Влияние природы щелочного реагента на эмульсионную рафинацию хлопкового масла

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены вопросы образования эмульсий при щелочной рафинации хлопкового масла, которые проводят в состав соапстока красящие масло вещества (госсипол, хлорофилл и их производные), натриевые соли жирных кислот, фосфатиды и др. При обводнении смеси масла мыла, раствор щелочи силикат натрия изменяет свой вес и массу, что положительно влияет на интенсификацию процесса разделения соапстока. Будучи адсорбентом, силикат сорбирует красящие пигменты масла и его другие компоненты, часть которых также участвует в образовании мономолекулярной защитной оболочки капли эмульсии. Такое всестороннее блокирование содержимое капли дополнительным введением SiO₂ подтверждает необходимость эмульсионной рафинации хлопкового масла силикатом натрия.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что силикат натрия по сравнению с традиционной каустической содой более эффективно выводит из состава нейтрализованного хлопкового масла вышеупомянутые вещества, т.к. SiO₂ являясь глинистым адсорбентом хорошо сорбирует их и быстро оседает в дно соапстока.

ABSTRACT

In this article questions of formation of emulsions at alkaline refining cotton oil which carry out to composition of soap stock dyes (gossypol, a chlorophyll and their derivatives) sodium salts of fatty acids of a fosfatida and etc are considered. At oil mix flood, alkali solution silicate of sodium changes the weight and weight that positively influences a soap stock division process intensification. Being adsorbent silicate occludes the painting pigments of oil and its other components which part also participates in formation of a monomolecular protective cover of a drop of an emulsion. It all third-party blockings drop contents additional introduction of SiO₂ confirms necessity of emulsion refining cotton oil with sodium silicate.

The conducted researches allow to draw a conclusion that sodium silicate in comparison with traditional caustic soda brings out of composition of the neutralized cotton oil above-mentioned substances since SiO₂ being clay adsorbent well more effectively occludes them and quickly settles in a soap stock bottom.

Исходя из особенностей состава и свойств сырого хлопкового масла на практике широко использует эмульсионный способ его щелочной рафинации, который принципиально отличается от мыльно-щелочного метода, используемого при нейтрализации светлых (подсолнечного, соевого и т.п) масел.

Известно, что эмульсией является смесь, состоящая из одной жидкости (дисперсной фазы), распределенной в виде капелек в другой жидкости (дисперсной среде). Эмульсия хлопкового масла (дисперсной среда), содержащая капельки воды (дисперсной фазы) относится к типу “вода в масле” (в/м). Для получения устойчивых эмульсий необходимо наличие третей фазы-эмульгатора, который является ПАВ (мыла, фосфатиды и др.) понижающим межфазное натяжение между маслом и водой в результате положительной адсорбции. Например, при межфазном натяжении ниже 10 -8 – 10 -9 Дж (0,1-0,01 эрг/см²) проходит самопроизвольно эмульгирование и его стабилизация. При этом, ПАВ в результате их адсорбции на поверхности раздела образует вокруг каждой капли защитный слой  (рис.1)

Рисунок. 1. Расположение компонентов в масловодяной эмульсии:
а) схема эмульсионной локализации капли. б) хлопково-водяные капли в масле

Причем, для получения высоко устойчивых эмульсий защитные адсорбционно-сольватные слои должны обладать упругостью и механической прочностью. К таким ПАВ относятся реагенты, образующие гелеобразные структурные адсорбционные слои, а к стабилизаторам эмульсий в/м – олеофильные коллоиды и адсорбированные на поверхности раздела фаз тонко диспергированные твердые вещества [1].

Электролиты, входящие в состав ПАВ, обычно улучшают эмульгирующую способность, но действие их специфично по [2]. При наличии щелочных электролитов происходит омыление жировых веществ (триглицеридов, свободных жирных кислот и др.) с образованием мыла, что усиливает действие используемого ПАВ. Сильное влияние оказывают некоторые электролиты, особенно силикаты и фосфаты, на удаление ионов Са ⁺⁺ и Мg⁺⁺, содержащихся в жесткой воде. Этим предотвращается образование эмульсии поливалентными катионами [3].

В последнее время для щелочной нейтрализации светлых растительных масел вместо традиционного гидроксида натрия (NaOH) широко используют силикат натрия (mNa₂O*nSiO₂), где отношение SiO₂:Na₂O называют модулем. Его значение обусловливает изменение свойств силиката с модулем до четырех  [4].

Силикат натрия в водном растворе гидролизуется по следующей реакции:

                           Na2O *SiO2 +H2O = Na+ +OH- + SiO2 * H2O                                            (1)

Они имеют щелочную реакцию, из них метасиликат натрия (Na2O * SiO2 * 9H2O) считается наиболее щелочным. Щелочные силикаты эффективно улучшают моющее действие ПАВ благодаря высокому отрицательному заряду.

На рис. 2 представлены изменения рН водных растворов метасиликата натрия от его концентрации.

Рисунок 2. Изменение рН водных растворов метасиликата натрия от его концентрации

Из рис. 2 видно, что существенное изменение рН водных растворов метасиликата натрия происходит до его концентрации 0,25. Дальнейшее повышение его концентрации практически сохраняет достигнутый рН.

Благодаря наличию в масле ПАВ капли эмульгируются, раздробляясь на более мелкие капельки. Ионы ПАВ адсорбируются ориентировано на  поверхности раздела «масло-вода» и образуют вокруг каждой капельки масла мономолекулярную защитную оболочку. Гидрофобные концы обращены в масло, а полярные группы – направлены в воду  (рис 3.)

Рисунок 3. Схема обращения гидрофобных углеводородных и полярных групп ПАВ в масляной эмульсии

Причем, скорость эмульгирования зависит в основном от межфазного натяжения, а устойчивость эмульсии определяется, прежде всего, прочностью оболочки вокруг капелек масла и степенью его дисперсности.

Из выше изложенных можно резюмировать, что природа щелочного реагента безусловно влияет на эффективность эмульсионной рафинации хлопкового масла. Переход от традиционной каустической соды к силикату натрия способствует повышению устойчивости мономолекулярной защитной оболочки капли за счет внедрение него  Si2O2 (дисперсного силиката).

При обводнении смеси масла мыла, раствор щелочи силикат натрия изменяет свой вес и массу, что положительно влияет на интенсификацию процесса разделения соапстока. Будучи адсорбентом, силикат сорбирует красящие пигменты масла и его другие компоненты, часть которых также участвует в образовании мономолекулярной защитной оболочки капли эмульсии. Такое всестороннее блокирование содержимое капли дополнительным введением SiO₂ подтверждает необходимость эмульсионной рафинации хлопкового масла силикатом натрия.

Таким образом, изучение влияния природы щелочного реагента на эмульсионную рафинацию хлопкового масла показывает эффективность применения силиката натрия в данном процессе т.к при этом значительно повышается стойкость защитной оболочки капли эмульсии за счет внедрения в него высокодисперсного силиката и других ПАВ масла.