Производство мыла

ОБРАБОТКА ТВЕРДОГО ХОЗЯЙСТВЕННОГО МЫЛА

Аппаратурно-технологическая схема обработки хозяйственного мыла с применением вакуум-сушильной установки. Эта схема, известная под названием ВСУ и применяемая на наших заводах, приведена на рис. 29.

Жидкое горячее мыло, содержащее 60—63% жирных кислот, из питающего бачка 1 проходит через обогреваемый фильтр 2 и далее насосом 3 под давлением 0,2—0,3 МПа (2—3 кгс/см2) подается через трубчатый подогреватель 4 по обогреваемому мылопроводу в вакуум-сушильную камеру 5.

В фильтре 2, который представляет собой пустотелый цилиндр с вставленным внутрь него сеточным барабаном (диаметр отвер­стий 0,6—1 мм), мыло освобождается от случайных механических примесей. Проходя через подогреватель (темперировочная колон­на) 4, мыло нагревается до расчетной температуры.

В вакуум-сушильной камере 5 горячее мыло, распыливаясь через форсунки 6, быстро теряет часть содержащейся в нем влаги, охлаждается и подсушивается. Оседающее на стенках камеры мыло срезается ножами 7 и падает в двухрукавиый бункер 8, который распределяет его между двумя шнековыми прессами (пелотезами) 9.

При помощи перекидной заслонки в верхней части бункера можно регулировать количество мыла, поступающего в каждый из двух работающих шнек-прессов. Для наблюдения за уровнем стружки в бункере и в каждом из двух отходящих от него рукавов имеются световые и смотровые фонари, закрытые стеклами. Двух­рукавный бункер плотно соединен со шнековыми прессами при помощи фланцев, обеспечивающих достаточную герметичность установки.

В шнек-прессах мыло спрессовывается в плотную массу, кото­рая выдавливается через выходной мундштук прямоугольной формы в виде бесконечного бруска. На выходе из шнековых прес­сов мыло попадает в маркировально-резальный автомат 10, при помощи которого на поверхности бруска накатываются с двух сторон рисунок и предусмотренные техническими. условиями рек­визиты.

Далее брусок подводится к резальным дискам 11, которые разрезают его по длине на куски товарной величины. Готовые куски мыла поступают в механизм 12 комплектования слоя укла­дочного автомата 13, где производится укладка его в деревянные ящики 14, перемещаемые транспортером 15 на склад готовой продукции.

Водяной пар, образовавшийся в вакуум-сушильной камере, поступает в циклон-сепаратор 16 первой очистки, в котором отде­ляется увлеченная им мыльная пыль. Из циклона она выводится при помощи небольшого шнек-пресса 17 и попадает в подставляе­мый крафт-мешок. Иногда она этим же шнек-прессом продавли­вается через густую решетку, превращаясь в мыльную «верми­шель».

Мыльный порошок, содержащий до 80% жирных кислот, может быть использован для различных промышленных целей, например при волочении проволоки. Мыльная «вермишель» иногда продает­ся как самостоятельный товарный продукт.

Водяной пар, отходящий из первого циклона сепаратора, про­ходит через пустотелый циклон 18, в котором оседают остатки

5 И. М. Товбин и др. 129
мыльной пыли. Освобожденный от мыла водяной пар конденси­руется в барометрическом конденсаторе смешения 19. Для обеспе­чения постоянства давления воды, поступающей в конденсатор для охлаждения пара независимо от колебаний давления в водопро­водной сети, служит напорный ре­зервуар 20. Вода из конденсатора спускается через барометрический колодец в очистную систему ‘кана­лизации.

Необходимое для работы уста­нов.™ разрежение поддерживается при помощи поршневого вакуум-на­соса 21, который отсасывает из си­стемы несконденсировавшиеся газы. Во избежание попадания в вакуум - насос воды из конденсатора на тру­бопроводе, соединяющем вакуум - насос с конденсатором, установле­ны каллеотделитель 22 и ловуш­ка 23.

В состав линии ВСУ входит сле­дующее основное оборудование.

Темпер и ровочная колон­ка— это трубчатый теплообменник, в котором по трубкам движется мыло, а в межтрубном пространстве проходит водяной пар. Колонка диаметром 300 мм, длиной 6200 мм имеет трубчатку из коррозионно - стойкой стали, состоящую из 151 трубки с внутренним диаметром 8 мм. Поверхность нагрева колонки 25 м2.

В а к у у м - с у ш и л ь н а я ка­мера (рис. 30) представляет собой вертикальный цилиндрический ап­парат 1 диаметром 1,5 м и высотой

4 м, собранный из отдельных сек­ций, соединяющихся между собой фланцами. Секции имеют рубашки 2, в которые при необходимости пускают горячую воду. Это обычно бывает при выработке высококон­центрированного мыла или эконо­мичного мыла с добавками. Выпускают также вакуум-камеры с цельным сварным корпусом.

Сверху к камере приварена коническая крышка 3, по центру которой установлен колпак с патрубком 4 для отвода образую­щихся водяных паров.

К нижней части корпуса присоединено коническое днище 5 с переходной обечайкой 6, внутри которой установлено два опорных подшипника 7.

В вакуум-камере установлен пустотелый вал 8, который при­водится во вращение с частотой 12 об/мин от электродвигателя через ременную передачу и червячный редуктор 9.

Вал несет на себе держатели 10 с пружинящими обоймами 11, на которых установлены ножи 12 и форсунки 13. На нижнем конце вала смонтированы плоские лопасти 14, предотвращающие обра­зование наростов и сводов в месте выхода мыльной стружки из аппарата.

Подвижность трубы, по которой мыло подается к форсункам, и герметичность соединения подвижного и неподвижного ее участков, обеспечиваются сальниковым уплотнением 15 на верхнем конце вала. Неподвижный отрезок трубы фиксируется сальниковой втул­кой 16 и кронштейном 17. Литой фасонный отвод 18 герметизирует ввод трубы для водяного пара и служит для присоединения к трубе, подводящей горячее мыло.

Форсунки стоят в одной вертикальной плоскости и закреплены на патрубке 20, закрытом защитным кожухом, уменьшающим ох­лаждение и затвердевание мыла при засорении форсунок или остановках. Для продувки форсунок острым паром служит паро­вая труба 21.

Работает вакуум-сушильная камера следующим образом.

Горячее мыло поступает по внутренней трубе 19, установлен­ной в канале вертикального вала 8, и подводится к форсун­кам 13.

Жидкое мыло, распыляемое через форсунки, попадает в каме­ру, находящуюся под разрежением, подсушивается, охлаждается н в большей части осаждается на внутренней поверхности камеры. Снятие мыла с этой поверхности производится тремя ножами, стальными или пластмассовыми. При этом верхний нож 12 сни­мает мыло с конической поверхности крышки, средний — с ци­линдрической части корпуса, нижний — с поверхности конусного дна. Ножи установлены не в одной плоскости: верхний (при вращении вала) опережает средний, а средний нож опережает нижний.

Степень прижатия ножей регулируется величиной зазора между режущей кромкой ножа и стенкой камеры.

Для наблюдения за работой форсунок на крышке сушильной камеры имеются световое 22 и смотровое 23 окна с приспособле­ниям» для ручной очистки их поверхности.

Циклон-сепаратор — это стальной вертикальный пустоте­лый цилиндр диаметром 0,9 м и высотой 4,5 м. Нижняя часть его переходит на конус. В верхней части цилиндра имеется направля­ющий патрубок, с помощью которого смесь пара и мыльной пыли приобретает вращательное движение. При вращении смеси возни­кают центробежные силы, прижимающие мыльную пыль как более

Тяжелую фракцию к стенкам цилиндра, по которым она сползает в нижнюю часть циклона. Отсюда она выводится при помощи шнек-пресса, имеющего обогреваемую рубашку.

Одноступенчатый двухвинтовой шнек-пресс приведен на рис. 31. Основной рабочей частью является прессую­щая камера 1 с двумя чугунными шнеками 2 диаметром 250 мм, длиной 1270 мм. Шаг витков шнеков переменный: в начале камеры он равен 200 мм и к концу—140 мм. Частота вращения шнеков-

11—12 об/мин. Они установлены в камере горизонтально и строго параллельно, так что их наружные витки примыкают один к дру­гому. Прессующая камера установлена на станине и состоит из двух совместно отлитых полуцилиндрических полостей, в каждой из которых укреплен свой шнек. В загрузочной части камеры имеется фланец 4, при помощи которого шнек-пресс плотно (на прокладке) присоединяется к разгрузочному бункеру вакуум - сушильной камеры. При помощи откидных болтов 5 к консольной части рабочей камеры крепится коническая головка 6. В месте перехода установлена дисковая овальная решетка 7 с отверстиями диаметром 20 мм.

Работает шнек-пресс следующим образом. Мыльная стружка попадает через загрузочное окно на вращающиеся в рабочей ка­мере 1 шнеки 2, которые перемещают ее в сторону конической головки 6. Благодаря переменному шагу витков и сопротивлению, оказываемому решеткой 7, мыльная стружка в процессе продви­жения постепенно уплотняется. Уплотненная масса продавливается через решетку и несколько перетирается. При переходе из прес­сующей камеры в коническую головку, живое сеченке которой по­степенно уменьшается, мыло дополнительно спрессовывается, уплотняется и выдавливается из шнек-пресса в виде бесконечного бруска. На выходе из головки пресса установлена прямоугольная шайба (калибр), которая придает бруску мыла правильную пря­моугольную форму.

Чтобы мыльная масса при движении в корпусе чрезмерно не нагревалась, рабочая камера имеет рубашку 8, в которой цирку­лирует проточная холодная вода температурой 12—15°С.

Для придания бруску мыла гладкой и блестящей поверхности без трещин и задиров коническая головка снабжена рубашкой для горячей воды. Температура воды в рубашке зависит от жирового состава мыла и концентрации жирных кислот в нем. Ее подбирают опытным путем и регулируют автоматически с помощью электри­ческих горелок и терморегулятора 9, способного изменять темпе­ратуру воды в головке от 30 до 60СС.

Для облегчения очистки шнек-пресса коническая головка уста­новлена на тележке 10, так что она вместе с головкой после разъединения скрепляющих болтов может откатываться в сто - рону. ■

Шнек-пресс приводится в движение при помощи электродвига­теля, установленного внутри станины 3. Средняя производитель­ность шнек-пресса 1 т/ч.

Внедрение в практику мыловаренного производства односту­пенчатых двухвинтовых шнек-прессов в сочетании с вакуум-су - шилькылн камерами позволило механизировать одну из наиболее трудоемких операций производства хозяйственного мыла и устра­нить тяжелый ручной труд.

Маркировочно-резальный автомат, входящий в состав линии ВСУ, выпускают нескольких типов, отличающихся между собой по конструкции. При выработке твердого хозяйствен­ного мыла на заводах применяют преимущественно комбини­рованные машины, которые выполняют и маркировку, и резку мыла.

На рис. 32 приведена схема автоматической машины для мар­кировки и резки мыла конструкции инженера О. Я - Пронина.

Принцип ее работы заключается в следующем. Выходящий из шнековой машины и движущийся по роликовому транспортеру 1

Брусок мыла 2 подводится к двум барабанам 3, на боковой по­верхности которых симметрично укреплены пластины 4 с выпук­лыми рисунком и шрифтом. Эти пластины вдавливаются в брусок мыла, оставляя на его поверхности оттиск рисунка и текста. Глу­бина вдавливания регулируется винтами 5, перемещающими оси барабанов, закрепленных в гайках 6.

По роликовому транспортеру брусок мыла поступает далее под барабан, разрезающий брусок на куски, при этом линия раз­реза проходит точно между накатанными оттисками.

Рычаги 7 шарнирно и с обеих сторон закреплены по окружно­сти барабанов 8. Между рычагами натянуты режущие проволоки диаметром 0,4—0,8 мм. При вращении барабана брусок разрезает­ся на куски заданной величины. Со стороны второго барабана рычаг 7 имеет два плеча. На плече 9 укреплен ролик 10, прижи­маемый к неподвижному кулачку 11. Это устройство обеспечивает синхронное продольное и вертикальное движение проволоки И бруска, что в свою очередь обеспечивает ровный срез кусков мыла.

Брусок мыла, выходящий из шнекового пресса, двигаясь между накатывающими барабанами 3, вращает их, а вместе с ними и барабан режущего механизма. Барабаны связаны между собой цепной передачей 12. Отрезанные куски отводятся транспорте­ром 13 на упаковочный стол. Вес куска регулируют изменением высоты бруска, выходящего из шнекового пресса при помощи выходного калибра. ■

Производительность машины системы инженера О. Я. Пронина до 3 т/ч мыла.

Контроль за работой установки В СУ ведется при помощи ряда приборов.

Температуру жидкого мыла проверяют термометром, устанав­ливаемым обычно на трубопроводе перед фильтром 2 (см. рис. 29). Рядом с ним находится манометр, по показаниям которого судят

О сопротивлении, создаваемом фильтром (повышение давления свидетельствует о том, что фильтр засорился). В этом случае в работу включают другой фильтр, а этот очищают.

Питающий бачок 1 снабжен уровнемером. При верхнем поло­жении уровнемера он автоматически перекрывает кран на линии, подающей мыло в бачок; при нижнем положении он выключает электродвигатель у насоса 3.

На трубопроводе, отводящем мыло из темперировочной колон­ки в вакуум-камеру, установлен термометр, показывающий и ре­гистрирующий температуру мыла. Этот термометр связан с дистанционным автоматическим регулятором, увеличивающим или уменьшающим подачу пара в колонку 4 в зависимости от откло­нений температуры мыла на выходе. Манометр, находящийся на этой линии, показывает давление мыла на входе в вакуум-сушиль - ную камеру.

Вакуум-камера оборудована несколькими приборами. Главным, является автоматический дистанционный вакуумметр, показываю­щий остаточное давление в камере. Он связан с насосом 3. Если давление в камере поднимается выше установленного, что может иметь место из-за повышенной подачи мыла, то по сигналу от вакуумметра отключается электродвигатель у этого насоса и прекращается подача мыла в камеру. Насос снова включается в работу, когда остаточное давление в камере восстанавливается на заданном уровне.

На линии, отводящей воду из барометрического конденсатора, установлен термометр с регулятором, который увеличивает или уменьшает подачу воды в конденсатор из напорного бака 20. Уровень воды в этом баке поддерживается постоянным при помо­щи автоматического поплавкового регулятора.

Работа шнек-прессов контролируется при помощи амперметров,. показывающих нагрузку на электродвигатель. Нагрузка выше 40 А' свидетельствует о неисправности пресса. Для ремонта его следует остановить и освободить от мыла, затем найти и устранить неис­правность.

Термометры показывают температуру воды, отходящей из ру­башки рабочей камеры шнек-пресса, и воды, находящейся в ру­башке конической головки.

На некоторых предприятиях все приборы контроля и управле­ния установкой ВСУ вынесены на общий щит, с которого операции осуществляются дистанционно.

Выбор параметров и расчет выхода мыла при сушке. При пуске в работу вакуум-сушильной установки необходимо определить параметры ведения процесса, пользуясь графиком (см. рис. 8). Следует иметь в виду, что при обработке мыла на линии ВСУ концентрация жирных кислот в нем за счет испарения части влаги повышается не менее чем на 5%. Поэтому, если в установку поступает мыло концентрацией 60% жирных кислот, то на выходе из нее оно содержит примерно 65% кислот; если на­чальная концентрация мыла 62%, то в готовом продукте она будет не ниже 67%.

По ТУ на каждый вид мыла потребителю гарантируется содер­жание жирных кислот в куске, вода же является только наполни­телем. Поэтому при выпуске товарного мыла регулируют массу куска мыла по качественному числу.

Для практических целей при выпуске 60%-ного хозяйственного мыла в кусках массой 400 г можно пользоваться следующими дан­ными:

Содержание1 жирных кислот в массе мыла, % 65 66 67 68 69

Масса куска мыла, г 369 364 358 353 348

Получив из лаборатории данные о содержании жирных кислот

В мыльной основе, рабочий по графику (см. рис. 8) определяет

Температуру мыла на входе в вакуум-сушильную установку и остаточное давление, поддерживаемое в системе. Затем на основа­нии предварительных расчетов вставляют в коническую головку шнекового пресса калибр, который регулирует высоту выходящего бруска мыла. В этом случае длина куска мыла остается постоян­ной.

Расчет выхода мыла при сушке осуществляют при определении количества мыльной основы, расходуемой для полу­чения товарного мыла с заданным содержанием жирных кислот; для этого пользуются следующими формулами:

Количество мыльной основы, расходуемой на сушку мыла,

А<о = Мв-г-;

Количество высушенного мыла!

Мв = Мо^г-;

Ак

Где М0 — масса мыльной основы, кг;

Мв — масса высушенного мыла, кг;

В с — масса влаги, испарившейся во время сушки, кг;

Ки — содержание жирных кнслот в мыльной основе, %;

Кк — содержание жирных кнслот в высушеьном мыле, %.

Пример 1. Определить количество 72%-ного хозяйственного мыла, которое получится при высушивании 2400 кг мыльной основы, содержащей 60% жирных

Кислот:

Мв = 2400— = 1997 кг в 72

Пример 2. Определить количество мыльной основы, содержащей 62% жир­ных кислот, необходимой для получения 1500 кг туалетного мыла с содержа­нием 74% жирных кислот, и количество влаги, удаляемой при сушке;

Эксплуатация линии ВСУ. Перед пуском вакуум-сушильной установки проверяют установку ножей, находящихся в вакуум - камере (зазор между стенкой и ножами должен быть не более

0, 1 мм). После этого создают в установке необходимое разреже­ние. Все люки — в сушильной камере, в двухрукавном распредели­тельном бункере, в обоих циклонах и в конденсаторе — должны быть плотно закрыты, все болты затянуты. Так же плотно должны быть стянуты болтами фланцы загрузочного бункера с фланцами шнековых прессов и конической головки с рабочей камерой (для уплотнения иногда рекомендуют обмазывать стыки мылом). За­крывают также краны и вентили на трубопроводе, подающем мыло в вакуум-камеру.

Убедившись в плотности всех соединений, включают в работу поршневой вакуум-насос, предварительно подав в его рубашку охлаждающую воду. Для того чтобы воздух не засасывался в ва­куум-камеру через выходные отверстия в конической головке шнек-пресса, их в момент пуска закрывают специальными эла­стичными пластинами толщиной 4—5 мм. Пластины присасывают­ся к головке и удерживаются на ней до выхода спрессованного мыла.

Когда остаточное давление в вакуум-камере приближается к 5,3—6,7 кПа (40—50 мм рт. ст.), в конденсатор постепенно пуска­ют охлаждающую воду. Температура ее должна быть не менее чем на 5—6°С ниже температуры кипения воды при заданном давлении. Если температура воды будет выше, то она начнет ис­паряться в конденсаторе и никакого разрежения не получится.

После этого прогревают паром и продувают темперировочную ко­лонку, мылопровод, фильтр, насос и форсунки в камере. Включают электродвигатель, приводящий в движение вертикальный вал с ножами и форсунками.

Выполнив эти операции, можно начать подачу мыла в сушиль­ную камеру. Количество подаваемого мыла регулируют при помо­щи вариатора частоты вращения питающего насоса, а при отсут­ствии вариатора — изменением степени открытия крана на пита­ющей трубе. Давление мыла на входе в вакуум-камеру поддер­живается на уровне 0,20—0,25 МПа (2—2,5 кгс/см2). В это время через смотровое стекло проверяют, хорошо ли выходит и распы - ливается мыло через обе форсунки.

В случае засорения одной из них производят повторную про­дувку острым паром.

Включение шнек-пресса осуществляют после того, как над рабочей камерой образуется слой стружки высотой около 600 мм. Пуск шнек-пресса производят в такой очередности: вначале

Подают охлаждающую воду в рубашку шнек-пресса, затем вклю­чают электроподогрев в головке и лишь после этого включают электродвигатель.

Для обеспечения нормальной работы шнекового пресса необходимо следить за равномерной подачей в него мыльной стружки.

Первые порции мыла, выданные шнек-прессом после пуска установки, имеют вкрапления влаги, поверхность бруса неоднород­на. Это мыло отрезают ручным ножом и возвращают для повтор­ной переработки. Когда брусок мыла выходит с ровными краями, плотный и однородный, включают маркировочно-резальный авто­мат. При этом следят за тем, чтобы на каждом куске мыла были получены четкий оттиск и правильный срез.

Предварительное совмещение плоскости резания с промежут­ками между оттисками производится путем проворачивания ведо­мой звездочки цепной передачи на некоторый угол относительно ступицы режущего барабана. Точное регулирование ведется изме­нением положения кулачка, который поворачивается на небольшой угол и крепится в новом положении к ступице барабана.

Самым важным условием устойчивой работы установки ВСУ и получения товарного мыла с заданным содержанием жирных кис­лот является поддержание в заданных пределах температуры мыла на входе в вакуум-сушильную камеру и остаточного дав­ления в ней, а также температуры воды, питающей конден­сатор.

При выработке экономичного мыла в виде ^вермишели» режим работы шнек-прессов несколько изменяется. Коническую головку со шнек-пресса снимают и вместо нее вставляют металлическую решетку, имеющую 8000 конических отверстий диаметром по 1,4 мм на внутренней стороне с переходом на 2 мм на внешней. За решеткой установлен нож, разрезающий проходящую через нее мыльную «вермишель» на кусочки длиной 20—30 мм. Нарезанная «вермишель» падает на ленточный транспортер и обдувается воз­духом, нагретым до 50—60°С для завершения формирования и во избежание слеживания. При этом на ее поверхности образуется сухая корочка, благодаря которой «вермишель» приобретает до­статочную для фасовки сыпучесть.

Остановку линии ВСУ по окончании работы производят в сле­дующей последовательности. Закрывают кран на линии, подающей мыльную основу в фильтр. Прокачивают в вакуум-камеру дозиру­ющим насосом мыло, находящееся в коммуникациях и в темпери - ровочной колонке. После этого закрывают кран на питающей линии. Срабатывают мыльную стружку, накопившуюся в бункере, и открывают воздушный кран на крышке вакуум-камеры. Затем выключают электродвигатели у вакуум-сушильной камеры, шнеко­вых машин и вакуум-насоса. Одновременно выключают электриче­ские грелки в головках шнековых машин и прекращают подачу пара в темперировочную колонку и охлаждающей воды в конден­сатор, в рубашки шнековых машин и вакуум-насоса.

Заключительной операцией является тщательная продувка ост­рым паром всех трубопроводов, фильтров, насоса и темперировоч - ной колонки от остатков мыла.