La producció de detergents en pols de roba és un sistema de processament-contínu de sòlids i processament-tèrmic. La configuració de l'equip depèn de la formulació, la capacitat de la planta, la densitat a granel objectiu, l'especificació d'humitat i el format d'embalatge.
Des d'una perspectiva d'enginyeria, una planta de detergents en pols converteix matèries primeres com ara tensioactius, constructors, àlcalis i additius en pols acabada mitjançant la dosificació, la preparació de purins, l'assecat, la barreja, el cribratge, el transport i l'envasament.
Sistema d'emmagatzematge i dosificació de matèries primeres
El detergent en pols de roba utilitza matèries primeres sòlides i líquides. Els sòlids solen incloure:
carbonat de sodi (Na₂CO₃)
sulfat de sodi (Na₂SO₄)
zeolita 4A
silicat de sodi en pols
carboximetil cel·lulosa (CMC)
percarbonat de sodi
enzims
abrillantadors òptics
Els components líquids solen incloure:
àcid alquilbenzè sulfònic lineal (LABSA)
solució de silicat de sodi
tensioactius no iònics
perfum
aigua desionitzada
L'equip d'emmagatzematge es selecciona en funció de la densitat a granel i la fluïdesa.
Les pols amb una densitat aparent superior a 0,7 g/cm³ s'emmagatzemen habitualment en sitges d'acer equipades amb coixinets de fluidització o vibradors.
Els additius higroscòpics, com ara el percarbonat de sodi, s'emmagatzemen sovint en habitacions amb humitat-controlada per sota del 40-50% d'HR per evitar la descomposició.
L'equip de dosificació normalment inclou:
alimentadors de cargol
vàlvules rotatives
pèrdua-en-alimentadors de pes
sistemes de tremuja de cèl·lules de càrrega
bombes dosificadores
La precisió de l'alimentació per als constructors normalment es controla entre ±0,5-1,0%. La dosificació d'enzims requereix generalment un control més estricte a causa del baix percentatge de dosificació.
Sistema de preparació de purins
El sistema de preparació de purins converteix la pols i els ingredients líquids en una purina de detergent bombeable abans de l'assecat per polvorització.
L'equipament principal inclou:
dipòsit de mescla de purins
agitador
jaqueta de calefacció o serpentina de vapor
homogeneïtzador en línia
bomba de circulació
La concentració típica de sòlids de purins oscil·la entre el 55% i el 70% depenent de la formulació.
La neutralització de LABSA sovint es produeix dins del dipòsit de purins mitjançant hidròxid de sodi o carbonat de sodi.
Una reacció comuna:
LABSA + NaOH → Alquilbenzè sulfonat sòdic + aigua
Les temperatures de funcionament del dipòsit solen mantenir-se entre 60 graus i 90 graus depenent de la viscositat i la càrrega del tensioactiu.
El disseny de l'agitador depèn de la viscositat. S'utilitzen habitualment agitadors d'ancoratge o impulsors de turbina.
La viscositat es controla perquè la viscositat de la purina afecta directament l'atomització del filtre.
La viscositat típica de la purina de detergent pot oscil·lar entre diversos centenars i diversos milers de cP depenent de la càrrega de sòlids.
Sistema de bomba-de purins d'alta pressió
Abans d'entrar a la torre d'assecat per polvorització, els purins es pressuritzen mitjançant bombes d'alta pressió-.
Tipus de bombes habituals:
bomba d'èmbol triplex
bomba de pistó
La pressió de funcionament sovint oscil·la:
2 MPa
4 MPa
fins a 8 MPa
La selecció de pressió depèn de la mida del broquet i de la mida de la gota objectiu.
El diàmetre de la gota afecta directament:
distribució de la mida de les partícules
humitat en pols
densitat de pols
Les línies de descàrrega de la bomba solen incloure:
transmissors de pressió
amortidor de pulsacions
vàlvula de seguretat
filtres en línia
Els filtres aigües amunt de l'atomització són necessaris per evitar l'obstrucció del broquet.
Filtració típica:
80-200 malles depenent del disseny del broquet.
Torre d'assecat per aspersió
La torre d'assecat per polvorització és el principal equip d'assecat en la fabricació de detergents en pols.
El seu propòsit és atomitzar el purí de detergent en gotes fines i evaporar la humitat mitjançant aire escalfat.
El sistema inclou generalment:
cambra d'assecat
broquets atomitzadors o atomitzador rotatiu
distribuïdor d'aire calent
cremador o escalfador d'aire de vapor
conducte d'escapament
L'alçada de la torre d'assecat per aspersió varia segons la capacitat.
Exemples:
Torre de 10 a 15 metres per a una producció més petita
Torre de 20 a 35 metres per a una capacitat més gran
La temperatura d'entrada d'aire calent normalment oscil·la:
250 graus
300 graus
fins a 400 graus
La temperatura de l'aire de sortida es controla normalment entre:
90 graus i 120 graus
Humitat objectiu de la pols acabada:
2-8% depenent de la qualitat del producte.
La formació de partícules depèn de:
viscositat del purí
pressió d'atomització
temperatura d'entrada de l'aire
temps de residència aèria
La densitat a granel del detergent en pols-assecat en aerosol es troba habitualment entre:
300–550 g/L
La carcassa de la torre és normalment d'acer al carboni amb aïllament intern.
Les zones-d'alta temperatura sovint utilitzen peces de contacte inoxidables.
Sistema de refrigeració de pols i tractament d'aire
La pols que surt de la torre reté la calor residual.
La temperatura típica de descàrrega de pols pot superar els 70 graus.
Els equips de refrigeració poden incloure:
refrigerador de llit fluiditzat
transportador de refrigeració per aire
llit fluid vibrant
La temperatura final objectiu de la pols abans de la barreja és generalment per sota dels 40 graus.
La refrigeració millora:
fluïdesa
estabilitat d'emmagatzematge
supervivència de l'enzim
retenció de perfum
El tractament de l'aire inclou:
ventilador centrífug
conductes
separador de cicló
filtre de sac
Els ciclons capturen partícules de pols gruixudes.
Els filtres de bossa capturen la pols per sota de la mida de tall del cicló.
Els límits de concentració de pols es controlen normalment segons la normativa ambiental local.
Les fines recuperades es poden retornar a la barreja o al purín.
Post-Sistema de barreja
Molts ingredients detergents no es poden exposar a la temperatura de la torre de polvorització.
Aquests s'afegeixen després de l'assecat.
Materials addicionals-de publicacions habituals:
enzims
perfum
percarbonat de sodi
taques de colors
agents anti-aglomerants
activadors de lleixiu
L'equip inclou:
batedora de cinta
mesclador d'arada
batedora de paletes
sistema de polvorització de líquids
El temps de barreja depèn de la formulació i del tipus de mesclador.
Mescla per lots típica:
5-15 minuts
La dosificació de perfum líquid requereix barres d'atomització.
La uniformitat es comprova mitjançant proves de mostra.
Controls de producció importants:
distribució enzimàtica
distribució de taques
consistència d'humitat
densitat aparent
La barreja inadequada afecta l'aspecte del detergent i el rendiment del rentat.
Sistema de cribratge i transport
Després de la barreja, el detergent en pols passa per la pantalla.
Els equips solen incloure:
pantalla vibrant
tamís rotatiu
separador de malla
Propòsit típic de cribratge:
eliminar els aglomerats de grans dimensions
eliminar les partícules estranyes
millorar la consistència de les partícules
La mida de la malla depèn de la granulació de pols objectiu.
El material de grans dimensions es pot fresar i reciclar.
Els sistemes de transport inclouen:
elevador de galledes
transportador de cargol
transportador pneumàtic
cinta transportadora
La velocitat de transport es controla acuradament perquè l'impacte excessiu trenca els grànuls i canvia la densitat aparent.
La pols que conté enzim-normalment requereix un transport de baix-impacte.
Sistema d'embalatge
El detergent en pols acabat s'envasa segons el format comercial o industrial.
Mides d'embalatge habituals:
500 g
1 kg
2 kg
5 kg
10 kg
25 kg
Equips d'embalatge:
farciment de barrena
ensacador-boca oberta
màquina de segellat d'ompliment de forma vertical
tremuja de pesatge
unitat de segellat tèrmic
màquina de cosir bosses
control de pes
detector de metalls
La precisió d'ompliment de l'objectiu és sovint:
±0.2–0.5%
El material d'embalatge varia:
bosses de PE laminat
sacs teixits de polipropilè
caixa de cartró amb folre
La compactació de la pols durant l'ompliment es controla perquè els canvis de densitat afecten l'aspecte de la bossa i el pes net.
Recollida de pols i tractament de l'aire d'escapament
La producció de detergents en pols crea partícules fines en l'aire.
Les fonts de pols inclouen:
transferència de pols
torre d'escapament
càrrega de la batedora
estació d'embolcall
L'equip de recollida inclou:
separador de cicló
filtre de bossa de raig de pols
fregadora humida (si cal)
Els filtres de bossa solen utilitzar suports de filtre de polièster o PTFE.
Es controla la caiguda de pressió entre els bancs de filtres.
La pols recollida es pot reciclar segons la formulació.
La pols de detergent fi també afecta el risc d'explosió.
La connexió a terra i el control de la concentració de pols són requisits d'enginyeria estàndard.
Sistema d'automatització (PLC/DCS)
Una línia de producció de detergents en pols integra tant operacions contínues com per lots, que requereixen una coordinació centralitzada del procés. El sistema d'automatització es basa normalment en l'arquitectura PLC o DCS, depenent de la capacitat de la planta i la complexitat del control.
El sistema de control és responsable de coordinar múltiples unitats de procés, que inclouen:
dosificació de matèries primeres i precisió d'alimentació
preparació de purins i estabilitat de la mescla
control de la reacció de neutralització per al processament de tensioactius
funcionament de la bomba d'alta pressió-i regulació de seguretat
control del cremador d'assecat per aspersió i estabilitat de la combustió
volum d'aire d'assecat i distribució del flux d'aire
regulació de la humitat de la pols de sortida mitjançant el control de retroalimentació
control de la seqüència de mescla posterior-per als additius
Sincronització de la línia d'envasat i ajust de velocitat d'ompliment
Cadascuna d'aquestes seccions de procés funciona sota una lògica de control de-bucle tancat per mantenir unes condicions de producció estables i reduir la variació del lot.
Instrumentació en el sistema
Un sistema típic d'automatització de plantes de detergents en pols integra diversos tipus de sensors industrials i dispositius de mesura:
Sistemes de pesatge basats en cèl·lules de càrrega-per a l'agrupament de matèries primeres
detectors de temperatura de resistència (RTD) i termoparells per al control de la temperatura del procés
Transmissors de pressió per a bomba de purins i protecció del sistema d'assecat per polvorització
cabalímetres electromagnètics per a dosificació de líquids i mesura de circulació de purins
sensors d'humitat instal·lats a les zones d'assecat i de post{0}}processament
Analitzadors de pH per al control de neutralització en preparació de purins
Aquests instruments es connecten mitjançant xarxes de bus de camp com ara sistemes de comunicació industrial basats en Profibus, Modbus o Ethernet-, segons el disseny del sistema.
Funcions de control de processos
El sistema d'automatització manté unes condicions de funcionament estables en les seccions clau del procés:
La temperatura de preparació de purins es manté dins d'un rang industrial controlat adequat per a la neutralització de tensioactius i l'estabilització de la viscositat
La temperatura de sortida d'assecat per aspersió s'ajusta contínuament per mantenir un contingut d'humitat constant a la pols final
El flux d'aire i l'equilibri dels gasos d'escapament es regula per estabilitzar l'eficiència de l'assecat i el comportament de formació de partícules
Aquestes funcions de control s'executen mitjançant bucles basats en PID{0}}integrats en controladors PLC o DCS.
Seguiment de dades i registre de producció
El sistema registra contínuament les dades del procés per donar suport a la traçabilitat de la producció i al control de qualitat. Els paràmetres registrats solen incloure:
registres de formulació de lots i consum de matèries primeres
temps de preparació de purins i condicions de mescla
condicions de funcionament de la torre d'assecat (temperatura, flux d'aire, pressió)
Indicadors finals d'humitat i densitat de la pols
volum de sortida d'envasos i precisió d'ompliment
Aquestes dades s'emmagatzemen en un sistema d'historial centralitzat i es poden utilitzar per a l'anàlisi de la producció, la resolució de problemes i l'optimització de processos.
Sistema de bloqueig de seguretat
El sistema d'automatització també inclou funcions d'enclavament de maquinari i programari per protegir l'equip i garantir un funcionament segur. La lògica de protecció típica inclou:
apagada automàtica del cremador d'assecat per polvorització en cas d'augment anormal de la temperatura o fallada de la flama
apagada de la bomba en condicions de sobrepressió a les línies d'alimentació de purins
resposta d'alarma i aïllament quan la pressió diferencial del filtre de bossa supera els límits de disseny
protecció del motor per sobrecàrrega, pèrdua de fase o condicions anormals de vibració
Aquests enclavaments s'implementen tant a nivell de PLC com a nivell de relé de seguretat independent en funció dels requisits de seguretat de la planta.
