Сущность процесса нейтрализации жиров заключается в воздействии
определенного количества щелочного раствора на известное количество
свободных жирных кислот, содержащихся в жире. При нейтрализации жирных
кислот получаются соли, носящие название мыл.
Реакция нейтрализации жирных кислот, например олеиновой, едким натром
имеет следующий вид:
C17H33COOH + NaOH ------>
C17H33COONa + Н20.
Таким образом, на каждую молекулу жирной кислоты
расходуется одна молекула гидроокиси натра или кали.
Процесс щелочной рафинации состоит из следующих операций: нейтрализации,
отстаивания, промывки и обезвоживания жира. Для нейтрализации можно
применять каустическую соду (едкий натр) кальцинированную соду.
При нейтрализации жирных кислот углекислыми щелочными реагентами реакция
протекает в два этапа. Сначала в результате гидролиза в водной среде к
углекислому натрию присоединяется молекула воды и получается едкий натр
и двууглекислый натрий.
Na2C03 + Н20 -► NaHC03 + NaOH.
Затем едкий натр реагирует с жирной кислотой, образуя натровое мыло. При
температуре выше 60 °С двууглекислый натрий разлагается с выделением
диоксида углерода и воды.
2NaHC03 -► Na2C03 + С02 + Н20.
Диоксид углерода вспенивает массу и поднимает ее в котле, поэтому нужно
внимательно следить за ходом реакции.
Образующиеся при взаимодействии жирных кислот с натриевой щелочью мыла
имеют более высокую плотность, чем жир. Поэтому их сравнительно легко
можно разделить. В результате обработки жира щелочью удается почти
полностью снизить и удалить из жира свободные жирные кислоты, а также
другие находящиеся
в жире примеси и сопутствующие вещества, имеющие
кислую реакцию.
При нейтрализации щелочь частично воздействует также на нейтральные
жиры, вследствие чего наблюдаются потери жира с мыльным осадком —
соапстоком и выход товарного жира снижается (2 % на каждую снижаемую
единицу кислотного числа). Поэтому применение ее целесообразно только в
том случае, когда стоимость потерь жира в процессе обработки будет
компенсирована повышением до сортности.
Количество щелочного реагента для проведения нейтрализации рассчитывают
по формуле
X = 0,713 АМ-100- 1,1/В,
где X — количество каустической соды, кг; 0,713 — коэффициент, равный
отношению эквивалентных масс едкого натра и едкого кали; А — разность,
на которую необходимо снизить кислотное число обрабатываемого жира;
1,1—коэффициент избытка щелочи; М — масса жира, т; В — содержание
гидроокиси натрия в каустической соде, % (обычно 92 %).
Нейтрализацию проводят раствором щелочного реагента. Так, раствор
каустической соды плотностью 1,1 г/см3 имеет среднюю концентрацию 95
г/дм3.
Пример. Расход каустической соды для нейтрализации 2 т жира с
исходным кислотным числом 15 до конечной величины 10 мг КОН составит
X = [0,713 (15 — 10) 2-100-1,1]/92 = 8,52 кг.
Необходимое количество раствора концентрацией 95 г/дм8 при этом составит
89,6 дм3 (8,52-1000/95).
Приготовление растворов щелочи из едкого натра, поступающего в железных
барабанах, заключается в следующем. Барабан опускают в специально
оборудованный короб, снабженный наклонной решеткой и расположенным ниже
ее дырчатым (перфорированным) змеевиком для подачи острого пара. Затем
ломиком открывают малое дно (крышку) в терце барабана и заливают воду
так, чтобы барабан оказался погруженным в нее. Воду слегка подогревают и
осторожно перемешивают раствор, подавая пар в змеевик. После растворения
каустической соды откачивают полученный раствор в мерник для
кратковременного хранения и расходования. Опорожненные барабаны
осторожно после их промывки из шланга водой вынимают из коробки с
помощью за-хватов. Едкий натр весьма агрессивен. Попадая на кожу, он
вызывает сильные ожоги. Поэтому все операции необходимо проводить в
хлопчатобумажном костюме, резиновых сапогах, перчатках, фартуке и
защитных очках.
При использовании кальцинированной соды в формуле расчета необходимого
ее количества для нейтрализации вместо коэффициента 0,713 следует
поставить 0,946.
Для нейтрализации жир после очистки в отстойниках или сепараторе
загружают в котел с паровым обогревом и нагревают до температуры 70—80
°С, а затем постепенно в течение 10—15 мин вливают раствор каустической
соды, перемешивая смесь мешалкой или воздухом. После добавления всего
количества щелочи смесь перемешивают еще 10—15 мин до тех пор, пока в
отобранной пробе не будут быстро оседать крупные хлопья образовавшегося
мыла.
Образующиеся при щелочной рафинации тончайшие мыльные пленки обладают
рядом специфических свойств и прежде всего поверхностной активностью,
поскольку реакция между щелочью и жирными кислотами протекает на
поверхности капель, причем чем меньше размер капель, тем больше
поверхность контакта. Поэтому при рафинации стремятся вводить раствор
щелочи в виде мелких и мельчайших капель. Благодаря поверхностной
активности мыльной пленки она поглощает некоторые примеси, находящиеся в
жире, в том числе белковые, слизистые, смолистые и красящие вещества. В
результате этого жир после нейтрализации становится также более
прозрачным.
Жир оставляют в котле на 2—3 ч для отстаивания, после чего осадок
спускают в приемник, а жир промывают 5 % -ным раствором поваренной соли
при температуре смеси 70—75 °С. Через 30 мин нижний слой раствора
спускают через жироуловитель в канализацию, а жир промывают 3—4 раза
горячей водой в количестве 20 % к массе жира до исчезновения реакции на
щелочь по фенолфталеину. После отстаивания жира в течение 30— 60 мин
промывные воды сливают через жироуловитель в канализацию, а жир
сепарируют при температуре 80— 85 °С или оставляют на 5—6 ч при
температуре 70— 65 °С для окончательного отстаивания.
Мыльный осадок (соапсток), получающийся после нейтрализации и
отстаивания костного жира, содержит 33,8 % неомыленного жира, 37,5 %
жирных кислот в виде
мыла. Его используют для получения жира. Для
выделения нейтрального жира из соапстока его отслаивают 10—12 %-ным
раствором поваренной соли и кипятят или сепарируют. При кипячении с
раствором соли из осадка можно извлечь до 40 % содержащегося в нем
нейтрального жира, а при сепарировании — до 95 %.