BÀI 5. CHẾ TẠO CHẤT TẨY RỬA
5. Một số qui trình công nghệ sản xuất chất tẩy rửa
Việc sản xuất những bột giặt truyền thống đƣợc chia làm ba giai đoạn chính:
- Sản xuất một hỗn hợp chất chịu đƣợc nhiệt độ cao, sau đó đƣợc phun thổi thành bột.
- Ta có đƣợc bột cơ bản, sau khi để nguội đƣợc gia thêm vào những thành phần nhạy cảm hơn.
- Sau đó đƣợc bột hoàn chỉnh, mang đi đóng gói.
5.1.1. Chuẩn bị một hỗn hợp kem nhão và phun sấy.
Hỗn hợp có đƣợc bằng cách thêm vào hỗn hợp nguyên liệu nhƣ photphat hoặc zeolit, cacbonat, sunfat, chất hoạt động bề mặt, polyme, chất tẩy quang.
Một số lưu ý cần phải được thực hiện, chẳng hạn các axit béo (axit sunfonic cần phải được trung hòa riêng trong một máy trộn khác trước khi đƣợc đƣa vào trong kem nhão. Hỗn hợp này đƣợc khuấy trộn mạnh để có quá trình đồng nhất tốt, xong đưa vào một máy trộn thứ hai mà thời gian lưu lại đây đƣợc kiểm tra, cho phép hyđrat hóa các muối vô cơ (sunfatnatri, cacbonat và tripolyphosphat natri tự nhiên).
Bằng cách bơm với áp suất cao, hỗn hợp đƣợc đƣa qua những vòi phun có đường kính nhất định trên nóc tháp và rơi trong một luồng không khí nóng ngƣợc dòng (khoảng 4000C).
Từ đú cú những hạt nhỏ (500 – 700àm) bột căn bản. Bột căn bản này đƣợc để nguội lại từ từ sau khi đã đƣợc chuyển ra ngoài khí trời, sau đó đƣợc tồn trữ trong cyclon.
Dầu thơm
Bột thành phẩm Kem nhão
Không khí 3000C
enzym
Ðóng gói Các hợp phần khác
Bột nền Chất lỏng
Cột phun
Các chất lỏng
Các chất rắn
Hình 5.6. Sơ đồ tổng quát sản xuất bột giặt.
5.1.2. Hoàn tất
Các chất thành phần nhạy cảm (enzym, terborat, TAED, tác nhân chống bọt, dầu thơm...) cần đƣợc thêm vào ở nhiệt độ t < 350C, để tránh quá trình phân hủy của chúng.
Bột hoàn chỉnh đƣợc trộn lẫn kỹ nhờ sử dụng các thiết bị trộn (chẳng hạn phương pháp chảy).
Lưu ý rằng ở giai đoạn này cần nhấn mạnh về thao tác bổ sung enzym, đòi hỏi những biện pháp an toàn chặt chẽ nhằm mục đích tránh nguy cơ đối với sức khỏe công nhân. Đặc biệt, cần tránh quá trình tạo bọt enzym, các biện pháp thực hiện trong thao tác các enzym phải tuân thủ đúng.
Đóng gói
Sau khi trộn, sản phẩm đƣợc đóng thành gói, hộp hoặc trong thùng nhỏ trong đó người ta thêm vào tùy theo trường hợp kiểu dụng cụ lường bột.
5.2. Sản xuất sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng
Phần lớn thuốc giặt dạng nước được điều chế bằng những bồn trộn có máy khuấy trộn. Để đơn giản hóa, chúng tôi lấy ví dụ thiết kế chế tạo những sản phẩm tẩy rửa lỏng không liên tục (hình 5.7). Tuy nhiên mỗi thiết kế khác nhau về các bơm (dùng để chuyển có cắt và không cắt…), những thùng trung gian để trộn trước các hỗn hợp, những máy khuấy trộn (với những cánh
khuấy hoặc những tuabin có tốc độ thay đổi, những môtơ không gây cháy…) Nhƣng trong tổng thể, các thiết kế trên căn bản không khác nhau nhiều.
Dầu thơm Phẩm màu NI LES
NaOH Axit
Sunfonic
Nước khử kháng
Thùng trộn
Hình 5.7. Sơ đồ tổng quát điều chế sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng
5.2.1. Sản xuất các sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng rửa chén bát Sản xuất sản phẩm lỏng để rửa chén bằng tay rất đơn giản.
Có thể sơ đồ hóa nhƣ sau:
Axit sunfonic
Đƣa vào chất hoạt động bề mặt Ni / LES
Điều chỉnh pH (kiềm hay axit)c Trung hòa
(NaOH / KOH / ddNH4OH)
Làm nguội Điều chỉnh độ nhờn
(Muối để tăng; chất hòa tan để hạ;
hướng nước)
Đƣa vào chất màu, chất bảo quản và dầu thơm
Lưu ý trong quá trình:
Khuấy chậm trong giai đoạn trung hòa.
pH phải trung tính trước khi cho vào chất hoạt động bề mặt NI (chất HĐBM không ổn định trong môi trường axit).
Kiểm tra độ nhờn: quá trình gia thêm một lƣợng muối lớn sẽ gây ra không đạt về độ nhờn của sản phẩm. Xấu nhất là hiện tƣợng tách lớp những hợp chất hữu cơ, sản phẩm đục sữa ở nhiệt độ quá cao. Các chất có hướng nước có thể được thêm trực tiếp vào nước trước khi thêm những chất khác vào. Chức năng của các chất hướng nước không phải chỉ để điều chỉnh độ nhờn mà còn ảnh hưởng đến điểm đục.
Quá trình dùng các chất bảo quản đƣợc khuyến cáo (có thể khác nhau từ nước này sang nước khác tùy theo luật pháp).
5.2.2. Sản xuất các dầu gội
Việc sản xuất dầu gội có thể có vẻ đơn giản, mỗi nhà sản xuất có ”bí quyết” của mình. Những phương thức chế biến rất khác nhau
Phương pháp thường dùng nhất là:
Điều chế những hỗn hợp pha nước trong những máy trộn phụ (chẳng hạn nhũ tương đục EGMS hoặc EGDS, dầu thơm + polyme + chất bảo quản).
Đưa thêm chất hoạt động bề mặt (ví dụ LES) vào nước nóng trong bồn chính, trong khi khuấy trộn mạnh.
Chú ý: LES 80% có thể trở nên rất quánh khi đƣa vào dung dịch, dẫn đến quá trình tạo những khối khó tan. Cần đưa nó vào bồn trộn với nước nhờ một bơm có một tỉ suất cắt cao. Sự thêm vào những hỗn hợp pha sẵn theo trình tự được thiết lập trước và phù hợp với từng nguyên liệu để có sự ổn định tốt của sản phẩm cuối cùng. Gia thêm những chất thành phần nhạy cảm khi hỗn hợp đã nguội lại với nhiệt độ dưới 300C và CAPB - chất đồng hoạt động bề mặt phải đƣợc thêm vào khi nguội.
Để minh họa, chúng tôi trình bày ở đây một ví dụ chế tạo dầu xả theo bằng sáng chế của P & G (9).
Tất cả những chất thành phần ngoại trừ chất bảo quản, dầu thơm, các tác nhân trị liệu (chống gàu) được cho thêm vào nước cất ở nhiệt độ
65 ÷740C. Hỗn hợp này đƣợc khuấy trộn trong 15 phút. Sau đó dung dịch đƣợc làm nguội ở 490C, kế đến thêm những thành phần chất khác vào nhƣ chất bảo quản, dầu thơm, những tác nhân chống gàu.... hỗn hợp sau đó đƣợc làm nguội tiếp tục đến 380C và khuấy với tỷ suất cắt cao trong 2 phút.
Chú ý: Thiết bị sản xuất phải không bị nhiễm khuẩn (như trong trường hợp các chất làm mềm vải). Trang bị nhà xưởng và các nguyên liệu (đặc biệt màu và nước) phải tôn trọng điều kiện ấy.
5.3. Sản xuất xà phòng 5.3.1. Các công việc ban đầu
Tẩy trắng và tẩy mùi
Người ta có thể làm trắng và tẩy mùi các loại dầu hỗn hợp trước hoặc sau khi trộn.
Quá trình tẩy trắng và tẩy mùi cho phép loại trừ khỏi dầu những chất ôi nhiễm có trong dầu (caroten, máu, mucin, diệp lục tố...), cũng nhƣ những tạp chất từ bên ngoài (nước, rỉ sét, bụi...)
Các công đoạn tẩy trắng dầu gồm:
Máy trộn.
Đun nóng/ làm nguội dầu.
Bộ lọc chính Bộ lọc hoàn tất
Loại trừ căn bản, chế biến thành bánh dầu dùng làm thức ăn cho gia súc.
5.3.2. Sản xuất xà phòng băng phương pháp trung hòa axit béo Phương thức này gồm ba công đoạn:
- Điều chế các axit béo.
- Chƣng cất các axit béo.
- Trung hòa các axit béo.
Điều chế các axit béo
Một cột phân tách nhận từ trên là nước và bên dưới là chất béo.
Trong phần dưới của cột, chất béo (với tỷ trọng kém) có khuynh hướng đi lên trên bằng cách xuyên qua hỗn hợp nước/ glyxerin phía bên trên của cột.
Ngược lại, trong phần trên, nước (tỷ trọng lớn) đi xuống xuyên qua chất béo (sơ đồ đƣợc mô tả ở hình 5.8)
Giai đoạn nước liên tục Giai đoạn chất
béo liên tục
Axit béo
Hơi nước
Hơi nước
Hơi nước
Chất béo đi lên
Nước với gần 15% Glyxerin
Hình 5.8. Điều chế axit béo
Chƣng cất axit béo
Chƣng cất cho phép loại trừ những chất rất dễ bay hơi/ mùi (<5%)
Chƣng cất chính để loại trừ chất béo, cũng nhƣ các axit béo đã biến chất
hoặc polyme hóa (5% và hơn) Trung hòa các axit béo
Quá trình trung hòa các axit béo thường được thực hiện trong một vòng phản ứng. Người ta đưa vào máy trộn có tỷ suất cắt cao: Một hỗn hợp axit béo chưng cất ở 1000C; dung dịch xút đậm đặc ở 900C; nước chứa muối, glyxerin và các chất bảo quản. Hỗn hợp này được bơm vào vòng dưới áp suất (5atm) ở khoảng 1400C.
Ta được hỗn hợp xà phòng / nước ( ví dụ: 76/24) sau đó được sấy khô.
Sấy khô xà phòng nhão
Xà phòng nhão có đƣợc (bằng cách điều chế trên hay cách khác) đƣợc sấy trong một thiết bị bốc hơi chân không, để có đƣợc xà phòng khô chín 12 – 14% nước.
Hoàn tất xà phòng.
Thuận lợi về kinh tế cho các nhà máy sử dụng trực tiếp những vảy hoặc nui xà phòng, vì sản xuất xà phòng căn bản chất lƣợng, rất tốn kém và cần nhiều kinh phí. Trở lại quá trình điều chế xà phòng, sau khi sấy khô, tiếp tục đƣa qua công đoạn tồn trữ xà phòng để hoàn tất trong cyclon, cung cấp liên tục xà phòng vào máy đóng gói.
Khi chế tạo xà phòng bánh, cục 200 – 300kg, vảy xà phòng đƣợc trộn với chất màu, dầu thơm trong một máy đùn, xong đƣa vào một dãy trục lăn bằng thép quay với tốc độ khác nhau và ngƣợc chiều, mục đích ở đây là tạo độ mịn và loại trừ mọi hạt xơ cứng trên xà phòng. Các máy cán đƣợc làm lạnh bằng nước (vì quá trình cán làm tăng nhiệt độ của xà phòng).
Một máy đùn thứ 2, cho phép cải tiến quá trình đồng nhất của hỗn hợp, nó thường lắp ghép với một bộ phận chân không (để loại bọt khí). Bộ phận đƣợc rút chân không cuối cùng, có hình chóp kín với một tấm có đục tấm ở giữa, từ đây cho ta một thanh xà phòng liên tục, dài, sẵn sàng để cắt và dập thành cục.
Sau đó, thanh xà phòng đƣợc cắt thành bánh có chiều dài đã định, kế đó được dập dưới áp lực trong những khuôn được làm lạnh, để tránh xà phòng dính vào khuôn. Quá trình dập khuôn tạo ra một lƣợng xà phòng thừa, lƣợng này được đưa trở lại vào đầu dây chuyền sản xuất để đùn lại. Lưu lượng đùn, dập khoảng 200 – 300 cục xà phòng / phút.
Sau đó các cục xà phòng đƣợc bọc bằng một bìa cứng bảo vệ xà phòng khỏi hƣ hại khi vận chuyển, sau đó đƣợc bao giấy trang trí. Sau cùng chúng đƣợc gom lại và đóng kiện. Hình 5.9 mô tả toàn bộ sơ đồ dây chuyền hoàn tất
xà phòng.
Dăm bông xà phòng
Van xoay có thùng chứa
Cân
Máy trộn Băng tải Trục cán
Phòng chân không Dao cắt Băng tải Máy dập Cục xà phòng
Nước làm lạnh
Hình 5.9. Chu trình hoàn tất xà phòng
5.4. Sản xuất kem đánh răng
Phương thức sản xuất kem đánh răng có chứa hai tác nhân chống sâu răng bao gồm: một máy trộn chính và những thùng phụ, trong đó có thể pha chế những hỗn hợp trung gian.
Hòa tan florua trong 30 lít nước tinh khiết trong một thùng inox 200 lít.
Người ta đưa hỗn hợp này qua một thùng inox khác bằng cách bơm. Dung dịch này là dung dịch A.
Trong thùng 200 lít khác, tiếp tục hòa tan hỗn hợp saccharinat natri và benzoat natri trong 100 lít nước tinh khiết. Đây là dung dịch B.
Người ta bơm dung dịch B vào máy trộn chính qua bộ lọc. Cho máy trộn hoạt động trong thời gian cần thiết để có đƣợc một hỗn hợp đồng nhất. Cho thêm lauryl sunfatnatri, vài phút sau cho tiếp carraghenat natri và dung dịch A, sau cùng là dầu thơm, trong đó người ta đã hòa trước parahyđroxybenzoat metyl.
Cho máy chạy trong 30 phút cho đến khi có đƣợc một quá trình đồng nhất hoàn toàn.
Bọt khí đƣợc loại tại bộ phận chân không trong 15 phút.
Sau đó kem đƣợc lọc, làm đồng nhất và trữ vào thùng. Sơ đồ hình 5.10 cho thấy một ví dụ về dây chuyền sản xuất kem đánh răng.
Hoàn lưu Hơi nước Sorbitol Nước từ nồi hơi dùng trong qui trình
Thùng trữ
Phễu chứa chất rắn Bình dầu thơm Máy trộn
H2O
H2O Lưu kế
Lưới lọc
Lưới lọc Lưới lọc
Thùng đong
Sản phẩm
Lưu kế
Hình 5.10. Dây chuyền điều chế kem đánh răng