Производство мыла

СКОРОСТЬ ОМЫЛЕНИЯ ЖИРОВ И НЕЙТРАЛИЗАЦИИ жирных кислот

Как известно из общей химии, реакция между двумя или. не­сколькими веществами происходит при их непосредственном кон­такте. Скорость реакции зависит от количества веществ, соприка­сающихся между собой в единицу времени. Наилучшие условия для проведения химических реакций создаются, когда компоненты, участвующие в реакции, находятся в растворе.

Скорость омыления нейтральных жиров едкими щелочами. Жиры практически нерастворимы ни в воде, ни в водном растворе едкой щелочи, поэтому при добавлении раствора щелочи к жиру образуются два слоя: вверху — жир, внизу— раствор щелочи. Реакция между ними в этих условиях происходит только на гра­нице их соприкосновения. Поскольку эта пограничная поверхность очень мала по отношению к массе жира, реакция омыления про­текает медленно.

Для ускорения реакции необходимо, чтобы вся масса жира и раствора щелочи пришла в максимально тесное соприкосновение друг с другом. Этого достигают путем их энергичного перемеши­вания. В результате перемешивания жир разбивается на мельчай­шие капельки, которые распределяются в растворе щелочи. При очень сильном дроблении капелек жира они образуют эмульсию, которая представляет собой взвесь капель одной жидкости в дру­гой, с ней не смешивающейся. Чем меньше диаметр капелек жира, т. е. чем больше дисперсность частиц эмульсии, тем она устойчи­вее, тем быстрее протекает реакция омыления. В очень тонких эмульсиях реакция омыления протекает в 20—30 раз быстрее, чем в грубых.

Эмульсии жира и водного раствора щелочи легко разрушают­ся под влиянием разных причин — высокой температуры, повышен­ной концентрации растворов щелочи и соли и др.

Для получения устойчивой эмульсии в обрабатываемую - смесь добавляют вещества, называемые эмульгаторами. При омылении жиров эмульгатором служит само мыло, образующееся в началь­ный период омыления или специально вводимое в аппарат. Под­держание устойчивой эмульсии — основное условие нормального и быстрого омыления жиров.

Скорость реакции омыления триглицеридов (нейтральных жи­ров) резко возрастает при наличии в массе 20% мыла и более. Это объясняется тем, что мыльный раствор такой концентрации довольно легко растворяет жиры. Благодаря этому увеличивается контакт между реагирующими веществами, что, как известно, ведет к ускорению реакции. Этот фактор имеет также существен­ное значение для организации непрерывного процесса варки мыла.

Скорость реакции увеличивается с повышением температуры. Но, поскольку первоначальный период реакции омыления проте­кает в эмульсии, устойчивость которой понижается с повышением температуры, сначала омыление следует вести при относительно невысокой температуре (60—80°С). После получения в реакцион­ной среде достаточного количества мыла температуру в аппарате повышают до 100—105°С.

Реакция омыления протекает быстрее при повышении концент­рации раствора едкой щелочи. В начале процесса омыления при­меняют растворы щелочи небольшой концентрации, примерно в 2 раза ниже предельной, а когда в реакционной массе содержа­ние омыленного жира повышается до 20% от загружаемой жиро­вой смеси, концентрацию раствора увеличивают.

Для каждой жировой смеси существует своя определенная, оптимальная, концентрация щелочи, которая должна быть на 1— 2% ниже предельной (см. с. 47 «Действие электролитов на мыль­ный клей»).

Триглицериды, в состав которых входят высокомолекулярные кислоты, омыляются труднее по сравнению с триглицеридами, в состав которых входят кислоты более низкой молекулярной массы.

На рис. 1 приведена кривая, характеризующая скорость омы­ления жиров.

Из рисунка видно, что в первый период (до образования на­чального количества мыла) процесс идет сравнительно медленно и кривая поднимается полого (участок 1). Этот этап соответствует эмульсионному периоду, когда скорость омыления зависит от об­разования устойчивой эмульсии. После омыления примерно 20% загруженных жиров, когда жиры растворяются в омыляемой массе, наступает второй этап — быстрое омыление, и кривая круто поднимается вверх (участок 2). К моменту, когда в реакцию вступает примерно 80—85'% всех жиров, скорость реакции омыле­ния заметно уменьшается (участок 3). Это происходит, во-первых, из-за снижения концентрации едкой щелочи и жира к этому мо­
менту и, во-вторых, в мыльной массе повышается концентрация

Глицерина.

Когда в реакционной массе остается сравнительно небольшое количество неомыленного жира, скорость реакции падает и по­следний отрезок кривой идет почти параллельно горизонтальной линии (участок 4).

Реакция омыления нейтральных жиров является экзотермиче­ской, т. е. при омылении выделяется большое количество тепла.

Поэтому после омыления при­мерно 20% всей жировой смеси, когда процесс идет наиболее энергично, загрузку остальной части жиров и раствора едкой щелочи можно вести при выклю­ченном паре, так как выделяю­щегося тепла достаточно для поддержания высокой температу­ры и кипения мыльной массы. Это обеспечивает экономию пара и предохраняет мыльную массу от выброса из котла.

Скорость нейтрализации и доомыления расщепленных жи­ров едкими щелочами. Расщеп­ленные жиры состоят из 92—96% жирных кислот и 4—8% ней­тральных жиров (триглицеридов). Омыление этой смеси раство­ром едкой щелочи происходит значительно быстрее, чем нейтраль­ного жира. В этом случае процесс проходит в две стадии: I ста­дия — моментальная нейтрализация жирных кислот при их сопри­косновении с раствором едкой щелочи и сравнительно быстрое омыление основной массы нейтрального жира, находящегося в растворе мыла; II стадия — замедленное доомыление небольшого количества оставшегося нейтрального жира и жирных кислот при незначительном избытке свободной едкой щелочи (см. рис. I учас­ток 3).

В целом реакция заканчивается примерно в 2 раза быстрее, чем при омылении нейтрального жира.

Скорость нейтрализации жирных кислот углекислыми щелоча­ми. Для достижения максимальной скорости нейтрализации жир­ных кислот в открытом аппарате процесс необходимо вести при следующих условиях: температура реакционной массы должна

Быть не ниже 100°С; массу следует интенсивно перемешивать острым паром или воздухом; из реакционной среды необходимо возможно быстрее отводить выделяющийся углекислый газ; ра­створ углекислой соды должен быть возможно более высокой концентрации; подачу жирных кислот и раствора щелочи надо вести сверху через душевые кольца.

При нейтрализации жирных кислот, не содержащих нейтраль­ного жира, реакция идет почти моментально и скорость процесса

В целом ограничивается только техническими причинами, т. е. возможностью по времени обеспечить соблюдение указанных ус­ловий ведения процесса.