层状硅酸钠的生产工艺.docVIP

层状硅酸钠的生产工艺设计 摘 要 关键词 层状硅酸钠 洗涤助剂 工艺设计 前 言 洗涤剂是用量较大的日化产品，我国现年产量超过300万t 。三聚磷酸钠(以下简称STPP) 是迄今为止用量最大、助洗性能较好的洗涤剂用助剂，但其使用也有较大的副作用，尤其是洗涤使用后排放废水的富磷化问题一直受到人们的关注。世界各国多年来不断致力于STPP各种替代品的研究，如已报道的复合碳酸盐、各种沸石、偏硅酸钠、柠檬酸钠、氮川三醋酸钠(NTA) 、羧甲氧琥珀酸三钠(CMOS) 、聚丙烯酸盐、结晶性层状硅酸钠等，但从性能、价格、环境卫生等各方面综合比较，目前得到公认的代磷助剂仅有4A 沸石、层状硅酸钠、柠檬酸钠、偏硅酸钠和NTA 等[，。以上品种在性能和应用等方面各有特点，其中层状硅酸钠是目前在性能、价格等方面能同STPP、4A 沸石等竞争的品种，结合钙、镁离子能力强，用于洗涤剂组分易浓缩化缓冲和贮存稳定性好[3]， 并且可用于机洗餐洗剂中[4，5]，具有较好的发展前景[6，7。结晶性层状硅酸钠(简称层硅下同) 是具有一定水溶性的白色晶体粉末，水溶液显碱性，一般式可用Na2O?nSiO2?xH2O (n为2 ，为2) 表示，有α、β、γ、δ相4种晶体结构形式。其中，α和β相的层硅热力学性质稳定，容易生成，但离子交换能力较低；δ相层硅由无定形硅酸钠高温结晶而成，具有较好的离子交换能力。大量实验表明，用做洗涤助剂的层硅δ相组成一般以大于80 %为好,层硅可以部分或完全替代STPP ；并且由于其具有良好吸附性， 也是制备新型干燥剂的原料。因此，了解δ相结晶性层状硅酸钠的性能和生产工艺是必须的。 设计层硅生产工艺流程，并提供所需的装置设计的基础数据，运用流体力学和传热传质学等理论知识对过程进行数学描述。由此可为搅拌式反应器、干燥装置等设备的确定提供依据，从而进一步为实现层硅工艺的优化设计提供有效的设计手段和方法。 1.1 洗涤助剂发挥的功能及要求 　洗衣粉由表面活性剂、助剂、漂白剂和辅助助剂等组成。助剂的概念不能理解为在洗涤中起辅助作用，恰恰相反，许多助剂在洗涤中往往起着核心作用，所以凡是有助于洗涤作用的物质都统称洗涤助剂。总的来说，洗涤助剂应具备以下功能1) 从水、被洗涤物、污垢中排除碱土金属离子，具备pH缓冲能力，在多次循环洗涤中发挥有效作用；2) 具备抗再沉积能力,防止污垢在被洗物上再沉积和在洗涤介质中沉淀；3) 在洗涤中增强和促进表面活性剂的活性，促使污垢在洗涤介质中分散或乳化，对颜料和油脂有特效的清除作用，满足稳定泡沫的要求；4) 具备化学稳定性、工业易处理性、复配性和吸水性，以及色泽、气味的理化要求；5) 具备安全性和环保性。对于上述功能，不是哪一种助剂能完全具备的，配方中往往是几种助剂配合，发挥协同效应。在应用中要尽量选用多功能助剂，减少原料种类，简化生产环节。层硅已被实验证明是一种多功能助剂[8。 层硅主要用做洗涤助剂，以不同工艺条件对层硅钙离子交换性能影响作为考察依据，进行不同条件的实验讨论。根据讨论可知，控制n(SiO2)/n(Na2O)=1.82、煅烧温度650700℃、煅烧时间1030min ，样品参照QB1768-93方法，在35 ℃、交换20min 条件下，最大钙离子交换量(以CaCO3计)为369mg/ g ，最大镁离子交换量(以MgCO3计)为450.4mg/ g[8]。 1.2.1 离子交换性能 在层硅晶体结构中，硅和氧之间结合起着骨干作用，它们有序排列，彼此相连形成层状构造，每层之间由相互作用较弱的钠阳离子相接，这些钠阳离子易与水溶液中的钙、镁、铁、铜等金属阳离子进行交换，生成更加稳定的网状结构，并使交换能够进行到底。实验表明，层硅加入到普通硬水中后，对钙、镁离子交换能力强，水质软化彻底。为此，参照4A沸石方法QB1768-93 ，用C(CaCl2 ) = 0.05mol/ L和C(MgCl2) = 0.05mol/ L 标准溶液分别测定层硅对钙、镁离子交换能力。层硅结合钙、镁离子速度很快，样品在35 ℃、2min 对钙、镁离子结合能力等同于常用代磷助剂4A 沸石35 ℃、20 min 水平[8]。层硅还在较宽的温度范围内具有较好的离子交换能力，尤其是低温交换能力好，这种性能非常适于合成洗涤剂低温洗涤趋势的要求。 1.2.2 吸附及稳定性 层硅晶体结构中有大量Si-O共价键，对水和其它含不饱和键的物质具有较好的吸附能力。层硅的吸水能力可间接地判断其同其它物质相混合后的充填流动性和复配性能，并且较高的吸附率对层硅的二次加工和应用具有较好的实际意义。通过在不同条件下层硅的吸水实验可以看出，在常温、饱和盐水形成的高湿度环境中，层硅最大吸水增重量可达原样重的90 %。 测定吸水后层硅的钙离子交换能力可