Создание композиций для щелочной рафинации хлопковых масел

АННОТАЦИЯ

В настоящее время на всех масложировых предприятиях Узбекистана щелочную рафинацию хлопковых масел, полученных прессовым и экстракционным способами, осуществляют водным раствором NaOH. Многолетняя практика применения каустической соды (NaOH) в процессе рафинации хлопковых масел показала значительное омыление триацилглицеридов за счет его высокого избытка в реакционной среды и низкой избирательности. Из анализа литературных и патентных материалов по отбелке и обесцвечиванию жидкостей была выбрана нитрилотриметиленфосфоновая кислота (НТМФК), которая широко используется в целлюлозно-бумажной и нефтедобывающей промышленности, строительстве, а также в других отраслях. Учитывая вышеотмеченные характеристики НТМФК, мы использовали её в качестве второго компонента создаваемых композиций для щелочной рафинации хлопковых масел. При этом её долю с основным щелочным реагентом изменяли от 10 до 30 % от общей массы.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что введение C₃H₁₂NO₉P₃ в состав композиции позволяет увеличить выход рафинированного хлопкового масла за счет уменьшения его перехода в состав соапстока. При этом оптимальной температурой экспозиции рафинируемого хлопкового масла является 70^о С.

ABSTRACT

Currently, alkali refining of cotton oils, obtained by pressing and extraction processes, is carried out with the aqueous solution NaOH at all fat and oil refining enterprises of Uzbekistan. Many years of using caustic soda (NaOH) in the process of refining cotton oils has shown significant saponification of triacylglycerides due to its high excess in the reaction medium and low selectivity.  Nitrilotrimethylenephosphornic acid (NTMPA) has been selected from the analysis of literature and patent materials on bleaching and decoloring liquids; it is widely used in pulp and paper and oil industry, construction, and other industries. Considering the above-mentioned characteristics of NTMPA, we have used it as a second component of created compositions for alkali refining of cotton oils. Thus, its ratio with basic alkaline reagent is varied from 10 to 30% by total weight.

Carried out research allows making conclusion that introduction of C₃H₁₂NO₉P₃ into the composition increases the output of refined cotton oil by reducing its transition into the composition of soap stock. This optimum temperature of refining cotton oil exposure is 70 ° C. 

Введение

Хлопковые масла, полученные как прессовым, так и экстракционным способом, содержат кроме триацилглицеридов сопутствующие вещества: свободные жирные кислоты, госсипол и его производные, которые необходимо удалить щелочными реагентами.

Многолетняя практика применения каустической соды (NaOH) в процессе рафинации хлопковых масел показала значительное омыление триацилглицеридов за счет его высокого избытка в реакционной среде и низкой избирательности. В отличие от NaOH силикат натрия (Na₂SiO₃) преимущественно реагирует со свободными жирными кислотами, мало затрачивая липиды (триацилглицериды и фосфолипиды) хлопковых масел. При этом осветление хлопкового масла происходит менее эффективно, чем при использовании NaOH.

С целью устранения этих недостатков исследователями [1] проведена щелочная рафинация хлопкового масла на NaOH с добавкой карбамида. Выбор последнего обосновывается тем, что карбамид, образуя новые соединения с госсиполом, переходит в соапсток, и тем самым снижается цветность рафинированного хлопкового масла.

Недостатком данного способа является образование густого, плотного, труднотранспортируемого соапстока, разделение которого от рафинированного масла создает ряд затруднений в отстойнике и транспортируемых трубах и арматурах.

Объекты и методы исследования

В качестве объекта исследования использовано хлопковое масло с кислотным числом К.ч. – 3,35 и 5,37 мг КОН/г, цветностью 45 и 70 кр. при 3,5 и 5,5 синих ед. при 35 желтых. Цветность масла определяли на цветомере Ловибонда [3], а кислотное число – методом титрования [2].

Полученные научные результаты и их обсуждение

На основе анализа литературных и патентных материалов по отбелке и обесцвечиванию жидкостей нами была выбрана нитрилотриметиленфосфоновая кислота (НТМФК), которая широко используется в целлюлозно-бумажной и нефтедобывающей промышленности, строительстве и других отраслях. Особенными свойствами НТМФК являются регулирующие воздействия на свойства водных растворов, ингибирующие воздействия на солеотложение, отбеливающие свойства, отложения карбонатных солей и выступает в качестве показателя вязкости растворов.

НТМФК получают путем взаимодействия соединений фосфора (фосфористой кислоты, треххлористого фосфора или монометилфосфита) с аммиаком и формальдегидом в водной среде [4]:

[NH₃]+3CH₂ O+3PCl+6H₂O=N (CH₂ PO₃H₂)₃+9HCl

Создание НТМФК представляет следующий процесс. К раствору концентрированной соляной кислоты при энергичном перемешивании и температуре 40^о C прибавляем одновременно по каплям смесь треххлористого фосфора, 37 %-ного раствора формалина и аммиачной воды, поддерживая заданную температуру определенной скоростью прибавления реагентов и внешним охлаждением. По окончании прибавления реакционную массу нагреваем до 100^o C и выдерживаем при этой температуре в течение одного часа для более полного удаления выделяющегося хлористого водорода. Далее, раствор упариваем, охлаждаем и отфильтровываем осадок. Полученная НТМФК является сильной шестиосновной кислотой.

Она образует соли как с неорганическими, так и с органическими основаниями. Окисляется пероксидами в N-оксид. В широком интервале pH она образует устойчивые комплексы с катионами металлов. Значение pH (1 % раствора НТМФК при 20^о С) не более 2.

Химическая формула НТМФК имеет вид [5]:

Молекулярная масса НТМФК равна 229,07 г/моль, плотность – 1,33 г/см³. Температура плавления – НГМФК разлагается при 200^о C и термически устойчива до температуры 125^о С.

В настоящее время на всех масложировых предприятиях Узбекистана щелочную рафинацию хлопковых масел, полученных прессовым и экстракционным способами, осуществляют водным раствором NaOH с концентрацией 150–250 г/л и избытком 150–200 % (более 20 кр. ед. при 35 желтых) от его теоретического расчета [6]. При этом выход рафинированного хлопкового масла низок (87–88 %), а цветность высока.

Учитывая вышеотмеченные характеристики НТМФК, мы использовали её в качестве второго компонента создаваемых композиций для щелочной рафинации хлопковых масел. При этом её долю с основным щелочным реагентом изменяли от 10 до 30 % от общей массы.

В таблице 1 представлены составы и содержания исследованных композиций для щелочной рафинации хлопковых масел.

Таблица 1.

Составы и содержания композиций для щелочной рафинации хлопковых масел

Из таблицы 1 видно, что содержание создаваемых композиций для щелочной рафинации хлопковых масел подбирали с учетом индивидуальных свойств каждого компонента и его влияния на количественные и качественные показатели получаемых масел и соапстоков.

В лабораторных условиях нами проведены опыты по щелочной рафинации сырых хлопковых масел, полученных прессовых и экстракционным способами на созданных композициях.

Результаты анализов прессового и экстракционного хлопковых масел представлены в таблицах 2 и 3, соответственно.

Данные таблицы 2 свидетельствуют, что с добавлением в состав композиции C₃H₁₂NO₉P₃ (10 до 30 % от массы композиций) кислотное число и цветность рафинированных прессовых масел значительно снижается, а выход – повышается. Это достигается тем, что добавление C₃H₁₂NO₉P₃ в состав композиции способствует более четкому разделению фаз системы «нейтрализованное масло – соапсток» при температурах 60–70^о C, а процесс фильтрации интенсифицируется примерно в 1,5–2 раза.

Таблица 2.

Основные показатели щелочной рафинации прессового хлопкового масла с К.ч. – 3,35 мг КОН/г, цветностью 45 кр. и 3,5 синих ед. при 35 желтых на созданных композициях

По качественным показателям экстракционное хлопковое масло хуже, чем прессовое, поэтому необходимо подобрать эффективные композиции для его щелочной рафинации [7].

Таблица 3.

Основные показатели щелочной рафинации экстракционного хлопкового масла с К.ч. – 5,37 мг КОН/г, цветностью 70 кр. и 5,5 синих ед. при 35 желтых на созданных композициях

В таблице 3 представлены результаты исследования щелочной рафинации экстракционного хлопкового масла с К.ч. – 5,37 мг КОН/г, цветность 70 кр. и 55,5 синих ед. при 35 желтых на разработанных композициях. По данным таблицы 3 можно сделать вывод, что выходы рафинированного экстракционного хлопкового масла ниже, чем выходы прессовых масел. При этом цветность рафинированных экстракционных хлопковых масел выше, чем у прессовых. Это диктует необходимость их отбелки эффективными адсорбентами.

Эффективность использования C₃H₁₂NO₉P₃ в составе композиции связана с её высокой поверхностной активностью, обусловленной сочетанием в ней большого числа основных и кислотных донорских центров, позволяющих образовывать комплексные соединения со свободными жирными кислотами, фосфолипидами и катионами металлов. Это позволило понизить вязкостные свойства системы «соапсток – нейтральное масло» до 22,7 Па∙с, а поверхностное натяжение – до 22,5 мН/м.

Таблица 4.

Содержание нейтрального жира в соапстоке, полученного после рафинации экстракционного хлопкового масла с добавкой C₃H₁₂NO₉P₃ и без него

Из таблицы 4 видно, что с добавлением C₃H₁₂NO₉P₃ в состав рафинируемой хлопковое масло композиции содержание нейтрального масла в соапстоке уменьшается. Причем наилучшие результаты достигаются при использовании КЩРХМ-6 и КЩРХМ-8. При этом повышение температуры экспозиции до 70^о C благоприятно влияет на образование крупных хлопьев соапстока, что подтверждается наименьшим содержанием нейтрального масла в последнем. Дальнейшее повышение температуры выше 70^о C приводит к повышению содержания нейтрального масла в полученных соапстоках.

Вывод

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что введение C₃H₁₂NO₉P₃ в состав композиции позволяет увеличить выход рафинированного хлопкового масла за счет уменьшения его перехода в состав соапстока. При этом оптимальной температурой экспозиции рафинируемого хлопкового масла является 70^о C.