способ получения смеси жирных кислот, глицерина и кристаллогидрата сульфата натрия

Формула изобретения

Способ получения смеси высших жирных кислот, глицерина и кристаллогидрата сульфата натрия путем расщепления жиров-отходов производства растительного масла с последующей нейтрализацией серной кислотой, отличающийся тем, что, с целью уменьшения содержания воды в продуктах реакции, расщепление проводят 30-33%-ным водным раствором NaOH, а нейтрализацию 75-77%-ным водным раствором H₂SO₄, обработку щелочью ведут при температуре до 95С, кислоту дозируют при 50-60С, затем выдерживают при 70-80С, а жирные кислоты отделяют при 10-25С, кристаллогидрат Na₂SO₄·10 H₂O отфильтровывают при -5-0С, с получением 50-60%-ного водного раствора глицерина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к усовершенствованному способу переработки отходов растительного масла и может быть использовано для получения широко применяемых в различных отраслях промышленности жирных кислот, глицерина, кристаллогидрата сульфата натрия.

Известен способ выделения из фузов (отход переработки растительного масла в виде осадка образующегося при хранении фильтрованного масла) [1] основной части содержащегося в них масла путем выпаривания с водой, содержащей 5% кальцинированной соды и 10% поваренной соли. Этим способом извлекается до 80% содержащегося в фузах масла, а остальная часть направляется на переработку его в низшие сорта хозяйственного мыла на мыловаренных заводах [2].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ извлечения жирных кислот и глицерина из соапстока (отход переработки растительных масел после щелочной рафинации в виде нерастворимого в нейтральном жире мыла) [3], где соапсток обрабатывают серной кислотой и подвергают безреактивному расщеплению в автоклавах. Безреактивное расщепление в автоклавах под давлением 25 атм ведут в присутствии 50% (от веса жира) воды, продолжительность процесса 5 ч 30 мин. Отделившуюся глицериновую воду нейтрализуют известью, подщелачивают концентрированным раствором едкого натра до содержания свободной щелочи 0,2%, затем при кипячении осаждают 40%-ным раствором сернокислого алюминия, вводя его с небольшим избытком. Образовавшийся осадок (шлам) отфильтровывают на фильтр-прессе. Фильтрат нейтрализуют до содержания в нем щелочи не более 0,01%. Очищенную глицериновую воду упаривают под вакуумом в одну фазу и получают технический глицерин, содержащий 97,5% глицерина, 1,87% золы и 4% органического остатка. Жирные кислоты, получаемые после расщепления жировой смеси соапстока в автоклаве, имеют темный цвет, для использования этих кислот в мыловарении их необходимо предварительно дистиллировать [4] (прототип). Недостатком данного способа является то, что описанный способ является трудоемким и дорогостоящим, жирные кислоты получаются низкого качества и являются побочными продуктами процесса.

Цель изобретения - утилизация отходов производства растительных масел с получением одновременно смеси жирных кислот высокого качества, глицерина и кристаллогидрата сульфата натрия.

Поставленная цель достигается тем, что выделенное из отходов производства техническое масло подвергают щелочному гидролизу 30-33%-ным водным раствором NaOH, затем образовавшийся мыльный раствор обрабатывают 75-77%-ным раствором H₂SO₄ при температуре 50-60^oС для выделения жирных кислот. Используемые концентрации щелочи и серной кислоты, а также выделяющийся в процессе кристаллогидрат натрия Na₂SO₄10H₂O позволяют кроме смеси высококачественных жирных кислот (выход 96-99%) получить концентрированный водный раствор глицерина (50-60%).

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что увеличение концентрации щелочи и кислоты, то есть уменьшение количества вводимой с ними воды, приводит к повышению концентрации в водном слое образующегося в процессе глицерина и образованию перенасыщенного раствора сульфата натрия. Сульфат натрия, выпадая в осадок в виде десятиводного кристаллогидрата, при охлаждении связывает часть воды и способствует еще большему концентрированию глицерина. В результате этого жировой и водный слои, имея значительную разницу в плотности, легко разделяются, концентрированный водно-глицериновый слой содержит меньше растворенных жирных кислот. Таким образом предлагаемый способ позволяет получить одновременно смесь жирных кислот, концентрированный раствор глицерина и кристаллогидрат сульфата натрия, причем все образующиеся продукты минимально загрязнены.

Технология способа состоит в следующем: берут масло, после отстаивания фузов нагревают до 60^oС и добавляют в него при перемешивании 33%-ный водный раствор NaOH, взятый с 10%-ным избытком от необходимого количества и также нагретый до 60^oС. Температуру смеси постепенно повышают до 90-95^oС и выдерживают три часа. При этом визуальный признак окончания реакции омыления - это полное загустевание смеси до пастообразного состояния. Реакционную смесь охлаждают до 50^oС и при перемешивании приливают 75-77%-ный водный раствор H₂SO₄. Повышение температуры при этом может привести к осмолению, поэтому дозировку кислоты ведут с такой скоростью, чтобы температура смеси не превышала 60^oС. Далее температуру повышают до 70-80^oС и выдерживают 1,5 часа. Об окончании реакции нейтрализации судят по изменению цвета смеси с мутно-желтого на совершенно прозрачный. Реакционную смесь охлаждают до температуры 10-25^oС, отделяют сначала водно-жировой слой от выпавшего осадка - 10%-ного водного сульфата натрия (декантируют и отжимают под вакуумом), затем на делительной воронке разделяют жирные кислоты и водно-глицериновый слой. Образующиеся жирные кислоты - прозрачная жидкость светло-желтого цвета - имеют кислотное число 184-193 (выход 96-99%). После некоторого отстаивания при комнатной температуре из смеси жирных кислот выпадают в виде белого осадка насыщенные жирные кислоты (10%). Водно-глицериновый слой охлаждают до (-5 - 0)^oС и отфильтровывают выпавший кристаллогидрат натрия под вакуумом. Полученный водно-глицериновый раствор содержит 50-60% глицерина, 1-2% золы и 0,2-0,3% органического остатка. Таким образом, в отличие от прототипа получаемую глицериновую воду можно упаривать и подвергать дальнейшей дистилляции без предварительной обработки известью и сернокислым алюминием. Выделенный из реакционной смеси и водно-глицеринового раствора кристаллогидрат сульфата натрия объединяют и для дальнейшего использования перекристаллизовывают из воды.

Пример 1. В стеклянный стакан помещают 126,4 г выделенного из фузов масла из отходов (0,143 моль, исходя из содержания в масле 10% стеариновой, 30% олеиновой и 60% линолевой кислот) и нагревают до 60^oС. Отдельно готовят 30%-ный раствор щелочи - 18,9 NaOH (0,47 моль), растворяют в 44,2 г воды, и 75%-ный раствор серной кислоты - 24,2 г концентрированной (95%) H₂SO₄ (0,235 моль) смешивают с 7,7 г воды. Нагретый до 60^oС раствор щелочи при перемешивании добавляют в нагретое масло, температуру смеси повышают до 95^oС и выдерживают 3 ч. Затем смесь охлаждают до температуры 50^oС и дозируют раствор кислоты, следя за тем, чтобы температура не поднималась выше 60^oС. Через 20 мин поднимают температуру смеси до 80^oС и выдерживают еще 1,5 часа. По окончании выдержки смесь охлаждают и разделяют. Получают 125 г смеси жирных кислот с кислотным числом 185,3 (мг КОН на 1 г жирных кислот), выход 98,0%, 32,8 г водно-глицеринового раствора, содержащего 50,1% глицерина, и 68,5 г кристаллогидрата сульфата натрия.

Примеры 2-5 проводят аналогично, изменяя концентрацию щелочи и серной кислоты. Результаты опытов приведены в таблице.

Очевидно, что при использовании щелочи 30-33%-ной концентрации и кислоты 70-75%-ной концентрации достигаются оптимальные результаты 98,0-99,8%-ный выход жирных кислот и 50-60%-ное содержание глицерина в получаемом водном растворе. Понижение концентраций реагентов снижает выход жирных кислот и концентрацию глицерина (опыт 5), увеличение же концентрации щелочи выше 33% приводит к интенсивной отсолке образующегося мыла, что прекращает процесс разложения жира, а повышение концентрации серной кислоты приводит к осмолению жирных кислот, то есть снижает их качество и выход.

Данный способ позволяет перерабатывать любые отходы производства растительного масла, содержащие отстой технического масла, с получением трех товарных продуктов - смеси жирных кислот, концентрированного раствора глицерина и кристаллогидрата сульфата натрия.

Источники информации

1. Денщиков М.Т. Отходы пищевой промышленности и их использование. М.: Пищепромиздат, 1963, с.417.

2. Денщиков М.Т. Отходы пищевой промышленности и их использование. М.: Пищепромиздат, 1963, с.418.

3. Денщиков М.Т. Отходы пищевой промышленности и их использование. М.: Пищепромиздат, 1963, с.427.

4. Денщиков М.Т. Отходы пищевой промышленности и их использование. М.: Пищепромиздат, 1963, с.430.