CZ304481B6 - Method of drying surfactants - Google Patents

Abstract

In the present invention, there is disclosed a method of drying surfactants in an aqueous solution by making use of microwave energy, wherein the method is characterized in that an aqueous solution containing 40 to 80 percent by weight of surfactants is subjected, for the purpose of suppression of foaming power occurred during the drying process, to interrupted microwave pulses with the duration in the range of 1 to 100 seconds. The drying process is carried out at a microwave output in the range of 0.05 to 0.50 kWh/kg of the staring material and at a frequency in the range of 800 to 2500 MHz.

Description

Vynález se týká způsobu sušení tenzidů ve vodném roztoku využitím mikrovlnné energie, k přípravě práškovité formy vhodné pro přípravu pracích prášků (detergentů) o vysoké kvalitě.The invention relates to a method of drying surfactants in aqueous solution using microwave energy, to prepare a powder form suitable for the preparation of high quality laundry detergents.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Dosud se sušeni tenzidů provádí většinou klasickým ohřevem tzv. sprej ovou technikou. Pod výrazem „sušení“ se zde rozumí sušení, včetně odpaření vody z koncentrovaných roztoků 40 až 80 % hmotn. tenzidů, což je počátek pěnící oblasti většiny tenzidů, která komplikuje sušicí proces.Until now, drying of surfactants has mostly been carried out by conventional heating, the so-called spray technique. The term "drying" as used herein refers to drying, including evaporation of water from concentrated solutions of 40 to 80 wt. surfactants, which is the beginning of the foaming area of most surfactants, which complicates the drying process.

Sprejová metoda je použita za účelem potlačení vysoké pěnivosti, která komplikuje, až zabraňuje provedení a dokončení úplného sušicího procesu. Tento sušicí proces má však řadu nevýhod, neboť vyžaduje velká a nákladná sušicí zařízení jako jsou sušicí věže mající velkou energetickou spotřebu z důvodů vysokých sušicích teplot až 300 °C. V těchto zařízeních může docházet k nehomogennímu lokálnímu přehřátí, což snižuje kvalitu vyrobeného produktu. Při pracím procesu, kdy dochází k rozpuštění tenzidů, se to projevuje zákalem, což je nežádoucí.The spray method is used to suppress high foaming, which complicates until it prevents the completion and completion of a complete drying process. However, this drying process has a number of drawbacks as it requires large and expensive drying devices such as drying towers having high energy consumption due to high drying temperatures of up to 300 ° C. These devices may cause inhomogeneous local overheating, which reduces the quality of the product produced. In the washing process, when the surfactants are dissolved, this is manifested by turbidity, which is undesirable.

Většinu patentů používající sprejovou techniku vlastní a využívá firma PROCTER & GAMBLE: US2011147964, US20100230840, US5366652, US5486303, EP2338969, EP2341124,Most patents using spray technology are owned and used by PROCTER & GAMBLE: US2011147964, US20100230840, US5366652, US5486303, EP2338969, EP2341124,

CN102348791, MX2012007016, MX2012007017, MX20122007018, MX2011009596, EP2406363, CA2753277, EG25567 a další.CN102348791, MX2012007016, MX2012007017, MX20122007018, MX2011009596, EP2406363, CA2753277, EG25567 and others.

Další technologie používají k sušení tenzidů filmovou odparku (US6518234), rotační pec (US20120270029), případně kombinace s vakuem. Zajímavé je použití rotačního mísiče (EP2502981) a rotačního bubnu (US20120058266).Other technologies use a film evaporator (US6518234), a rotary kiln (US20120270029), or a combination with vacuum to dry the surfactants. Of interest is the use of a rotary mixer (EP2502981) and a rotary drum (US20120058266).

Patenty týkající se přípravy tenzidů a detergentů využívající kjejich přípravě klasický ohřev vlastní i ostatní firmy jako například UNILEVER (WO144427, EP0139523, EP0270240, EP0451894, US65118234, US6514930), HENKEL (EP0344629), RECKITT (WO2012123719), MANRO CHEMICALS (WO9932599), KAO CORPORATION (EP2502981), AEKYUNG CO LTD (WO2012074286) a další. Většinou se jedná o použití sprejové metody, její modifikaci či kombinaci s jinými metodami. Vysoká energetická spotřeba, nákladné zařízení a omezená kvalita připravených tenzidů však brání jejímu dalšímu rozšíření. Východiskem se zdá být náhrada konvenčního ohřevu mikrovlnnou energií, jak je uvedeno dále.Surfactant and detergent patents employing conventional heating are owned by other companies such as UNILEVER (WO144427, EP0139523, EP0270240, EP0451894, US65118234, US6514930), HENKEL (EP0344629), RECKITT (WO2012123719), CORPORATION (EP2502981), AEKYUNG CO LTD (WO2012074286) and others. Usually it is the use of spray method, its modification or combination with other methods. However, high energy consumption, expensive equipment and limited quality of prepared surfactants prevent further expansion. The starting point seems to be to replace conventional heating with microwave energy, as shown below.

Využití mikrovlnné energie pro sušení tenzidů se rozšířilo teprve v poslední době, i když mikrovlnný sušicí proces detergentů je znám již více než čtyřicet let (US3528179, 1970, US4118333, 1976). V té době však nebyla k dispozici potřebná zařízení a autoři sušicího procesu neměli možnost zabývat se jejím využitím. Použití mikrovlnné techniky bylo v minulých letech testováno na případu sušení anionických tenzidů jak je uvedeno v amerických patentových spisech (US6946437, US2002107167) a německém patentu (DE19636036) s těmito poznatky: sušení trvalo kratší dobu a probíhalo při nižších teplotách (100 až 120 °C), nedocházelo k lokálnímu přehřátí a tudíž ani ke zhoršení kvality produktu, byla zaznamenána nízká spotřeba elektrické energie (190 Wh/kg).The use of microwave energy for drying surfactants has only recently been expanded, although the microwave drying process of detergents has been known for more than forty years (US3528179, 1970, US4118333, 1976). At the time, however, the necessary equipment was not available and the authors of the drying process had no opportunity to deal with its use. The use of microwave technology has been tested in recent years on the case of drying anionic surfactants as disclosed in US patents (US6946437, US2002107167) and German patent (DE19636036) with the following findings: drying took a shorter time and took place at lower temperatures (100 to 120 ° C) ), there was no local overheating and therefore no deterioration in product quality, low electricity consumption (190 Wh / kg).

Z dosavadních pramenů je zřejmé, že použití mikrovlnné techniky se jeví jako mnohem výhodnější, než metoda založená na klasickém ohřevu používaná sprejovou technikou. Mikrovlnná technika byla rovněž použita při přípravě detergentů o nízké hustotě smísením jednotlivých složek včetně anionického tenzidů (US6063751). Případné pěnění tenzidů při zahušťování mikro-1 CZ 304481 B6 vinnou technikou se eliminuje zpravidla pomocí aditiv (EP1201740, US2002107167), jako jsou silikáty, karbonáty, citráty, zeolity a další. Potlačení pěnění lze dosáhnout též snížením atmosférického tlaku, jak uvádí evropský patent EP1201740. Je rovněž popsáno sušicí zařízení pracující na principu fluidního lože (US4967486) s využitím mikrovlnné energie. Taje přiváděna přímo do fluidního lože, což má některé výhody proti klasickému ohřevu. Tenzidy mají nízkou tepelnou vodivost a tedy vyšší energetickou spotřebu při klasickém ohřevu. To vyžaduje použití vyšší sušicí teploty, což se odráží ve snížené účinnosti sušení. V případě mikrovlnného sušení však mikrovlnný ohřev na tepelné vodivosti nezávisí.It is apparent from the prior art that the use of microwave technology appears to be much more advantageous than the conventional heating method used by the spray technique. The microwave technique has also been used to prepare low density detergents by mixing the individual ingredients, including anionic surfactants (US6063751). The potential foaming of surfactants when thickened by micro-wine is usually eliminated with additives (EP1201740, US2002107167), such as silicates, carbonates, citrates, zeolites and others. Foaming suppression can also be achieved by reducing atmospheric pressure, as disclosed in European patent EP1201740. Also disclosed is a fluid bed drying apparatus (US4967486) utilizing microwave energy. It melts directly into the fluidized bed, which has some advantages over conventional heating. Surfactants have low thermal conductivity and thus higher energy consumption during conventional heating. This requires the use of a higher drying temperature, which is reflected in a reduced drying efficiency. In the case of microwave drying, however, microwave heating does not depend on thermal conductivity.

Přesto, že použití mikrovlnné techniky se jeví jako výhodnější ve srovnání se sprejovou sušicí metodou, zůstává stále nedořešeným problémem úplné potlačení pěnivosti. To je zřejmě i důvodem proč sušení tenzidů není provozováno mikrovlnnou technikou v průmyslovém měřítku.Although the use of microwave technology seems to be more advantageous compared to the spray drying method, the complete suppression of foaming remains an unresolved problem. This is probably the reason why drying surfactants is not operated on an industrial scale by microwave technology.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky odstraňuje do značné míry způsob sušení tenzidů ve vodném roztoku využitím mikrovlnné energie spočívající vtom, že vodný roztok obsahující 40 až 80 % hmotn. tenzidů se za účelem potlačení pěnivosti vzniklé během sušicího procesu vystaví přerušovaným mikrovlnným impulzům v trvání od 1 do 100 sekund.The above-mentioned disadvantages of the prior art overcome to a large extent the method of drying surfactants in aqueous solution by using microwave energy, in that an aqueous solution containing 40 to 80 wt. The surfactants are subjected to intermittent microwave pulses ranging from 1 to 100 seconds in order to suppress foaming during the drying process.

Sušení se s výhodou provádí při mikrovlnném výkonu 0,05 až 0,50 kWh/kg vstupní suroviny a frekvenci 800 až 2500 MHz a proces je vhodný zejména pro tenzidy vybrané ze skupiny anionických tenzidů.The drying is preferably carried out at a microwave power of 0.05 to 0.50 kWh / kg feedstock and a frequency of 800 to 2500 MHz and the process is particularly suitable for surfactants selected from the group of anionic surfactants.

Technologie sušení podle vynálezu je založena na využití mikrovlnného záření v krátkých přerušovaných impulzech. V takovém případě generátor mikrovln pracuje v impulzním režimu a tím zabraňuje vzniku pěny. Velikost přerušovaného impulzu se pohybuje v rozmezí 1 až 100 vteřin podle mikrovlnného výkonu, otáček míchadla a velikosti vsádky a koncentrovaný vodný roztok tenzidů má minimální koncentraci tenzidů 50 % hmotn. Hladina tenzidů uvnitř sušicího zařízení je snímána senzorem se zpětnou vazbou a teplota sušicí suroviny je snímána IČ teploměrem. Za výše uvedených podmínek probíhá sušení tenzidů s dostatečnou rychlostí při zachování vysoké kvality. Sušicí rychlost lze ještě zvýšit, použije-li se v konečné fázi sušení snížený tlak. Při vystavení tenzidů mikrovlnnému poli dochází k ohřevu v celém objemu směrem od středu k povrchu. To má příznivý vliv na kvalitu produktu, neboť nedochází k lokálnímu přehřátí a brání tak případnému lokálnímu rozkladu tenzidů.The drying technology according to the invention is based on the use of microwave radiation in short intermittent pulses. In this case, the microwave generator operates in pulse mode and thus prevents the formation of foam. The amount of intermittent pulse ranges from 1 to 100 seconds depending on microwave power, stirrer speed and batch size, and the concentrated aqueous surfactant solution has a minimum surfactant concentration of 50 wt%. The surfactant level inside the drying device is sensed by a feedback sensor and the temperature of the drying material is sensed by an IR thermometer. Under the above conditions, the surfactants are dried at a sufficient speed while maintaining high quality. The drying rate can be further increased if a reduced pressure is used in the final drying phase. Exposure of surfactants to the microwave field heats the entire volume from center to surface. This has a positive effect on the quality of the product since it does not overheat locally and thus prevents any local degradation of the surfactants.

Dosušení vlhkého tenzidů je možné provádět i kontinuálně po úpravě impulzního mikrovlnného sušicího zařízení, případně na zařízení popsaném v užitném vzoru UV 19616 (2006). Sušení tenzidů pulzní mikrovlnnou technologií zahrnuje i další typy tenzidů jako jsou, kationické, neionické a amfotemí tenzidy.Drying of the wet surfactants can also be carried out continuously after modification of the pulsed microwave drying device or on the device described in the utility model UV 19616 (2006). Pulse microwave drying of surfactants also includes other types of surfactants such as, cationic, nonionic and amphoteric surfactants.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1Example 1

Mikrovlnné sušicí zařízení se sušicí nádobou opatřenou míchadlem a s připojeným generátorem mikrovln o výkonu 6 kW, které je také blíže popsané v užitném vzoru s číslem přihlášky PUV 2013-27960, se naplní do jedné třetiny koncentrovaným vodným roztokem anionického tenzidů o koncentraci 50 % hmotn., kterým je dodecylbenzensulfonát sodný. Vsádka se použitím mikrovlnné energie zahřívá na 110 až 130 °C a vznik pěny se potlačuje krátkými 5 vteřinovými přerušovanými mikrovlnnými impulzy, čímž se zcela zabrání tvorbě pěny. Rychlost a intenzitu potlačení pěnivosti je možné řídit velikostí a frekvencí přerušovaného mikrovlnného impulzu.A microwave oven with a drying vessel equipped with a stirrer and a 6 kW microwave generator, also described in the utility model with the application number PUV 2013-27960, is charged to one third with a concentrated aqueous solution of anionic surfactants at a concentration of 50% by weight, which is sodium dodecylbenzenesulfonate. The batch is heated to 110-130 ° C using microwave energy and the formation of foam is suppressed by brief 5 second intermittent microwave pulses, thereby completely preventing foam formation. The rate and intensity of suds suppression can be controlled by the magnitude and frequency of the intermittent microwave pulse.

-2CZ 304481 B6-2GB 304481 B6

Po uplynutí 35 minut se získá vysušený tenzid o vlhkosti 1,5 % hm. Vysušený tenzid se dále drtí a prosívá na velikost částic 0,8 až 1,5 mm.After 35 minutes, a dried surfactant having a moisture content of 1.5 wt. The dried surfactant is further crushed and sieved to a particle size of 0.8 to 1.5 mm.

Příklad 2Example 2

Druhý příklad byl proveden jako srovnávací za stejných podmínek, ale s tím rozdílem, že místo mikrovlnného ohřevu byl použit elektrický ohřev pláště, který byl ohřát na teplotu 150 °C. Doba sušení 1 kg tenzidu trvala 1,5 h, s obsahem vlhkosti 3 % hmotn. Výsledky obou pokusů jsou porovnány v Tabulce 1. Je zřejmé, že sušicí proces s konvenčním ohřevem byl mnohem pomalejší než proces mikrovlnný. Z Tabulky 1 vyplývají následující poznatky. Nejen, že mikrovlnné sušení bylo rychlejší, ale poskytlo mnohem kvalitnější produkt. To je zřejmě důsledkem rovnoměrného ohřevu v celém objemu a přímou interakcí mikrovln s molekulami vody.The second example was performed as comparative under the same conditions, but with the exception that electric sheath heating was used instead of microwave heating, which was heated to 150 ° C. The drying time of 1 kg of surfactant took 1.5 hours, with a moisture content of 3% by weight. The results of both experiments are compared in Table 1. It is clear that the drying process with conventional heating was much slower than the microwave process. Table 1 shows the following. Not only was microwave drying faster, but it provided a much better quality product. This is probably due to uniform heating throughout the volume and direct interaction of microwaves with water molecules.

Tabulka 1Table 1

Výsledky analýz práškového dodecylbenzensulfonátu sodného připraveného klasickým sušením (vzorek 1) a sušením mikrovlnnou pulzní technologií (vzorek 2)Results of analyzes of powdered sodium dodecylbenzenesulfonate prepared by classical drying (sample 1) and microwave pulse technology drying (sample 2)

jednotky units Vzorek 1 Sample 1 Vzorek 2. Sample 2. sušina (m.v. 346) dry matter (MW 346) % % 96,8 96.8 98,1 98.1 akt. látky act. substances % % 60,8 60.8 94,9 94.9 Na₂SO₄ (ICH)Na ₂ SO ₄ (ICH) % % 13,9 13.9 1,15 1.15 nesulf. podíl nesulf. share % % neměř. neměř. 1,1 1.1 chloridy (ICH) chlorides (ICH) ppm ppm 244 244 282 282 sypná hmotnost bulk density g/1 g / 1 564 564 570 570 pH (1% roztok) pH (1% solution) 10,4 10.4 9,2 9.2 vzhled (1% roztok) appearance (1% solution) zákal turbidity čirý pure

Kromě jiného bylo zjištěno, že se vzorek z mikrovlnného sušení rozpouštědel ve vodě při teplotě místnosti snadno za vzniku čirého roztoku, zatímco vzorek z klasického sušení byl po rozpuštění zakalený (Tab. 1, „vzhled“). Dále bylo zjištěno, že sušicí proces v mikrovlnném poli probíhal rychleji a s nízkou spotřebou elektrické energie.Among other things, it was found that the sample from microwave drying solvents in water at room temperature readily produced a clear solution, while the sample from classical drying was cloudy after dissolution (Table 1, "Appearance"). Furthermore, it was found that the drying process in the microwave field proceeded faster and with low power consumption.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález lze využít při výrobě vysoce kvalitních tenzidů, které jsou součástí pracích prášků.The invention can be used in the production of high-quality surfactants which form part of laundry detergents.

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 5 1. Způsob sušení tenzidů ve vodném roztoku využitím mikrovlnné energie, vyznačující se tím, že vodný roztok obsahující 40 až 80 % hmotn. tenzidů se za účelem potlačení pěnivosti vzniklé během sušicího procesu vystaví přerušovaným mikrovlnným impulzům v trvání od 1 do 100 sekund.1. A method of drying surfactants in an aqueous solution using microwave energy, wherein the aqueous solution comprises 40 to 80 wt. The surfactants are subjected to intermittent microwave pulses ranging from 1 to 100 seconds in order to suppress foaming during the drying process. íoío 2. Způsob sušení tenzidů podle nároku 1, vyznačující se tím, že sušení se provádí při mikrovlnném výkonu 0,05 až 0,50 kWh/kg vstupní suroviny a frekvencí 800 až 2500 MHz.The surfactant drying method according to claim 1, characterized in that the drying is carried out at a microwave power of 0.05 to 0.50 kWh / kg feedstock and at a frequency of 800 to 2500 MHz. 3. Způsob sušení tenzidů podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tenzidy jsou vybrány ze skupiny anionických tenzidů.Surfactant drying method according to claim 1 or 2, characterized in that the surfactants are selected from the group of anionic surfactants.