ГИДРИРОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ С ЭФФЕКТИВНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕГЕНЕРИРОВАНННОГО КАТАЛИЗАТОРА

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты исследования активности никелевых катализаторов, полученных путем регенерации использованных катализаторов и гидрирования растительных масел с их участием. Определена активность катализатора (Р-1), регенерированного из традиционно обезжиренного отработанного катализатора, и катализатора (Р-2), регенерированного из отработанного катализатора, обезжиренного с помощью ультразвука, и с их помощью гидрировали подсолнечное и хлопковое масла. Установлено, что активность катализатора Р-2 более активна, чем активность катализатора Р-1. Отмечено, что использование детоксикантов при гидрировании низкокачественных масел в присутствии регенерированных катализаторов дает эффективный результат.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the activity of nickel catalysts obtained by regenerating spent catalysts and hydrogenating vegetable oils with their participation. The activity of the catalyst (P-1), regenerated from a traditionally defatted spent catalyst, and the catalyst (P-2), regenerated from a spent catalyst, defatted by ultrasound, was determined, and they were used to hydrogenate sunflower and cottonseed oils. It was found that the activity of catalyst R-2 is more active than that of catalyst R-1. It has been noted that the use of detoxicants in the hydrogenation of low-quality oils in the presence of regenerated catalysts gives an effective result.

Ключевые слова: отработанный катализатор, регенерация, качество, никель, ультразвук, детоксикант, активность, саломас, температура плавления, отравления.

Keywords: spent catalyst, regeneration, quality, nickel, ultrasound, detoxicant, activity, salomas, melting point, poisoning.

Качество и стоимость саломасы, полученной при гидрировании растительных масел, напрямую зависит от катализатора, а также от используемого сырья. Тип, природа, состав, физико-химические свойства и, конечно же, активность катализатора определяют качество и стоимость готового продукта, а также применяемую технологическую систему. Например, гидрирование масел в присутствии стационарных или дисперсных катализаторов осуществляется в разных технологических системах. Если для пищевых саломасов используют катализатор с пассивированной активностью, то при высокоактивных катализаторах получают техническую или высокотитровую саломасу[1-3].

Независимо от того, какой продукт получают при гидрировании масел, в какой технологической системе осуществляется процесс и какой катализатор используется, катализатор должен иметь минимальный уровень активности. По установленной методике уровень активности катализатора должен быть выше 35. В противном случае в присутствии катализатора с низкой активностью реакция присоединения водорода к ненасыщенным жирным кислотам не происходит. С учетом этого изучен уровень активности никелевых катализаторов, полученных путем регенерации отработанного катализатора, гидрогенизации жиров, и процессов гидрирования растительных масел с их участием[4-6].

Для регенерации катализаторов, применяемых при гидрировании масел, были исследованы никелевые катализаторы, применяемые на масложировых предприятиях нашей Республики. Использованные катализаторы обезжиривали путем подщелачивания щелочью, соли катализатора получали обработкой минеральными кислотами и раствором кальцинированной соды. Затем полученную массу обрабатывали водородом в реакторе для получения регенерированных катализаторов. В этом случае были идентифицированы катализатор Р-1, регенерированный из отработанного катализатора, обезжиренного традиционным способом, и катализатор Р-2, регенерированный из отработанного катализатора, обезжиренного ультразвуком.

Сначала определяли активность новых и регенерированных катализаторов. Для этого подсолнечное масло гидрировали в присутствии катализаторов N-820, Р-1 ва Р-2 при температуре 180°С и в лабораторных условиях в течение 60 минут. Количество катализатора принимали равным 0,15% в пересчете на никель по отношению к массе масла. Результаты эксперимента представлены в таблице 1.

Показатель преломления полученных саломасом определяли при температуре 60°С и активность катализатора рассчитывали по следующей формуле.

[4]

где А - активность катализатора, выраженная в зависимости от степени ненасыщенности подсолнечного масла, %; 1,4470 – показатель преломления гидрогенизированного подсолнечного масла при 60°С, йодное число = 0; n_м – значение показателя преломления масла при 60°С; n_c — показатель преломления саломаса при 60°С.

Таблица 1.

Оценка активности новых (N-820) и регенерированных (Р-1, Р-2) катализаторов

В следующих экспериментах исследовалось гидрирование хлопкового масла в присутствии новых и регенерированных катализаторов. Для этого отбирали пробу хлопкового масла (кислотное число - 0,22 мг КОН, влажность - 0,16% и цветность 9 к.е.) с наличием новых (N-820) и регенерированных (Р-1 и Р-2) катализаторов, 180°С. Его гидрировали в течение 120 минут при температуре и лабораторных условиях, пробы отбирали и анализировали каждые 20 минут. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Влияние продолжительности гидрирования на физико-химические показатели саломасы

Из данных таблицы 2 видно, что при гидрировании хлопкового масла с йодное число 110,0% J₂ в течение 120 минут с использованием новых (N-820) и регенерированных (Р-1 и Р-2) катализаторов в количестве 0,15 % по отношению к массе масла, снизилось йодное число с 55,8% J₂, 60,5% J₂ и 57,6% J₂ соответственно. Если обратить внимание на изменение скорости гидрирования (∆й.ч.), то мы увидим, что она равна 54,2 в присутствии нового катализатора и 46,2 и 52,4 в присутствии регенерированных (Р-1 и Р-2) катализаторов. Это объясняется тем, что активность регенерированных катализаторов ниже, чем у нового катализатора.

По опыту производства гидрирование низкокачественных масел происходит дольше, чем высококачественных, а расход катализатора велик. Потому что сопутствующие вещества, содержащиеся в жирах и маслах, в процессе гидрирования сорбируются на поверхности катализатора и отравляют его. В результате активные центры на поверхности катализатора «блокируются» и его активность начинает снижаться [7,8].

С целью изучения влияния качественных показателей масел на их гидрирующие свойства гидрогенизировали хлопковые масла с разными показателями качества. Качественные показатели хлопкового масла приведены в таблице 3. Гидрирование, в присутствии регенерированного (Р-1 и Р-2) катализатора в количестве 0,15% от массы масла, при 180°С, со скоростью барботирования водорода 3 л/мин. и проводили в течение 2 часов при атмосферном давлении. Результаты эксперимента представлены в таблице 4.

Таблица 3.

Качественная характеристика сырья

Таблица 4.

Влияние показателей качества масел на гидрирующие свойства регенерированных катализаторов (Р-1, Р-2)

Из данных таблицы 4 видно, что по мере снижения качества масла снижается и скорость ее гидрирования (∆й.ч.). Снижение качества масла вызвало снижение скорости гидрирования с 49,5 до 23,0 на катализаторе Р-1, с 52,4 до 26,8 на катализаторе Р-2, т.е. в 1,5 раза. По мере снижения качества масла замедление процесса гидрирования объясняется его токсичностью и снижением активности вследствие сорбции сопутствующих веществ на поверхности катализатора [6].

Рафинированные жиры и масла содержат следовые количества сопутствующих веществ жирных кислот. Эти вещества сорбируются на активной поверхности катализатора при гидрировании, вызывая снижение его активности, то есть отравляя его. К ним относятся фосфатиды, остатки мыла, красители, сульфидные соединения, свободные жирные кислоты и др. Степень отравления ими катализатора хорошо известна[6-8].

Установлен положительный эффект применения различных детоксикаторов (асбеста, отбеливающей земли, активированного угля, силикагеля) с целью устранения каталитических ядов в масле и жирах, снижения расхода катализатора и ускорения процесса гидрирования [4-8].

Целесообразным считается эффективное использование индивидуальных свойств и избирательных сорбционных свойств адсорбентов, а также комплексное использование адсорбентов с целью снижения их расхода. Для этого был приготовлен состав смеси детоксикантов (СД) оптимального состава (50 % отбеливающей земли и 50 % активированного угля).

Для определения оптимального количества детоксиканта, используя детоксицирующий агент СД в количестве 0,2-0,6%, хлопковое масло гидрировали в присутствии катализатора Р-1 в указанных выше условиях. Полученные результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Зависимость изменения йодного числа саломаса по времени от ввода детоксиканта

Из данных таблицы 3.8 видно, что скорость насыщения хлопкового масла увеличивается с увеличением количества детоксиканта.

Из данных таблицы видно, что гидрирование низкокачественного хлопкового масла в присутствии детоксиканта приводит к улучшению его гидрирующих свойств. Эффективное действие ДА объясняется сорбцией им каталитических токсичных веществ в масле.

Список литературы:

1. Kadirov Y., Ruzibayev A. Yog’larni qayta ishlash texnologiyasi //T.:“Fan va Texnologiya. – 2014. – Т. 320.
2. Рабинович Л.М. Перспективные методы каталитической модификации жиров. // Развитие масложирового комплекса России в условиях рыночной экономики: Материалы Всероссийской конф. – М., 28-31 марта, 2000. -С.51-52.
3. Ruzibayev A.T., Kadirov Y. K., Rahimov D. P. Intensification of the hydrogenation process of vegetable oils with effective methods of detoxication of catalyst. // European Applied Sciences, 2015, №5, p. 58-61
4. Рузибоев А.Т., Кадиров Ю.К., Юнусов О.К. Интенсификация процесса гидрогенизации хлопкового масла // Масложировая пром-сть. – М., 2011. -№6. –С.34-35.
5. Berben P. Hydrogenation of fats and oils: trends in catalyst development // Lipid Technology Newsletter. 2002. -№8. -P.133-137.
6. Рузибаев А.Т., Кадиров Ю.К. Интенсификация процесса гидрогенизации растительных масел //Химия и химическая технология. – 2015. – №.4. – С. 74-78.
7. Мажидов К.Х., Сатаров К.Х., Меламуд Н.Л. Усовершенствованная технология гидрогенизации хлопкового масла // Пищевая пром-сть. –М., 1992. -№5. -С.10.
8. Drozdowski D., Zajak M. Kinetics of nickel catalyst poisoning // J. Amer. Oil Chem. Soc. 1980. -Vol.57. -P.149-153