Фильтрование и транспортирование парфюмерных композиций

§ 3.

Фильтрование и транспортирование парфюмерных композиций

Фильтрованием называется процесс разделения неоднородных систем с твердой дисперсной фазой, основанный на задержании твердых частиц пористыми перегородками, которые пропускают дисперсионную среду. В парфюмерном производстве дисперсионная среда имеется только при фильтровании жидкостей. Процессы промышленного фильтрования могут быть разделены на две группы, различающиеся своеобразием механизма фильтрования.

К первой группе относятся процессы фильтрования с образованием осадка и фильтрования маловязких жидкостей, содержащих значительное количество взвесей. Иногда эти процессы называют шламовым

фильтрованием. Обычно размер пор фильтрующей перегородки больше размера взвешенных частиц, однако только первые порции фильтрата уносят с собой не задержанные перегородкой частицы. В дальнейшем устья пор перекрываются сводами из частиц, которые предохраняют капилляры от засорения. Образуется осадок, толщина которого увеличивается по мере фильтрования. После образования слоя осадка последний начинает играть основную роль, задерживая последующие частицы осадка, размеры которых больше размеров отверстий в осадке. По мере роста толщины осадка увеличивается сопротивление фильтрования и уменьшается ее скорость.

Вторая группа процессов фильтрования — закупорочное фильтрование. Этот процесс происходит тогда, когда размеры частиц малы и количество их невелико. Осаждение в таких суспензиях протекает медленно, и своды над устьями пор не образуются. Твердые частицы проникают в капилляры и застревают там, задерживаясь в результате прилипания или на поворотах. Накапливаясь в порах фильтра, частицы осадка закупоривают их/ По мере увеличения числа закупоренных пор живое сечение фильтра уменьшается и сопротивление растет.

Таким образом, первые порции фильтрата, полученного с новых или очищенных фильтрующих элементов, будут некачественными и нуждаются в повторном фильтровании.

К этой группе фильтрования относится фильтрование парфюмерной жидкости. Духи, одеколоны и душистые воды в процессе их приготовления и отстаивания содержат ряд посторонних примесей, которые должны быть отфильтрованы. Это балластные осадки, образующиеся в результате различных физико-химических процессов между отдельными компонентами парфюмерных жидкостей, при понижении концентрации спирта, взаимодействии компонентов с солями, попавшими вместе с водой, и по другим причинам.

Осадки бывают мелкокристаллические, а также аморфные в виде белковых или восковых образований. Количество посторонних включений сравнительно невелико, но многие из них трудно коагулируются и плохо осаждаются, что делает жидкости мутными. Согласно ГОСТ 17237—71 и 17236—71, температура помутнения духов и одеколонов, т. е. критическая температура появления взвеси, должна быть не выше 5 °С, а для высших сортов продукции не более 3 °С.

Для фильтрования парфюмерно-косметических изделий применяются фильтры различных конструкций. Фильтры, выпускаемые промышленностью, бывают периодического и непрерывного действия. По величине рабочего давления они подразделяются на вакуум-фильтры и фильтры, работающие под давлением. В качестве фильтрующих перегородок в фильтрах применяются хлопчатобумажные, льняные и шерстяные ткани, верблюжье полотно, а также асбестовые, целлюлозные пластины, а в последнее время — пленки из перлона.

Основные требования, предъявляемые к фильтрам парфюмерно-косметического производства, - невосприимчивость запаха, герметичность, хорошая фильтрующая способность, особенно для жидкостей с малым количеством твердых осадков, какими являются парфюмерные жидкости.

Ранее в парфюмерной промышленности широко использовались фильтры ’’Симонетон”, в которых в качестве фильтрующих элементов используются диски из бельтинга, надетые на перфорированный стержень. Однако большие потери жидкости (4-5 кг при каждой перезарядке), наличие ворсинок в отфильтрованной жидкости в результате отделившихся волокон бельтинга, а также трудности перезарядки из-за большой массы фильтров делают их малоэффективными.

Коллективом фабрики ’’Новая Заря” создан так называемый гильзовый фильтр, в котором в качестве фильтрующих элементов использованы фильтры тонкой очистки. Фильтрующий элемент представляет собой цилиндрическую гильзу, состоящую из внутренней латунной сетки или спирали, на которую плотным слоем намотана хлопчатобумажная пряжа. Между сеткой и пряжей имеется прокладка из фильтровальной бумаги.

Небольшие размеры и масса гильзовых фильтров в сочетании со значительным экономическим эффектом от снижения потерь жидкостей обеспечили широкое применение их для фильтрования парфюмерных жидкостей. В настоящее время гильзовые фильтры используются на большинстве действующих парфюмерных фабрик и предусматриваются в проектах строящихся предприятий.

Считается целесообразным перед фильтрованием жидкости предварительно слить 20—30 кг ее вместе с осадком из отстойного бака. Слитую жидкость вместе с осадком фильтруют отдельно от общей массы жидкости на складчатых фильтрах.

Предварительный слив жидкости с отстоем увеличивает массу фильтрата, полученную с одного фильтра, примерно в 4 раза, при одновременном росте скорости фильтрования. Это объясняется тем, что в случае предварительного слива жидкости исключается процесс обволакивания фильтрующих элементов, имеющих сравнительно небольшую поверхность (в гильзовых фильтрах 0,029 м2 на один фильтр), вязким мазеобразным осадком. Таким образом, предварительное сливание и обработка отстоя вполне оправданы.

Известно, что движущей силой процесса фильтрования является разница между давлением жидкости над слоем и давлением этой жидкости при выходе ее из фильтрующего слоя. Для большинства духов оптимальная разность давлений равна 0,15—0,2МПа, так как дальнейшее ее повышение приводит к незначительному возрастанию скорости фильтрования. Это, по-видимому, объясняется сжатием пор фильтрующего элемента, уплотнением осадка и ростом в результате этого сопротивления фильтрованию. Для массовых сортов одеколонов, у которых концентрация душистых веществ в 3—10 раз меньше, чем у духов, при дав-лении до 0,4 МПа зависимость скорости фильтрования от разности давления близка к линейной. Однако предпочтительной следует считать разность давлений 0,2—0,3 МПа, так как при более высокой разности давлений часты случаи ’’пробоя” фильтра в месте примыкания фильтрующего элемента к трубной решетке из-за недостаточной плотности соединения. Увеличение же сжатия фильтрующего элемента ведет к перекосу прядей и неравномерному сжатию пор фильтра, что ухудшает условия фильтрования.

Оптимальные значения скоростей фильтрования для различных духов и одеколонов при давлении 0,15 МПа колеблются в среднем от 90 до 220 кг/ч через одну гильзу. Скорость фильтрования парфюмерных жидкостей увеличивается пропорционально перепаду давления, создаваемому на фильтре. Под скоростью фильтрования W [в м3/(м2-С)] понимают количество фильтрата, полученного с единицы площади фильтра в единицу времени, прямо пропорционально перепаду давления Др, обратно пропорционально вязкости фильтра д и общему гидравлическому сопротивлению осадка и фильтрующей перегородки Rпер.

Под удельным сопротивлением осадка г понимают сопротивление слоя толщиной 1 м и площадью основания 1 м2 и выражают в ыС'1. Разница давлений в фильтрах создается в результате применения насосов, вакуума или сжатых инертных газов. Обычно отдается предпочтение первому. В тех случаях, когда разность давлений создается с помощью насоса для регулирования давления, параллельно с ним монтируют байпасную трубу с краном и манометром, соединяющую всасывающую часть трубопровода с нагнетательной. Благодаря такому монтажу при открывании соответствующего крана на байпасной трубе часть жидкости может быть возвращена к насосу и этим подача жидкости на фильтр может быть уменьшена, а следовательно, и снижено давление на фильтр.

Транспортировка парфюмерных жидкостей (между аппаратами, подача на фильтрование, возврат жидкости) осуществляется пятью способами: слив самотеком; перекачивание насосами; перемещение инерт-ным газом с помощью монтежю; с помощью вакуума, в емкостях, перемещаемых на тележках и подъемниках.

Ранее используемая транспортировка с помощью сжатого воздуха недопустима не только из-за окисления парфюмерных жидкостей, но и из-за возможной взрывоопасности.

Внутрицеховая транспортировка осуществляется по трубопроводам и шлангам. Стационарные трубопроводы монтируются с соответствующими уклонами для полного слива жидкости, исключающими возможность смешивания различных жидкостей. Материалами для трубопроводов являются нержавеющая сталь, эмалированная сталь, винипласт, стекло и другие некоррозирующие материалы.

Кроме стационарных трубопроводов, используются переносные шланги. Шланги изготавливаются из полимерных смол или специальной резины, устойчивых к эфирным маслам и спирту. Иногда отдают предпочтение шлангам, так как, во-первых, потери жидкости при использовании их всегда меньше, чем при применении для этих целей разветвленной сети трубопроводов, во-вторых, шланги легче промыть, что исключает возможность смешивания запахов, особенно, если последние закреплены за определенными жидкостями.

К неудобствам пользования шлангами можно отнести следующие: применение ручного труда, некоторое ухудшение санитарного состояния цеха, относительная громоздкость и неудобства в работе. В последние годы при строительстве новых парфюмерных фабрик в цехах подготовки парфюмерных жидкостей предусматривается разветвленная сеть трубопроводов, что обеспечивает большую производительность и мобильность этих цехов.

Каждый из перечисленных способов транспортировки жидкостей имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее удобен первый способ (слив самотеком): наблюдаются наименьшие потери жидкости, исключается возможность засорения или смешивания жидкостей, наименьшие затраты электроэнергии, но он имеет крайне ограниченное применение (только в тех случаях, когда цех подготовки жидкостей по высоте находится над цехом фасовки, кроме того, он совершенно неприменим для внутрицеховой транспортировки жидкостей).

В современных условиях наиболее распространенным способом является способ транспортировки жидкости с помощью насоса. Он позволяет транспортировать жидкости независимо от расположения аппаратуры, подавать их на фильтрование, осуществлять межцеховую транспортировку, т. е. этот способ наиболее универсален и прогрессивен, так как расходы электроэнергии на транспортировку малы и габаритные размеры аппаратуры невелики. Однако этот способ имеет следующие недостатки:

возможность оставления в трубопроводе за насосом после перекачивания столба жидкости, которую необходимо сливать во избежание смешивания с другой жидкостью;

потери жидкости при перекачивании, осушка трубопровода, потери в сальниках насоса и др.;

необходимость установки электродвигателей во взрывоопасном цехе и принятие соответствующих мер пожарной безопасности.

Третий и четвертый способы — перемещение с помощью вакуума — удобны тем, что в цехе отсутствуют электрические коммуникации, двигатели, пусковая аппаратура и т. д., а также тем, что трубопроводы после перемещения жидкости остаются пустыми.

Недостатками этих способов являются наибольшие потери. Загрязнения и пожароопасности можно избежать, если перемещение производить инертными газами.

Пятый способ транспортировки применим в основном для парфюмерных жидкостей высших сортов, которые вырабатываются в малых количествах. Несмотря на некоторое преимущество (исключение возможности смешивания жидкости), этот способ имеет много недостатков: малая производительность, громоздкость оборудования, применение ручного труда и т. д.

При проектировании и строительстве новых парфюмерных фабрик предусмотрена система автоматической транспортировки парфюмерных жидкостей на фасовку из цеха подготовки жидкостей, суть которой заключается в том, что жидкости подаются насосом в мерники, находящиеся над разливочной установкой. Мерник снабжен мерным стеклом с поплавком, оснащен системой электромагнитных датчиков и усилителей, связанных с двигателем насоса. Парфюмерная жидкость после фильтрования поступает в сборник. В начале смены разливщица включает насос со своего рабочего места, а затем питание жидкостью поддерживается автоматически.

В случае отказа системы автоматики в верхней части мерника устанавливается переливная линия в сборник жидкости. По этой же линии также сливается неиспользованная жидкость из мерника.

Каждый фасовочный конвейер имеет две изолированные транспортные системы, которые могут работать параллельно или последовательно. Системы работают параллельно в том случае, когда на конвейере одновременно фасуются две различные жидкости, т. е. при выработке парфюмерных наборов. Последовательность работы системы может быть достигнута путем переключения насоса и переливной линии с одного сборника на другой.

Внедрение системы автоматической транспортировки жидкостей в отделение фасовки позволяет снизить трудовые затраты, а главное обеспечить бесперебойное снабжение жидкостью фасовочных конвейеров и автоматических линий розлива.

При фасовке парфюмерных жидкостей на поточных линиях или конвейерах контролеры по каким-либо причинам отбраковывают, т. е. снимают с технологического потока, уже заполненные флаконы. Слитая из этих флаконов жидкость возвращается обратно в цех подготовки

или фильтруется на установке, непосредственно связанной с расходным баком разливочной линии. Такую жидкость обычно называют возвратной жидкостью. Причины возникновения возвратной жидкости различные: помутнение ее во флаконах из-за наличия в них воды; загрязнение в результате применения загрязненных флаконов или непромытой аппаратуры; бой флаконов; наличие в них дефектов (сколы, пузыри, трещины и т. д.), иногда даже несоответствие цвета жидкости эталону.

Возвратная жидкость, как правило, бывает не только загрязненной, но и несколько меньшей концентрации в результате частичного испарения спирта и разбавления водой при розливе в мокрые флаконы. Поэтому в цехе приготовления жидкостей ее доводят по концентрации до стандартной, добавляя расчетное количество спирта, фильтруют и вновь проверяют ее качество. После исправления ее вновь возвращают на фасовку.

В некоторых случаях в мерниках над разливочными установками остается некоторое количество парфюмерной жидкости, которая по тем или иным причинам не может быть разлита во флаконы. Обычно это организационные неувязки, излишне переданное количество жидкости по сравнению с расчетным, отсутствие флаконов, этикеток, футляров и т. д. В этих случаях жидкость по массе также возвращается в цех приготовления жидкостей, но это качественный продукт, не подлежащий в последующем исправлению, и называется неиспользованной жидкостью.

Возвратную и неиспользованную жидкости точно учитывают по массе и концентрации и данные записывают в журнале передачи жидкостей на фасовку.