Шпаргалки по предметам

Шпора на ГОС по Жирам. Производство глицерина и жирных кислот. Сырой и дистиллированный глицерин

Шпоры ГОСам

Глицерин впервые был получен в 1779 г. Шееле при омылении оливкового масла в присутствии оксида свинца. Промышленное производство глицерина начало развиваться в середине 19 века.

Потребность в глицерине возрастает в связи с развитием ряда отраслей промышленности, в частности производства пластических масс (эпоксидные и полиамидные смолы, полиэтилен и др.), производство лако-красочной продукции, пищевых, парфюмсрно-косметических и фармацевтических продуктов. Глицерин широко используют при изготовлении тканей, специальных сортов бумаги, резины, копировальных чернил, печатной краски, клея, желатина, для смазки часов и машин, в фотографии, при изготовлении мыл, высших жирных спиртов, алкидных смол, алифатических аминов, пластификаторов при изготовлении резино-технических изделий, замасливателей для шелковых, шерстяных и хлопчатобумажных тканей.

Получают глицерин и жирные кислоты из жиров путем гидролиза. Способы осуществления процесса гидролиза разнообразны: ферментативный гидролиз с использованием липазы, щелочное омыление жиров, кислотный гидролиз, гидролиз с использованием гетерогенных катализаторов (оксидов металлов), безреактивный гидролиз.

Переработку жиров с целью получения глицерина и жирных кислот (или солей жирных кислот) осуществляют преимущественно двумя способами:

1. безреактивный гидролиз жиров с получение жирных кислот и глицериновых вод, которые подвергают очистке, затем концентрируют и получают товарный продукт - сырой глицерин;

2. щелочное омыление жиров с получением мыл и подмыльных щелоков и дальнейшее извлечение из подмыльных щелоков глицерина.

Основным среди этих двух способов является первый способ, второй используется редко, так как варка мыла осуществляется в настоящее время из жирных кислот.

Получение глицерина безреактивным способом позволяет получить более высокое качество глицерина и снизить потери производства, в сравнении с другими способами. Для выработки высококачественных сортов глицерина и жирных кислот сырой глицерин и жирные кислоты подвергают дистилляции, в результате получают дистиллированный глицерин.

В системе химической промышленности организовано производство синтетического глицерина. Большинство методов основано на использовании пропилена в качестве исходного продукта. Синтетические жирные кислоты получают путем окисления парафиновых углеводородов кислородом воздуха в присутствии катализатора ( 0.2% раствора перманганата калия), полученную смесь низкомолекулярных и высокомолекулярных жирных кислот и других кислородсодержащих продуктов омыляют кальцинированной содой, полученные мыла разлагают серной кислотой с разделением на фракции.

1. Гидролиз жиров

Гидролиз ( омыление) жиров - процесс химического взаимодействия глицеридов с водой. Конечный результат выражается уравнением реакции: СН2 OCOR

CH2OCOR CH2OH

CHOCOR + 3 Н20 = СНОН + 3 RCOOH

CH2OCOR CH2OH

Гидролиз глицеридов протекает как правило ступенчато с образованием промежуточных продуктов ди - и моноглицеридов. В различных жирах содержится от 9,7 до 13% глицерина. Теоретически выход глицерина из жира при гидролизе,% X = ( ч. о. - к. ч.) х 0.0547, где ч. о.- число омыления жира мг КОН \ г, к. ч. - кислотное число жира, мг КОН\г, 0,0547 - коэффициент, показывающий, что расход 1 мг гидроксида калия при полном омылении нейтрального жира эквивалентен выделению 0.0547 мг глицерина. Фактический выход глицерина всегда меньше теоретического в связи с потерями на различных стадиях производства (неполного гидролиза, образования промежуточных продуктов)

Основным показателем, характеризующим технический уровень глицеринового производства является выход 88% глицерина. Выраженный в процентах к массе безводного жира, поступающего на гидролиз. Норма выхода 88% глицерина при безреактивном гидродлизе пищевых и животных жиров, растительных масел колеблется в интервале 9,40-10,59, при гидролизе технических жиров 7,0-10.2%.

На скорость гидролиза влияют различные факторы : химическая природа исходного жира и др.

Процесс гидролиза - каталитический процесс, катализаторами являются ионы водорода и гидроксид-ионы.

2. Рафинация жиров перед гидролизом

На гидролиз поступают жиры различной степени чистоты. Содержащие белковые вещества, углеводы, фосфатиды, из-за которых замедляется процесс гидролиза, вследствие того, что они концентрируются на границе раздела фаз жир-вода и уменьшают возможность контакта реагирующих веществ. Выбор метода рафинации зависит от качества жирового сырья, среди основных способов рафинации жирового сырья для производства глицерина.

Обработка серной кислотой ( обработку ведут концентрированной серной кислотой в количестве 5% от массы жира в течение 3-4 часов при перемешивании острым паром при температуре 140-150° С; сопутствующие вещества удаляются очень эффективно. Но жир приобретает коричневую окраску.

Отстаивание и центрифугирование (естественное осаждение или центрифугирование на сепараторах). Технические животные жиры очищают по схеме: центрифугирование - обработка фосфорной кислотой( 0,1-0.2% по массе) - отбеливание ( количество сорбента 1-2% по массе).

З. Способы гидролиза жиров

Как указывалось выше прогрессивным и наиболее распространенным является безреактивный метод гидролиза жиров, который осуществляется в автоклавах при температуре 200-225°С, давлении 2-2,5 МПа без применения катализаторов. Способ обеспечивает получение продуктов высокого качества, высокий выход глицерина и жирных кислот. За рубежом глицерин получают в установках колонного типа при давлении 4 МПа и температуре 250°

Процесс ферментативного гидролиза с применением липазы ведут при температуре 40° С.

Применяют периодический и непрерывный способы гидролиза жиров. В периодическом способе используют автоклав 10 м³, процесс осуществляют в два периода, общее количество загружаемого сырья 4000 кг, давление 2.5 МПА. Температура 220-225°С. Продолжительность процесса - 3 часа, при непрерывном отводе паров, глубина гидролиза - 85%. После отстаивания (15 мин) система разделяется на две фазы первая глицериновая вода ( 10-14 % глицерина) ее выдавливают из автоклава под давлением в аппарат для понижения давления.

Для проведения второго периода в автоклав добавляют конденсат в количестве 1200-1400 кг, нагревают до той же температуры и кипятят 2 часа с последующим разделением фаз : - вторая глицериновая вода ( 4-5% глицерина) и жирные кислоты. Последние выгружают из автоклава под давлением пара. Глубина гидролиза 95-96%. Общая продолжительность процесса - 8 часов, производительность автоклава при загрузке 4000 кг - 10-10,8 т/ сутки жирных кислот.

Жирные кислоты после разделения содержат некоторое количество растворенного и эмульгированного глицерина. С целью предотвращения потерь их промывают горячим водным конденсатом 10% к массе жирных кислот при температуре 95°С и перемешивании, должны после промывки содержать 0,5 глицерина. Мощность автоклавов при периодическом способе используется лишь на 60 %, 40% времени уходит на вспомогательные (загрузка-выгрузка) операции.

В непрерывном процессе используются установки колонного типа («Бернардини»), производительность определяется заказчиком, гидролиз осуществляется при температуре 255-265 °С под давлением 5.5-6.5 МПа в противотоке вода - жир. Глубина гидролиза 98-99%., высота колонн 21 м. диаметр 1,5 м Установки колонного типа экономически и технологически более выгодны, чем автоклавы.

4. Очистка глицериновых вод

Глицериновые воды безреактивного гидролиза жиров кроме глицерина и воды содержат примеси органической ми минеральной природы. Количеств во которых разнообразно и обусловлено ассортиментом и качеством жирового сырья. Большую часть примесей составляют липиды, преимущественно жирные кислоты. Содержащиеся в пределах 0.3-1,5 % к массе глицериновых

Вод, в состав входят также аминокислоты ( 0.02-0.04%), карбонильные соединения 0,04-0.08%, углеводы 0.004-0,008%), минеральные соли и др. Перед концентрированием глицериновые воды подвергают очистке, для получения глицерина, отвечающего требованиям нормативной документации, обеспечения соблюдения оптимальных технологических режимов выпаривания, предотвращения вспенивания глицерина, сохранности оборудования от коррозии.

Способы очистки: основа - нарушение устойчивости коллоидной системы, разрушение эмульсии липидов с глицериновой водой, удаление липидов, водорастворимых соединений. Применяют:

Отстаивание (основано на разности плотностей глицериновой воды и жирных кислот, последние, как более легкие всплывают вверх),

Кипячение (основано на разрушении водно-жировой эмульсии с выделением жирных кислот, нейтрального жира и последующего разделения системы отстаиванием),

Охлаждение основано на снижении растворимости примесей, кристаллизации, агрегировании труднорастворимых жирных кислот, которые всплывают на поверхность и удаляются фильтрованием).

Нейтрализацию гидроксидом кальция ( образование мыл, которые, обладают развитой поверхностью и адсорбируют красящие вещества и другие примеси (температура 80°С, избыток щелочи)

Сепарирование (применение тарельчатых сепараторов, производительность. 2,5-3 т\ч, температура 70-80°°, давление 0.3 МПа, частота вращения барабана 83с"1).

Кислотную обработку глицериновых вод (удаление поверхностно-активных веществ с помощью минеральной концентрированной серной кислотой при температуре 80-95°С

Ионообменный метод (предназначен для очистки глицериновых вод от ионо-генных примесей с помощью ионообменных смол (ионитов). Используют катиониты - КУ-1, КУ-2, аниониты -ЭДЭ-10П, АВ-17.

5. Производство сырого глицерина

Для получения сырого глицерина, концентрацией 88%, очищенные глицериновые воды концентрируют (выпаривают). При выпаривании удаляется часть глицерина, это составляет потери и они тем больше, чем выше температура процесса. Для предотвращения влияния температурного фактора применяют вакуум-выпарные аппараты. Учитывая, что глицерин сильно пенится при кипении используют только вертикальные аппараты с достаточным паровым пространством и ловушкой для улавливания жидкости. Используют аппараты различной конструкции, как правило с выносными подогревателями, чаще используют двухкорпусные установки с двумя выпарными аппаратами, первый работает под давлением 0,1 МПА, второй - под вакуумом - 86-90 кПа.

Сырой глицерин фильтруют на рамных фильтрах для отделения слей жиры их кислот, выпадающих при концентрировании, для улучшения цвета проводят адсорбционную рафинацию, путем обработки активным углем в количество 0.25-0.50% к массе сырого глицерина при температуре 75-80°С и интенсивном перемешивании с последующим отделением сорбента фильтрованием.

По органолептическим показателям - сырой глицерин 1 и 2 сорта - прозрачный. Без пены на поверхности, светло-желтого или светло-коричневого цвета. В сыром глицерине 3 сорта - может присутствовать взвешенный осадок, цвет - коричневый.

6. Производство дистиллированного глицерина

В сравнении с сырым (техническим глицерином) дистиллированный глицерин имеет концентрацию 98% и высокое качество, обусловленное незначительным содержанием примесей.

Основные способы получения дистиллированного глицерина ;

Дистилляция сырого глицерина;

Ионообменная очистка глицериновых вод с последующим их концентрированием.

Дистилляцию осуществляют путем перегонки с с водяным паром и под вакуумом, так как температура кипения чистого глицерина составляет 290°С и при этой температуре он разлагается с образованием акролеина. Перегонка с водяным паром при атмосферном давлении снижает температуру процесса ( в соответствии с законами перегонки), но не дает возможности получения достаточно качественного продукта, поэтому дистилляцию проводят с использование вакуума, что позволяет проводить процесс при температуре 170-180°С, вследствие этого повышается выход и качество продукта. Для получения дистиллированного глицерина высшего и первого сортов его подвергают отбеливанию активным углем с целью улучшения цвета и запаха, а также снижения содержания остатков жирных кислот, которые перегоняются в незначительных количествах вместе с глицерином. Количество активного угля составляет 0.25-0,75% к массе глицерина, температура процесса 80°С, продолжительность 2-3- часа.

Для дистилляции глицерина применяются дистилляционные установки фирмы «Руймбек», представляющий собой дистилляционный куб, снабженный барботером острого пара, температура процесса 175-176°С, производительность 6,2-8.6 т\ сутки, а также установки для дистилляции, дезодорации и обесцвечивания глицерина фирмы «Маццони», особенностью которых является применение дистиллятора непрерывного действия колонного типа, горячего и холодного конденсаторов для конденсации паров глицерина, дезодоратора для удаления одорирующих веществ, система адсорбционной очистки. Процесс дистилляции ведется при температуре 165°С и остаточном давлении 0.66-0.80 кПа, процесс дезодорации при температуре 130-14001, остаточном давлении 0,8 кПа, процесс отбеливания осуществляется активным углем, при температуре 70-80ºС и перемешивании, количество угля - 0,5-1,0% к массе глицерина, продолжительность процесса отбеливания 6 часов. Общая производительность установки 1000 кг\час дистиллированного глицерина. Общий расход пара на выработку 1 т дистиллированного глицерина составляет 9.4 т

Производство дистиллированного глицерина методом ионообменной очистки глицериновых вод осуществляется по схеме:

Глубокая очистка ионообменными смолами предварительно обезжиренной глицериновой воды с последующим концентрированием очищенного глицеринового раствора на модернизированной вакуум-выпарной установке. Эти способом получают дистиллированный глицерин, отвечающий требованиям стандарта на глицерин динамитный и глицерин высшего сорта. очистка осуществляется в две ступениб на 1 используют фильтр катионитовой КУ-2, фильтр анионитовый ЭДЭ-10П; на 2 ступени - фильтр катионитовый КУ-2, фильтр анионитовый - АВ-17. производительность установки 200 кг\час дистиллированного глицерина.

В связи с исключением процесса дистилляции сокращается общий расход пара на 45%, и составляет 5.3 т, сокращается расход воды в воздухе рабочей зоны отсутствуют пары акролеина и других вредных примесей.

7. Производство жирных кислот

Сырьем служат натуральные и гидрированные растительные масла, животные жиры и соапстоки.

Для получения жирных кислот используют процесс дистилляции под вакуумом, в связи с высокой температурой кипения жирных кислот. Способ производства — периодический или непрерывный. Полученный дистилля - смесь летучих свободных жирных кислот, отделенных от высококипящих растворителей, смол, продуктов окисления, мыл, минеральных примесей.

Производительность непрерывнодействующей установки для дистилляции жирных кислот составляет 100 т\сутки:

На 1 ступени отгоняется 60% общего количества жирных кислот без применения острого пара и остаточном давлении 0.26 кПа, температуре 250°С;

На 2 ступени отгоняются оставшиеся жирные кислоты более тяжелых фракции при температуре 230°С и остаточном давлении 0,66 кПа.

Кубовым остатком является гудрон, с температурой 230° С. который охлаждается до 90°С и подается в бак.