or countercurrent into the reaction space, preferably an atomizer tower, and kept in suspension for at least 3 s by a gas stream. The desired short response times are achieved u. a. by increasing the water vapor partial pressure of the supplied gas. E.g. the partial pressure of water vapor in the air can be increased by blowing in steam and / or direct heating with substances in which water is formed as a reaction product during combustion. Due to the fine distribution of the substances and their whirling in a gas flow, there is a large surface area to the gas and a brisk transfer of substances and heat.
This makes it possible to increase the reaction rate by means of the water vapor partial pressure of the gas to a much greater extent than would be the case with reaction accelerators. The large surface also avoids the occurrence of local overheating due to the build-up of the heat of reaction. The heated gas flow guarantees sufficient removal of non-sulphurized parts of the washing-active substances from the end product.
The acidic substances are sprayed so finely that they evenly wet the solid alkaline salt particles and, in addition to the resulting rapid reaction, lead to an agglomeration of the particles, resulting in a granulated, macroscopically homogeneous and non-segregating product. Evaporation of water is not required when performing this process. Even if a heated gas stream is used when using alkaline salts containing water of crystallization or additionally sprayed-in solutions, the necessary temperatures and thus the amounts of heat required are below the values that are necessary for water evaporation by spray drying.
In addition, the heat of reaction, which has to be expensively dissipated in known processes, is used for evaporation and contributes to a further reduction in the energy requirement.
The process according to the invention is explained in more detail below with the aid of examples.
Example I.
In a spray drying system with rotating disc atomization
58 parts of a salt-free surfactant solution consisting of
18 parts of the sodium salt of a technical alkyl sulfuric acid monoester with the chain length C10 to C25
10 parts of a technical mixture of sodium decyl and sodium dodecyl sulfonate and
30 parts of water finely atomized.
In the finely divided cone of liquid, a mixture consisting of
15 parts of pentasodium triphosphate
17 parts of sodium sulfate
35 parts sodium bicarbonate
16 parts of disodium pyrophosphate blown with the aid of a stream of air.
The air inlet temperature in the drying tower is 140 C. A homogeneous, free-flowing granulate is produced.
Example 2
In a nozzle atomization system, a surfactant solution consisting of
8 parts of alkyl aryl sulfonate
9 parts techn. C15 to C16 chain alkyl sulfonate
13 parts of alkyl monosulfonate of chain length C1 to C16
30 parts of water finely atomized.
A solid mixture of substances is created in the spray cone
10 parts of sodium metasilicate
15 parts of sodium sulfate
8 parts of sodium carbonate
2 parts of carboxymethyl cellulose
20 parts of pentasodium triphosphate
8 parts of sodium perborate
3 parts of alkylolamide
4 parts of disodium pyrophosphate entered using a stream of air. The air inlet temperature is 1 100C. The air outlet temperature 600C. The result is a free-flowing, non-dusting detergent.
Example 3
In a spray drying system, the following substances are made up of
4 parts of soap
7 parts of alkyl sulfate, chain length C15 to C20
5 parts of nonylphenol polyglycol ether
2 parts of sodium dodecylbenzenesulfonate
2 parts of alkyl sulfonate chain length C1 to Clf
3 parts of silicon dioxide
Sprayed 20 parts of water.
Be in this spray cone
35 parts of pentasodium triphosphate
10 parts of tetrasodium pyrophosphate
2 parts of carboxymethyl cellulose
12 parts of Graham's salt
18 parts of sodium sulfate were blown in centrically. The exhaust air temperature of the spray tower is 350C.
The result is a low-dust, free-flowing detergent.
Example 4
In an atomizer tower a mixture of
20 parts of sodium carbonate
60 parts of sodium sulfate
5 parts of sodium metasilicate pentahydrate
15 parts of pentasodium triphosphate are blown in from below together with a 50 C warm air stream and sprayed in countercurrent through a nozzle introduced about 50 cm above the inlet opening of the powder cloud with 25 parts of sulfuric acid monoalkyl ester of carbon chain length 10-20. The atomizer tower is dimensioned and the air flow is set up in such a way that the residence time of the particles from introduction to discharge is at least 3 s. The finished, non-dusting, free-flowing detergent is continuously withdrawn from the tower.
Example 5
In an atomizer tower are placed on a rotating atomizer disk
15 parts of sulfuric acid monoalkyl ester with the chain length C10 to C20
10 parts of alkyl sulfonic acid chloride and
Add 20 parts of water glass solution and finely atomize.
From below, a mixture of
20 parts of pentasodium triphosphate
10 parts of tetrasodium diphosphate
20 parts of sodium sulfate
2 parts of carboxymethyl cellulose and
5 parts blown Graham salt.
The air stream introduced tangentially into the tower is previously heated to 1200C. The granulated, non-segregating washing powder is continuously drawn off.
Example 6
A mixture of
20 parts of pentasodium triphosphate
10 parts of tetrasodium diphosphate and
10 parts of calcined soda are blown into a tower from above using an annular nozzle. In the center of the ring nozzle is a spray nozzle that sprays 20 parts of a mixture of monoalkylsulfuric acid (C10-C25) and dodecylbenzenesulfonic acid in such a way that the two spray cones in the same direction mix intimately. In countercurrent, air heated to 70 ° C is countered, the water vapor partial pressure of which is set to 5% of the total pressure. The resulting agglomerated detergent and cleaning agent is continuously drawn off.
Example 7
Analogously to Example 1, but at room temperature, a mixture of
20 parts of pentasodium triphosphate
30 parts of sodium hydrogen carbonate
10 parts of sodium carbonate
15 parts disodium dihydrogendiphosphate and
15 parts of perborate sprayed with 25 parts of sulfuric acid monoalkyl ester.
The detergent is continuously withdrawn.