Sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun

Phân loại bột giặt

a)  Bột giặt truyền thống

Bột giặt “truyền thống” hay còn gọi là bột giặt “quy ước” hay “cổ điển” là loại bột giặt có đặc tính chính là các thành phần phụ chiếm tỷ lệ rất cao (chất trợ giúp cho quá trình, chất độn …) vì vậy có tính năng tẩy rửa thấp.

Tỷ trọng của chúng thay đổi trong khoảng 200 g/l ~700 g/l.

Bột giặt truyền thống gồm có hai loại sản phẩm dành cho hai đối tượng sử dụng khác nhau:

- Tạo bọt ( thường dùng cho giặt tay).

- Không tạo bọt ( thường dùng cho máy giặt).

Bột giặt có tạo bọt

Các chất hoạt động bề mặt dùng trong loại bột giặt này phần lớn là loại anionic như: LAS, PAS. Các chất hoạt động bề mặt NI đôi khi được thêm vào với lượng thấp hơn 4 -5 lần so với chất hoạt động bề mặt anionic.

Lượng chất xây dựng được dùng với mức độ tùy thuộc vào độ cứng của nước, loại vết bẩn cũng như giá thành, thông thường người ta thường dùng STPP, Natri Silicate, Natri Carbonate.

Các thành phần phụ khác như Natri Sulphate, Calcit … giúp bổ túc công thức, tăng tỷ trọng và giảm giá thành. Các thành phần khác như chất tẩy quang học, enzyme… chiếm hàm lượng rất nhỏ.

Ví dụ về công thức bột giặt tạo bọt:

Bảng 3.4. Công thức bột giặt tạo bọt

Bột giặt không tạo bọt

Ở loại bột giặt này, các thành phần cũng tương tự như loại tạo bọt, điểm khác biệt giữa chúng là có sự hiện diện của các tác nhân chống bọt.

Ví dụ về công thức bột giặt không tạo bọt:

Bảng 3.5: công thức bột giặt không tạo bọt

b)  Bột giặt đậm đặc

Trong nhiều năm qua, trên thị trường chỉ có các sản phẩm bột giặt truyền thống, nhưng ngày nay, theo xu thế phát triển kinh tế của thế giới, những yêu cầu về những loại bột giặt có khả năng tẩy rửa tốt hơn, tỷ trọng cao hơn với nhiều tính năng đa dạng hơn đã dần dần hình thành.

Vì vậy, các nhà sản xuất cũng cho ra đời những sản phẩm có tỷ trọng cao hơn bằng nhiều phương pháp khác nhau. Qua nhiều năm sau, công ty  KAO của Nhật Bản đã tung ra thị trường một loại bột giặt đậm đặc với tỷ trọng cao tạo ra một xu hướng phát triển mới cho thị trường bột giặt.

Bột giặt đậm đặc có  đặc điểm phối trộn như sau:

Gia tăng tối  đa các thành phần hoạt  động ( giảm thiểu luợng chất độn)

- Tăng tỷ trọng lên đến 600-900 g/l thậm chí 1000 g/l

Chính vì vậy, bột giặt đậm đặc hội tụ các ưu điểm sau:

Đối với người tiêu dùng

Một sản phẩm thực tiễn ( dễ dàng vận chuyển, lưu trữ và định lượng).

Một kỹ thuật công nghệ mới mẻ có tính cách mạng về giặt tẩy có được mọi ưu điểm của các bột giặt sản xuất theo công nghệ sấy phun mà không vấp phải những điều bất thuận tiện của các bột pha trộn khô và được sử dụng đến ngày nay nhờ phương thức sản xuất mới.

Đối với việc buôn bán:

Ít choán chỗ để trưng bày và lưu trữ các sản phẩm

Thu được lợi nhuận cao

Đối với nhà sản xuất:

Đi tiên phong trên một thị trường thật sự đổi mới.

Lợi nhuận cao hơn ( ít bao bì hơn, giá phân phối sản phẩm thấp hơn).

Một bước tiến quan trọng hơn trong việc giảm gây ô nhiễm môi trường.

Nguyên tắc thành lập công thức bột giặt đậm đặc:

Để thành lập công thức cho các sản phẩm đậm đặc, người thành lập công thức phải:

Loại bỏ bất cứ thành phần nào thật sự không ích lợi cho khả năng hoạt động của sản phẩm (các chất hay tác nhân phục vụ cho hoạt động  tẩy  rửa như  sulphat natri chẳng hạn).

Giảm  lượng  nước  trong  sản  phẩm.  Người  ta  thường  dùng  perborate  mono hydrate hơn là perborate tetra hydrate cổ điển.

Dùng các nguyên liệu đậm đặc nhất mà các phương pháp đo đạc cỡ hạt lần lượt giúp lấp  đầy tất cả các “khoảng trống” , và phủ  đầy phần bên trong của các hạt rỗng.

Tuy nhiên, để có được bột giặt đậm đặc cần lưu ý hai yếu tố:

Sự gia tăng các thành phần có hoạt tính trong công thức và loại tối đa các chất độn và nước.

Sự gia tăng tỷ trọng của bột giặt.

Trong đó, vấn đề chính vẫn là gia tăng hàm lượng chất hoạt động bề mặt. Ví dụ về công thức bột giặt đậm đặc:

Bảng 3.6: Công thức bột giặt đậm đặc

Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun

            a)  LABSA ( Linear Alkyl Benzene Sulphonic Acid):

LABSA là một sulpho acid. Các sulpho acid là những acid mạnh, nên không chỉ các muối của chúng với các cation hóa trị một mà cả các muối với cation hóa trị cao hoặc ngay cả acid ở trạng thái tự do đều tan khá nhiều trong nước để tạo thành dung dịch có tất cả các tính chất đặc trưng của dung dịch tẩy rửa. Do đó, có thể dùng chúng làm chất tẩy rửa trong môi trường nước cứng ( có ion Mg2+, Ca2+) và cả trong môitrường acid.

Vì là acid mạnh nên phản ứng hoàn toàn với bazơ, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, gây ăn mòn nhôm đồng, hơi bốc ra khí SO2  rất độc, có mùi hắc. Một đặc tính khác của LABSA là làm khô, gây rát khi tiếp xúc với da.

LABSA nguyên liệu ở dạng rắn trước hết được cho vào bồn khuấy trộn cùng với nước để đưa LABSA thành dạng dung dịch có nồng độ 50%.

b) Khuấy tẩy

Nguyên liệu LABSA trước khi đi vào quy trình sản xuất sẽ được khuấy tẩy bằng dung dịch nước oxy già (H2O2) 35% để tăng độ tinh khiết của nguyên liệu. Hàm lượng H2O2 dùng để tẩy trắng LABSA khoảng 0.1-0.15%.

Hình 3.5: Sơ đồ khối  quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun

Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sây phun

c)  Trung hoà

Sau  khi  khuấy  tẩy  xong,  LABSA  được  bơm  vào  bồn  khuấy  trộn,  sau  đó  ta  tiến hành  cho  dung  dịch  NaOH  đã  được  chuẩn  bị  trước  vào  bồn  khuấy  để  trung  hoà LABSA để tạo muối Natri linear alkyl sunfonate (LAS), là một chất hoạt động bề mặt rất tốt, khả năng tạo bọt tốt, tính tẩy rửa mạnh. Lượng NaOH cần để trung hoà khoảng 28%, tức 100kg nguyên liệu LABSA cần 28-28.5kg dung dịch NaOH đậm đặc (40- 45%).

d) Khuấy trộn

Sau khi quá trình trung hoà, người ta tiếp tục cho các thành phần khác như chất xây dựng (STP, Zeolit), chất chống ăn mòn (Natri silicate), chất chống tái bám (CMCNa, polyme), chất độn (Na2SO4), chất tẩy trắng (TEAD, perborat), bột giặt sau sấy phun không đạt kích cỡ hạt ở dạng bột vào bồn khuấy trộn với tỷ lệ tuỳ theo yêu cầu thành phần của bột giặt để tạo dung dịch ở dạng kem nhão chuẩn bị cho quá trình sấy phun. Nước  cũng  được  thêm  vào  ở  giai  đoạn  này  để  tạo  dung  dịch  kem  nhão  có  độ  ẩm khoảng 60%. Hệ được giữ ở khoảng 80oC.

Hỗn hợp kem nhão phải đảm bảo:

Sự đồng đều các thành phần chứa trong đó không thay đổi giữa các mẻ. Do vậy, yêu cầu liều lượng phải chính xác.

Bảo đảm sự đồng pha, tránh tách lớp.

Các chất xây dựng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo kem nhão. Ngoài ra, giúp cho các chất hoạt động bề mặt, chất lỏng khác hấp thu vào. Khi chất xây dựng có chất hoạt động bề mặt hấp thu vào và đem sấy phun, cấu trúc tinh thể giữ nguyên, chất hoạt động bề mặt không bị thất thoát, phân bố sản phẩm không đều.

Quá trình tạo kem nhão có thể theo mẻ hay liên tục, tuỳ theo năng suất yêu cầu.

e)  Nghiền và lọc

Dung  dịch  kem  nhão  sau  khi  ra  khỏi  bồn  khuấy  trộn  sẽ  được  đưa  vào  một  máy nghiền trục vít để nghiền nhỏ các hạt chất rắn có kích thước lớn chưa hoà tan hết, và các tinh thể hình thành trong hỗn hợp kem nhão.

Trước khi đi vào sấy phun, kem nhão được đưa vào một hệ thống lưới lọc từ nhằm loại bỏ các chất rắn kim loại hoặc các chất rắn khác có kích thước lớn. Quá trình này được thực hiện nhằm tránh hiện tượng tắc nghẽn, giảm sự mài mòn các vòi phun của tháp sấy phun.

Sau khi lọc từ, hỗn hợp kem nhão được đưa vào một bồn chứa trung gian.

f) Sấy phun

Sấy phun là quá trình làm mất nước của hỗn hợp kem nhão. Chuyển hỗn hợp từ dạng kem nhão có độ ẩm 60% thành dạng bột. Độ ẩm yêu cầu của bột sau khi sấy là 3- 10%.

Hỗn hợp kem nhão từ bồn chứa trung gian được một hệ thống bơm hai cấp hút vào và đẩy lên đi vào phía trên đỉnh tháp sấy phun. Kem nhão dưới tác dụng của hệ thống bơm hai cấp và hệ thống máy nén khí sẽ đi vào vòi phun với áp suất khoảng 100 atm. Kem nhão khi qua vòi phun sẽ được tán ra thành các hạt rất nhỏ (dạng sương) vào tháp sấy

Trong khi đó, không khí từ môi trường ngoài sẽ được quạt hút hút vào buồng đốt để gia nhiệt không khí lên 300oC thành tác nhân sấy. Buồng đốt sử dụng dầu FO và truyền nhiệt gián tiếp vào không khí sấy. Không khí sấy được quạt thổi khí đưa vào phía dưới tháp sấy phun. Dòng không khí nóng đi lên từ đáy tháp sẽ gặp các hạt lỏng sẽ nhanh chóng bốc hơi nước của các giọt lỏng, hình thành các hạt rắn bột giặt. Các hạt bột giặt được hình thành có độ ẩm giao động từ 2 – 10% và sẽ rơi xuống đáy tháp.

Ở giai đoạn này, độ ẩm không khí trong buồng sấy ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc và kích thước hạt bột giặt thành phẩm. Nếu độ ẩm không khí trong buồng sấy quá thấp, các hạt bột giặt sẽ có kích thước rất nhỏ và trở nên rời rạc do chúng không thể kết dính lại với nhau. Ngược lại, nếu độ ẩm không khí trong buồng sấy quá cao, hiện tượng kết dính giữa các hạt bột giặt sẽ xảy ra mạnh mẽ làm tăng kích thước của chúng. Kết quả là bột giặt không đạt độ mịn, độ đồng nhất về kích thước và cấu trúc hạt. Các hạt bột giặt tạo thành sẽ được tháo vào băng tải.

Dòng không khí sấy sau khi qua tháp sẽ lôi cuốn theo các hạt bột giặt có kích thước nhỏ, nhẹ sẽ được dẫn vào hệ thống thu hồi bụi ở đỉnh tháp trước khi đưa ra ngoài.

Bột giặt sau quá trình sấy phun có nhiệt độ cao sẽ được làm nguội bằng không khí khi vận chuyển trên băng tải.

g)  Phân loại hạt

Bột giặt từ băng tải sẽ được đưa đến đường ống đặt thẳng đứng của hệ thống hút chân  không  phân  loại  hạt.  Khi  bột  giặt  đi  vào  ống,  dưới  tác  dụng  của  lực  hút  chân không, các hạt có kích thước đạt yêu cầu sẽ được lôi cuốn theo dòng khí đi lên phía trên, và được thu hồi lại nhờ các cyclone, các hạt có kích thước quá nhỏ thoát ra khỏi cyclone sẽ được đưa vào thiết bị lọc túi và đưa về hoà tan lại vào dung dịch tạo kem nhão. Còn các hạt có kích thước quá lớn, trọng lượng của chúng thắng được lực hút chân không sẽ bị rơi xuống dưới vào băng tải đưa về lại thiết bị khuấy trộn tạo dung dịch kem nhão để sấy phun lại.

h) Trộn bổ sung và phun hương

Bột giặt sau khi phân loại hạt được đưa vào các bồn chứa. Sau đó người ta sẽ trộn bổ sung các thành phần khác, các chất nhạy nhiệt, dễ biến đổi bởi nhiệt độ cao không thể cho vào trước quá trình sấy phun, như: chất hoạt động bề mặt không ion (NI), chất tẩy trắng quang học, enzyme, chất chống tạo bọt, chất màu. Các chất này được thêm vào bằng hệ thống cân định lượng.

Tất cả hỗn hợp này được cho vào một hệ thống trộn thùng quay nhằm trộn đều các thành phần và kết hợp phun hương tạo mùi thơm cho bột giặt.

Sau khi phối trộn bột giặt có tỷ trọng: 650-750 g/l.

i) Đóng gói

Thông thường, người ta sử dụng bao bì bằng nhựa, nylon để đựng sản phẩm.

Yêu cầu chung về bao bì: hạn chế được sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến bột giặt.

Ưu điểm của phương pháp là sấy phun so với các phương pháp sấy khác là ở chỗ:

Quá trình sấy xảy ra nhanh( thường sau 15-30 giây vì các hạt ra khỏi vòi phun rất mịn tiếp xúc giữ độ ẩm và không khí nóng rất tốt).

Dễ điều chỉnh các chỉ tiêu của sản phẩm cuối cùng qua chế độ sấy(ví dụ: nhờ điểu chỉnh tốc độ phun và tốc độ dòng khí nóng, có thể điều chỉnh được kích thước hạt, độ ẩm trong sản phẩm cuối cùng).

Sản phẩm có độ hòa tan tốt.

Ít bị hao hụt.

Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sấy.

Nhược điểm của phương pháp sấy phun là thiết bị phức tạp kích thước lớn:

Thành phần phối liệu cũng ảnh hưởng đển quá trình sấy và công suất thiết bị. Thí dụ nếu thành phần nước cao nhiệt năng đòi hỏi nhiều hơn, natri silicat nhiều làm giảm tốc độ bay hơi nước của phối liệu. Soda cho phép thu được sản phẩm có độ ẩm tối ưu.