Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Saponificazione ad ultrasuoni

  • La saponificazione è una reazione chimica ampiamente usata per produrre sapone da oli o grassi e da una base.
  • L'ultrasonicazione intensifica la reazione di saponificazione, che si traduce in una reazione più rapida e in una conversione più completa.
  • Evitando l'uso eccessivo del catalizzatore ed essendo un metodo di lavorazione ad alta efficienza energetica, la sonicazione è una tecnica di lavorazione rispettosa dell'ambiente.

 

Saponificazione promossa ad ultrasuoni

La saponificazione è il processo chimico di fabbricazione del sapone. È la reazione in cui la materia prima di grassi o oli (trigliceridi) reagisce con un reagente alcalino per formare il sapone. L'ultrasonicazione promuove la catalisi di trasferimento di fase con conseguente aumento della velocità di reazione, una conversione più completa ed evita l'uso eccessivo di reagenti di base come l'idrossido di potassio (KOH) o l'idrossido di sodio (NaOH). L'idrolisi alcalina a ultrasuoni può essere facilmente implementata nella produzione commerciale di sapone per produrre una maggiore produzione in tempi più brevi senza utilizzare alcun catalizzatore o ridurre la quantità di catalizzatore utilizzato.

I vantaggi della saponificazione ad ultrasuoni

  • Reazione più veloce
  • Conversione superiore
  • Nessun uso eccessivo di reagenti di base
  • Nessun uso eccessivo di catalizzatore
  • Reazione più completa
  • Processo verde

Casi di studio della saponificazione ad ultrasuoni

Diversi studi di ricerca hanno dimostrato che la sonicazione promuove la saponificazione dei trigliceridi nel sapone. La saponificazione ad ultrasuoni accelera e aumenta la conversione risparmiando o evitando l'uso del catalizzatore. Questo rende la saponificazione ad ultrasuoni un metodo di produzione altamente efficiente.

UIP2000hdT - Ultrasuoni da 2kW per il trattamento dei liquidi.

UIP2000hdT (2kW) per la saponificazione

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Inizio ad ultrasuoni dell'idrolisi alcalina dei trigliceridi (saponificazione) senza catalizzatore di fase

UP400St omogeneizzatore ad ultrasuoni 400 watt per la sonicazione in batchMercantili et al. (2013) hanno studiato gli effetti dell'ultrasonicazione sull'idrolisi alcalina dei trigliceridi, nota come saponificazione. Hanno usato la sonicazione per avviare l'idrolisi alcalina dell'olio di girasole. L'idrossido di potassio (KOH) è stato utilizzato come base alcalina. È stato dimostrato che gli ultrasuoni sono efficaci come fonte di alimentazione per avviare e guidare la reazione, che è possibile ottenere un elevato rendimento di reazione in soli 15 minuti di applicazione di potenza totale mentre si lavora a temperatura ambiente e che durante la reazione non vengono generati sottoprodotti rilevabili. Il confronto tra un bagno ad ultrasuoni e un ecoscandaglio a sonde mostra che la sonda ad ultrasuoni è la tecnica superiore. Lo studio dimostra che la saponificazione ad ultrasuoni produce una buona conversione senza la necessità di un eccesso di alcali o di catalisi a trasferimento di fase.

La saponificazione ad ultrasuoni è un processo ecochimico verde che accelera la reazione e migliora la conversione.

Idrolisi alcalina del triacilglicerolo

Reazione di trasferimento di fase promossa ad ultrasuoni per la saponificazione

Bhatkhande et al. (1998) hanno dimostrato che la sonicazione di oli vegetali come l'olio di soia può essere saponificata efficacemente con KOH acquoso e diverse PTC a temperatura ambiente. L'entità della saponificazione è stata studiata utilizzando come riferimento il valore di saponificazione. L'ottimizzazione di vari parametri come il tempo, la selezione dei catalizzatori a trasferimento di fase, la quantità di catalizzatore utilizzato, la quantità di KOH e la quantità di acqua sono state effettuate utilizzando sonicazione e agitazione. Per studiare l'effetto degli ultrasuoni, la saponificazione è stata effettuata anche a 35ºC in diverse condizioni: agitazione, sonicazione, agitazione e sonicazione, riscaldamento a 100ºC. È stato riscontrato che la saponificazione eterogenea liquido-liquido in fase liquida di diversi oli vegetali con KOH/CTAB acquoso è stata significativamente accelerata a 35ºC sotto sonicazione e agitazione.

Ultrasuoni ad alte prestazioni

Hielscher Ultrasonics fornisce apparecchiature ad ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di laboratorio, pilota e industriale. Gli ultrasuoni robusti e affidabili sono utilizzati per varie reazioni chimiche come la saponificazione. Gli ultrasuoni a sonda Hielscher possono essere utilizzati in modalità batch e in linea. Tutti i parametri di processo importanti – ampiezza, pressione, pressione, temperatura – possono essere controllati con precisione e garantiscono risultati riproducibili.
Touch display a colori della nuova serie hdT degli ultrasuoni industriali di Hielscher.Il controllo digitale registra automaticamente i parametri di processo e li memorizza sulla scheda SD integrata. Le preimpostazioni e il controllo remoto del browser rendono il processo di sonicazione molto semplice ed intuitivo.
Per molte reazioni ecochimiche è necessario mantenere una certa temperatura, per cui il controllo della temperatura è importante. Gli ultrasuoni digitali di Hielscher sono dotati di termocoppia e controllo della temperatura. La cella a flusso incamiciato consente la dissipazione del calore.
La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24/7 in ambienti gravosi e impegnativi.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Hielscher Ultrasonics produce ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni geochimiche.

Processori ad ultrasuoni ad alta potenza da laboratorio a scala pilota e industriale.

Letteratura/riferimenti

  • Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): La PTC catalizzata ad ultrasuoni ha catalizzato la saponificazione degli oli vegetali con alcali acquosi. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, numero 1, 1998. 7-12.
  • Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Inizio dell'idrolisi alcalina dei trigliceridi (saponificazione) senza catalisi di fase. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Isssue 1, Jan 2014. 133-141.


Particolarità / Cose da sapere

Sonochimica

Gli ultrasuoni di potenza vengono applicati a processi chimici come la sintesi e la catalisi (chiamati anche sono-sintesi e sono-catalisi, rispettivamente) al fine di avviare e intensificare la reazione. Varie applicazioni dell'irradiazione ultrasonica nella sintesi organica sono state approfondite e sviluppate per la produzione industriale. I trattamenti sonori possono aumentare il tasso di reazione, la resa e la selettività dei prodotti desiderati in condizioni significativamente più blande. Ciò rende il trattamento ad ultrasuoni una tecnica di elaborazione efficace e rispettosa dell'ambiente. La catalisi di trasferimento di fase assistita ad ultrasuoni (PTC) si è dimostrata un metodo drasticamente più efficiente ed efficace per le reazioni organiche rispetto alla stessa reazione in condizioni di silenzio. Ad esempio, la reazione di Cannizarro catalizzata da una catalisi di trasferimento di fase a trasferimento di fase assistita ad ultrasuoni è significativamente accelerata con conseguente rapida conversione. Un altro esempio di rilievo è la transesterificazione dei trigliceridi (cioè oli vegetali, grassi animali) e metanolo in presenza di KOH come catalizzatore e ultrasuoni di potenza. La transesterificazione ad ultrasuoni produce biodiesel di alta qualità prodotto in una rapida conversione e in un processo molto efficiente ed economico.

La cavitazione ultrasonica / acustica crea forze molto intense che aprono le pareti cellulari note come lisi (clicca per ingrandire!).

L'estrazione ad ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e le sue forze di taglio idrodinamiche.

Saponificazione

La saponificazione descrive la reazione chimica che produce il sapone. Nel processo di saponificazione, gli oli vegetali o i grassi animali vengono trasformati in sali di acidi grassi. – il "sapone" – e glicerolo, che è un alcol. La reazione richiede una soluzione di una base alcalina (ad esempio, NaOH o KOH) in acqua e anche calore per iniziare la reazione.
Le fasi di reazione della saponificazione sono le seguenti:

  1. Attacco nucleofilo degli esteri degli acidi grassi da parte dell'idrossido
  2. Rimozione del gruppo di uscita
  3. Deprotonazione

La reazione di saponificazione viene utilizzata commercialmente per produrre saponi e lubrificanti.
Mentre il sapone duro all'idrossido di sodio e il sapone morbido all'idrossido di potassio vengono utilizzati per la pulizia quotidiana, esistono anche speciali saponi prodotti con altri idrossidi metallici. Ad esempio, i saponi al litio e i saponi al calcio vengono utilizzati come grassi lubrificanti. Ci sono anche “saponi complessi” costituito da una miscela di saponi metallici.

idrolisi

L'idrolisi comporta la reazione di una sostanza chimica organica con l'acqua per formare due o più sostanze nuove e di solito significa la scissione dei legami chimici con l'aggiunta di acqua. Gli esteri possono essere rimessi in un acido carbossilico e un alcool per reazione con acqua e una base. Il sapone è prodotto dall'idrolisi degli esteri di grasso o olio.

Base alcalina

Per la saponificazione di oli e grassi sono necessari reagenti a base alcalina (liscivie). I trigliceridi reagiscono con una base – idrossido di sodio o di potassio – per produrre glicerolo e un sale degli acidi grassi, il cosiddetto "sapone". L'idrossido di potassio è un composto inorganico con la formula KOH, e viene comunemente chiamato potassa caustica. L'idrossido di sodio (NaOH) è un altro prototipo di base forte. Quando si usa idrossido di sodio, si produce un sapone duro, mentre l'uso di idrossido di potassio produce un sapone morbido.

Reattante vs Reagente

Un reagente è una sostanza che viene consumata o consumata in una reazione chimica. Rispetto ad un reagente, un reagente è necessario in quantità maggiori. Un reagente è una sostanza che viene utilizzata per avviare una reazione, per sostenere la reazione e viene consumata in una reazione, a differenza dei catalizzatori che non vengono consumati in una reazione.