ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ СОПУТСТВУЮЩИХ СОЕДИНЕНИЙ В ТРИГЛИЦЕРИДАХ ПРИ РАФИНАЦИИ ХЛОПКОВОГО МАСЛА В МИСЦЕЛЛЕ

АННОТАЦИЯ

В данной научной статье представлены данные об электрофизическом разложении триглицеридных сосоединений в процессе мицелле рафинации хлопкового масла. В настоящее время электромагнитное воздействие на процесс очистки смесей хлопкового масла не изучено. Мы провели электромагнитную обработку хлопкового масла в различных смесях при 0,2-1,0 Тл в течение 20 минут и определили степень ассоциации (а). Применение ЭМО (электромагнитной обработки) (индукция равна 0,9 Тл) значительно повысило степень нейтрализации хлопкового масла различными веществами. При использовании обычных методов для достижения кислотного числа 0,3 мг КОН в хлопковом масле требуется более 50 минут, тогда как ЭМО достигает этого значения за 30 минут. Можно сказать, что ЭМО смеси хлопкового масла с индукцией 0,5-0,9 Тл (в зависимости от состава добавок) позволяет увеличить ее перерабатывающие процессы в 1,3-1,5 раза, что поможет значительно повысить показатели эффективности этих отраслей.

ABSTRACT

This scientific article presents data on the electrophysical decomposition of triglyceride co-compounds during the micelle refining of cottonseed oil. Currently, the electromagnetic effect on the process during the purification of cottonseed oil mixtures has not been studied. We carried out electromagnetic treatment of cottonseed oil in various mixtures at 0.2-1.0 T for 20 minutes and determined the degree of association (a). The use of EMO (electromagnetic treatment) (induction equal to 0.9 T) significantly increased the neutralization rate of cottonseed oil in various substances. Using conventional methods, it takes more than 50 minutes to reach an acid value of 0.3 mg KOH in cottonseed oil, while EMO achieves this value in 30 minutes. We can say that the EMO of the cottonseed oil mixture with induction of 0.5-0.9 T (depending on the composition of additives) allows to increase its processing processes by 1.3-1.5 times, which will help to significantly increase the efficiency indicators of these industries.

Keywords: Cottonseed oil, micelles, refining, electromagnetic treatment, triglyceride modification.

Ключевые слова: Хлопковое масло, мисцелла, рафинация, электромагнитная обработка, модификация триглицеридов.

Введение. Молекулы триацилглицеридсодержащих веществ в смесях хлопкового масла существуют как в отдельных формах, так и в виде простых и сложных связей [1-3]. Чем сложнее связи, тем труднее их разорвать, что требует применения электрофизических методов воздействия на них [4-5].

В последние годы среди электрофизических методов наиболее широкое применение на химических предприятиях нашло электромагнитное воздействие с использованием различных техник [6-7].

В масло и смазочно-охлаждающей промышленности эти методы используются для ускорения процессов экстракции, гидратации легких масел и т. д.

Электромагнитное воздействие на процесс при очистке смесей хлопкового масла до сих пор не изучено. Сегодня условия индукции магнитного поля для многих процессов переработки растительных масел, включая хлопковое масло, являются предметом споров.

Причиной этого расхождения считается температурно-гидродинамическое воздействие электромагнитной обработки, а также конструкция используемых устройств.

Цель работы является изучение методов электрофизического разложения сопутствующих соединений в триглицеридах в процессе мицеллярной очистки хлопкового масла.

Объекты исследования. Хлопковое масло, мицеллы, гидратация и технология щелочной очистки для изучения состава и химических изменений.

Методы исследования. Для оценки и идентификации хлопкового масла и его мицелле использовались современные физико-химические методы [8].

Результаты и обсуждение. Создание универсального лабораторного прибора для изучения процессов гидратации и щелочной очистки хлопкового масла с использованием электромагнитной обработки позволяет выявлять кинетические и технологические закономерности рассматриваемых процессов, а также определять фактические значения его электромагнитной обработки.

На рисунке 1 представлена ​​схема универсальной лабораторной установки для гидратации и щелочной очистки хлопкового масла с использованием ЭМО.

Рисунок 1. Лабораторное оборудование для изучения процессов гидратации и щелочной рафинировки хлопкового масла

Гидратация хлопковых мисцелла с использованием деминерализованной воды и ЭМО изучалась следующим образом: хлопковые мицеллы (концентрация 40-50%) из резервуара 1 подавались в смеситель 5 с помощью клапана 12, насоса 2, намагничивателя 3, теплообменника 4 и клапана 22, где также подавалась деминерализованная вода (1-4% от массы масла) из резервуара 6 с помощью клапана 6, насоса 2, намагничивателя 3, теплообменника 4 и 2ª для гидратации фосфолипидов.

Температура смеси хлопкового масла и воды в смесителе контролируется термометром 7 и клапанами 9, а также термостатом 9. Смешивание смеси хлопкового масла и воды осуществляется с помощью пластикового смесителя и двигателя 14, скорость которого регулируется рычагом 15. a и 3ª, насос 2. Полученная смесь подается в отстойник 8 с помощью намагничивающего устройства 3, теплообменника 4 и клапана 4a 52 для образования фосфолипидных фрагментов. Температура в 8-м насосе контролируется термометром 10 и регулируется клапаном 95 и термостатом 9B. После завершения образования фрагментов фосфолипидов их осадок, удаленный из отстойника 8, под действием силы тяжести направляется через клапан 8 в коллектор 11. При этом отделение осадка фосфолипидов от хлопковой смеси контролируется смотровой лампой, установленной на нижнем выходе отстойника 8.

Различные методы с использованием электромагнитных волн (ЭМВ)

Гидратированная хлопковая смесь из 8-го осадителя направляется через клапан 86 в коллектор 12. Это завершает изучение процесса гидратации хлопковой смеси, образованной под воздействием электромагнитного излучения. Для контрольных экспериментов намагничивающее устройство 3 отключается и работает как обычная замкнутая система.

При изучении процесса щелочной очистки смеси гидратированного хлопка эксперименты проводятся в следующей последовательности: смесь гидратированного хлопка из коллектора 12 подается в смеситель 5 с помощью клапана 12а, клапана 3а, насоса 2, намагничивающего устройства 3, теплообменника 4, клапана 2, где из коллектора 13 подается раствор силиката натрия (или гидроксида натрия) с помощью клапана 13, клапана 2, насоса 3, намагничивающего устройства 4, клапана 2 для нейтрализации с помощью клапана 13, насоса 3, намагничивающего устройства 4, теплообменника 4, клапана 2.

Из смесителя 5а насоса S, клапанов 5ª и 3ª, 2, намагничивающего устройства 3, теплообменника 4 и клапана 4ª смесь выливается в отстойник 8, где образуются мыльные хлопья.

После образования хлопьев мыльного раствора в 8-м отстойнике, хлопковый мыльный раствор (с растворителем) самотеком проходит через 8-дюймовый клапан в 13-й коллектор.

После отделения хлопкового мыла от нейтрализованной смеси (наблюдение через смотровое стекло), оно самотеком проходит через 86-й клапан в 12-й коллектор.

Электромагнитное поле. Намагничивающее устройство 3 может генерировать переменный и постоянный ток для обработки смесей хлопкового масла, деминерализованной воды, щелочных растворов и т. д. Диапазон рабочих температур составляет 20-40 °C, индукция магнитного поля изменяется до 1,0 Тл.

Электромагнитное устройство состоит из магнитной цепи 3, магнетрона 3' и блока управления 3'. Величина индукции магнитного поля между магнитными цепями определяется с помощью тесламетра МАЯК-ЗМ.

При прямой очистке хлопкового жмыха (без предварительной гидратации) сырье из коллектора 1 подается в смеситель 5 с помощью клапана 12, насоса 2, намагничивающего устройства 3, теплообменника 4 и клапана 2. Затем все действия выполняются в описанной выше последовательности.

Как видно, универсальное лабораторное оборудование для гидратации и щелочной очистки хлопкового жмыха с использованием электромагнитного излучения позволяет изучать вышеуказанные процессы как с электромагнитным излучением, так и без него (контроль). Более того, это излучение может изучаться отдельно или совместно для каждого потока материала (хлопковый жмых, вода, щелочной раствор и т. д.), что позволяет выбрать наиболее эффективную технологию. Мы провели электромагнитную обработку хлопкового жмыха в различных смесях при 0,2-1,0 Тл в течение 20 минут и определили степень ассоциации (а).

Полученные результаты представлены на рисунках 2 и 3.

Как видно из рисунков 2 и 3, с увеличением интенсивности электромагнитной обработки веществ, сопровождающих хлопковое масло, степень их (а) связывания уменьшается, что положительно влияет на интенсивность процесса щелочной очистки.

Электромагнитная индукция изменялась путем регулирования зазора между статором и ротором, а направление вектора изменялось путем организации вращательного движения с помощью внешнего привода.

Рисунок 2. Изменение степени ассоциации свободных жирных кислот (кривая 1) и госсипола (кривая 2) в зависимости от напряженности электромагнитного поля

Рисунок 3. Изменение степени ассоциации неомыляемых веществ (кривая 1) и фосфолипидов (кривая 2) в зависимости от напряженности электромагнитного поля

Были проанализированы инфракрасные спектры до и после электромагнитной обработки хлопкового масла. Следует отметить, что отсутствие электромагнитного воздействия в системе (нулевая индукция) приводит только к гидродинамическому воздействию.

Исследования показывают, что электромагнитный эффект является гораздо более сильным фактором, чем перемешивание или температура, в разрушении ассоциаций веществ, сопровождающих триацилглицериды.

Изученные факторы убывающе располагаются в следующем порядке: электромагнитный эффект, температурный эффект и гидродинамический эффект. Оптимальный диапазон разрушения ассоциированных веществ наблюдается в диапазоне электромагнитной индукции 0,5-0,9 Тл (в зависимости от состава ассоциированных веществ масла).

Ясно, что чем сложнее состав ассоциаций, тем выше электромагнитная индукция (0,7-0,9 Тл). Дальнейшее увеличение электромагнитной индукции не приводит к существенному изменению степени разрушения ассоциаций.

Предложенные механизмы не полностью объясняют снижение степени ассоциации сопутствующих веществ, поскольку выход из ассоциации связан с разрывом водородных связей, энергия которых значительно превышает энергию, передаваемую системе электромагнитными эффектами. Также необходимо учитывать влияние резонансных явлений, возникающих при электромагнитном воздействии на хлопковую смесь.

В природе молекулы или их партнеры совершают непрерывные колебательные движения, соответствующие определенным энергетическим уровням. Это способствует возникновению резонанса, высвобождая кванты энергии, способные не только к деформации, но и к разрыву водородных и других связей, энергия которых превышает энергию действующих сил.

Поэтому разница в значении ЭДС для разных сред оправдана их химическим составом и т. д. В производственных условиях длительность электромагнитного воздействия на хлопковую масляную смесь определяет скорость ее обработки. Мы исследовали этот показатель при температуре хлопковой смеси 50±5°C. Полученные результаты представлены на рис. 4.

Рисунок 4. Изменения уровня связывания свободных жирных кислот (кривая 1) и госсипола (кривая 2) в зависимости от времени после электромагнитной обратобки

На рисунке 4 показано, что через 10-15 минут эффект ЭМО начинает исчезать, то есть уровень ассоциации свободных жирных кислот (кривая 1) и госсипола (кривая 2) возвращается к исходному состоянию. Это указывает на то, что дальнейшую обработку смеси хлопковых семян следует начинать не раньше, чем через 10-15 минут.

Мы провели лабораторное исследование кинетики щелочной очистки хлопкового масла различными способами с применением и без применения ЭМО. Эксперименты проводились для смеси хлопковых семян при температуре 40°C и скорости перемешивания 100 об/мин. Результаты представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. Изменение кислотного числа хлопкового масла с электромагнитной щелочной очисткой и без нее (кривая 2), а также при различных обработках (кривая 1).

Как видно из рисунка 5, использование ЭМО (индукция равна 0,9 Т) значительно повысило скорость нейтрализации хлопкового масла различными веществами. При использовании традиционных методов для достижения кислотного числа 0,3 мг KOH в хлопковом масле требуется более 50 минут, тогда как ЭМО достигает этого значения за 30 минут.

Выводы. Таким образом, можно сказать, что ЭМО смеси хлопкового масла с индукцией 0,5-0,9 Т (в зависимости от состава добавок) позволяет увеличить ее перерабатываемость в 1,3-1,5 раза, что поможет значительно повысить показатели эффективности этих отраслей.

Список литературы:

1. Руководство по технологии и переработке растительных масел и жиров / Ред. кол. А.Г. Сергеев и др. Л.: ВНИИЖ, 1975. Т.II. -C. 240-245.
2. Арутюнян Н.С. и др. Технология переработки жиров. М.: Пищепромиздат. 1999. -C. 452.
3. Абдурахимов А.А., Кадиров Ю.К., Серкаев К.П. Подбор эффективного щелочного реагента для рафинации хлопкового масла в мисцелле // Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы инновационных технологий в развитии химической, нефте газовой и пищевой промышленности» - Ташкент. - 2016. - С.7-8.
4. Абдурахимов А.А., Серкаев К.П., Кадиров Ю.К. Методология модернизации технологической линии рафинации хлопковой мисцеллы // Журнал “Химия и химическая технология” - Ташкент. - 2013. - №1. - С.76- 79.
5. Комилов М.З., Зайниев М.Ф., Мажидов К.Х., Абдуллаев Н.Ш. Воздействие электромагнитного поля на качество форрафинированного масла. /Материалы республиканской научно-технической конференции «Научно-практические основы переработки сельхозсырья», Бухара, 1996. -С.117-118.
6. Арутюнян Н.С., Янова Л.И., Аришева Е.А. Лабораторный практикум по технологии переработки жиров. – М.: Агропромиздат,1991.-С.160.
7. Исматов С.Ш., Мажидов К.Х.,Тожиддинов Р.Х., Зайниев М.Ф., Бозоров Д.Х. Влияние щелочных растворов на изменение содержания госсипола при рафинации сырого хлопкового масла. //"Химия природных соединений", Ташкент, Спецвыпуск, 2002, -С.115-116.
8. Абдурахимов А.А., Серкаев К.П., Пардаев Г.Э., Юсупхонов С. Иследование интенсификации процесса непрерывной рафинации хлопкового масла // “Актуальные вопросы современной техники и технологии” - Липецк. - 2012. - С.171-172.