Шпаргалки по предметам

Производственные технологии шпаргалки

Шпаргалки - Производственные технологии

 

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 Производство глицерина и жирных кислот.

Сырой и дистиллированный глицерин

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

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.

 

11. Теоретические основы экстракции эфирномасличного сырья летучими растворителями

Экстракция эфирномасличного сырья летучими растворителями относится к массообменным процессам в системе твердое тело — жидкость и рассматривается как извлечение на основе избирательной растворимости нескольких компонентов из твердого пористого материала. В этом процессе участвуют три вещества: одно находится только в первой фазе, другое — только во второй фазе, а третье переходит из одной фазы в другую и представляет собой распределяемое между фазами вещество. Первое и второе вещества являются лишь носителями распределяемого вещества.

Скорость процесса экстракции лимитируется молекулярной диффузией, поэтому процесс диффузионный. Диффундирующее в пределах фазы вещество перемещается от точки с большей к точке с меньшей концентрацией; движущую силу выражают через разность концентраций.

Процесс обратим. Направление перехода вещества из фазы в фазу определяется концентрациями распределяемого вещества и условиями равновесия. Отношение концентрации фаз с1 и с2 при равновесии называется коэффициентом распределения Кр:

Кр = с1/с2.

На процесс экстракции влияют структура сырья, локализация и состав извлекаемых веществ, растворимость их в том или ином растворителе, диффузионные процессы. Эфирномасличное сырье характеризуется специфическими особенностями, и силу которых на процесс экстракции в целом оказывают существенное влияние также биохимические процессы, возникающие при контакте с растворителем, и сорбционные. Они отражаются не только на количестве извлекаемого экстракта, но и на его качестве (как парфюмерного продукта).

Структура сырья. В эфирномасличной промышленности в отличие от других отраслей структуру сырья не изменяют перед экстракцией. Исключение составляет только производство СО2-экстрактов, в котором высушенное сырье измельчают до состояния лепестка толщиной менее 1 мм. Во всех остальных случаях подготовительные операции ограничиваются измельчением на частицы размером от 1 до 5—8 см. Поэтому такие важные для экстракции характеристики сырья, как рельеф поверхности и внутренняя структура, глубина залегания извлекаемых веществ сохраняются в первозданном виде. Поверхность сырья не бывает гладкой. У листьев и стеблей она имеет сложный рельеф и покрыта простыми и разветвленными воздухоносными волосками, у лепестков цветков она представлена клетками с параболическими выростами. Стебли и цветоносы часто полые, во внутренней рыхлой паренхимной ткани всех органов растений — множество межклетников сложного сечения, заполненных воздухом. Большинство эфироносов перерабатывают в свежем состоянии, т. е. с высокой влажностью, достигающей 90 % (соцветия азалеи). Это способствует изменению структуры сырья в процессе экстракции благодаря потере упругости и слеживанию, выделению клеточного сока.

Растворимость и требования к растворителю. Необходимым условием осуществления процесса экстракции является растворимость извлекаемых компонентов в растворителе, что зависит от физико-химических свойств обоих веществ. Чем ближе по величине силы взаимодействия молекул и двух жидкостях, тем легче смешиваются молекулы этих жидкостей, т. с. тем больше их взаимная растворимость. В качестве характерной величины, отражающей силу молекулярного взаимодействия, принимают диэлектрическую постоянную.

Выбор растворителя зависит от степени гидрофильности извлекаемого вещества. Экстракты эфирномасличного сырья обладают очень небольшой полярностью. Их диэлектрическая постоянная при обыкновенной температуре равна 3—4. Следовательно, они должны хорошо растворяться в неполярных гидрофобных растворителях с достаточно близкой к этой величине диэлектрической постоянной. Действительно, они хорошо смешиваются с петролейным эфиром, гексаном, диэтиловым эфиром и другими растворителями. По мере увеличения разности между диэлектрической постоянной растворителя и диэлектрической постоянной экстрагируемого вещества растворимость ухудшается.

На скорость массопередачи в процессе экстракции влияют также вязкость и поверхностное натяжение растворителя. С понижением этих показателей возрастает коэффициент диффузии (массопроводности).

Растворитель должен отвечать следующим требованиям: обладать высокой избирательностью или селективностью, т. е. извлекать нужные вещества и не извлекать балластные; быть химически инертным; обладать высоким коэффициентом летучести относительно извлекаемых компонентов с целью снижения расходов на дистилляцию и теплового воздействия на экстракты; иметь низкую теплоемкость и небольшую теплоту испарения, что также влияет на дистилляцию; иметь узкие границы выкипания; быть безвредным для здоровья человека, взрыво - и пожаробезопасным, дешевым.

Кинетика процесса экстракции. Диффузионные процессы, составляющие основу кинетики экстракции и перегонки эфирного масла из сырья с водяным паром, тождественны. Разница состоит в том, что здесь извлекаемое из твердой фазы вещество переходит в жидкую фазу, а не в паровую. В первом периоде извлечение экстрагируемых веществ происходит с поверхности частиц с высокой и практически постоянной скоростью; доминирует процесс конвективной диффузии Во втором периоде скорость извлечения веществ мала, определяется массопроводностью; экстрагируются вещества изнутри частиц. Между периодами имеется переходная зона с быстро изменяющейся скоростью извлечения экстрагируемых веществ.

Процесс экстракции обычно осуществляют в условиях циркуляции растворителя вокруг частиц экстрагируемого сырья. При движении растворителя на наружной поверхности частицы происходит ориентация молекул жидкости, так что их подвижность резко снижается по сравнению с подвижностью в толще жидкости. На поверхности частицы возникает пограничный слой мисцеллы, в котором массоперенос происходит лишь за счет молекулярной диффузии.

Таким образом, в процессе экстракции при наличии движения мисцеллы молекулы извлекаемого вещества, находящиеся внутри частицы, должны пройти путь, который может быть разбит на три участка:

I) изнутри частицы к ее поверхности;

2) через пограничный слой, т. е. от наружной поверхности частицы к наружной поверхности пограничного слоя;

3) от наружной поверхности пограничного слоя в движущуюся мисцеллу.

Первый закон Фика. Количество диффундирующего вещества прямо пропорционально площади сечения, через которое осуществляется диффузия, градиенту концентрации, в направлении, перпендикулярном этому сечению, и времени.

DG = - DF (dc/dx)dt

Коэффициент массопроводности. Представляет собой количество вещества, переносимое в единицу времени через единицу поверхности при градиенте концентрации, равном единице. Он отражает интенсивность теплового движения молекул и зависимости от температуры, вязкости среды и размеров днффундирующих молекул. Эта зависимость выражается формулой Эйнштейна:

D = (RT/N) (1/6πηr)

Второй закон Фика. Количество вещества, переносимое в процессе внутренней диффузии, прямопропорционально температуре, поверхности, градиенту концентрации, продолжительности процесса и обратнопропорционально вязкости среды и размеру молекул извлекаемого вещества.

Dc/dx = d2c/dx2

 

На полноту и скоРость Извлечения растительного масла

Влияют различные факторы, к числу которых относятся оптимальная внешняя и внутренняя структура экстрагируемого материала, его влажность и температура.

В этой связи экстрагируемый материал перед подачей на экстракцию проходит предварительную соответствующую обработку.

Очищенные семена (при прямой экстракции) или жмых (при следующей, после форпрессования экстракции) подвергают начала дроблению, а иногда лепесткованию, затем проводят кондиционирование по влажности и температуре.

Измельчение, как правило, осуществляют на молотковых или дисковых дробилках, кондиционирование — в чанных жаровнях с числом чанов от трех до шести и с тихоходными мешалками, а лепесткование — на плющильных вальцовых станках.

Согласно принятому понятию о двух формах связи масла с материалом процесс экстракции во времени подразделяют на два периода: в первом периоде извлекается свободное масло (находящееся на внешних и внутренних поверхностях), а во втором - масло, находящееся в неразрушенных или частично деформированных клетках и ячейках вторичных структур.

В течение первого периода экстракции извлекается не менее 85% масла, в течение второго — остальные 15%. Следовательно, для более полного извлечения масла при подготовке к экстракции нужно перевести в свободное состояние максимальное его количество путем разрушения клеточной структуры и вторичных структур жмыхов. Таким образом, необходимо обеспечить хорошее проникновение растворителя между частицами и внутрь каждой частицы материала и обратную диффузию растворенного масла в мисцеллу. Для этого материалу следует придать определенные структурно-механические свойства.

По внешней структуре материала для увеличения удельной поверхности соприкосновения его с растворителем размеры частицы должны быть минимальными. Однако при величине частиц менее 0,3 мм проницаемость их снижается и повышается содержание масла в проэкстрагированном материале. Для равномерного омывания частиц необходима внешняя пористость материала.

Следовательно, степень измельчения материала ограничивается не минимальной, а оптимальной величиной частиц. Внешняя структура частиц должна обеспечить также наименьшую бензовлагоемкость проэкстрагированного материала.

Технологический процесс экстракции зависит не только от подготовки масличного сырья к извлечению масла и применяемого растворителя (марки бензина), но и от таких технологических параметров, как влажность, температура, скорость и режимы движения растворителя, а также соотношение растворителя и экстрагируемого материала.

Влажность экстрагируемого материала оказывает влияние на его смачивание растворителем и на диффузию масла изнутри частиц. Повышенная влажность ведет к ухудшению смачивания частиц растворителем, замедляет процесс диффузии и увеличивает Уплотнение экстрагируемого материала.

Низкая влажность в процессе подготовки лепестка приводит к образованию большого количества мелкого материала, уменьшающего проницаемость слоя. Поэтому следует поддерживать оптимальную влажность экстрагируемого материала, величина которого зависит от характера перерабатываемого сырья и применяемого

Для этого процесса оборудования.

Температура процесса оказывает значительное влияние на скорость И полноту экстракции. При повышении температуры снижается вязкость масла и растворителя, усиливается тепловое движение молекул что в свою очередь, повышает скорость диффузии и поэтому в процессе экстракции температуру экстрагируемо-того материала и растворителя рекомендуется поддерживать вблизи температуры начала кипения растворителя, а по ступеням экстракции — при температурах кипения мисцелл.

Скорость и режим движения растворителя через экстрагируемый материал существенно влияют на процесс молекулярной и конвективной диффузии. При увеличении скорости движения растворителя возрастает разность концентрации мисцеллы внутрь экстрагируемого материала и в потоке.

Для поддержания высокой разности концентрации нужно соблюдать противоток в движении растворителя (мисцеллы) и экстрагируемого материала, чтобы концентрированные мисцеллы заменялись постоянно мисцеллами убывающих концентраций. Такая замена может проводиться способом погружения экстрагируемого материала или рециркуляции.

Однако увеличение скорости движения растворителя приводит к снижению концентрации конечной мисцеллы. Скорость растворителя (мисцеллы) должна обеспечивать турбулизованный режим его движения при наименьшей толщине диффузионного слоя и высокой разности концентраций.

Соотношение растворителя и экстрагируемого материала, называемое гидромодулем, оказывает влияние на скорость экстракции. В зависимости от способа экстракции принимается определенное соотношение растворителя и материала. Так, при экстракции способом погружения соотношение растворителя и экстрагируемого материала колеблется в пределах (1,0...0,6):1, масличность шрота при этом составляет 0,8...1,0 %. При экстракции по способу многоступенчатого орошения это соотношение составляет (0,6...0,3):2, хотя на промежуточных стадиях благодаря рециркуляции соотношение мисцеллы (растворителя) и экстрагируемого материала доходит до (6... 8):1.

24. Процесс гидрогенизации и переэтерификации жидких жиров

Для получения твердых жиров и жирных кислот с достаточно высокой температурой плавления применяют процесс гидрогенизации жидких жиров, при котором происходит реакция присоединения дополнительных атомов водорода к ненасыщенным связям жидких триглицеридов, составляющих основную часть растительных масел. При этом изменяются физические свойства жиров.

Этот процесс может происходить только в присутствии катализаторов — специальных веществ, которые ускоряют химические реакции, а сами не вступают в реакции и не входят в состав получаемого продукта.

Таким же образом получают гидрогенизированные жирные кислоты. В качестве катализаторов используют порошковые медно-никелевые или чисто никелевые вещества, приготовленные из формиатной соли.

Катализаторы, применяемые в гидрогенизационном производстве, подразделяют на дисперсные (порошкообразные) и неподвижные (стационарные). Дисперсные катализаторы после проведения процесса гидрогенизации извлекают из саломаса, восстанавливают и снова вводят в процесс.

Технология гидрогенизации жиров. Процесс гидрогенизации жиров включает в себя следующие основные технологические операции:

Предварительный нагрев жиров до температуры процесса;

Получение и ввод водорода;

Приготовление масляной суспензии катализатора;

Непрерывное или периодическое гидрирование;

Охлаждение и отделение отработанного катализатора полученного саломаса.

В качестве оборудования для гидрогенизации используют реакторы автоклавного и колонного типа.

МАС непрерывной гидрогенизации жиров в автоклавах работает следующим образом. Жиры из хранилища с помощью насоса поступают в цеховой промежуточный резервуар, откуда насосом-дозатором подаются через теплообменник в батарею автоклавов, последовательно соединенных переливными трубопроводами.

Масляную суспензию катализатора готовят в аппарате смешением масляных суспензий повторно используемого отработанного катализатора, подаваемого после отделения от саломаса свежего катализатора в соотношении, указанном нормами техно - логического режима. Затем катализатор поступает в первый автоклав. Отработанный катализатор насосом собирается в емкости, откуда его направляют на регенерацию. Одновременно в автоклавы подают водород.

Водород, отходящий из автоклавов после использования его в реакции, поступает на очистку через регулятор давления и центробежные каплеотделители. Здесь отделяются увлеченные водородом жир и тяжелые продукты распада, которые поступают затем в специальный сборник. После этого водород проходит два орошаемых водой скруббера, каплеотделитель, далее подается в ресивер, затем в холодильник, водоотделитель и возвращается в автоклавный цех.

Вместе с катализатором масло из первого автоклава батареи последовательно проходит во второй и третий автоклавы. На каждый автоклав приходится определенная доля реакции гидрогенизации: на первый — 50%, второй — 30%, третий — 20%.

Саломас, выходящий из последнего автоклава, собирается в саломасосборнике, где происходит удаление избыточного водорода. Далее саломас прокачивается насосом через теплообменник, отводя свою теплоту маслу, идущему на процесс гидрогенизации, затем проходит через теплообменник, откуда насосом направляется на фильтр-пресс, где происходит отделение катализатора, после этого собирается в емкости, из которой насосом направляется на фасовку и склад.

Производительность таких установок гидрогенизации составляет до 140 т/сут по пищевым саломасам и до 100 т/сут по техническим.

Твердые жиры из жидких растительных масел получают Переэтерификацией.

Все шпаргалки по госэказмену Технология жиров и жирозаменителей смотрите ниже в рекомендуемых материалах.