Разработка распылительной сушилки для производства порошковых синтетических моющих средств

Содержание

Введение

1. Основные материалы и вещества используемые для производства СМС

2. Описание технологического процесса

3. Патентный поиск

4. Технологические схемы производства порошкообразных синтетических моющих средств башенным методом

4.1. Технологическая схема установки мощностью 30 тыс.т СМС в год

4.2. Технологическая схема установки мощностью 60 тыс.т СМС в год

4.3. Технологическая схема установки мощностью 100 тыс.т СМС в год

5. Устройство и принцип действия разрабатываемой конструкции распылительной сушилки

6. Расчет аппарата

6.1. Материальный баланс сушилки

6.2. Тепловой баланс сушилки

6.3. Приближенный расчет габаритов камеры

6.4. Расчет привода скребкового механизма

Заключение

Список использованных источников

Введение.

Самое простое моющее средство, было получено на Ближнем Востоке более 5 000 лет назад. Скорее всего, оно было открыто по чистой случайности, когда над костром жарили мясо, и жир стек на золу, обладающую щелочными свойствами. Взяв в руки горсть этого простейшего мыла, древний человек обнаружил, что оно легко растворяется в воде и смывается вместе с грязью. Поначалу оно использовалось главным образом для стирки и обработки язв и ран. И только с I века н. э. человек стал мыться с мылом.

Производство мыла имеет давнюю историю, а вот первое синтетическое моющее средство появилось только в 1916 году. Изобретение немецкого химика Фрица Понтера предназначалось для промышленного использования, бытовые синтетические моющие средства, более менее, безвредные для рук, стали выпускать в 1935 году. С тех пор был разработан целый ряд синтетических моющих средств (CMC) узкого назначения, а их производство стало важной отраслью химической промышленности.

Любое моющее средство представляет собой химический раствор сложного состава, следовательно, является химическим загрязнителем, способным вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие. Основу синтетического моющего средства составляют поверхностно-активные вещества – различные соли сульфокислот или эфиры полиэтиленгликолей. Также различные вспомогательные вещества, улучшающие моющую способность, ферменты для удаления пятен и ароматизаторы.

Производство синтетических моющих средств обладают следующими преимуществами:

1. Производство СМС основано на дешевой сырьевой базе – продуктах переработки нефти и газа. Расчеты показывают, что затраты на выработку СМС составляют не более 6570% от затрат на выработку 47%ного хозяйственного мыла.

2. Осуществление широкой программы производства синтетических моющих средств дает возможность высвободить большое количество пищевых жиров.

3. Синтетические моющие средства не взаимодействуют с солями жесткой воды или при взаимодействии дают легко удаляющиеся с ткани соединения.

4. Многие из СМС одинаково хорошо моют в мягкой, жесткой, а некоторые даже в морской воде. СМС проявляют моющее действие не только в горячей воде, но и в воде сравнительно низкой температуры, что очень важно при стирке изделий из химических волокон.

5. Синтетические моющие вещества в зависимости от их состава могут хорошо отмывать ткани не только в щелочной среде, но и в нейтральной, и в кислой.

Рецептуры современных СМС представляют собой сложные смеси различных веществ. Основная составная часть CMC - органические поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие смачивающей, эмульгирующей, пептизирующей и пенообразующей способностью. Совокупность этих свойств обусловливает их моющее действие. Для усиления моющего эффекта поверхностно-активных веществ в состав синтетических моющих средств вводят щелочные и нейтральные электролиты, алкилоламиды, карбоксиметилцеллюлозу и др. Полезными добавками являются отбеливающие вещества (перекисные соли, оптические отбеливатели).

2. Описание технологического процесса.

СМС выпускают в форме порошка, жидкости или пасты. Технология приготовления заключается в составлении композиции, смешивании и растворении всех компонентов рецептуры. Для получения порошкообразных средств используют сушку. Далее следует расфасовка и упаковка готового продукта.

Приготовление композиции заключается в смешивании поверхностно-активных веществ с необходимыми по рецептуре добавками. Чтобы снизить расходы на испарение воды, для порошкообразных средств готовят наиболее концентрированные композиции (до 5060% сухого вещества), фактически представляющие собой суспензии. Затем композиции фильтруют и пропускают через коллоидную мельницу для придания однородности. Сушка состоит в распылении раствора в сушильной башне под давлением до 50 атм и температуре 250350 С . При таком способе порошки получают в гранулированном виде. Основное количество порошкообразных СМС производится методом высокотемпературной распылительной сушки, обеспечивающим получение гранулированного продукта высокого качества.

Жидкие и пастообразные моющие средства лучше растворяются в воде, легко дозируются, их производство связано с меньшими затратами, поскольку процесс сушки отпадает, однако сохраняемость таких средств ниже. Пастообразные средства содержат до 40% воды. В их состав могут входить практически все добавки, за исключением нестойких химических отбеливателей.

Основными компонентами композиции СМС являются алкилсульфаты, алкилсульфонаты и алкиларилсульфонаты.

Алкилсульфаты представляют собой натровые соли сульфоэфиров высших жирных спиртов. Алкилсульфаты получают сульфатированием жирных спиртов с последующей нейтрализацией полученного сульфопродукта.

Жирные спирты получают различными способами:

1) метод гидрогенизации жирных кислот;

2) метод прямого окисления парафиновых углеводородов в присутствии борной кислоты;

3) сульфирование жирных спиртов.

На основе первичных алкилсульфатов выпускаются синтетические порошки, на основе вторичных - жидкие синтетические моющие средства.

Алкилсульфонаты представляют собой натровые соли сульфокислот жирного ряда, содержащие в цепи 1218 углеродных атомов. Сырьем для получения алкилсульфонатов служат естественные и синтетические углеводороды, содержащие 1422 атома углерода (фракции прямогонного нефтяного керосина или гидрированного синтина, выкипающие в пределах 240300 С).

Алкилсульфонаты можно получить двумя способами: сульфохлорированием или сульфоокислением алифатических углеводородов. Сульфохлорирование производится при действии на углеводороды газообразного сернистого ангидрида и хлора. Реакция ускоряется такими катализаторами, как перекисные соединения. Для успешного течения реакции необходимо облучение реакционной смеси коротковолновым светом. Обработкой едкой щелочью (1520%ный раствор) образовавшиеся сульфохлориды переводят в алкилсульфонаты. Получающийся готовый продукт получил название «Сульфонат», он используется для приготовления синтетических моющих средств типа «Астра», «Новость» и др. Технология получения алкилсульфонатов сравнительно проста, характеризуется низкими капитальными затратами, а сырьевая база практически не ограничена.

Алкиларилсульфонаты представляют собой натровые соли алкиларилсульфокислот, являются наиболее распространенными моющими веществами. В нашей стране алкиларилсульфонаты производят в основном в виде алкилбензолсульфонатов (сульфонолы).

Производство сульфонола складывается из следующих стадий:

а) очистка керосина от ароматических углеводородов путем экстракции последних диэтиленгликолем;

б) фотохимическое хлорирование очищенного керосина;

в) алкилирование бензола хлорированным керосином в присутствии катализатора безводного AlCl3;

г) сульфирование алкилбензола производится раствором серного ангидрида SO3 в жидком сернистом ангидриде SO3 при пониженной температуре (10 С), так как процесс сульфирования протекает с большим выделением тепла;

д) нейтрализация полученных алкилбензолсульфокислот раствором каустической соды (20%ный раствор). Температура нейтрализации не должна превышать 45550 С;

е) отделение несульфируемых и упаривание водных растворов сульфонола.

Выпускаемый в настоящее время хлорный сульфонол в виде 30%ного раствора (по активному веществу) хорошо зарекомендовал себя для производства синтетических моющих порошков.

4. Технологические схемы производства порошкообразных синтетических моющих средств башенным методом.

Технология производства гранулированных порошкообразных СМС башенным методом – распылительной сушкой композиции – позволяет получать готовый продукт с высокими качественными показателями и хорошими потребительскими свойствами. Порошки обладают хорошей сыпучестью, не пылят, быстро растворяются в воде при стирке, имеют однородный состав и равномерное распределение всех компонентов в гранулах готового продукта. Производство порошкообразных СМС по данной технологии является наиболее распространенным в мире и у нас в стране. Рассмотрим основные технологические схемы производства порошкообразных СМС методом распылительной сушки отличающиеся друг от друга конструкцией, объемом и компоновкой реакторов – смесителей, принципом действия и устройством дозаторов исходного сырья и систем автоматического управления процессом дозирования, производительностью по готовому продукту и другими особенностями.

Заключение.

В данном курсовом проекте была разработана и спроектирована распылительная сушилка форсуночного типа. В ходе расчетов были получены габаритные размеры сушилки и выбран типоразмер: Dk = 1 м – диаметр сушильной камеры и Н = 2 м – высота цилиндрической части камеры. Типоразмер – 1 - СРФ-1,0/1,6 ВК.

Была рассчитана требуемая мощность для привода скребкового механизма:

N = 0,017 кВт = 0,17 Вт. По данной мощности был подобран мотор-редуктор и коническая передача с необходимым передаточным числом для передачи крутящего момента от мотор-редуктора к валу скребкового механизма:

мотор-редуктор МПО2М1028,20,75/50;

• частота вращения выходного вала n = 50 мин-1;

• мощность на выходном валу N = 0,75 кВт.

Производство порошкообразных CMC требует значительных затрат тепловой и электрической энергии, а также больших расходов сырья, воды и других материалов. Поэтому экономия энергии и сырьевых ресурсов на заводах CMC является важнейшей задачей, стоящей перед рабочими, ИТР и служащими. Снижение затрат топливного газа, электрической и тепловой энергии может быть достигнуто: за счет снижения содержания воды в композиции CMC, поступающей на сушку; снижения температуры отходящего теплоагента после сушильной башни; усовершенствования узла ввода теплоагента в сушильную башню и равномерного распределения его по сечению и высоте башни; рекуперации отходящих горячих газов; изоляции оборудования, трубопроводов, паропроводов; подачи части триполифосфата натрия в барабан-смеситель узла ввода термонестабильных добавок; предварительной гидратации триполифосфата натрия до поступления его в реакторсмеситель; использования более эффективного технологического оборудования для приготовления композиции с низким содержанием воды; применения сырья с оптимальными физико-механическими свойствами; за счет повсеместного использования аэролифтов и пневмотранспорта на заводах CMC (вместо механического транспортирования сыпучего сырья и порошка CMC); применения эффективных, минимально энергоемких гомогенизаторов композиции CMC (в том числе гомогенизаторов электромагнитного поля с ферромагнитными частицами); внедрения новых видов оборудования и линий автоматического управления технологическими процессами с применением телевидения и вычислительной техники; применения оборудования, арматуры и т.д. из коррозионностойких материалов; замены устаревшего нагревательного и вентиляционного оборудования; регенерации тепла сбрасываемого пара; снижение отходов производства; компьютерного контроля за расходом электроэнергии.