Розділення фаз при лужній нейтралізації жирів в системі полярних розчинників

УДК 665.12
П.Ф. ПЕТІК, канд. техн. наук, УкрНДІОЖ НААН України, Харків,
І.П. ПЕТІК, канд. техн. наук, УкрНДІОЖ НААН України, Харків

В статті розглянуто результати дослідження процесу розділення емульсії «нейтралізуючий розчин:олія» за різних співвідношеннях компонентів системи полярних розчинників під час лужної нейтралізації жирів.
Ключові слова: нейтралізація, жирні кислоти, гліцерин, етанол, емульсія.

Вступ

Олійно-жирова галузь у нашій країні працює в умовах зростання вартості сировинних та енергетичних ресурсів. Сформовані ринкові умови практично виключають реалізацію нерафінованих олій і жирів, тому актуальною є розробка пропозицій по інтенсифікації процесів рафінації [1].

Однією зі стадій рафінації олій та жирів є нейтралізація – спеціальна технологічна обробка з метою зниження вмісту в них вільних жирних кислот. Нейтралізація олій і жирів заснована на виборчій здатності вільних жирних кислот взаємодіяти з лугами і утворювати солі жирних кислот – мила [2].

Аналіз літературних даних і постановка проблеми

В промисловості поширена і вважається ефективною рафінація олій та жирів у мильно-лужному середовищі. Сутність даного способу рафінації полягає втому, що олія, яка нейтралізується, в крапельно-діспергірованому стані розподіляється у водно-лужному розчині, де відбувається взаємодія вільних жирних кислот олії з лугом і безпосередньо за цим протікає розчинення мила в лужному розчині, після чого звільнена від мила крапля олії або жиру спливає наверх; на межі розділу з мильно-лужним розчином відбувається коалесценції олійних крапель в суцільний шар. Цей спосіб відрізняється максимальним зближенням, майже повним суміщенням реакції нейтралізації вільних жирних кислот з подальшим процесом розчинення мила, що утворюється [3]. Однак на межі розподілу рафінованої олії та мильно-лужного розчину утворюється шар емульсії, і це змушує знижувати подачу олії, а для усунення емульсійного шару переривати процес для видалення цього шару.

Ще один недолік методу нейтралізації в мильно-лужному середовищі – утворення розбавлених соапстоків [4]. Отже, проблема дослідження процесу нейтралізації олій та жирів в мильно-лужному середовищі і розробка ефективної ресурсозберігаючої технології нейтралізації з одержанням конкурентоздатної продукції є актуальною.

У попередніх роботах нами обґрунтовано оптимальний склад основи нейтралізуючого розчину для нейтралізації олій і жирів у водно-лужному середовищі щодо поверхневого натягу і щільності, до складу якої входили з полярні розчинники – етанол і гліцерин.

Функція етанолу у складі основи нейтралізуючого розчину полягає у зниженні величини поверхневого натягу водної фази. Від величини поверхневого натягу основи нейтралізуючого розчину залежать поверхнево-активні властивості нейтралізованих жирних кислот (мил).

При низькому поверхневому натязі мила практично не виявляють поверхнево-активних властивостей. Завдяки цьому гідрофобна фаза (жир, олія) не переходить до соапстоку, і таким чином практично виключаються відходи жиру при його нейтралізації.

В свою чергу, функція гліцерину полягає у збільшенні густини водної фази. Від величини густини основи залежить швидкість коалесценції крапель нейтралізованої олії.

При високій густині нейтралізований жир (олія) швидше коалесцює на поверхні нейтралізуючого розчину, і таким чином зменшується час нейтралізації і енерговитрати на поділ фаз.

Дана розробка дозволяє підвищити ефективність нейтралізації олій у мильно-лужному середовищі, а саме підвищити концентрацію соапстоку і знизити вміст у них нейтрального жиру при нейтралізації олій і жирів у водно-лужному середовищі [5].

Мета дослідження – встановлення кількісної залежності часу процесурозділення емульсії нейтралізуючий розчин : олія при різних співвідношен-нях компонентів системи вода – гліцерин – етанол (ВГЕ) для обґрунтуванняоптимального складу основи нейтралізуючого розчину з полярними розчин-никами щодо ефективності нейтралізації олій в мильно-лужному середовищі.

Експериментальні дані та їх обробка
Експерименти з дослідження часу проведення нейтралізації і розділення емульсії «нейтралізуючий розчин : олія» при різних співвідношеннях компонентів системи ВГЕ проведено відповідно до плану експерименту "склад – властивість" (таблиця).


експерименту
Концентрація компонентів нейтралізуючого розчину, об. долі час, τ,
хв.
етанол, сЕ гліцерин, сГ вода, сВ
1 1 0 0 30
2 0 1 0 70
3 0 0 1 65
4 0,66 0,33 0 35
5 0,33 0,66 0 40
6 0 0,66 0,33 65
7 0 0,33 0,66 60
8 0,66 0 0,33 40
9 0,33 0 0,66 45
10 0,33 0,33 0,33 35

Таблиця 1 – План експерименту і результати досліджень впливу співвідношення компонентів системи вода-гліцерин-етанол на час проведення нейтралізації і розділення емульсії нейтралізуючий розчин:олія

У якості факторів прийняті концентрації компонентів нейтралізуючого розчину, функцією відгуку є час проведення нейтралізації і розділення емульсії. Концентрація нейтралізуючого агенту в модельних зразках нейтралізуючого розчину складала 0,15 г/л, температура процесу – 50 °С. Результати досліджень процесу розділення емульсії «нейтралізуючий розчин – олія» прирізних співвідношеннях компонентів системи ВГЕ наведено на рис. 1.
lygna_nejtralizacia
Рисунок – Діаграма залежності часу проведення нейтралізації і розділення емульсії нейтралізуючий розчин : олія від співвідношення компонентів нейтралізуючого розчину: СЕ – концентрація етанолу, об. долі; СГ – концентрація гліцерину, об. долі; СВ – концентрація води, об. долі.

Рівняння регресії даної залежності має вигляд:
τ(СЕ, СГ, СВ) = 33,1•СЕ + 70,3•СГ + 64,6•СВ – 70,7•СЕ•СГ – 35,4•СЕ•СВ – 28,9•СГ•СВ, де СЕ – концентрація етанолу, об. долі; СГ – концентрація гліцерину, об. долі; СВ – концентрація води, об. долі.

В результаті досліджень визначено діапазон співвідношень компонентів нейтралізуючого розчину, при якому час розділення емульсії нейтралізуючий розчин:олія знаходиться в інтервалі 30 – 35 хвилин, при цьому знижується його вартість у порівнянні з етанолом.

За наведеним рівнянням розраховано значення часу розділення емульсії нейтралізуючий розчин:олія τopt при визначених значеннях концентрацій компонентів: СЕ = 0,30; СГ = 0,40; СВ = 0,30. В даній точці для перевірки адекватності отриманого рівняння регресії проведено експеримент та графічно визначено час розділення емульсії, який має значення τексп = 32 ± 1 хв.

Перевірка за критерієм Ст’юдента при рівні значущості α = 0,05 показала, що отримане рівняння є адекватним експерименту.

Висновки

Запропоновано і обґрунтовано компонентний склад системи вода-гліцерин-етанол, що підвищує ефективність нейтралізації жирів в мильно-лужному середовищі.

Встановлено кількісну залежність часу проведення нейтралізації і розділення емульсії нейтралізуючий розчин : олія від співвідношення компонентів нейтралізуючого розчину (води, етанолу і гліцерину) для обґрунтування раціонального складу системи ВГЕ щодо ефективності нейтралізації жирів.

Підтверджено пріоритет використання даної системи в нейтралізації олій системи вода-гліцерин-етанол зі співвідношенням 30 : 40 : 30 відповідно.

Список літератури:
1. Каретникова В.С. Экономика и предпринимательство масложировогокомплекса Украины: учеб. пособие / В.С. Каретникова, В.Г. Кухта. – Х.: НТУ «ХПІ», 2003. – 340с.
2. Азнаурьян М.П. Современные технологии очистки жиров, производства маргарина и майонеза/ М.П. Азнаурьян, Н.А. Калашева. – М.: Пищевая промышленность, 1999. – 368 с.
3. Арутюнян Н.С.Рафинация масел и жиров: Теоретические основы, практика, технология, оборудование /Н.С. Арутюнян. – С.-Пб.: ГИОРД, 2004. – 288 с.
4. Белобородов В.В. Кинетика выведения свобод-ных жирных кислот из масел в мыльно-щелочной среде / В.В. Белобородов, B.C. Стопский // Мас-ложировая промышленность. – 1986. – № 9. – С. 18 – 21.
5. Петік І.П. Вплив компонентного скла-ISSN 2079-0821. Вісник НТУ «ХПІ». 2014. № 28 (1071) 107ду основи нейтралізуючого розчину на його характеристики / І.П. Петік, Ф.Ф. Гладкий, З.П. Фе-дякіна // Вісник НТУ «ХПІ». – 2011. – № 58. – С. 31 – 35.

References:
1. Karetnikova V.S. Economy and business oil and fat complex of Ukraine: Textbook. Allowance/ V.S. Karetnikova, V.G. Kuchta. – Kharkiv.: NTU “KPI”, 2003. – 340 р.
2. Aznauryan M.P.Current technologies to clean fats, margarine and mayonnaise / M.P. Aznauryan, N.A. Kalasheva.– Moscow.: Food Industry, 1999. – 368 р.
3. Harutyunyan N.S. Refining and other oils and fats: Theoreticalfoundations, practice, technology, equipment / N.S. Harutyunyan. – St. Peterburg: GIORD, 2004. –288 р.
4. Byeloborodov V.V. Kinetics of removal of free fatty acids from the oils in the soap-base delirium/ V.V.Beloborodov, B.C.Stopsky // Oil Industry. – 1986. – № 9. – P. 18 – 21.
5. Petіk І.P. Effect of componentcomposition bases neutralizing solution on its characteristics / І.P. Petіk, F.F. Gladkiy,Z.P. Fedyakіna // Visnyk NTU “KhPI.” – 2011. – № 58. – P. 31 – 35.

Надійшла до редколегії (Received by the editorial board) 14.05.14

УДК 665.12
Разделение фаз при щелочной нейтрализации жиров в системе полярных растворите-лей / П.Ф. ПЕТИК, І.П. ПЕТИК // Вестник НТУ «ХПИ». – 2014. – № 28 (1071). – (Серия: Химия, химическая технология и экология). – С. 103 –107. – Библиогр.: 5 наим. – ISSN 2079-0821.

В статье рассмотрены результаты исследования процесса разделения эмульсии «нейтрализующий раствор: масло» с различными соотношениями компонентов системы полярных растворителей при щелочной нейтрализации жиров.

Ключевые слова: нейтрализация, жирные кислоты, глицерин, этанол, эмульсия.

UDC 665.12
Phase separation in alkaline neutralization of fats in a polar solvent / P.F. PETIK, І.Р. PETIK// Visnyk NTU «KhPI». – 2014. – № 28 (1071). – (Series: Khimiya, khimichnа tekhnolohiya taecolohiya). – P. 103 – 107. – Bibliogr.: 5 names. – ISSN 2079-0821.

The article describes the results of a study of the process of emulsion separation “neutralizing solution:oil” with different ratios of the components of the polar solvents under alkaline neutralizing fats.

Keywords: neutralization of fatty acid, glycerol, ethanol emulsion.


Стаття опублікована у Віснику НТУ «ХПІ» в 2014 році.