علمي ـ پژوهشي

بهينهسازي فرايند گرانول کردن ذرههاي سديم پرکربنات در بسترسيال مخروطي با افشانه بالا

سعيد توکلي، فرامرز هرمزي*+
سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسي شيمي، نفت، گاز

چكيده: هدف اين مطالعه، بهينه سازي فرايند گرانول کردن ذرههاي سديم پرکربنات در يک بسترسيال مخروطي با افشانه از بالا بود. ذرههاي گرانول با اتصال ذرههاي سيال شده توسط محلول آبي سديم پرکربنات، بهدست ميآيند و ويژگيهاي فيزيکي گرانول مانند اندازه ذرهها و توزيع اندازه آنها بهبود مييابند .عاملهاي مورد بررسي در طراحي آزمايش ،دماي هواي سيال کننده) T(، فشار پاشش )P(، مقدار محلول اتصالدهنده )M( و غلظت محلول اتصال دهنده )C( بودند. طرح آزمايش به روش پاسخ سطح) RSM( انجام شد و از نرمافزار Design Expert نسخه 7 استفاده شد .نتيجهها نشان دادند که با افزايش دماي هواي سيال کننده و فشار پاشش، اندازه ذره کاهش و با افزايش مقدار محلول و غلظت اتصالدهنده، اندازه ذره افزايش يافت. روشRSM توانايي تعيين بازهاي براي بهترين شرايط توليد اندازه قابل پذيرش گرانول دارد. در اين مطالعه، رابطهاي تجربي براي اندازه گرانول ، بر حسب متغيرها ارايه شد
واژههاي كليدي: بسترسيال مخروطي؛ گرانول کردن؛ سديم پرکربنات؛ بهينهسازي؛ اندازه ذره.
KEYWORDS: Conical fluidized bed; Granulation; Sodium percarbonate; Optimization; Granule
size.

مقدمه
گرانول کردن فرايند بزرگ کردن اندازه ذرهها است که در طي آن ساخت کاتاليستها و توليد پودرهاي شوينده از ديگر کاربردهاي ذرههاي اوليه به ذرههاي بزرگتر )کلوخه( تبديل ميشوند فرايند گرانول کردن است.
)شکل 1( و ازلحاظ فيزيکي کلوخههاي قوي ايجادشده در ميان بررسي آزمايشگاهي فرايند پوششدهي پودر سديم پرکربنات ذرههاي اوليه قابلشناسايي هستند .گرانول کردن در صنايع با محلول سديم سيليکات در بسترسيال با افشانه از بالا توسط گوناگوني مانند صنايع دارويي، غذايي، شيميايي و … کاربرد دارد .ارجمندي و همکاران]1[ موردمطالعه قرار گرفت. مدلسازي و در صنايع دارويي براي بهبود ويژگيهاي ناخواسته پودر عامل شبيهسازي بسترسيال گرانولساز، براي ذرههاي آلومينيوم اکسيد دارويي فعال)1( )API( و گرانول کردن آن با ساير مواد جانبي دارويي)2( در بستر نوع ورستر با استفاده از DEM-CFD و نرمافزارهاي Fluent انجام ميشود. در صنايع شيميايي و پتروشيمي گرانول کردن کودها، و EDEM توسط فرايز و همکاران)3( ]2[ صورت گرفته است .

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
)1( Active pharmaceutical agent )3( Lennart Fries et al
)2( Excipients
196
1397-1928

شکل 1ـ فرايند گرانول کردن ذرهها با استفاده از مايع اتصال دهنده و مرحلههای ايجاد پل مايع، پل جامد و ساختار گرانول.

مدلسازي گرانول کردن مذاب بسترسيال سيليکون با افشانه از بالا با استفاده از روش پاسخ سطح توسط الکسيک و هم )کاران1( ]3[
انجام شد. مدلسازي گرانول کردن بسترسيال نوع ورستر با استفاده از حلقه مارکو)2( توسط کاتاک و )همکاران3( ]4[ انجام شد.

)1( Aleksic et al )6( Hemati et al )2( Markov chain )7( Walker )3( Catak et al )8( Chen et al
)4( Seo et al )9( Tan et al
)5( Hydroxyl propyl methylcellulose )11( Ziyani

191
اثر غلظت متوسط اتصالدهنده بر اندازه ميانگين گرانولها در گرانول ساز بستر سيال با افشانه از بالا توسط سو و )همکاران4( ]5[ مطالعه شد. آنها نشان دادند که همچنان که متوسط غلظت اتصالدهنده ،يعني، مقدار پودر هيدروکسيل پروپيل متيل سلولوز)5( حلشده در محلول افزايش يابد اندازه ميانگين گرانولها نيز افزايش مييابد. پوشش دهي و گرانول کردن ذرههاي جامد بهوسيله محلولهاي آبي پليمرها يا نمکهاي معدني در بستر سيال با افشانه از بالا توسط همتي و )همکاران6( ]6[ مطالعه شد. آنها نتيجه گرفتند که کاهش اندازه قطره ايجادشده در اثر افزايش شدت جريان جريان هواي افشانه، موجب پوشش يکنواخت سطح ذرههاي جامد ميشود. اثر متغيرهاي فرايندي همچون مقدار اتصالدهنده بر گرانول کردن پودرهاي دارويي توسط واکر و )همکاران7( ]7[ موردمطالعه قرار گرفت. آنها نتيجه گرفتند که افزايش مقدار ماده اتصالدهنده موجب حذف سياليت بستر ميشود. گرانول کردن پودرهاي چسبنده گروه C در طبقه بندي گلدارت در بستر سيال با افشانه از بالا توسط چن و )همکاران8( [8] موردمطالعه قرار گرفت. آنها نتيجه گرفتند که افزايش شدت جريان افشانه نازل هنگاميکه غلظت اتصالدهنده و همچنين مقدار اتصالدهنده ثابت باشد، موجب اندازه ميانگين بزرگتر گرانول خواهد شد. افزايش غلظت اتصالدهنده درحاليکه مقدار اتصالدهنده ثابت باشد و بنابراين کاهش مقدار کلي آب ،موجب افزايش اندازه گرانول ميشود. بهکارگيري مقدارهاي بيشتر اتصالدهنده درحاليکه غلظت ثابت باشد موجب افزايش اندازه گرانول ميشود. سينتيک گرانول کردن بسترسيال با بررسي تأثير متغيرهاي فرايندي بر گرانولها در بستر سيال با افشانه از بالا توسط تان و )همکاران9( ]9[ مطالعه شد. آنها اثر مقدار ماده اتصالدهنده را بر سينتيک رشد فرايند مطالعه کردند و فهميدند که افزايش مقدار ماده اتصال دهنده، نرخ رشد گرانول را افزايش ميدهد.
مقدار زياد ماده اتصالدهنده موجب افزايش نرخ برخورد بين ذرهها و قطرهها اتصالدهنده شده و بنابراين سرعت کلوخه سازي را بالا ميبرد. سپس آنها پيشنهاد کردند که مقدار اتصالدهنده مرحله تعيينکننده در کل فرايند است. استفاده از طراحي آزمايشها براي بهينهسازي فرايند گرانول کردن بسترسيال مالتودکسترين در بستر سيال مخروطي با افشانه از بالا توسط زيان )ي11( و همکاران ]11[ انجام شد. آنها متغيرهاي شدت جريان هواي سيال کننده، دماي هوا خشککننده ، فشار هواي نازل و شدت جريان محلول چسبنده را در نظر گرفتند .
اندازه گرانول و توزيع اندازه ذره بهعنوان پاسخ انتخاب شدند. آنها نتيجه گرفتند که بهترين شرايط عملياتي شامل شدت جريان هواي سيال کننده کم، دماي سيال خشککننده زياد، فشار افشانه زياد و شدت جريان محلول اتصالدهنده زياد است. آنها نتيجه گرفتند که تأثير اين متغيرها بر فرايند گرانول کردن بسيار مهم است .
در اين مقاله به بررسي فرايند گرانول کردن ذرههاي سديم پرکربنات با محلولي آبي از غلظتهاي گوناگون سديم پرکربنات، در سامانه بسترسيال مخروطي با افشانه از بالا و طرح آزمايش به روش سطح پاسخ پرداختهشده است. اين کار روشي نوين براي توليد پودرهاي شوينده است و در صنايع پودرهاي شونده کاربرد دارد .همچنين متغيرها ديگري مانند دماي هواي سيال کننده، فشار هواي نازل و مقدار محلول اتصالدهنده موردبررسي قرارگرفته است.

بخش تجربي ماده
پودرهاي شوينده ازجمله موادي هستند که امروزه بهشدت مورداستفاده قرار ميگيرند و ازاينرو هرروزه تلاشهاي بيشتري براي افزايش کارايي آنها صورت ميگيرد. پودرهاي لباسشويي، از بيش از 11 ماده اوليه تشکيلشدهاند که دراينبين از سديم پرکربنات بهعنوان عامل سفيدکننده استفاده ميشود. سديم پر کربنات
با فرمول) 2Na2CO3,3H2O( يک ترکيب افزايشي از سديم کربنات و هيدروژن پراکسيد است. اين ترکيب بهصورت يک شکل پايدار از هيدروژن پراکسيد قليايي است و از لحاظ محيط زيستي يک ترکيب مناسب است. در اينجا از نمونههاي صنعتي پودر سديم پرکربنات، براي گرانول سازي استفاده شد. توزيع اندازه پودر اوليه سديم پرکربنات در شکل 2 آمده است. اندازه ذرهها در بازه 45-351 ميکرون و متوسط اندازه آنها 195 ميکرون بود. شکل 3 تصوير ذرههاي پودر اوليه سديم پرکربنات را با بزرگ نماييهاي گوناگون نشان داده است.

دستگاه
در اين کار، فرايند گرانول کردن بهوسيله يک گرانولساز بسترسيال مخروطي انجام شد. اين سامانه از نوع افشانه از بالا
است. شماي دستگاه در شکل 4 نشان دادهشده است .
بدنه مخروطي شکل آن از جنس فولاد ضدزنگ)1( است. قطر قسمت انتهايي آن 21 سانتيمتر، قطر قسمت ابتدايي 41 سانتيمتر و ارتفاع بستر 81 سانتيمتر است. بر روي بدنه دو قسمت شيشهاي بهمنظور
-4305238965

111

01

31

11

21

1

کسر
ذره

ها
درصد
)
(

111

01

31

11



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید