Technologie des ultrasons Hielscher

Saponification par ultrasons

  • La saponification est une réaction chimique largement utilisée pour produire du savon à partir d'huiles ou de graisses et d'une base.
  • Les ultrasons intensifient la réaction de saponification, ce qui entraîne une réaction plus rapide et une conversion plus complète.
  • En évitant l'utilisation excessive de catalyseur et en étant une méthode de traitement économe en énergie, la sonication est une technique de traitement respectueuse de l'environnement.

 

Saponification promue par ultrasons

La saponification est le processus chimique de la fabrication du savon. C'est la réaction dans laquelle la matière première des graisses ou des huiles (triglycérides) réagit avec un réactif alcalin pour former du savon. L'ultrasonisation favorise la catalyse de transfert de phase, ce qui augmente la vitesse de réaction, la conversion plus complète et évite l'utilisation excessive de réactifs basiques comme l'hydroxyde de potassium (KOH) ou l'hydroxyde de sodium (NaOH). L'hydrolyse alcaline initiée par ultrasons peut être facilement mise en œuvre dans la fabrication commerciale de savon pour produire un rendement plus élevé en moins de temps sans utiliser de catalyseur ou réduire les quantités de catalyseur utilisées.

Les avantages de la saponification par ultrasons

  • réaction plus rapide
  • Conversion plus élevée
  • Pas d'utilisation excessive de réactifs de base
  • Pas d'utilisation excessive de catalyseur
  • Réaction plus complète
  • processus vert

Études de cas de saponification par ultrasons

Diverses études ont montré que la sonication favorise la saponification des triglycérides en savon. La saponification par ultrasons accélère et augmente la conversion tout en économisant ou évitant l'utilisation du catalyseur. Cela fait de la saponification ultrasonique une méthode de production très efficace.

UIP2000hdT - Ultrasons de 2kW pour le traitement des liquides.

UIP2000hdT (2kW) pour la saponification

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Initiation par ultrasons de l'hydrolyse alcaline des triglycérides (saponification) sans catalyseur de phase

UP400St Homogénéisateur ultrasonique 400 watts pour la sonication par lotsMercantili et ses collaborateurs (2013) ont étudié les effets des ultrasons sur l'hydrolyse alcaline des triglycérides, appelée saponification. Ils ont utilisé la sonication pour initier l'hydrolyse alcaline de l'huile de tournesol. L'hydroxyde de potassium (KOH) a été utilisé comme base alcaline. Il a été démontré que les ultrasons sont efficaces comme source d'énergie pour déclencher et piloter la réaction, qu'il est possible d'obtenir un rendement de réaction élevé en seulement 15 minutes d'application de la puissance totale tout en travaillant à température ambiante, et qu'aucun sous-produit détectable n'est généré pendant la réaction. La comparaison d'un bain à ultrasons et d'un ultrasonocalisateur à sonde montre que la sonde ultrasonore est la technique supérieure. L'étude démontre que la saponification par ultrasons produit une bonne conversion sans qu'il soit nécessaire de recourir à un excès d'alcali ou à une catalyse de transfert de phase.

La saponification par ultrasons est un procédé sonochimique vert qui accélère la réaction et améliore la conversion.

Hydrolyse alcaline de triacylglycérol

Réaction de transfert de phase activée par ultrasons pour la saponification

Bhatkhande et ses collaborateurs (1998) ont montré que la sonication d'huiles végétales comme l'huile de soja pouvait être saponifiée efficacement à l'aide de KOH aqueux et de différents PTCs à température ambiante. L'ampleur de la saponification a été étudiée en utilisant l'indice de saponification comme référence. L'optimisation de divers paramètres tels que le temps, le choix des catalyseurs de transfert de phase, la quantité de catalyseur utilisée, la quantité de KOH et la quantité d'eau a été réalisée par sonication et agitation. Pour étudier l'effet des ultrasons, la saponification a également été effectuée à 35ºC dans différentes conditions, à savoir l'agitation, la sonication, l'agitation et la sonication, et le chauffage à 100ºC. On a constaté que la saponification hétérogène en phase liquide-liquide de différentes huiles végétales à l'aide de KOH/CTAB aqueux était significativement accélérée à 35ºC sous sonication et agitation.

Ultrasons haute performance

Hielscher Ultrasons fournit des équipements ultrasoniques de haute performance pour la production en laboratoire, pilote et industrielle. Les ultrasoniseurs robustes et fiables sont utilisés pour diverses réactions sonochimiques telles que la saponification. Les ultrasoniseurs à sonde Hielscher peuvent être utilisés en mode batch et en ligne. Tous les paramètres importants du processus – amplitude, pression, température – peuvent être contrôlés avec précision et garantissent des résultats reproductibles.
écran tactile couleur de la nouvelle série HDT de ultrasonicators industriels HielscherLa commande numérique enregistre automatiquement les paramètres du processus et les enregistre sur la carte SD intégrée. Les préréglages et la commande à distance du navigateur rendent le processus de sonication très simple et convivial.
Pour de nombreuses réactions sonochimiques, une certaine température doit être maintenue, c'est pourquoi le contrôle de la température est important. Les ultrasons numériques Hielscher sont équipés d'un thermocouple et d'un contrôle de température. Cellule d'écoulement à enveloppe permettant la dissipation de la chaleur.
La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24/7 à usage intensif et dans des environnements exigeants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Hielscher Ultrasons fabrique des ultrasons de haute performance pour des applications sonochimiques.

Des processeurs à ultrasons de haute puissance, du laboratoire au pilote et à l'échelle industrielle.

Littérature / Références

  • Bhatkhande, B.S. ; Samant, Shriniwas D. (1998) : Saponification d'huiles végétales à l'aide d'un alcali aqueux, catalysée par PTC et assistée par ultrasons. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Issue 1, 1998. 7-12.
  • Mercantili, Laura ; Séamus, Frank Davis ; Higson, P. J. (2014) : Initiation ultrasonique de l'hydrolyse alcaline des triglycérides (saponification) sans catalyse de phase. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Numéro 1, janvier 2014. 133-141.


Qu'il faut savoir

sonochimie

Power ultrasound is applied to chemical processes such as synthesis and catalysis (also called sono-synthesis and sono-catalysis, respectively) in order to initiate and intensify the reaction. Various applications of ultrasonic irradiation in organic synthesis have been in depth investigated and developed for industrial production. Sonochemical treatments can increase the rate of reaction, yield and selectivity of desired products under significantly milder condition. This makes the ultrasonic treatment an effective and environmental-friendly processing technique. Ultrasonically assisted phase transfer catalysis (PTC) is proven to be a drastically more efficient and effective method for organic reactions compared to the same reaction at silence condition. For example, the Cannizarro reaction catalyzed by an ultrasonically-assisted phase transfer catalysis is significantly sped up resulting in a rapid conversion. Another prominent example is the transesterification of triglycerides (i.e. vegetable oils, animal fats) and methanol in presence of KOH as catalyst and power ultrasound. The ultrasonic transesterification yields in high-quality biodiesel produced in a rapid conversion and a very efficient, economical process.

La cavitation ultrasonore / acoustique crée des forces très intenses qui ouvrent les parois cellulaires connues sous le nom de lyse (Cliquez pour agrandir !)

L'extraction par ultrasons est basée sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques.

Saponification

La saponification décrit la réaction chimique qui produit le savon. Dans le processus de saponification, les huiles végétales ou les graisses animales sont transformées en sels d'acides gras. – le "savon" – et du glycérol, qui est un alcool. La réaction nécessite une solution d'une base alcaline (p. ex. NaOH ou KOH) dans l'eau ainsi que de la chaleur pour amorcer la réaction.
Les étapes de réaction de la saponification sont les suivantes :

  1. Attaque nucléophile des esters d'acides gras par l'hydroxyde
  2. Quitter le groupe de déménagement
  3. Déprotonation

La réaction de saponification est utilisée commercialement pour produire des savons et des lubrifiants.
Bien que le savon dur à l'hydroxyde de sodium et le savon mou à l'hydroxyde de potassium soient utilisés pour le nettoyage quotidien, il existe aussi des savons spéciaux fabriqués à partir d'autres hydroxydes métalliques. Par exemple, les savons au lithium et au calcium sont utilisés comme graisses lubrifiantes. Il y a aussi “savons complexes” composé d'un mélange de savons métalliques.

hydrolyse

L'hydrolyse implique la réaction d'un produit chimique organique avec l'eau pour former deux ou plusieurs nouvelles substances et signifie habituellement le clivage des liaisons chimiques par l'ajout d'eau. Les esters peuvent être retransformés en acide carboxylique et en alcool par réaction avec l'eau et une base. Le savon est produit par hydrolyse des esters de graisse ou d'huile.

Base alcaline

Les réactifs à base alcaline (lessives) sont nécessaires pour la saponification des huiles et des graisses. Les triglycérides sont mis à réagir avec une base – hydroxyde de sodium ou de potassium – pour produire du glycérol et un sel d'acide gras, le "savon". L'hydroxyde de potassium est un composé inorganique de formule KOH, communément appelé potasse caustique. L'hydroxyde de sodium (NaOH) est une autre base solide prototypique. Lorsqu'on utilise de l'hydroxyde de sodium, on obtient un savon dur, tandis que l'utilisation d'hydroxyde de potassium donne un savon mou.

Réactif vs Réactif

Un réactif est une substance utilisée ou consommée dans une réaction chimique. Par rapport à un réactif, un réactif est nécessaire en plus grande quantité. Un réactif est une substance utilisée pour déclencher une réaction, pour soutenir la réaction et qui est consommée dans une réaction, contrairement aux catalyseurs qui ne sont pas consommés dans une réaction.