Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Waschmitteln mit einem Schüttgewicht von weniger als 0,45 g/cm3
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Waschmitteln mit einem Schüttgewicht von weniger als 0,45 g/cm3. Das neue Verfahren ist wirtschaftlich und einfach ausführbar und ist dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Aufschlämmung eines organischen Waschaktivstoffs herstellt, die Aufschlämmung mit mindestens einem anorganischen Alkali- oder Erdalkalisalz, aus dem unter den Verfahrensbedingungen ein hydratisiertes Salz gebildet wird, welches Hydrat als alkalische oder neutrale Waschmittelgerüstsubstanz geeignet ist, und einem gasförmigen Stoff versetzt und unmittelbar danach unter eine hohe Scherwirkung erzeugenden Bedingungen und unter erhöhtem Druck vermischt,
den Mischvorgang abbricht und den Druck auf Atmosphärendruck senkt und ein poröses Waschmittel mit einem Schüttgewicht von weniger als 0,45 g/cm3 abführt.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden Waschmittel mit einem Schüttgewicht von weniger als 0,45 cm3 auf wirtschaftliche Weise erhalten, indem man insbesondere den Wassergehalt der Rohstoffmischung vor dem Trocknen möglichst gering hält, so dass vor allem zum Trocknen keine grossen Wärmemengen und keine grossen Trockenapparate erforderlich sind. So werden durch das erfindungsgemässe Verfahren vor allem die Herstellungskosten für derartige Waschmittel wesentlich verringert. Ausserdem kann nach dem erfindungsgemässen Verfahren ein Waschmittel mit einem Schüttgewicht erhalten werden, mit welchem man die Eigenschaften des Produktes regulieren kann, und damit wird es möglich, laufend ein gleichmässiges Produkt zu erzeugen.
Unter der Bezeichnung mit niedrigem Schüttgewicht , wie sie in der Beschreibung verwendet wird, werden Produkte verstanden, deren scheinbare Dichte geringer als 0,45 g/cm3 ist. Die scheinbare Dichte ist das Gewicht pro Volumeneinheit des jeweiligen Materials.
Im Falle eines rieselfähigen, teilchenförmigen Produktes bezieht sich diese Angabe also auf das ungestampfte Gewicht pro Volumeneinheit des teilchenförmigen Materials beim Einfliessen in den Behälter.
Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann z. B. eine Aufschlämmung mit einer kontinuierlichen wässrigen Phase und einer dispergierten Phase aus einem organischen Waschaktivstoff und mindestens einem alkalischen oder neutralen Alkali- oder Erdalkali-, insbesondere einem Magnesiumsalz hergestellt werden, worauf man diese Aufschlämmung mit hoher Schergeschwindigkeit innig mit einem gasförmigen Material unter solchen Bedingungen vermischt, dass das gasförmige Material ausserordentlich fein in der Aufschlämmung dispergiert wird.
Nach dem Einmischen des gasförmigen Materials kann die Aufschlämmung aus der Mischvorrichtung entnommen und bei Raumtemperatur abgekühlt werden, wodurch sich ein festes Produkt bildet, welches vorzugsweise leicht zu einem Granulat zerfällt oder ohne Schwierigkeiten in ein teilchenförmiges Produkt mit dem weiter oben erwähnten niedrigen Schüttgewicht überführt werden kann.
Zur Herstellung eines Produktes mit einem Schüttgewicht von weniger als 0,45 g/cm3, welches sein niedriges Schüttgewicht vorzugsweise beim Abkühlen und bei weiteren Behandlungen behält, wird zweckmässig ein Salz verwendet, welches schnell hydratisiert und dem Waschmittel dadurch eine verhältnismässig hohe Strukturfestigkeit verleiht. Geeignete Salze, die sich in eine hydratisierbare Form überführen lassen, sind beispielsweise die Alkali- und Erdalkalitrimetaphosphate, welche mit starken Basen unter Bildung der entsprechenden Alkali- oder Erdalkalitripolyphosphat-Hydrate reagieren können.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens stellt man zunächst als Vormischung eine Aufschlämmung ohne hydratisierbares Phosphat oder sonstige hydratisierbare Salze her und fügt dann das in eine hydratisierbare Form überführbare Salz und das gasförmige Material erst unmittelbar vor Einführen der Vormischung in die Mischvorrichtung hinzu.
Es wurde gefunden, dass durch die Herstellung einer derartigen Vormischung aus den weiter unten näher erläuterten Gründen aus der Intensivmischvorrichtung ein Produkt rnit höheren Feststoffgehalt abgezogen werden kann, als es bisher möglich war, so dass die aus dem Endprodukt zu entfernenden Wassermengen wesentlich geringer sind. Durch den geringeren Wassergehalt des Endproduktes wird also vor allem der Arbeits- und Kostenaufwand wesentlich verringert, beispielsweise durch die Verwendung kleinerer und wirtschaftlicherer Trocknertypen und entsprechende Verringerung der zuzuführenden Wärmemengen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von synthetischen Waschmitteln aus Rohstoffmischungen oder Rohstoffen mit hohem Feststoffgehalt geeignet, aus denen bisher ein Produkt mit befriedigend niedrigem Schüttgewicht nur schwer zu erhalten war. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können Produkte mit niedrigem Schüttgewicht und niedrigem Phosphatgehalt ohne Schwierigkeiten auch aus Rohmaterialien mit hohem Feststoffgehalt hergestellt werden.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendbaren organischen Waschaktivstoffe sind vorzugsweise wasserlöslich und im allgemeinen schäumend.
Als Beispiele für geeignete anionaktive Waschaktivstoffe können die wasserlöslichen Seifen und die sulfonierten synthetischen Waschrohstoffe genannt werden.
Die Seifen bestehen im allgemeinen aus den wasserlöslichen Salzen höherer Fettsäuren oder Harzsäuren, welche sich insbesondere von pflanzlichen oder tierischen Fetten, Ölen oder Wachsen ableiten, wie z. B. die Talg-, Kokosöl-, Tallöl-, Palmkernseifen und dergleichen. Vorzugsweise wird ein höheres Alkylarylsulfonat wie ein Alkylbenzolsulfonat mit 8 bis 16 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe verwendet, z. B. Natriumdecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylbenzolsulfonat oder Natriumpentadecylbenzolsulfonat. Weitere geeignete Produkte sind die oberflächenaktiven sulfatierten oder sulfonierten aliphatischen Verbindungen mit vorzugsweise 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, die langkettigen reinen oder gemischten höheren Alkylsulfate, wie z. B.
NatriuMlaurylsulfat, die höheren Fettsäureäthanolamidsulfate, wie z. B. Natriumkokosfettsäureäthanolamidsulfat, die höheren Fettsäureamide von Aminoalkylsulfonsäuren, wie z. B. das Natriumlaurinsäureamid des Taurins, die höheren Fettsäureester der Isäthionsäure und dergleichen. Diese anionaktiven oberflächenaktiven Stoffe werden im allgemeinen in Form ihrer wasserlöslichen Salze wie Alkalisalze, z. B. die Natrium- und Kaliumsalze, verwendet, jedoch können gegebenenfalls auch andere lösliche Salze wie die Ammonium-, Alkylolamin- und Erdalkalisalze verwendet werden.
Ausser den genannten anionaktiven Verbindungen kann der organische Waschaktivstoff auch ganz oder teilweise aus einer nichtionogenen Verbindung wie den nichtionogenen Polyalkylenoxyd-Kondensationsproduk- ten mit einer aliphatischen oder aromatischen hydrophoben Gruppe bestehen; die hydrophobe organische Gruppe enthält im allgemeinen mindestens etwa 8 Koh lenstoffatome und ist mit mindestens 5 und im allgemeinen mit bis zu 50 Alkylenoxydgruppen kondensiert.
Beispiele für derartige Verbindungen sind die Polyäthylenoxyd-Kondensationsprodukte mit Alkylphenolen mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, die Polyäthylenoxydester höherer Fettsäuren, wie mit 16 oder 20 Äthylenoxydgruppen kondensierte Tallölsäuren oder Laurinsäure, die Polyäthylenoxyd-Kondensationsprodukte mit höheren aliphatischen Alkoholen, wie mit 6 bis 30 Mol Äthylenoxyd kondensierter Lauryl-, Myristyl-, Oleyl- oder Stearylalkohol, die Polwoxy thylen- Kondensationsprodukte mit höheren Fettsäureamiden, wie mit 10 bis 50 Mol Äthylenoxyd kondensiertes Kokosfettsäureamid. Ebenso können auch die wasserlöslichen Polyoxyäthylen-Kondensationsprodukte mit hydrophoben Polyoxypropylenglykolen verwendet werden.
Geeignete nichtionogene Waschaktivstoffe sind beispielsweise auch das Kondensationsprodukt von Äthylenoxyd mit Polypropylenglykol mit 8O0/o Athylenoxyd und einem Molekulargewicht von etwa 1700 und Isooctylphenoxypolyoxyäthylen-äthanol mit etwa 8,5 Äthanoxygruppen im Molekül und dergleichen.
Es kann auch eine kationaktive, oberflächenaktive Verbindung in dem Produkt verwendet werden. Diese kann in Form eines Pulvers oder einer Flüssigkeit auf jede geeignete Weise mit den übrigen Bestandteilen vermischt werden. Bei Verwendung einer kationaktiven Verbindung wird diese vorzugsweise in geringer Menge mit der sauren Komponente vermischt und diese Mischung mit dem Überzugsmittel überzogen. Geeignete kationaktive Verbindungen sind vor allem die quaternären Ammoniumverbindungen mit höheren Alkylgruppen wie die quaternären Cetylammoniumsalze, z. B.
Cetyltrimethylammoniumchlorid, Cetylpyridiniumchlorid und dergleichen. Ebenso können ampholytische Waschaktivstoffe wie die N-Alkylverbindungen der ss-Aminopropionsäure, deren Alkylgruppen sich von Fettsäuren wie dem Kokosfettsäuregemisch ableiten, z. B. Natrium-dodecyl-B-alamin, in verträglichen Mengen verwendet werden.
Die Waschakfivsubstanz kann auch ganz oder teilweise aus einer höheren Fettsäureseife wie Kesselseife bestehen. Durch einen derartigen Seifenzusatz wird das Verfahren vor allen Dingen erleichtert, indem die Aufschlämmung leichter belüftet werden kann und leichter fest wird. Die Seife selbst verleiht dem Produkt gewöhnlich eine gewisse Strukturfestigkeit, so dass die Einzelteilchen des Produktes nicht so leicht zusammenbrechen.
Geeignete Seifen sind insbesondere die wasserlöslichen Alkali-, Amin- und Ammoniumsalze höherer Fettsäuren mit beispielsweise 10 bis 18 Kohlenstoffatomen, z. B.
Natriumlaurat, Natriummyristat, Kaliumpalmitat, Tri äthanolaminstearat und Mischungen derselben miteinander und mit Seifen ungesättigter Fettsäuren wie Natriumoleat, beispielsweise die Natriumseife der Talgfettsäuren und die Natriumseife einer 85:15-Mischung von Talgund Kokosölfettsäuren.
Der organische Waschaktivstoff wird zweckmässig in auf das Fertigprodukt bezogenen Mengen von 2 bis 65 Gew.-O/o verwendet; die bevorzugte Menge liegt bei Einsatz von synthetischem Waschaktivstoff zwischen 10 und 40 Gew.- /0 und bei Einsatz von Seife zwischen 20 und 65 Gew.- /o.
Zweckmässig wird für die Herstellung des Produktes noch eine geringe Menge eines wasserlöslichen, hydrotropen Alkylarylsulfonats verwendet, welches die Einarbeitung des Gases in der erforderlichen Menge und in feinverteilter Form in die bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Aufschlämmungen unterstützt.
Dieses Sulfonat kann in Mengen bis zu 20ovo zugesetzt werden, jedoch hat es sich als zweckmässig erwiesen, bis zu 6 0/0 und vorzugsweise bis zu 20/0 hydrotropes Alkylarylsulfonat in die Formel einzuarbeiten. Das verwendete Alkylarylsulfonat kann aus einer wasserlöslichen hydrotropen Verbindung bestehen, deren hydrophile und lipophile Eigenschaften so ausbalanciert sind, dass sie stark wasserlöslich sind (stärker als beispiels weise die verwandten organischen Waschaktivstoffe), jedoch bei hoher Oberflächenaktivität im wesentlichen nicht waschaktiv sind.
Beispiele für derartige hydrotrope Verbindungen sind Natriumtoluolsulfonat, Natriumxylolsulfonat, Natriumdibutylnaphthalinsulfonat, Natrium (mono-)dodecyloxydibenzoldisulfonat und die entsprechenden Kalium- und Lithiumsalze sowie Mischungen derselben einschliesslich handelsüblicher Isomermischun- gen. Der Alkylsubstituent in diesen Verbindungen enthält vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome je Sulfonatgruppe im Molekül, und der Arylkern besteht zweckmässig als Benzol oder Naphthalin. Die hydrotrope Verbindung kann einfach oder mehrfach sulfoniert und/oder alkyliert sein und die in erster Linie angeführten Alkalisalze dieser Verbindungen können auch ganz oder teilweise durch andere wasserlösliche Salze wie Erdalkalisalze, z. B. Magnesiumsalze, Ammoniumsalze oder Salze substituierter Ammoniumverbindungen, z. B.
Triäthanolaminsalze, ersetzt werden.
Bei der erfindungsgemässen Waschmittelherstellung kann das niedere Alkylarylsulfonat entweder als solches zu der Aufschlämmung gegeben werden oder in Form der Sulfonsäure zugesetzt und in Gegenwart der übrigen Bestandteile der Paste neutralisiert werden. Ebenso kann die niedere Alkylarylsulfonsäure auch durch Sulfonieren der entsprechenden Kohlenwasserstoffe in Gegenwart der übrigen Bestandteile der Paste, beispielsweise gegebenenfalls durch Sulfonieren mit dem auch zur Herstellung anderer sulfatierter oder sulfonierter Bestandteile der Paste wie höherem Alkylarylsulfonat verwendeten Sulfonierungsmittel, hergestellt werden. Eine derartige Cosulfonierung kann je nach Wunsch entweder gleichzeitig oder nacheinander erfolgen, wobei im letzteren Falle der niedere Alkylarylkohlenwasserstoff vorzugsweise als letzte der zu sulfonierenden Komponenten sulfoniert wird.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Verwendung mindestens eines Salzes, welche mit Wasser unter Bildung eines wasserlöslichen Hydrats, vorzugsweise eines Polyphosphat-Hydrats, reagiert oder sich in eine hydratisierbare Form überführen lässt. Durch die Bildung dieser Hydrate wird insbesondere der Aufschlämmung freies Wasser entzogen und dem Fertigprodukt eine feste Struktur verliehen, so dass es beispielsweise unter dem Gewicht von darüberliegendem Material nicht oder kaum zusammenbricht. Hydratisierbare Verbindungen sind Alkali- und Erdalkaliphosphate, wie beispielsweise Pentanatriumtripolyphosphat in seinen beiden Formen I und II, Tetranatriumpyrophosphat, Kaliumpyrophosphat, Trinatriumorthophosphat und Natriumtrimetaphosphat.
Ebenfalls geeignet sind hydratisierbare Verbindungen wie Natriumcarbonat, Natriummetasilikat, Magnesiumsulfat, Natriumtetraborat und dergleichen sowie Mischungen dieser Verbindungen. Die Alkali- oder Erdalkalisalze werden vorzugsweise in Teilchenform verwendet, in welcher zweckmässig mindestens 90 O/o der Teilchen einen Durchmesser unter 150 u und vorzugsweise mindestens 97 o/o der Teilchen einen Durchmesser unter 150 u und mindestens 85 o/o einen Durchmesser unter 75 u aufweisen.
Als Alkali- oder Erdalkalisalze mit optimaler Eignung für das erfindungsgemässe Verfahren wird vorzugsweise ein Salz verwendet, das schnell ein Hydrat bildet.
Je schneller die Hydratationsgeschwindigkeit ist, desto schneller wird auch insbesondere die Strukturfestigkeit erhöht, so dass das poröse System selbsttragend wird. So wird vorzugsweise ein Salz gewählt, welches bei den Temperaturen des Verfahrens in weniger als 30 Minuten, zweckmässig innerhalb von 1 bis 10 Minuten und vorzugsweise innerhalb von 2 bis 5 Minuten, im wesentlichen vollständig hydratisiert. Ein bevorzugtes Salz ist demnach Natriumtrimetaphosphat, welches sich in Anwesenheit einer starken Base schnell zu Natriumtripolyphosphat-IIexahydrat umsetzt. Auf gleiche Weise können auch andere Alkalitrimetaphosphate zur Bildung von Alkalitripolyphosphat-Hydraten verwendet werden.
Die Verbindung kann in Mengen von 20 bis 80 Gew.- /o verwendet werden und wird vorzugsweise in Mengen von 30 bis 50 Gew.-O/o eingesetzt. Insbesondere werden 30 bis 50 Gew.-O/o Alkalitrimetaphosphat verwendet.
Zur Überführung von Trimetaphosphat in Tripolyphosphat-Hydrat ist z. B. eine starke Base, wie Alkalicarbonate, -silikate, -oxyde, -hydroxyde, -orthoFhosphate oder Erdalkalioxyde oder -hydroxyde erforderlich. Die Base muss insbesondere so stark sein, dass sie bei Auflösen von 1Gew.-O/o derselben in destilliertem Wasser bei 25 C einen pH-Wert über 10,2 ergibt. Vorzugsweise werden als starke Basen die Alkalihydroxyde, -carbonate und silikate, insbesondere Natrium- und Kaliumhydroxyd, verwendet.
Die starke Base sollte in einer zur Umwandlung des Alkalitrimetaphosphats in das entsprechende Alkalitripolyphosphat-Hydrat ausreichenden Menge verwendet werden. Im allgemeinen beträgt das Verhältnis von starker Base zu Trimetaphosphat 1,4:1 bis 10:1 und vorzugsweise 2:1 bis 6:1 Moläquivalent. Die genaue Menge hängt im allgemeinen von der jeweiligen Base und von dem zu verwendenden Trimetaphosphat ab.
Ausser den oben genannten Verbindungen können gegebenenfalls noch andere, für verschiedene Zwecke geeignete Zusatzstoffe wie Füllstoffe, z. B. Natriumsulfat, Schmutzdispergiermittel, z. B. Carboxymethylcellulose, Puffersubstanzen, Aufheller, Farbstoffe, Stabilisatoren und dergleichen zugesetzt werden.
Der Wassergehalt der Aufschlämmung beim Mischen mit hoher Scherwirkung ist im allgemeinen geringer als der Wassergehalt, mit dem das Material leicht und ohne Schwierigkeiten durch Leitungen gepumpt oder geführt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass man z. B.
zunächst eine Vormischung herstellt, welche das gesamte Wasser oder den Hauptteil des Wassers und nur einen Anteil der Feststoffe enthält, und den Rest der Feststoffe unmittelbar vor dem Mischen mit hoher Scherwirkung zusetzt. Der Gesamtfeststoffgehalt der Aufschlämmung beim Mischen im Mischer mit hoher Scherwirkung liegt vor allem zwischen 70 und 85 O/o der Gesamtmischung, abhängig von den anderen vorhandenen Bestandteilen und den Arbeitsbedingungen des Verfahrens.
Bevorzugt wird ein Feststoffgehalt von 75 bis 80 0/o. In jedem Falle sollte so viel Wasser zugegen sein, dass die Aufschlämmung nach dem Intensivmischen so viskos und fliessfähig ist, dass sie eine gleichmässige Paste mit einer Konsistenz bildet, bei welcher sie sich ausdehnen oder aufblähen kann, aber ein Aufsteigen von Gas durch die Paste verhindert wird und dadurch im wesentlichen eine Struktur mit gleichmässig darin verteilten getrennten Gasbläschen erhalten bleibt, in welcher die Gasbläschen nicht zusammenwachsen und kein Gas aus dem System entweicht.
Als gasförmiges Material, welches zur Bildung der Gasbläschen insbesondere innig mit der Aufschlämmung vermischt wird, kann jeder geeignete, normalerweise gasförmige Stoff, wie beispielsweise Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxyd und dergleichen verwen det werden. Vorzugsweise wird ein inerter, normalerweise gasförmiger Stoff wie Luft angewendet.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass sich damit ein Produkt von geringer scheinbarer Dichte, hohem Lösungsgrad und hoher Lö segeschwindigkeft in Wasser herstellen lässt. Nach dem Granulieren weist das Produkt gewöhnlich nur eine geringe Neigung zur Staubbildung oder zum Zusammenbacken beim Transport und/oder Lagern auf und hat im Vergleich zu Produkten, die aus vergleichbaren Rohstoffen nach den gegenwärtig üblichen technischen Verfahren hergestellt wurden, ausgezeichnete Geruchseigenschaften. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäss hergestellten Waschmittel im Gegensatz zu vielen bei hohen Temperaturen getrockneten Waschmitteln vor allem nur einen unwesentlichen Gehalt an organischen oder anorganischen Hitzeabbauprodukten auf und sind daher bei Herstellung aus wasserlöslichen Rohmaterialien völlig wasserlöslich.
Bei einem kontinuierlichen Verfahren, bei welchem man z. B. eine Vormischung herstellt und kontinuierlich einer Mischvorrichtung zuführt und einen Zusatzstoff wie Trimetaphosphat zusammen mit einer starken Base kurz vor der Hochleistungsmischstufe kontinuierlich zusetzt, ist es besonders wünschenswert, dass man die Materialströme der Vormischung und der Zusatzstoffe kontinuierlich messen und regeln kann, um eine kontinuierliche und genaue Dosierung der Komponenten zu erzielen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Waschmitteln unter Verwendung von Ausgangsmaterialien mit hohem Feststoffgehalt, z. B. von schlecht fliessfähigen Massen, ist es insbesondere wesentlich, dass man die Dosierung der Materialströme schnell aufeinander abstimmen kann, um ein einheitliches Produkt zu erhalten.
Mit dem im folgenden beschriebenen System ist eine augenblicklich und genau ansprechende Gewichtskontrolle möglich, wodurch ein gleichmässiges Produkt erhalten werden kann.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden vor allem mehrere Dosiervorrichtungen mit jeweils zwei Materialbehältern vorgeschlagen, durch welche - wie weiter unten näher erläutert wird - eine kontinuierliche Wägung und Steuerung der Zuflussgeschwindigkeiten der Komponenten erzielt wird. Diese Vorrichtungen sind besonders zweckmässig für technische Anlagen mit einer Kapazität von über 680 kg pro Stunde, da sie bei einer solchen Kapazität eine genauere und weniger kostspielige Steuerung des Verfahrens bei hohen Feststoffgehalten ermöglichen.
Mit der Erfindung wird daher ein Verfahren zum genauen Messen und Regulieren der Gewichtsfliessgeschwindigkeiten der Vormischungsaufschlämmung und der kurz vor dem Mischen zuzusetzenden Stoffe, insbesondere der hydratisierbaren Verbindungen, vorgeschlagen, das folgendermassen ausgeführt werden kann: Das Steuersystem umfasst insbesondere für jeden zu regulierenden Materialstrom einen Ladebehälter und einen Abgabebehälter. Für jeden Materialstrom befinden sich zwischen den beiden Behältern und der jeweiligen Materialquelle und der Verarbeitungsanlage Verbindungsleitungen. Weiterhin sind Mittel zum kontinuierlichen Wiegen des Abgabebehälterinhalts, zum kontinuierlichen Wiegen des Inhalts beider Behälter und zum Übertragen der ermittelten Werte in Steuersignale, welche der vom tatsächlichen Gewicht unabhängigen momentanen Geschwindigkeit der Gewichtsveränderung entsprechen, vorgesehen.
Das Steuersystem umfasst ausserdem Mittel zum Erzeugen eines kontinuierlichen Sollwertsignals, welches zeitlich unabhängig einer bestimmten Geschwindigkeit der Gewichtsveränderung entspricht, und zum Vergleichen dieses Sollwertsignals mit einem oder beiden der vorstehenden, der momentanen Geschwindigkeit der Gewichtsveränderung entsprechenden Signale und Regulieren der Abgabe der Materialströme aus dem Abgabebehälter, wodurch der Unterschied zwischen den beiden verglichenen Signalen ausgeglichen wird. Ausserdem werden die Signale für die beiden Materialströme miteinander verglichen und die relativen Zuflussgeschwindigkeiten entsprechend reguliert.
Wie bereits erwähnt wurde, können bestimmte Komponenten erst unmittelbar vor der Hochleistungsmischstufe zugesetzt werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, wo eine abbaubare, hydratisierbare Verbindung wie Natriumtripolyphosphat oder Natriumtrimetaphosphat verwendet wird und die Reaktion unmittelbar einsetzt. Natriumtripolyphosphat ist beispielsweise sowohl einer Hydratation als auch einer Hydrolyse unterworfen. Wenn die Hydratation einsetzt, wird der Mischung vor allem Wasser entzogen. Beim Arbeiten mit hohem Feststoffgehalt wird die Aufschäumung im allgemeinen bei der Hydratation noch weniger fliessfähig, so dass sie nicht durch Fliessen weiterbefördert und nicht ausreichend durchgemischt werden kann. Durch weitere Reaktionen wie Hydrolyse kann das Material abgebaut werden, wodurch insbesondere ein Fertigprodukt mit unerwünschten Eigenschaften erhalten wird.
Es ist demnach erforderlich, vorzugsweise sowohl die Verweilzeit als auch die Mischdauer so kurz wie möglich zu halten.
Insbesondere bleiben die Vormischung und die Zusatzstoffe daher nur so kurz wie möglich in den Zubringem.
Die Zeit zwischen dem Zusammenbringen aller für das Fertigprodukt erforderlichen Komponenten und dem Beginn des Mischens im Hochleistungsmischer beträgt zweckmässig nur 5 Sekunden oder noch weniger. Die Durchlaufzeit durch den Mischer mit hoher Scherwirkung beträgt im allgemeinen weniger als etwa 30 Sekunden und vorzugsweise etwa 5 bis 20 Sekunden.
Mit dem bevorzugten Steuersystem, das im erfindungsgemässen Verfahren Anwendung findet, kann eine Mehrzahl von Komponenten in einem Minimum an Zeit in genau dosierten Mengen vereinigt werden, wobei das Mengenverhältnis der Komponenten mit einem augenblicklich ansprechenden Steuermechanismus eingestellt werden kann, welcher die Zufuhrgeschwindigkeit jeder der Komponenten misst, Variationen in der Geschwindigkeit der Gewichtsveränderung oder der benötigten Komponentenmenge augenblicklich kompensiert und alle diese Funktionen in einer Gesamtverweilzeit von weniger als etwa 5 Minuten ausführt. So wird z.
B. durch die Kombination eines Ladebehälters mit einem Abgabebehälter auf die weiter unten näher beschriebene Weise in Verbindung mit Waschmittelkomponentenströmen mit hohem Feststoffgehalt ein flexibles System erhalten, mit welchem ein erstklassiges Produkt mit minimalem Gehalt an unerwünschten Nebenprodukten hergestellt werden kann.
Da es wichtig ist, das Verhältnis zwischen der Vormischungsaufschlämmung und den Zusatzstoffen genau zu regulieren, ist vor allem ein Steuerorgan vorgesehen, welches insbesondere ein vorgegebenes Verhältnis der Fliessgeschwindigkeiten der Vormischungsaufschlämmung und des Zusatzstoffes aufrechterhält. Es können also zwei verschiedene genau dosierte Materialströme kontinuierlich einer gemeinsamen Mischstelle zugeführt werden. Das Steuerorgan stellt gewöhnlich die Zuführgeschwindigkeiten und das Verhältnis derselben zueinander ein. Die Mischverhältnisse können also jederzeit genau eingestellt und aufrechterhalten werden, und es kann eine genaue Formel aus der Vormischung und den Zusatzstoffen auch bei variierendem Bedarf an dem einen oder anderen Material oder bei variierender Zuflussgeschwindigkeit aufrechterhalten werden.
Aufgrund seiner schnellen Reaktion ermöglicht das Steuersystem vor allem die Herstellung eines erstklassigen, gleichmässigen Produktes.
Die aus der Vormischung und den Zusatzstoffen erhaltene Mischung mit hohem Feststoffgehalt wird im wesentlichen unmittelbar, d. h. innerhalb von etwa 5 Sekunden, der hohen Scherwirkung unterworfen. Vor Eintritt in den Mischer mit hoher Scherwirkung wird gewöhnlich ein gasförmiges Material in die Mischung eingespritzt.
Bei Verwendung von Alkalitrimetaphosphat kann die Reaktion zwischen der hydratisierbaren Verbindung und dem in der Vormischaufschlämmung enthaltenen Wasser erst einsetzen, wenn das Trimetaphosphat mit der Lauge in Berührung kommt. In diesem Fall werden in dem Material gewöhnlich also keine wesentlichen Mengen Hydrat gebildet, bevor die Lauge zugegeben wird. Demnach kann also das gesamte Trimetaphosphat oder ein Teil desselben früher, als es sonst möglich ist, zu der Vormischung gegeben werden. Die genaue Stelle oder der genaue Zeitpunkt des Verfahrens, an welchem das hydratisierbare Material zu der Vormischung gegeben wird, hängt im allgemeinen von vielen Variablen und Verfahrensbedingungen wie der Hydratationsgeschwindigkeit, den auftretenden Temperaturen, dem Feststoffgehalt, den relativen Mengen der einzelnen Komponenten und dergleichen ab.
Die Mischvorrichtung zum gründlichen kontinuierlichen Mischen der Komponenten und gleichmässigen Verteilen des gasförmigen Materials zu feinen, im wesentlichen gleichmässigen kleinen Bläschen in der Mischung muss insbesondere eine hohe Scherwirkung haben. Geeignete Mischvorrichtungen haben im allgemeinen ein verhältnismässig kleines Fassungsvermögen, so dass zu gleicher Zeit nur eine kleine Menge Aufschlämmung darin verarbeitet werden kann, wodurch der Hauptteil der zugeführten Kraft direkt auf die Aufschlämmung angewendet und nicht zum Durchmischen grosser gleichzeitig vorhandener Materialmengen vergeudet wird. Zweckmässig wird daher eine Mischvorrichtung mit einem Fassungsvermögen von weniger als etwa 4 Liter verwendet, so dass das Material den Mischer in weniger als 30 Sekunden durchläuft,
wobei während dieser kurzen Zeit eine ausserordentlich hohe Scherwirkung ausgeübt wird. Die Mischvorrichtung kann von beliebiger geeigneter Bauweise sein und umfasst vorzugsweise eine Mischkammer mit zwei Statoren und einem zwischen den Statoren rotierenden Rotor. Die Innenflächen der beiden Statoren und beide Flächen des Rotors können mit konzentrischen Reihen von Blättern versuchen sein, die so angeordnet sind, dass die Blätter des Rotors dicht in die Blätter der Statoren eingreifen, diese jedoch nicht berühren, Die Aufschlämmung wird zweckmässig von einer Öffnung in der Mitte eines Stators eingefiihrt, zwischen den Blättern dieses Stators und denen des Rotors hindurchgeführt,
über den Rotor hinweg und zwischen den Blättern des anderen Stators und des Rotors hindurchgeführt und dann aus einer Öffnung am äusseren Ende des Mischers wieder herausgeführt. Auf diesem Weg durch die Mischvorrichtung werden die Aufschlämmung und das gasförmige Material gewöhnlich durch die Blätter zu zahllosen Einzelströmen zerrissen und zerschnitten, und das gasförmige Material wird vor allem in winzigen Bläschen gleichmässig in der Aufschlämmung verteilt.
Es können auch andere Mischvorrichtungen verwendet werden, solange sie mit grosser Energie und hoher Schergeschwindigkeit auf die Aufschlämmung einwirken, so dass ein überwiegender Teil (d. h. mehr als 50 o/o) des gasförmigen Materials in einzelne Gasbläschen mit einem durchschnittlichen Durchmesser in der Grössenordnung von weniger als etwa 0,085 mm und vorzugsweise weniger als etwa 0,054 mm zerteilt wird.
Unter Scherwirkung wird eine Krafteinwirkung verstanden, bei welcher aneinandergrenzende Teile der Mischung gegeneinander verschoben werden. Die dabei auf die Mischung ausgeübte Kraft hängt von der verwendeten Vorrichtung und den Arbeitsbedingungen des Verfahrens ab. Unter hoher Scherwirkung wird eine Wirkung verstanden, bei der der nachstehend definierte Scherfaktor (F) grösser als etwa 5 und vorzugsweise grösser als 6,5 ist.
2 X 10-Ï rRT
Scherfaktor(F)= worin r = Radius des Rotors in cm X 2,54 oder der entspre chende Wert bei anderen Mischvorrichtungen; R = die Anzahl der Umdrehungen des Rotors pro Mi nute oder der entsprechende Wert; T = die Geschwindigkeit der Materialzufuhr in den
Mischer in kg X 0,454/Stunde; d = der Zwischenraum zwischen den Blättern des Ro tors und des Stators oder der entsprechende Wert; C = das Fassungsvermögen der Mischvorrichtung in cm3 X 16,387.
In einer Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist z. B. an der äusseren Öffnung des Mischers ein rohrförmiger Teil angebracht, welcher das innig durchmischte Material aus dem Mischer auf eine Fördervorrichtung bringt. Der rohrförmige Teil wird gewöhnlich zum Einstellen des Innendruckes im Mischer verwendet und kann daher von verschiedener Länge und verschiedenem Durchmesser sein.
So wird beispielsweise durch Verlängerung oder Verengung des rohrförmigen Teiles der Druck im Mischer erhöht. Es ist vorteilhaft, eine derartige Vorrichtung anstelle eines Drosselventils zur Druckregulierung zu verwenden, um einen plötzlichen Druckabfall zu vermeiden, welcher zu Instabilität des Produktes führen könnte. Länge und Durchmesser des Rohres können so variiert werden, dass der Überdruck im Mischer im Bereich von etwa 1,40 bis 7,00 4/cm2 und vorzugsweise etwa 2,8 bis 4,5 kg/cm liegt.
Das Waschmittel kann von dem rohrförmigen Teil auf eine Fördervorrichtung abgegeben werden, welche zweckmässig aus einem Laufband besteht, so dass das Produkt schnell abgeführt und nicht zu einer unerwünschten Höhe aufgeschüttet wird, wobei es in der Struktur zusammenbrechen und ein Produkt mit zu hoher Schüttdichte ergeben könnte. In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, die Temperatur des Produktes auf dem Band eine bestimmte Zeit lang auf einer bestimmten Höhe zu halten, wozu die Fördervorrichtung mit einer Vorrichtung zum wahlweisen Erwärmen und/oder Kühlen des Produktes versehen sein kann. Von dem Förderband wird das Produkt im allgemeinen in eine Trockenvorrichtung eingebracht.
Diese Trockenvorrichtung kann beispielsweise aus einem Wirbelschichttrockner, einem Drehofen, einem Heiztunnel mit Laufband, einem Sprühtrockner, einem senkrechten Schachtofen oder dergleichen bestehen. Aus wirtschaftlichen Gründen wird vorzugsweise eine Trockentrommel verwendet. Auf Grund des geringen Gehalts des Produktes an freiem Wasser ist eine besonders wirtschaftliche Trocknung möglich. Riechstoffe können dem Produkt zu jedem geeigneten Zeitpunkt, wie beispielsweise zum Schluss des Trockenvorganges, zugesetzt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ist jedoch nicht auf dieselben beschränkt. Soweit nicht anders vermerkt, beziehen sich alle Mengenangaben auf das Gewicht und alle anorganischen Salze sind wasserfrei.
Beispiel 1
In einen Weithals-Schneckenförderer wurden kontinuierlich zwei Materialströme eingeführt. Der erste Materialstrom bestand aus einer Aufschlämmung aus den folgenden Rohstoffen:
Gewichtsteile
Wasser 15,6
Natronlauge, 50 Be 11,2
Natriumtoluolsulfonat (technisch) 3,0
Tridecylb enzolsulfonsäure (96 /o Sulfonsäure, 2 /o Schwefelsäure,
1 /o freies Ö1, 1 /o Feuchtigkeit) 35,2
Natriumsulfat 13,7
Natriumcarboxymethylcellulose (74 /o aktive Substanz,
26 O/o inerte Feststoffe) 1,6
Natriumsilikat (44,1 O/o Feststoffe mit einem Na2O:SiO2-
Verhältnis von 1:
:2) 19,7
Die Aufschlämmung wurde auf einer Temperatur von etwa 57 C gehalten und dem Schneckenförderer aus einer Dosiervorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 138 kg je Stunde zugeführt.
Der zweite Materialstrom bestand aus pulverförmi gem Pentanatriumtripolyphosphat der Form II und wurde aus einer Dosiervorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 73 kg je Stunde zugeführt. Pentanatriumtripolyphosphat der Form II ist ein Phosphat, welches bei der Herstellung bei niedrigen Temperaturen kalziniert wird, im Gegensatz zu Form I, die bei höheren Temperaturen kalziniert wird. Die Form I des Pentana- triumtripolyphosphats hydratisiert schneller als die Form II. Das verwendete Pentanatriumtripolyphosphat der Form II bestand zu 86 /o aus Teilchen mit einem Durchmesser unter 75 u und zu 11 O/o aus Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 75 und 150 cd.
Die Mischung aus Pulver und Aufschlämmung wurde vor der Abgabe aus dem Schneckenförderer bereits etwas durchgemischt, und das Mischungsverhältnis von Aufschlämmung und Pulver war in dem vom Schneckenförderer abgegebenen Material im wesentlichen konstant. Der Feststoffgehalt des Materials betrug an dieser Stelle 77 /o.
Die Geschwindigkeit des Schneckenförderers wurde so eingestellt, dass im Einfülltrichter eine gleichbleibende niedrige Füllhöhe eingehalten wurde. Das Material wurde direkt in einen kontinuierlichen Mischer mit hoher Scherwirkung eingepumpt. Die Verweilzeit betrug etwa 30 Sekunden. Unmittelbar vor dem Mischer wurde ein dosierter Strom Druckluft in die Paste eingeführt, und die Mischung gelangte innerhalb von etwa 5 Sekunden danach in den Mischer. Die eingeführte Luftmenge betrug etwa 0,113 Normal-m3. Der Mischer wurde mit einer Rotorgeschwindigkeit von 400 U/min betrieben.
Durch ein 35,5 cm langes Rohr von 1,27 cm lichter Weite am Mischerauslass wurde ein Überdruck von etwa 4,20 kg/cm2 am Mischereingang aufrechterhalten und für einen allmählichen Abfall des auf die Mischung ausgeübten Druckes gesorgt.
Das den Mischer veranlassende Material bestand aus einer gleichmässig durchmischten und mit Luft durchsetzten Paste mit einer Dichte von etwa 0,44 g/cm3 und einer Temperatur von etwa 65 "C. Die Paste wurde in eine Reihe von Wannen geleitet, wo sie etwa 48 Stunden lang bei Raumtemperatur im Ruhezustand belassen wurde. Während dieser Zeit verfestigte sich das Produkt. Dann wurde es aus den Wannen einem Desintegrator zugeführt, um alle vorhandenen Klumpen zu zerkleinern, und dann durch ein Sieb mit quadratischen Öffnungen von 2 mm Seitenlänge gesiebt. Das erhaltene Pulver hatte eine scheinbare Dichte von 0,38 g/cm3 und einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 22 /o; es wurde in einem Warmluftstrom von 60 0C auf einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von 18 O/o getrocknet.
Das Fertigprodukt hatte etwa die folgende Zusammensetzung: O/o Natriumtridecylbenzolsulfonat 25
Pentanatriumtripolyphosphat 37
Natriumtoluolsulfonat 2
Natriumsilikat 6
Natriumcarboxymethylcellulose 0,8
Natriumsulfat 11
Wasser (im wesentlichen vollständig durch das Phosphat und andere hydratisierbare
Salze molekular gebunden) 18
Beispiele 28
Es wurde, soweit nicht anders vermerkt, mit der gleichen Formel wie in Beispiel 1 eine Reihe von Versuchen unter verschiedenen Arbeitsbedingungen durchgeführt. Die Arbeitsbedingungen sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle I Beispiel Temperatur Zuführ- Fest- Luft in Rotorge- Über- Dichte Wasser- Scher- NaTS der Vor- geschwin- stoff- Normal- schwindig- druck Tempera- des gehalt faktor Gehalt mischungs- digkeit gehalt m3/h keit des am tur am Pro- des des Pro aufschläm- in kg/h in O/a (2) Mischers Mischer- Mischer- duktes Pro- duktes mung in 0C (1) in U/min eingang eingang in duktes in Gew.-O/o (3) in kg/cm2 in OC g/cm3 in O/o (4)
2 52 163 75 0,088 400 2,45 57 0,37 23,7 7,6 2
3 49 163 77 0,025 400 2,80 65,5 0,34 15,8 7,7 6
4 52 159 75 0,014 400 2,03 63 0,306 22,4 7,4 6
5 71 159 75 0,178 400 2,73 66,5 0,34 22,8 7,5 2
6 57 208 75,5 0,130 400 2,94 58 0,367 26,0 9,8 2
7 52 158 76 0,113 400 3,71 60 0,371
23,6 7,4 2
8 57 161 75,5 0,096 400 3,22 57 0,362 23,0 7,5 2
Versuch A 49 91 75 0,187 375 2,45 60 4,0 2
Versuch B 57 166 80,6 0,096 400 2,80 63 7,8 2 (1) Gesamtfeststoffgehalt ohne Hydratationswasser (2) Berechnet auf einen Druck von 760 mm Hg und eine Temperatur von 0 OC
In Beispiel 4 wurde das in den übrigen Beispielen verwendete Pentanatriumtripolyphosphat Form II durch Pentanatriumtripolyphosphat Form I ersetzt. Form I hydratisiert schneller als Form II. Aus einem Vergleich zwischen Beispiel 4 und dem entsprechenden unter Verwendung von Pentanatriumtripolyphosphat Form II durchgeführten Beispiel 3 geht hervor, dass es möglich ist, dem Produkt, welches den Mischer mit hoher Scherwirkung verlässt, durch Verwendung der schneller hydratisierenden Verbindung eine festere Struktur zu verleihen.
Beispiel 5 zeigt einen anderen Fall, in dem Pentanatriumtripolyphosphat Form II durch Pentanatriumtripolyphosphat Form I ersetzt wurde.
Als Vergleich zu den oben angeführten Beispielen des erfindungsgemässen Verfahrens wurde ein Versuch A durchgeführt, bei welchem der gesamte Ansatz in einem Behälter hergestellt wurde, d. h. das Pentanatriumtripolyphosphat Form II wurde mit in diesen Ansatz gegeben, anstatt im späteren Verlauf des Verfahrens wie bei den obigen Beispielen zugesetzt zu werden. Das alle Bestandteile enthaltende Material wurde über den Schneckenförderer dem Mischer mit hoher Scherwirkung zugeführt. Im Verlaufe einer halben Stunde wurde die Mischung jedoch durch weitgehende Hydratation der hydratisierbaren Verbindung so dick, dass sie sich nicht mehr pumpen liess.
Ein weiterer Vergleichsversuch B wurde durchgeführt, bei welchem eine zu geringe Menge (nur 4 O/o) hydratisierbare Verbindung verwendet wurde. Die Zusammensetzung unterscheidet sich von den in Beispiel 1 - 8 verwendeten Zusammensetzungen. Bei diesem Versuch wurde in den Schneckenförderer kontinuierlich (3) Rotordurchmcsser = 20,3 cm, Fassungsvermögen des Mischers = 1,295 Liter, Abstand zwischen
Rotor- und Statorblättern = 1,5 mm (4) NaTS = Natriumtoluolsulfonat ein erster Materialstrom in Form einer Aufschlämmung der folgenden Zusammensetzung eingeführt:
:
O/o
Wasser 27,77
Natronlauge, 500 Be 12,6
Natriumtoluolsulfat (pulverförmiges, technisches Produkt) 3,0
Tridecylbenzolsulfonsäure 49,7
Pentanatriumtripolyphosphat Form II 6,6
Die den ersten Materialstrom bildende Aufschlämmung wurde auf einer Temperatur von 68 OC gehalten und dem Schneckenförderer mit einer Geschwindigkeit von 188 Gewichtsteilen je Stunde zugeführt. Ein zweiter, aus wasserfreiem Natriumsulfat als Füllstoff bestehender Strom wurde dem Schneckenförderer mit einer Geschwindigkeit von 178 Gewichtsteilen je Stunde zuge führt und dort mit der ersten Aufschlämmung vereinigt.
Die Mischung wurde unter etwa gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 unter Zusatz von etwa 0,0963 Normal-ms Luft je Stunde in einen Mischer mit hoher Scherwirkung eingepumpt. Am Mischereingang wurde ein Überdruck von etwa 2,8 kg/cm2 aufrechterhalten.
Das den Mischer als nasse Paste verlassende Material ergab kein brauchbares Produkt, obgleich im Ansatz weniger Wasser als bei den obigen Beispielen verwendet wurde. Der Grund hierfür ist, dass nicht genügend hydratisierbares Material zum Binden des Wassers vorhanden war und dadurch keine ausreichende Strukturfestigkeit erzielt wurde. Ausserdem war die Zufuhr der Aufschlämmung mit Schwierigkeiten verbunden, was auf den frühzeitigen Zusatz des hydratisierbaren Materials zu der Aufschlämmung zurückzuführen war.
Beispiele 9-15
In diesen Beispielen wurde Natriumtrimetaphosphat als Verbindung verwendet, die in Gegenwart von Lauge in eine hydratisierbare Form übergeführt wird. Die Beispiele wurden wie folgt durchgeführt:
In den Schneckenförderer wurden kontinuierlich zwei dosierte Materialströme eingeführt. Der erste Materialstrom bestand aus der folgenden Aufschlämmung:
Gewichtsteile
Natriumtoluolsulfonat 3,1 Natriumtridecylbenzolsullonat (54 O/o Feststoffe, 46 O/o Wasser,
86 O/o aktive Substanz, 14 O/o inerte Stoffe) 31,0
Natriumsilikatlösung (43,5 o/o Feststoffe, 56,5 O/o Wasser) 14,0
Kesselseife (iXatriumsalz einer Mischung von Talgfettsäure und Kokosfettsäure im Gewichtsverhältnis 80:
:20) 7,0
Natriumcarboxymethylcellulose (74 O/o aktive Substanz, 26 O/o inerte Stoffe) 0,8
Pulverförmiger Polyvinylalkohol 0,3 Ultramarinb'au 0,3
Natriumsulfatpulver 43,5
Diese Vormischung wurde auf einer Temperatur von etwa 65,5 OC gehalten und dem Schneckenförderer mit einer Geschwindigkeit von 113 kg je Stunde zugeführt.
Der Feststoffgehalt der Vormischung schwankte bei den Beispielen 9 - 15 zwischen 73,5 und 79,0 O/o. Ein zweiter Strom aus pulverförmigem Natriumtrimetaphosphat mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von unter 75 , wurde dem Schneckenförderer mit einer Geschwindigkeit von 70 kg je Stunde zugeführt. Der Schneckenförderer pumpte die Mischung direkt in einen kontinuierlichen Mischer mit hoher Scherwirkung, der mit einem Scherfaktor von über 5 arbeitete. Unmittelbar vor dem Mischer wurde Natronlauge von 50 0 Be mit einer Geschwindigkeit von 27,2 kg je Stunde und Luft mit den in Tabelle 2 angegebenen Geschwindigkeiten zugeführt.
Die nach diesen Beispielen erhaltenen Produkte bestanden aus Waschmitteln von niedrigem Schüttgewicht und gleichmässiger Konsistenz mit den in Tabelle 2 angegebenen Dichten und Feuchtigkeitsgehalten.
Die Produkte konnten auf jede geeignete Weise auch noch auf einen geringeren Wassergehalt getrocknet werden.
Aus den in Tabelle 2 aufgeführten Dichten der Produkte gehen die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens hervor, d. h. es lassen sich vorzugsweise Produkte mit einer Schüttdichte unter 0,35 herstellen, obgleich bei dem Verfahren Mischungen mit einem Feststoffgehalt über 80 o/o verwendet werden und obgleich das Fertigprodukt weniger als 35 Gew.-O/o Tripolyphosphat enthält, d. h. einen für ein Waschmittel mit geringem Schüttgewicht verhältnismässig niedrigen Tripolyphosphatgehalt aufweist. Der erzielbare niedrige Tripolyphosphatgehalt geht insbesondere aus den Beispielen 9 und 11 hervor, bei denen der Tripolyphosphatgehalt 27,8 bzw. 27,3 betrug.
Tabelle 2 Beispiel Temperatur Zuführ- Fest- Luft in Rotorge- Über- Tempera- Dichte Wasser- Scher- NaTS der Vor- geschwin- stoff- Normal- schwindig- druck tur am des gehalt faktor Gehalt mischungs- digkeit gehalt m3/h keit des am Mischer- Pro- des des Pro aufschläm- in kg/h in O/o (2) Mischers Mischer- eingang duktes Pro- duktes mung in OC (1) in U/min eingang in OC in duktes in Gew.- /o (3) in kg/cmi g/cmi in O/o (4)
9 65,5 210 83,5 0,014 800 1,47 88 0,15 15,0 19,6 2,0
10 65,5 210 83,5 0,062 800 1,61 88 0,18 15,2 19,6 2,0
11 65,5 210 83,5 0,014 800 1,75 88 0,38 16,0 19,6 0,0
12 65,5 210 80,4 0,062 800 1,47 88 0,33 17,0 19,6 0,0
13 88 210 80,0 0,062 400
1,61 88 0,27 18,5 9,8 0,0
14 88 210 80,8 0,014 800 1,40 88 0,28 18,1 19,6 0,0
15 88 210 80,8 0,014 400 1,61 88 0,18 17,0 9,8 0,25 (1) Gesamtfeststoffgehalt ohne Hydratationswasser (2) Berechnet auf einen Druck von 760 mm Hg und eine Temperatur von 0 OC (3) Rotordurchmeeser = 20,3 cm, Fassungsvermögen des Mischers = 1,295 Liter, Abstand zwischen
Rotor- und Statorblättern = 1,5 mm (4) NaTS = Natriumtoluolsulfonat
Process for the continuous production of detergents with a bulk density of less than 0.45 g / cm3
The present invention relates to a process for the continuous production of detergents with a bulk density of less than 0.45 g / cm3. The new process is economical and easy to carry out and is characterized in that an aqueous slurry of an organic washing active ingredient is produced, the slurry with at least one inorganic alkali or alkaline earth metal salt, from which a hydrated salt is formed under the process conditions, which hydrate as alkaline or neutral detergent builder substance is suitable, and mixed with a gaseous substance and mixed immediately afterwards under conditions that produce high shear effects and under increased pressure,
the mixing process is interrupted and the pressure is reduced to atmospheric pressure and a porous detergent with a bulk density of less than 0.45 g / cm3 is discharged.
According to the process according to the invention, detergents with a bulk density of less than 0.45 cm3 are obtained in an economical manner, in particular by keeping the water content of the raw material mixture as low as possible before drying, so that no large amounts of heat and no large drying apparatus are required for drying . In particular, the manufacturing costs for such detergents are substantially reduced by the method according to the invention. In addition, according to the process according to the invention, a detergent with a bulk density can be obtained with which the properties of the product can be regulated, and thus it is possible to continuously produce a uniform product.
The term with low bulk density, as used in the description, is understood to mean products whose apparent density is less than 0.45 g / cm3. The apparent density is the weight per unit volume of the respective material.
In the case of a free-flowing, particulate product, this information relates to the unstamped weight per unit volume of the particulate material as it flows into the container.
When carrying out the inventive method, for. B. a slurry with a continuous aqueous phase and a dispersed phase of an organic detergent and at least one alkaline or neutral alkali or alkaline earth, in particular a magnesium salt, whereupon this slurry is intimately with a high shear rate with a gaseous material under such conditions mixed so that the gaseous material is extremely finely dispersed in the slurry.
After the gaseous material has been mixed in, the slurry can be removed from the mixing device and cooled at room temperature, whereby a solid product is formed, which preferably easily disintegrates into granules or can be converted into a particulate product with the above-mentioned low bulk density without difficulty .
To produce a product with a bulk density of less than 0.45 g / cm3, which preferably retains its low bulk density during cooling and further treatments, it is advisable to use a salt that hydrates quickly and thus gives the detergent a relatively high structural strength. Suitable salts which can be converted into a hydratable form are, for example, the alkali metal and alkaline earth metal trimetaphosphates, which can react with strong bases to form the corresponding alkali metal or alkaline earth metal tripolyphosphate hydrates.
When carrying out the process according to the invention, a slurry without hydratable phosphate or other hydratable salts is first prepared as a premix and then the salt convertible into a hydratable form and the gaseous material are only added immediately before the premix is introduced into the mixing device.
It has been found that by producing such a premix, for the reasons explained in more detail below, a product with a higher solids content can be withdrawn from the intensive mixing device than was previously possible, so that the amounts of water to be removed from the end product are significantly lower. Because of the lower water content of the end product, the work and costs are significantly reduced, for example by using smaller and more economical dryer types and a corresponding reduction in the amount of heat to be supplied.
The method according to the invention is particularly suitable for the production of synthetic detergents from mixtures of raw materials or raw materials with a high solids content, from which a product with a satisfactorily low bulk density was previously difficult to obtain. According to the process according to the invention, products with a low bulk density and a low phosphate content can also be produced without difficulty from raw materials with a high solids content.
The organic washing active ingredients which can be used for the process according to the invention are preferably water-soluble and generally foaming.
The water-soluble soaps and the sulfonated synthetic detergent raw materials can be mentioned as examples of suitable anionic detergent actives.
The soaps generally consist of the water-soluble salts of higher fatty acids or resin acids, which are derived in particular from vegetable or animal fats, oils or waxes, such as. B. the tallow, coconut oil, tall oil, palm kernel soaps and the like. Preferably, a higher alkyl aryl sulfonate such as an alkyl benzene sulfonate having 8 to 16 carbon atoms in the alkyl group is used, e.g. B. sodium decylbenzenesulfonate, sodium dodecylbenzenesulfonate or sodium pentadecylbenzenesulfonate. Further suitable products are the surface-active sulfated or sulfonated aliphatic compounds with preferably 8 to 22 carbon atoms, the long-chain pure or mixed higher alkyl sulfates, such as. B.
NatriuMlaurylsulfat, the higher fatty acid ethanol amide sulfates, such as. B. Sodium coconut fatty acid ethanol amide sulfate, the higher fatty acid amides of aminoalkyl sulfonic acids, such as. B. the sodium lauric acid amide of taurine, the higher fatty acid esters of isäthionäure and the like. These anionic surfactants are generally used in the form of their water-soluble salts such as alkali salts, e.g. B. the sodium and potassium salts are used, but other soluble salts such as the ammonium, alkylolamine and alkaline earth salts can optionally be used.
In addition to the anionic compounds mentioned, the organic washing active ingredient can also consist entirely or partially of a nonionic compound such as the nonionic polyalkylene oxide condensation products with an aliphatic or aromatic hydrophobic group; the hydrophobic organic group generally contains at least about 8 carbon atoms and is condensed with at least 5 and generally with up to 50 alkylene oxide groups.
Examples of such compounds are the polyethylene oxide condensation products with alkylphenols with 6 to 20 carbon atoms in the alkyl group, the polyethylene oxide esters of higher fatty acids, such as tall oil acids condensed with 16 or 20 ethylene oxide groups or lauric acid, the polyethylene oxide condensation products with higher aliphatic alcohols, such as with 6 to 30 Moles of ethylene oxide condensed lauryl, myristyl, oleyl or stearyl alcohol, the polyoxyethylene condensation products with higher fatty acid amides, such as coconut fatty acid amide condensed with 10 to 50 moles of ethylene oxide. The water-soluble polyoxyethylene condensation products with hydrophobic polyoxypropylene glycols can also be used.
Suitable nonionic washing active substances are, for example, the condensation product of ethylene oxide with polypropylene glycol with 80% ethylene oxide and a molecular weight of about 1700 and isooctylphenoxypolyoxyethylene-ethanol with about 8.5 ethanoxy groups in the molecule and the like.
A cation-active, surface-active compound can also be used in the product. This can be mixed with the other ingredients in any suitable manner in the form of a powder or a liquid. When using a cation-active compound, this is preferably mixed in small amounts with the acidic component and this mixture is coated with the coating agent. Suitable cation-active compounds are above all the quaternary ammonium compounds with higher alkyl groups such as the quaternary cetylammonium salts, e.g. B.
Cetyltrimethylammonium chloride, cetylpyridinium chloride and the like. Ampholytic detergent actives such as the N-alkyl compounds of β-aminopropionic acid, the alkyl groups of which are derived from fatty acids such as the coconut fatty acid mixture, e.g. B. sodium-dodecyl-B-alamin, can be used in acceptable amounts.
The washing active substance can also consist entirely or partially of a higher fatty acid soap such as kettle soap. Above all, such a soap addition facilitates the process in that the slurry can be more easily aerated and more easily solidified. The soap itself usually gives the product a certain structural strength, so that the individual particles of the product do not collapse as easily.
Suitable soaps are in particular the water-soluble alkali, amine and ammonium salts of higher fatty acids having, for example, 10 to 18 carbon atoms, e.g. B.
Sodium laurate, sodium myristate, potassium palmitate, triethanolamine stearate and mixtures thereof with one another and with soaps of unsaturated fatty acids such as sodium oleate, for example the sodium soap of tallow fatty acids and the sodium soap of an 85:15 mixture of tallow and coconut oil fatty acids.
The organic washing active ingredient is expediently used in amounts of 2 to 65% by weight, based on the finished product; the preferred amount is between 10 and 40% by weight when using synthetic detergent and between 20 and 65% by weight when using soap.
A small amount of a water-soluble, hydrotropic alkylarylsulfonate is also expediently used for the production of the product, which assists the incorporation of the gas in the required amount and in finely divided form into the slurries used in the process according to the invention.
This sulfonate can be added in amounts of up to 20,000, but it has been found to be expedient to incorporate up to 6% and preferably up to 20/0 hydrotropic alkylarylsulfonate into the formula. The alkylarylsulfonate used can consist of a water-soluble hydrotropic compound whose hydrophilic and lipophilic properties are balanced in such a way that they are highly water-soluble (more than, for example, the related organic detergent actives), but with high surface activity are essentially non-washable.
Examples of such hydrotropic compounds are sodium toluenesulfonate, sodium xylene sulfonate, sodium dibutylnaphthalene sulfonate, sodium (mono-) dodecyloxydibenzene disulfonate and the corresponding potassium and lithium salts, as well as mixtures thereof, including commercially available isomer mixtures. The alkyl substituent in these compounds preferably contains 1 to 6 carbon atoms, each sulfonate group. and the aryl nucleus conveniently consists of benzene or naphthalene. The hydrotropic compound can be sulfonated and / or alkylated once or several times and the alkali metal salts of these compounds mentioned in the first place can also be completely or partially replaced by other water-soluble salts such as alkaline earth metal salts, e.g. B. magnesium salts, ammonium salts or salts of substituted ammonium compounds, e.g. B.
Triethanolamine salts.
In the detergent production according to the invention, the lower alkyl aryl sulfonate can either be added as such to the slurry or added in the form of the sulfonic acid and neutralized in the presence of the other constituents of the paste. Likewise, the lower alkylarylsulfonic acid can also be prepared by sulfonating the corresponding hydrocarbons in the presence of the other constituents of the paste, for example optionally by sulfonating with the sulfonating agent also used to produce other sulfated or sulfonated components of the paste such as higher alkylarylsulfonate. Such a cosulfonation can, as desired, take place either simultaneously or in succession, in the latter case the lower alkylaryl hydrocarbon is preferably sulfonated as the last of the components to be sulfonated.
An essential feature of the process according to the invention is the use of at least one salt which reacts with water to form a water-soluble hydrate, preferably a polyphosphate hydrate, or which can be converted into a hydratable form. The formation of these hydrates in particular removes free water from the slurry and gives the finished product a solid structure, so that it does not or hardly collapses, for example, under the weight of the material above it. Hydratable compounds are alkali and alkaline earth phosphates, such as, for example, pentasodium tripolyphosphate in its two forms I and II, tetrasodium pyrophosphate, potassium pyrophosphate, trisodium orthophosphate and sodium trimetaphosphate.
Hydratable compounds such as sodium carbonate, sodium metasilicate, magnesium sulfate, sodium tetraborate and the like and mixtures of these compounds are also suitable. The alkali or alkaline earth salts are preferably used in particle form, in which expediently at least 90% of the particles have a diameter of less than 150 μm and preferably at least 97% of the particles have a diameter of less than 150 μm and at least 85% of a diameter less than 75 u have.
The alkali metal or alkaline earth metal salt which is optimally suited for the process according to the invention is preferably a salt which quickly forms a hydrate.
The faster the hydration rate, the faster the structural strength, in particular, is increased, so that the porous system becomes self-supporting. Thus, preferably a salt is chosen which at the temperatures of the process is substantially completely hydrated in less than 30 minutes, suitably within 1 to 10 minutes and preferably within 2 to 5 minutes. A preferred salt is accordingly sodium trimetaphosphate, which quickly converts to sodium tripolyphosphate exahydrate in the presence of a strong base. In the same way, other alkali metal trimetaphosphates can be used to form alkali metal tripolyphosphate hydrates.
The compound can be used in amounts of 20 to 80% by weight and is preferably used in amounts of 30 to 50% by weight. In particular, 30 to 50% by weight of alkali metal trimetaphosphate are used.
To convert trimetaphosphate into tripolyphosphate hydrate, z. B. a strong base such as alkali metal carbonates, silicates, oxides, hydroxides, orthophosphates or alkaline earth oxides or hydroxides required. In particular, the base must be so strong that it results in a pH value above 10.2 when 1% by weight of it is dissolved in distilled water at 25 ° C. The alkali metal hydroxides, carbonates and silicates, in particular sodium and potassium hydroxide, are preferably used as strong bases.
The strong base should be used in an amount sufficient to convert the alkali trimetaphosphate to the corresponding alkali tripolyphosphate hydrate. In general the ratio of strong base to trimetaphosphate is 1.4: 1 to 10: 1 and preferably 2: 1 to 6: 1 molar equivalents. The exact amount generally depends on the particular base and on the trimetaphosphate to be used.
In addition to the compounds mentioned above, other additives suitable for various purposes, such as fillers, e.g. B. sodium sulfate, soil dispersants, e.g. B. carboxymethyl cellulose, buffer substances, brighteners, dyes, stabilizers and the like can be added.
The water content of the slurry when mixed with high shear is generally less than the water content at which the material can be easily pumped or routed through conduits without difficulty. This is achieved by z. B.
first prepares a premix which contains all or the majority of the water and only a portion of the solids, and adds the remainder of the solids immediately before mixing with high shear. Most importantly, the total solids content of the slurry when mixed in the high shear mixer is between 70 and 85% of the total mixture, depending on the other ingredients present and the operating conditions of the process.
A solids content of 75 to 80% is preferred. In any case, enough water should be present so that the slurry is so viscous and flowable after intensive mixing that it forms a uniform paste with a consistency at which it can expand or puff, but prevents gas from rising through the paste and thereby essentially maintaining a structure with separate gas bubbles evenly distributed therein, in which the gas bubbles do not grow together and no gas escapes from the system.
Any suitable, normally gaseous substance, such as, for example, air, nitrogen, oxygen, carbon dioxide and the like, can be used as the gaseous material which, in particular, is intimately mixed with the slurry to form the gas bubbles. An inert, normally gaseous substance such as air is preferably used.
The advantages of the process according to the invention are that a product of low apparent density, high degree of dissolution and high dissolution speed in water can be produced with it. After granulation, the product usually has only a low tendency to form dust or to stick together during transport and / or storage and has excellent odor properties compared to products which have been produced from comparable raw materials by the currently usual technical processes. In addition, the detergents produced according to the invention, in contrast to many detergents dried at high temperatures, above all only have an insignificant content of organic or inorganic heat degradation products and are therefore completely water-soluble when produced from water-soluble raw materials.
In a continuous process in which one z. B. produces a premix and continuously feeds it to a mixing device and continuously adds an additive such as trimetaphosphate together with a strong base shortly before the high-performance mixing stage, it is particularly desirable that the material flows of the premix and the additives can be continuously measured and controlled to ensure a continuous and to achieve precise dosing of the components. In a preferred embodiment of the process according to the invention for the production of detergents using starting materials with a high solids content, e.g. B. of poorly flowable masses, it is particularly important that the metering of the material flows can be quickly coordinated in order to obtain a uniform product.
With the system described below, instant and accurate weight control is possible, whereby a uniform product can be obtained.
In the method according to the invention, a plurality of metering devices, each with two material containers, are proposed, by means of which - as will be explained in more detail below - continuous weighing and control of the flow rates of the components is achieved. These devices are particularly useful for technical systems with a capacity of more than 680 kg per hour, since with such a capacity they allow a more precise and less expensive control of the process at high solids contents.
The invention therefore proposes a method for precisely measuring and regulating the weight flow rates of the premix slurry and the substances to be added shortly before mixing, in particular the hydratable compounds, which can be carried out as follows: The control system comprises in particular a loading container and for each material flow to be regulated a dispensing container. For each material flow there are connecting lines between the two containers and the respective material source and the processing plant. Furthermore, means are provided for continuously weighing the contents of the dispensing container, for continuously weighing the contents of both containers and for transferring the determined values into control signals which correspond to the instantaneous speed of the change in weight, which is independent of the actual weight.
The control system also comprises means for generating a continuous setpoint signal, which corresponds to a certain speed of the weight change independently of time, and for comparing this setpoint signal with one or both of the above signals corresponding to the current speed of the weight change and regulating the delivery of the material streams from the delivery container, thereby compensating for the difference between the two signals being compared. In addition, the signals for the two material flows are compared with one another and the relative flow rates are regulated accordingly.
As already mentioned, certain components can only be added immediately before the high-performance mixing stage. This is of particular concern where a degradable, hydratable compound such as sodium tripolyphosphate or sodium trimetaphosphate is used and the reaction starts immediately. For example, sodium tripolyphosphate is subject to both hydration and hydrolysis. When hydration begins, most of the water is removed from the mixture. When working with a high solids content, the foaming generally becomes even less fluid during hydration, so that it cannot be conveyed further by flowing and cannot be sufficiently mixed. The material can be broken down by further reactions such as hydrolysis, whereby a finished product with undesirable properties is obtained in particular.
It is therefore necessary to keep both the residence time and the mixing time as short as possible.
In particular, the premix and the additives therefore only remain in the feeders for as short a time as possible.
The time between the bringing together of all the components required for the finished product and the start of mixing in the high-performance mixer is expediently only 5 seconds or less. The passage time through the high shear mixer is generally less than about 30 seconds, and preferably about 5 to 20 seconds.
With the preferred control system used in the method according to the invention, a plurality of components can be combined in a minimum of time in precisely dosed amounts, the proportion of the components being adjustable with an instantly responsive control mechanism which measures the feed rate of each of the components , Instantly compensates for variations in the rate of weight change or the amount of components required and performs all of these functions in a total residence time of less than about 5 minutes. So z.
B. by combining a loading container with a dispensing container in the manner described in more detail below in connection with detergent component streams with high solids content a flexible system can be obtained with which a first class product can be produced with minimal content of undesirable by-products.
Since it is important to precisely regulate the ratio between the premix slurry and the additives, a control device is primarily provided which, in particular, maintains a predetermined ratio of the flow rates of the premix slurry and the additive. Two different precisely metered material flows can therefore be continuously fed to a common mixing point. The controller usually adjusts the feed speeds and the relationship between them. The mixing ratios can therefore be precisely set and maintained at any time, and an exact formula can be maintained from the premix and the additives even if the demand for one or the other material or the flow rate varies.
Because of its quick response, the control system primarily enables the manufacture of a first-class, uniform product.
The high solids mixture obtained from the premix and additives is essentially instantaneous; H. within about 5 seconds, subjected to the high shear action. A gaseous material is usually injected into the mixture prior to entering the high shear mixer.
When using alkali metal trimetaphosphate, the reaction between the hydratable compound and the water contained in the premix slurry cannot begin until the trimetaphosphate comes into contact with the alkali. In this case, significant amounts of hydrate will not usually be formed in the material before the caustic is added. Accordingly, all or part of the trimetaphosphate can be added to the premix earlier than is otherwise possible. The exact location or time in the process at which the hydratable material is added to the premix will generally depend on many variables and process conditions such as the rate of hydration, the temperatures involved, the solids content, the relative amounts of the individual components, and the like.
The mixing device for thorough continuous mixing of the components and uniform distribution of the gaseous material into fine, essentially uniform small bubbles in the mixture must in particular have a high shear effect. Suitable mixing devices generally have a relatively small capacity, so that only a small amount of slurry can be processed therein at one time, whereby the majority of the applied force is applied directly to the slurry and not wasted in mixing large amounts of material simultaneously present. It is therefore advisable to use a mixing device with a capacity of less than about 4 liters, so that the material passes through the mixer in less than 30 seconds,
during this short period of time an extremely high shear effect is exerted. The mixing device can be of any suitable design and preferably comprises a mixing chamber with two stators and a rotor rotating between the stators. The inner surfaces of the two stators and both surfaces of the rotor can be tried with concentric rows of blades, which are arranged so that the blades of the rotor tightly engage the blades of the stators, but do not touch them. The slurry is conveniently from an opening in inserted in the middle of a stator, passed between the blades of this stator and those of the rotor,
passed over the rotor and between the blades of the other stator and the rotor and then passed out of an opening at the outer end of the mixer. On this path through the mixing device, the slurry and gaseous material are usually torn and cut into innumerable individual streams by the blades, and the gaseous material is evenly distributed throughout the slurry, mainly in tiny bubbles.
Other mixing devices can be used as long as they act on the slurry with high energy and high shear rates so that a predominant part (ie more than 50 o / o) of the gaseous material is in individual gas bubbles with an average diameter on the order of less divided than about 0.085 mm, and preferably less than about 0.054 mm.
A shear action is understood to mean an action of force in which adjoining parts of the mixture are shifted against one another. The force exerted on the mixture depends on the equipment used and the working conditions of the process. A high shear effect is understood to mean an effect in which the shear factor (F) defined below is greater than approximately 5 and preferably greater than 6.5.
2 X 10-Ï rRT
Shear factor (F) = where r = radius of the rotor in cm X 2.54 or the corresponding value for other mixing devices; R = the number of rotations of the rotor per minute or the corresponding value; T = the speed of the material feed into the
Mixer in kg X 0.454 / hour; d = the gap between the blades of the rotor and the stator or the equivalent value; C = the capacity of the mixer in cm3 X 16.387.
In an apparatus for carrying out the inventive method, for. B. a tubular part is attached to the outer opening of the mixer, which brings the intimately mixed material from the mixer to a conveyor. The tubular part is usually used to adjust the internal pressure in the mixer and can therefore be of different lengths and different diameters.
For example, the pressure in the mixer is increased by lengthening or narrowing the tubular part. It is advantageous to use such a device instead of a throttle valve for pressure regulation in order to avoid a sudden pressure drop, which could lead to instability of the product. The length and diameter of the pipe can be varied so that the overpressure in the mixer is in the range from about 1.40 to 7.00 4 / cm 2 and preferably about 2.8 to 4.5 kg / cm.
The detergent can be dispensed from the tubular part onto a conveyor device, which expediently consists of a conveyor belt, so that the product is quickly removed and not heaped up to an undesirable height, which could collapse in the structure and result in a product with too high a bulk density . In some cases it can be expedient to keep the temperature of the product on the belt at a certain level for a certain period of time, for which purpose the conveying device can be provided with a device for optionally heating and / or cooling the product. The product is generally fed from the conveyor belt into a drying device.
This drying device can for example consist of a fluidized bed dryer, a rotary kiln, a heating tunnel with a moving belt, a spray dryer, a vertical shaft furnace or the like. For economic reasons, a drying drum is preferably used. Due to the low free water content of the product, particularly economical drying is possible. Fragrances can be added to the product at any suitable point in time, for example at the end of the drying process.
The process according to the invention is illustrated in more detail by the following examples, but is not restricted to the same. Unless otherwise stated, all quantities are based on weight and all inorganic salts are anhydrous.
example 1
Two streams of material were continuously introduced into a wide-neck screw conveyor. The first stream of material consisted of a slurry of the following raw materials:
Parts by weight
Water 15.6
Caustic soda, 50 Be 11.2
Sodium toluenesulfonate (technical) 3.0
Tridecylbenzenesulfonic acid (96 / o sulfonic acid, 2 / o sulfuric acid,
1 / o free oil, 1 / o moisture) 35.2
Sodium sulfate 13.7
Sodium carboxymethyl cellulose (74 / o active substance,
26 o / o inert solids) 1.6
Sodium silicate (44.1 O / o solids with a Na2O: SiO2-
Ratio of 1:
: 2) 19.7
The slurry was maintained at a temperature of about 57 C and fed to the screw conveyor from a metering device at a rate of 138 kg per hour.
The second stream of material consisted of powdery pentasodium tripolyphosphate of Form II and was fed from a metering device at a rate of 73 kg per hour. Form II pentasodium tripolyphosphate is a phosphate which is calcined at low temperatures during manufacture, in contrast to Form I, which is calcined at higher temperatures. Form I of the pentanatrium tripolyphosphate hydrates more quickly than form II. The pentasodium tripolyphosphate used in form II consisted of 86% of particles with a diameter of less than 75 μm and 11% of particles with a diameter between 75 and 150 cd.
The mixture of powder and slurry had already been mixed somewhat before being discharged from the screw conveyor, and the mixing ratio of slurry and powder was essentially constant in the material discharged from the screw conveyor. The solids content of the material at this point was 77%.
The speed of the screw conveyor was set in such a way that a consistently low fill level was maintained in the feed hopper. The material was pumped directly into a continuous high shear mixer. The residence time was about 30 seconds. A metered stream of compressed air was introduced into the paste just before the mixer and the mixture entered the mixer within about 5 seconds thereafter. The amount of air introduced was about 0.113 normal m3. The mixer was operated with a rotor speed of 400 rpm.
An overpressure of about 4.20 kg / cm2 at the mixer inlet was maintained through a 35.5 cm long tube with an internal diameter of 1.27 cm at the mixer outlet and a gradual decrease in the pressure exerted on the mixture was ensured.
The material causing the mixer consisted of a uniformly mixed and aerated paste with a density of about 0.44 g / cm3 and a temperature of about 65 "C. The paste was passed into a series of tubs, where it stood for about 48 hours at room temperature during which time the product solidified. Then it was fed from the vats to a disintegrator to break up any lumps present and then sieved through a sieve with square openings 2 mm on a side had an apparent density of 0.38 g / cm3 and a moisture content of about 22 / o; it was dried in a stream of warm air at 60 ° C. to a total moisture content of 18%.
The finished product had approximately the following composition: O / o sodium tridecylbenzenesulfonate 25
Pentasodium tripolyphosphate 37
Sodium toluenesulfonate 2
Sodium silicate 6
Sodium carboxymethyl cellulose 0.8
Sodium sulfate 11
Water (essentially completely made up of the phosphate and other hydratable
Molecularly bound salts) 18
Examples 28
Unless otherwise stated, a series of tests were carried out under different working conditions using the same formula as in Example 1. The working conditions are given in Table 1 below.
Table I Example temperature supply- solid- air in rotor- over- density water- shear- NaTS the pre-speed- normal- speed pressure temperature content factor content mixability content m3 / h speed of the am tur am Pro- des Pro slurry- in kg / h in O / a (2) mixer mixer- mixer product product mung in 0C (1) in rpm input input in product in weight O / o (3 ) in kg / cm2 in OC g / cm3 in O / o (4)
2 52 163 75 0.088 400 2.45 57 0.37 23.7 7.6 2
3 49 163 77 0.025 400 2.80 65.5 0.34 15.8 7.7 6
4 52 159 75 0.014 400 2.03 63 0.306 22.4 7.4 6
5 71 159 75 0.178 400 2.73 66.5 0.34 22.8 7.5 2
6 57 208 75.5 0.130 400 2.94 58 0.367 26.0 9.8 2
7 52 158 76 0.113 400 3.71 60 0.371
23.6 7.4 2
8 57 161 75.5 0.096 400 3.22 57 0.362 23.0 7.5 2
Experiment A 49 91 75 0.187 375 2.45 60 4.0 2
Experiment B 57 166 80.6 0.096 400 2.80 63 7.8 2 (1) Total solids content without water of hydration (2) Calculated for a pressure of 760 mm Hg and a temperature of 0 ° C
In Example 4, the Form II pentasodium tripolyphosphate used in the other examples was replaced by Form I pentasodium tripolyphosphate. Form I hydrates faster than Form II. From a comparison between Example 4 and the corresponding Example 3 carried out using pentasodium tripolyphosphate Form II it can be seen that it is possible to add the product leaving the mixer with high shear by using the faster hydrating To give the connection a firmer structure.
Example 5 shows another case in which Form II pentasodium tripolyphosphate was replaced by Form I pentasodium tripolyphosphate.
As a comparison to the above-mentioned examples of the process according to the invention, an experiment A was carried out in which the entire batch was produced in one container; H. the pentasodium tripolyphosphate Form II was added to this batch instead of being added later in the process as in the examples above. The material containing all the ingredients was fed to the mixer with high shear via the screw conveyor. In the course of half an hour, however, due to extensive hydration of the hydratable compound, the mixture became so thick that it could no longer be pumped.
Another comparative experiment B was carried out in which too small an amount (only 4 O / o) of hydratable compound was used. The composition differs from the compositions used in Examples 1-8. In this experiment, the screw conveyor was continuously (3) rotor diameter = 20.3 cm, mixer capacity = 1.295 liters, distance between
Rotor and stator blades = 1.5 mm (4) NaTS = sodium toluenesulfonate a first stream of material introduced in the form of a slurry of the following composition:
:
O / o
Water 27.77
Caustic soda, 500 Be 12.6
Sodium toluene sulphate (powdery, technical product) 3.0
Tridecylbenzenesulfonic acid 49.7
Pentasodium tripolyphosphate Form II 6.6
The slurry forming the first stream of material was kept at a temperature of 68 ° C. and fed to the screw conveyor at a rate of 188 parts by weight per hour. A second stream consisting of anhydrous sodium sulfate as a filler was fed to the screw conveyor at a rate of 178 parts by weight per hour and there combined with the first slurry.
The mixture was pumped into a high-shear mixer under approximately the same conditions as in Example 1 with the addition of about 0.0963 normal ms of air per hour. An overpressure of around 2.8 kg / cm2 was maintained at the mixer inlet.
The material exiting the mixer as a wet paste did not give a usable product, although less water was used in the batch than in the above examples. The reason for this is that there was not enough hydratable material to bind the water and therefore insufficient structural strength was achieved. In addition, there was difficulty in feeding the slurry due to the early addition of the hydratable material to the slurry.
Examples 9-15
In these examples, sodium trimetaphosphate was used as the compound which is converted into a hydratable form in the presence of alkali. The examples were carried out as follows:
Two metered streams of material were continuously introduced into the screw conveyor. The first stream of material consisted of the following slurry:
Parts by weight
Sodium toluenesulfonate 3.1 sodium tridecylbenzenesullonate (54 o / o solids, 46 o / o water,
86% active substance, 14% inert substances) 31.0
Sodium silicate solution (43.5 o / o solids, 56.5 o / o water) 14.0
Kettle soap (sodium salt of a mixture of tallow fatty acid and coconut fatty acid in a weight ratio of 80:
: 20) 7.0
Sodium carboxymethyl cellulose (74% active substance, 26% inert substance) 0.8
Powdered polyvinyl alcohol 0.3 Ultramarine 0.3
Sodium Sulphate Powder 43.5
This premix was kept at a temperature of about 65.5 ° C. and fed to the screw conveyor at a rate of 113 kg per hour.
In Examples 9-15, the solids content of the premix varied between 73.5 and 79.0%. A second stream of powdered sodium trimetaphosphate with an average particle size of less than 75 was fed to the screw conveyor at a rate of 70 kg per hour. The screw conveyor pumped the mixture directly into a continuous high shear mixer operating at a shear factor greater than 5. Immediately upstream of the mixer, sodium hydroxide solution of 50 0 Be was fed in at a rate of 27.2 kg per hour and air at the rates given in Table 2.
The products obtained according to these examples consisted of detergents of low bulk density and uniform consistency with the densities and moisture contents indicated in Table 2.
The products could also be dried to a lower water content in any suitable way.
The advantages of the process according to the invention emerge from the densities of the products listed in Table 2; H. products with a bulk density below 0.35 can preferably be produced, although mixtures with a solids content above 80 o / o are used in the process and although the finished product contains less than 35% by weight tripolyphosphate, i.e. H. has a relatively low tripolyphosphate content for a detergent with a low bulk density. The achievable low tripolyphosphate content can be seen in particular from Examples 9 and 11, in which the tripolyphosphate content was 27.8 and 27.3, respectively.
Table 2 Example temperature supply- solid- air in rotor- over- temperature- density water- shear- NaTS the pre-speed- normal- speed pressure at the content factor content mix- ing content content m3 / h speed of the am Mixer product of the per slurry in kg / h in O / o (2) Mixer mixer input product of product in OC (1) in rpm input in OC in product in weight / o ( 3) in kg / cmi g / cmi in O / o (4)
9 65.5 210 83.5 0.014 800 1.47 88 0.15 15.0 19.6 2.0
10 65.5 210 83.5 0.062 800 1.61 88 0.18 15.2 19.6 2.0
11 65.5 210 83.5 0.014 800 1.75 88 0.38 16.0 19.6 0.0
12 65.5 210 80.4 0.062 800 1.47 88 0.33 17.0 19.6 0.0
13 88 210 80.0 0.062 400
1.61 88 0.27 18.5 9.8 0.0
14 88 210 80.8 0.014 800 1.40 88 0.28 18.1 19.6 0.0
15 88 210 80.8 0.014 400 1.61 88 0.18 17.0 9.8 0.25 (1) Total solids content without water of hydration (2) Calculated for a pressure of 760 mm Hg and a temperature of 0 OC (3) Rotor diameter = 20.3 cm, capacity of the mixer = 1.295 liters, distance between
Rotor and stator blades = 1.5 mm (4) NaTS = sodium toluene sulfonate