Переработка месел

ПРОИЗВОДСТВО ЭМУЛЬГАТОРОВ

Эмульсии — системы, образованные из взаимонерастворимых жидкостей, в которых один из компонентов (дисперсная фаза) рас­пределен в виде мельчайших капелек в другом (дисперсионная среда). Концентрированные эмульсии неустойчивы и могут быстро расслаиваться. Слиянию дисперсной фазы, т. е. разрушению эмуль­син, препятствуют различные вещества (эмульгаторы), способные адсорбироваться на границе раздела фаз. Действие последних обусловлено специфическим дифильным строением их молекулы, способностью ориентироваться полярными группами к воде, непо­лярными— к жиру, снижать поверхностное натяжение, сообщать каплям дисперсной фазы электростатический заряд и создавать своеобразную оболочку, препятствующую коагуляции и коалес - ценции. Эмульгаторы должны обладать следующими свойствами: уменьшать поверхностное натяжение до 5-Ю-3 дин/см; достаточно быстро адсорбироваться на поверхности раздела фаз, препятствуя слиянию;

Иметь специфическую молекулярную структуру с полярными и неполярными группами;

Придавать эмульсии определенный электростатический потен­циал;

Влиять на вязкость эмульсии; быть нетоксичными.

Эффективность действия эмульгатора является специфическим свойством, зависящим от его природы, типа эмульгируемых ве­ществ, температуры, рН среды, концентрации, времени эмульги­рования и др.

Кроме эффективности действия, природа эмульгатора опреде­ляет тип эмульсии. А именно, гидрофильные эмульгаторы, лучше растворимые в воде, чем в углеводородах, способствуют образова­нию эмульсии типа масло — вода, а гидрофобные эмульгаторы, лучше растворимые в углеводородах — эмульсии типа вода — масло. Это свойство характеризуется специальным показателем — гидрофильнолипофильный баланс (ГЛБ). Если ГЛБ 3—6, обра­зуется эмульсия вода — масло. Эмульгаторы с числом ГЛБ 8—13 образуют преимущественно эмульсию масло -- вода.

В производстве в зависимости от вида маргарина стремятся получить высоко - или низкоконцентрированные эмульсии (от 80 До 40% жировой фазы) смешанного типа с преобладанием эмуль­сии типа «вода в жире», мелкодисперсные, устойчивые при высо­ких температур. Это обусловливает требования к выбору одного ffjfff смеси эмульгаторов,

В маргариновом производстве в качестве эмульгаторов приме­няются фосфатиды, эфиры глицерина с жирными кислотами (мо - но-, диглицериды), эфиры полиглицерина с жирными кислотами, эфиры моноглицеридов с оксн - и дикарбоновыми кислотами (мо­лочной, лимонной, винной).

В Советском Союзе в настоящее время производят пять видов эмульгаторов: Т-1, МД, Т-2, фосфатиды п эмульгатор Т-Ф. В пер­спективе организуется производство эфиров моноглицеридов с окси - и дикарбоновыми кислотами.

Получение эмульгаторов Т-1 и Т-Ф

Эмульгатор Т-1 представляет собой смесь моио - и диглицерн - дов, получаемую в результате этернфикации глицерина жирной кислотой:

СН2ОИ CHzOCOR

TOC \o "1-3" \h \z! ■ I

СНОН + RCOOH_> сн ОН +Н20

I!

Сн2он сн2он

Или переэтернфикацией жирнокислотных радикалов триглицерв - дов глицерином (глицеролиз):

CH2OH CH2OCOR CHjOCOR

Ill 2CH—ОН + CH OCOR _ ЗСН ОН 1 I I

СН2—ОН CH2OCOR СНоОН

В обоих случаях наряду с моноглицеридами получается опреде­ленное количество ди - и трнглицеридов:

СН2ОН CHoOCOR СНзОН

I I I

СН ОН + 3RCOOH — СН—ОН + СН OCOR

I I I

СН2ОН СН2ОН CH2OCOR

СН2ОН CHaOCOR CH2OCOR СН2ОН

I I I

СНОН + CHOCOR-» СЛІ ОН + СН OCOR

І І і I

СН2ОН CH2OCOR СНгОН CH2OCOR

Применение избытка глицерина в реакционной смеси позволяет повысить относительное содержание моноглицеридов. В опреде­ленной мере повышению содержания моноглицеридов способствует также подбор катализатора, температура И интенсивность пере­мешивания.

При производстве эмульгатора Т-1 как методом этерификации, так и глицеролиза большое значение для качества эмульгатора имеет чистота используемого глицерина. Необходимо применять глицерин дистиллированный динамитный.

Процесс этерификации протекает при температуре 210—220° С при энергичном перемешивании и под вакуумом.

Эмульгатор Т-1 способствует улучшению пластических свойств маргарина, но не связывает достаточно прочно влагу при повы­шенных температурах, а поэтому не обладает требуемой аитираз - брызгивающей способностью. Последняя проявляется с примене­нием лишь относительно больших количеств Т-1 (с5%).

Эмульгатор Т-Ф является смесью эмульгатора Т-1 и фосфати­дов. Такая смесь не только сохраняет все положительные качества эмульгатора Т-1, но и повышает последние, поскольку фосфатиды обладают гидрофильностыо и способностью более прочно удер­живать влагу при повышенных температурах, придают антираз - брызгнваютцис свойства за счет способности переходить в присут­ствии воды в гидратную форму:

О +Н20 II

- р - о сн2о / I OCH2CH2N(CH3h

О II

— Р—он он / /

0СН2СН2М(СНзЬ

Кроме того, присутствие фосфатидов в эмульгаторе Т-Ф повы­шает биологическую ценность маргарина.

Производство эмульгатора Т-1 методом этерификации (рис. 07)

Жирные кислоты и глицерин берутся соответственно в количе­стве 73,8% и 26,2%. Жирные кислоты из сборника 9, проходя через фильтр 10 подаются с помощью насоса 13 через подогрева­тель 11 в струйный смеситель 19, куда из сборника 8 с помощью насоса 14 через подогреватель 12 подается глицерин. Из смеси­теля 19 смесь поступает в этерификатор 17.

Реакция этерификации протекает при температуре 210 -220" С и интенсивном перемешивании до окончания процесса, опреде­ляемого по кислотному числу. Процесс протекает в среде угле­кислого газа, азота или под вакуумом.

Для удаления воды, образующейся в условиях реакции, и тем самым для ускорения процесса, реакционная смесь из этерифика­тор а непрерывно подается насосом 15 через подогреватель 16

В испаритель 18 откуда, стекая в виде тонкого слоя по тарелкаМ или трубкам, самотеком возвращается в этерификатор 17. Выде­ляющиеся с тарелок испарителя 18 пары воды и частично увле­каемые ими пары глицерина поступают в парциальный конден­сатор, где конденсируется основная масса паров глицерина и от­куда она стекает обратно на тарелки испарительной колонны. Пары воды, проходя через каплеуловитель 2, конденсируются в холодильнике 1 и собираются в вакуум-сборнике 3.

Фасфа>vutfht

Условные обозначения:

------ /------- /------------ вода;---------------- х------ х----------- глицерин; ------------------------------ эмульгатор;

— •■-------- стеариновая кислота; ------ хх------- хх---------- фосфатиды;

------------------ воздух;------------ V------- V------------ пар высокого давления;------------------ .------- .-----------

Пары воды н глицерина, глицериновая вода (вакуумная линия)

Предусматривается также возможность отключения испари­теля. В этом случае пары воды и увлеченного ими глицерина по­ступают в каплеуловитель, откуда глицерин стекает в вакуум- сборник 7, а пары воды с небольшой примесью глицерина кон­денсируются в холодильнике и стекают во второй вакуум-сбор­ник 3.

По окончании процесса этерификации эмульгатор подается насосом 21 в охладитель 20, где охлаждается до 90—95° С, а из него — на тарельчатый отстойник непрерывного действия 24 или на центробежный сепаратор 25 для отделения непрореагировав - шего глицерина, который затем поступает в сборник 23 откуда возвращается в производство. Эмульгатор сливается в сборник 27, затем насосом 28 подается на холодильный барабан 29.

Охлажденный в виде стружки эмульгатор является готовым товарным продуктом и упаковывается в специальную тару.

Производство эмульгатора T-t методом глицеролиза (рис. 68)

При изготовлении эмульгатора Т-1 методом глицеролиза в ка­честве жирового сырья используются рафинированные говяжий или свиной жиры, а также саломасы из хлопкового или - подсол­нечного масел. В качестве катализатора используется КОН или

Исходные компоненты........ - жир и глицерин в количестве 70% И

30%—подаются насосом, снабженным обогреваемой рубашкой 1 через пластинчатый теплообменник 2 в реактор 6, снабженный конденсатором 7.

Катализатор — 10%-ный раствор КОН в глицерине готовится отдельно при температуре 70—80°С и закачивается по продук­товой линии глицерина насосом 1 в реактор 6. Окись кальция ис­пользуется в виде порошка и загружается вручную.

Реакция протекает при температуре 210—220° С в течение 2—4 ч, в зависимости от скорости перемешивания, и остаточном давлении 0,03—0,038 МПа (300—380 мм рт. ст.).

После окончания реакции смесь, состоящая из моно-, ди-, три­глицеридов, свободных жирных кислот и глицерина перекачивается насосом 5 через охладитель 4, где температура снижается с 220 до 110° С в отстойник 8. Избыток глицерина, не вошедший в реак­цию, отделяется на центрифуге 9, снабженной паровой рубашкой. Одновременно отделяется остаток катализатора.

Полученная смесь моно-, диглицеридов после центрифугирова­ния содержит 42—45% моноглицеридов и направляется через сбор­ник 10 насосом 12 в продуктовый сборник 13, откуда подается насосом 14 на холодильный барабан 15, где он охлаждается до температуры на 5—7° ниже температуры плавления эмульгатора. Готовый эмульгатор упаковывается в тару. На протяжении всей операции, начиная с нагрева жира и кончая охлаждением и сли­вом реакционной смеси, обеспечивается хорошее перемешивание.

Контроль процесса производится путем отбора проб реакцион­ной смеси и растворения в этаноле. Первая проба отбирается и испытывается через один час после достижения реакционной смесью температуры 200° С, последующие — через каждые 30 мин. Окончание процесса глицеролиза устанавливается по образованию прозрачного раствора пробы в десятикратном объеме нагретого этанола. Готовая партия анализируется на содержание моноглице­ридов и глицерина методом периодатного окисления.

Производство эмульгатора МД (рис. 69)

Эмульгатор МД является смесью моно - и диглицеридов. По своим физико-химическим показателям этот эмульгатор близок к эмульгатору Т-1. Содержание моноглицеридов в этом эмуль­гаторе 45—50%. Эмульгатор МД получается при непрерывном процессе методом глицеролиза. Исходными компонентами для его получения является саломас с температурой плавления 31—37° С и дистиллированный глицерин. В качестве катализатора используется СаО в количестве 0,2% к массе исходных компо­нентов.

Принципиальная технологическая схема непрерывного произ­водства моно-, диглицеридов изображена на рис. 69.

Саломас рафинированный и дезодорированный поступает в ем­кости 1, 2, глицерин поступает в емкость 3. В емкостях поддер­живается температура 60°С при нагреве через паровой змеевик или рубашку.

. Из емкостей 1, 2 саломас или смесь саломасов при помоши насосов 13) 14 направляется в бак на весах 4, откуда взвешенный саломас самотеком поступает в один из смесителей 5. Количестве саломаса в смесителе не должно превышать его сменного расхода - В смесителях 5 поддерживается температура 60—80° С с помощь^ паровой рубашки. Там саломас смешивается с катализатором (окисью кальция),

Глицерин из емкости 3 насосом 12 подается в бак на весах 4, а затем в емкость-подогреватель 16 из расчета сменного расхода. Температура 60—80°С в емкости 16 поддерживается паровой ру­башкой.

Условные обозначения: -------------------- 1х вода холодная; 1г вода горячая; —2н— пар насы­щенный;-------- 2к------------- конденсат; -------- 3 инертный газ; ------------------------- 4------------ катали­затор; — — глицерин

Из смесителя 5 смесь саломаса с катализатором насосом-доза­тором 6 или 7 подается в регенеративный теплообменник 8, где нагревается до температуры 120—130° С готовым продуктом, вы­ходящим из реактора 10 с температурой 180—200°С. Из" регенера­тивного теплообменника 8 смесь саломаса с катализатором непре­рывно направляется через подогреватель 9 в реактор 10. Глицерин из емкости 16 насосом-дозатором 7 подается в реактор 10 через теплообменник-подогреватель 17, где нагревается до 180—200® С.

Реактор 10 с герметическим приводом рабочей емкостью 0,7 м3 состоит из корпуса с рубашкой, встроенной теплообменной камеры и винтового перемешивающего устройства. Для обогрева реактора используют перегретый пар 1,2—1,4 МПа, который подается в его теплообменную камеру и рубашку. Винтовое перемешивающее устройство состоит из винта, направляющего аппарата и диффу­зора, переходящего в циркуляционную трубу. Скорость винта 50 сек-1 (3000 об/мин), шаг винта Р = 0,8.

В реакторе 10 происходит процесс глицеролиза жиров в тече­ние 1,5—2 ч в непрерывном потоке под давлением жидкости до 0,25 МПа (2,5 кге/см2), создаваемом насосом-дозатором 6 или 7. В аппарате создается инертная среда за счет азота, поступающего из баллона.

Mono-, диглицернды выводятся через штуцер, расположенный в крышке аппарата, и при температуре 180—200° С направляются в межтрубное пространство регенеративного теплообменника 8, где отдают часть тепла исходному продукту и охлаждаются до 80—90° С. Из теплообменника 8 моно-, диглицериды поступают в сборники готовой продукции 11, где охлаждаются водяной ру­башкой, а затем направляются на фасовку в картонные ящики.

Производство эмульгатора Т-Ф (см. рис. 67)

Эмульгатор Т-Ф представляет собой смесь эмульгатора Т-1 и фосфатидных концентратов в соотношении 3:1, соответственно.

В сборник 27 с эмульгатором Т-1 подают фосфатидный концен­трат из емкости 26. Смесь при температуре 80—90° С тщательно перемешивают и подают на охлаждение. Готовый эмульгатор зали­вают в ящики из гофрированного картона, выложенные пергамент­ной бумагой.

Получение эмульгатора Т-2 (рис. 70)

Эмульгатор Т-2 представляет собой смесь моно - и диэфиров ди-, три-, тетра - и т. д. полиглицеринов, а также глицерина с жир­ными кислотами. В отличие от Т-1 эмульгатор Т-2 имеет допол­нительные гидрокеильные группы, которые, значительно усиливая гидрофильную часть молекулы эмульгатора, сообщают ему спо­собность более прочно удерживать влагу в маргарине при жаре­нии по сравнению с Т-1.

Синтез Т-2 состоит из двух стадий: полимеризации глицерина и этерификации полученного полиглицерина стеариновой кислотой.

Полимеризацию глицерина проводят в вакууме 0,024— 0,027 МПа при температуре 220—240° С в присутствии щелочного агента.

Полученный полиглицерин, представляющий собой смесь поли- мергомологов от мономерного глицерина до октаглицерина, этери - фицируют стеариновой кислотой[6] при температуре 210°С в токе инертного газа или двуокиси углерода.

Полиглицерин, где п = 0, 1, 2 . . 6.

СН2—ОН I

СН—он J

СН2 1

0

1

Сн2 1

СН—он ]

Сн2 I

. о ]

Сн2 J

Сн-он

СН2—О—СО—R I

СН—он 1

Сн2 І

О

-СН2 I

СН—он

+

Сн2 I

0

1

Сн2 I

СН—он

Сн2—о—со—я I

СН—он I

Сн2 І

О

Повышенная зольность исходного сырья, наличие в сфере реакции ионов тяжелых металлов (таких, например, как Fe+++), а также возможный контакт реакционной массы с кислородом воздуха

Приводят к окислению и полимеризации акролеина и глицерино­вого альдегида, что значительно ухудшает качество конечного про­дукта.

Получение полнглнцернна

Щ

Динамитный глицерин из сборника через фильтр 3 с помощью насоса 4 подается в полимеризатор 2, изготовленный из нержа­веющей стали. Туда же с помощью вакуума из емкости 1 подают раствор катализатора в глицерине. В качестве катализатора ис­пользуют бикарбонат или гидроокись натрия в количестве от 0,5 до 1% от массы глицерина.

С началом нагрева глицерина и до окончания его полимери­зации процесс протекает при интенсивном перемешивании и в ва­кууме. Выделяющиеся пары воды и частично увлекаемые ими пары глицерина, проходя через теплообменник 5, выполняющий роль дефлегматора, конденсируются в холодильнике 6 и собираются в сборнике конденсата 7.

По окончании процесса полимеризации, который контролируют по коэффициенту рефракции реакционной массы, полиглицерин Через теплообменник 8 поступает в сборник полиглицерина 10, гдё хранится в атмосфере углекислого газа.

Оборудование, в котором находится сырье, полуфабрикат и готовый продукт должно быть изготовлено из нержавеющей стали.