Pārziepjošana – Ziepju izgatavošanas process ar ultrasoniku

Pārziepjošana ir ziepju izgatavošanas ķīmiskais process. Tā ir reakcija, kurā tauku vai eļļu (triglicerīdu) izejviela reaģē ar sārmu reaģentu, lai veidotu ziepes. Ultrasonication uzlabo fāzes pārneses katalīzi, kā rezultātā palielinās reakcijas ātrums, pilnīgāka konversija un izvairās no pārmērīgas bāzes reaģentu, piemēram, kālija hidroksīda (KOH) vai nātrija hidroksīda (NaOH), lietošanas. Ultrasoniski ierosināto sārmu hidrolīzi var viegli īstenot komerciālā ziepju ražošanā. Ultraskaņas reaktori pārziepjošanai rada lielāku jaudu īsākā laikā, neizmantojot katalizatoru vai samazinot izmantotā katalizatora daudzumu.

Ultrasoniski veicināta pārziepošana

Ultraskaņas pārziepjošanas gadījumu izpēte

Dažādi pētījumi ir parādījuši, ka ultraskaņas apstrāde veicina triglicerīdu pārziepošanu ziepēs. Ultraskaņas pārziepošana paātrina un palielina konversiju, vienlaikus ietaupot vai izvairoties no katalizatora izmantošanas. Tas padara ultraskaņas pārziepjošanu par ļoti efektīvu ražošanas metodi.

Triglicerīdu sārmainās hidrolīzes ultraskaņas uzsākšana (pārziepjošana) bez fāzes katalizatora

(2013) pētīja ultrasonikācijas ietekmi uz triglicerīdu sārmu hidrolīzi, kas pazīstama kā pārziepjošana. Viņi izmantoja ultraskaņu, lai uzsāktu saulespuķu eļļas sārmu hidrolīzi. Kālija hidroksīds (KOH) tika izmantots kā sārmu bāze. Tika pierādīts, ka ultraskaņa ir efektīva kā enerģijas avots, lai uzsāktu un vadītu reakciju, ka augsts reakcijas iznākums ir sasniedzams tikai 15 minūšu laikā no kopējās jaudas, strādājot apkārtējās vides temperatūrā, un ka reakcijas laikā netiek radīti nosakāmi blakusprodukti. Ultraskaņas vannas un zondes tipa ultrasonokatora salīdzinājums parāda, ka ultraskaņas zonde ir augstākā tehnika. Pētījums pierāda, ka ultraskaņas pārziepošana dod labu reklāmguvumu bez nepieciešamības pēc pārmērīga sārma vai fāzes pārneses katalīzes.

Triacilglicerīna sārmainā hidrolīze

Ultrasoniski veicināta fāzes pārneses reakcija pārziepjošanai

(1998) parādīja, ka augu eļļu, piemēram, sojas pupu eļļas, ultraskaņas apstrādi var efektīvi pārziepjot, izmantojot KOH ūdens un dažādus PTC istabas temperatūrā. Pārziepjošanas apjoms tika pētīts, par atsauci izmantojot pārziepjošanas vērtību. Izmantojot ultraskaņu un maisot, tika veikta dažādu parametru optimizācija, piemēram, laiks, fāzes pārneses katalizatoru izvēle, izmantotā katalizatora daudzums, KOH daudzums un ūdens daudzums. Lai izpētītu ultraskaņas efektu, pārziepjošana tika veikta arī 35 ° C temperatūrā dažādos apstākļos, proti, maisīšanā, ultraskaņas apstrādē, maisīšanā un ultraskaņas apstrādē, kā arī karsējot 100 ° C temperatūrā. Tika konstatēts, ka dažādu augu eļļu heterogēna šķidrās un šķidrās fāzes pārziepjošana, izmantojot KOH / CTAB ūdeni, tika ievērojami paātrināta 35 ° C temperatūrā ultraskaņas apstrādes un maisīšanas laikā.

Augstas veiktspējas ultrasonikatori

Hielscher Ultrasonics piegādā augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas laboratorijas, izmēģinājuma un rūpnieciskai ražošanai. Robusti un uzticami ultrasonikatori tiek izmantoti dažādām sonochemical reakcijām, piemēram, pārziepjošanai. Hielscher zondes tipa ultrasonikatorus var izmantot partijas un inline režīmā. Visi svarīgie procesa parametri – amplitūda, spiediens, temperatūra – var precīzi kontrolēt un nodrošināt reproducējamus rezultātus.
Digitālā vadība automātiski reģistrē procesa parametrus un saglabā tos integrētajā SD kartē. Iepriekšējie iestatījumi un attālā pārlūka vadība padara ultraskaņas procesu ļoti vienkāršu un lietotājam draudzīgu.
Daudzām sonochemical reakcijām ir jāsaglabā noteikta temperatūra, tāpēc temperatūras kontrole ir svarīga. Hielscher digitālie ultrasonikatori nāk ar termo-pāri un temperatūras kontroli. Apvalka plūsmas šūna ļauj siltuma izkliedēties.
Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj 24/7 darboties lieljaudas režīmā un prasīgā vidē.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultraskaņas palīdzība PTC katalizēja augu eļļu pārziepjošanu, izmantojot sārmu ūdens sārmu. Ultrasonics Sonochemistry 5. sējums, 1. izdevums, 1998. gads. 7-12.
• Merkantils, Laura; Séamus, Frenks Deiviss; Higson, P. J. (2014): Triglicerīdu sārmainās hidrolīzes ultraskaņas uzsākšana (pārziepošana) bez fāzes katalīzes. Virsmaktīvo vielu un mazgāšanas līdzekļu žurnāls, 17. sējums, Isssue 1, 2014. gada janvāris. 133-141.

Fakti, kurus ir vērts zināt

Sonochemistry

Jaudas ultraskaņa tiek pielietota ķīmiskiem procesiem, piemēram, sintēzei un katalīzei (ko sauc arī par sono-sintēzi un sono-katalīzi), lai uzsāktu un pastiprinātu reakciju. Dažādi ultraskaņas apstarošanas pielietojumi organiskajā sintēzē ir padziļināti pētīti un izstrādāti rūpnieciskai ražošanai. Sonochemical apstrāde var palielināt vēlamo produktu reakcijas ātrumu, ražu un selektivitāti ievērojami vieglākos apstākļos. Tas padara ultraskaņas apstrādi par efektīvu un videi draudzīgu apstrādes tehniku. Ir pierādīts, ka ultrasoniski atbalstīta fāzes pārneses katalīze (PTC) ir krasi efektīvāka un efektīvāka metode organiskām reakcijām, salīdzinot ar to pašu reakciju klusuma stāvoklī. Piemēram, Cannizarro reakcija, ko katalizē ultrasoniski atbalstīta fāzes pārneses katalīze, ir ievērojami paātrināta, kā rezultātā notiek ātra konversija. Vēl viens spilgts piemērs ir triglicerīdu (t.i., augu eļļu, dzīvnieku tauku) un metanola pāresterificēšana KOH kā katalizatora un jaudas ultraskaņas klātbūtnē. Ultraskaņas pāresterificēšana dod augstas kvalitātes biodīzeļdegvielu, kas ražota ātrā konversijā un ļoti efektīvā, ekonomiskā procesā.

Ultraskaņas ekstrakcija ir balstīta uz akustisko kavitāciju un tās hidrodinamiskajiem bīdes spēkiem

Pārziepjošana

Pārziepjošana apraksta ķīmisko reakciju, kas rada ziepes. Pārziepošanas procesā augu eļļas vai dzīvnieku tauki tiek pārvērsti taukskābju sāļos – "Ziepes" – un glicerīns, kas ir alkohols. Reakcijai nepieciešams sārmu bāzes (piemēram, NaOH vai KOH) šķīdums ūdenī un arī siltums, lai uzsāktu reakciju.
Pārziepošanas reakcijas soļi ir šādi:

1. Taukskābju esteru nukleofilais uzbrukums ar hidroksīdu
2. Grupas noņemšanas atstāšana
3. Deprotonācija

Pārziepošanas reakciju komerciāli izmanto, lai ražotu ziepes un smērvielas.
Lai gan ikdienas tīrīšanai tiek izmantotas nātrija hidroksīda cietās ziepes un kālija hidroksīda mīkstās ziepes, ir arī īpašas ziepes, kas ražotas, izmantojot citus metālu hidroksīdus. Piemēram, litija ziepes un kalcija ziepes tiek izmantotas kā eļļošanas smērvielas. Ir arī “kompleksās ziepes” sastāv no metāla ziepju maisījuma.

Hidrolīze

Hidrolīze ietver organiskas ķīmiskas vielas reakciju ar ūdeni, veidojot divas vai vairākas jaunas vielas, un parasti tas nozīmē ķīmisko saišu šķelšanos, pievienojot ūdeni. Esterus var sašķelt atpakaļ karboksilskābē un spirtā, reaģējot ar ūdeni un bāzi. Ziepes ražo ar tauku vai eļļas esteru hidrolīzi.

Sārmainā bāze

Eļļu un tauku pārziepjošanai ir nepieciešami sārmaini bāzes reaģenti (sārmi). Triglicerīdi reaģē ar bāzi – nātrija vai kālija hidroksīds – lai ražotu glicerīnu un taukskābju sāli, tā sauktās "ziepes". Kālija hidroksīds ir neorganisks savienojums ar formulu KOH, un to parasti sauc par kodīgo potašu. Nātrija hidroksīds (NaOH) ir vēl viena prototipiski spēcīga bāze. Ja izmanto nātrija hidroksīdu, rodas cietas ziepes, bet kālija hidroksīda lietošanas rezultātā veidojas mīkstas ziepes.

Reaģents pret reaģentu

Reaģents ir viela, kas tiek izlietota vai patērēta ķīmiskā reakcijā. Salīdzinot ar reaģentu, reaģents ir nepieciešams lielākos daudzumos. Reaģents ir viela, ko izmanto, lai ierosinātu reakciju, atbalstītu reakciju, un ko patērē reakcijā, atšķirībā no katalizatoriem, kas netiek patērēti reakcijā.

Pārziepjošana – Biežāk uzdotie jautājumi

• Kāds ir pārziepošanas process? Pārziepjošana ir ķīmisks process, kurā tauki vai eļļas reaģē ar sārmu (parasti nātrija hidroksīdu), lai iegūtu ziepes un glicerīnu. Šī reakcija ietver triglicerīdu hidrolīzi taukskābju sāļos un glicerīnā.
• Kāda veida reakcija ir pārziepjošana? Pārziepjošana ir hidrolīzes reakcijas veids, kad esteru saites taukos vai eļļās tiek sadalītas ar sārmu.
• Kāpēc to sauc par pārziepjošanu? Tas ir nosaukts par tā galaproduktu, ziepēm un spēju radīt ziepes, hidrolizējot estera saites triglicerīdos.
• Kāds ir pārziepjošanas mērķis? Galvenais mērķis ir ražot ziepes, virsmaktīvo vielu, ko plaši izmanto tīrīšanai un mazgāšanai.
• Vai pārziepjošana ir hidrolīze? Jā, pārziepjošana ir īpašs hidrolīzes veids, kas ietver tauku vai eļļu sadalīšanos ar sārmu glicerīna un taukskābju sāļos (ziepēs).
• Kāds ir pārziepošanas mehānisms? Tas ietver hidroksīda jonu nukleofilo uzbrukumu uz estera saites karboniloglekļa triglicerīdu veidošanos, kā rezultātā veidojas alkohols (glicerīns) un ziepes.
• Kāpēc sajaukšana ir svarīga pārziepjošanai? Efektīva sajaukšana nodrošina rūpīgu kontaktu starp reaģentiem, veicinot pilnīgāku un vienmērīgāku reakciju, kas ir būtiska, lai sasniegtu optimālu ražu. Hielscher ultraskaņas maisītāji var uzlabot šo procesu, izmantojot intensīvu kavitāciju un bīdes spēkus.
• Kas ir pārziepjošanas piemērs? Nātrija hidroksīda sajaukšana ar kokosriekstu eļļu Hielscher ultraskaņas reaktora klātbūtnē, lai ražotu ziepes un glicerīnu, ilustrē pārziepjošanu.
• Kāds ir galvenais pārziepošanas produkts? Galvenie produkti ir ziepes (taukskābju nātrija vai kālija sāļi) un glicerīns.
• Kāpēc pārziepjošanas vērtība ir svarīga? Pārziepošanas vērtība norāda sārmu daudzumu, kas nepieciešams, lai pārziepjotu noteiktu tauku vai eļļas daudzumu, palīdzot noteikt tajā esošo taukskābju molekulmasu.
• Vai pārziepjošana ir atgriezeniska? Tipiskos apstākļos pārziepošana nav atgriezeniska, jo veidojas ziepju stabilais raksturs.
• Kas ir pretējs pārziepjošanai? Esterifikācija, kur ūdens un spirti reaģē ar karboksilskābēm, veidojot esterus un ūdeni, ir pretējs process.
• Vai pārziepjošanai nepieciešams siltums? Lai gan tas nav nepieciešams, siltums var paātrināt pārziepošanas procesu, palielinot molekulāro kustību un reakcijas ātrumu.
• Vai pārziepjošana ir eksotermiska vai endotermiska? Pārziepošana ir eksotermiska reakcija, kas atbrīvo siltumu, kad tā turpinās.
• Vai pārziepjošana ir pamata vai skāba? Tā ir pamatreakcija, jo ietver bāzes (sārmu) iedarbību uz esteri (taukiem/eļļu).
• Kā pārtraukt pārziepjošanu? Pievienojot skābi, lai neitralizētu sārmu, tiek apturēta reakcija, efektīvi pārtraucot pārziepošanas procesu.
• Kas notiek pēc pārziepjošanas? Pēc pilnīgas reakcijas maisījums parasti sastāv no ziepēm un glicerīna, ko atkarībā no paredzētā lietojuma var attīrīt vai apstrādāt tālāk.
• Vai pārziepjošana ir dabiska? Jā, dabiskā pārziepjošana var notikt, ja tauki nonāk saskarē ar sārmzemju metāliem noteiktos ģeoloģiskos apstākļos vai kad senās tautas sajauca dzīvnieku taukus ar pelniem, izmantojot tradicionālās ziepju ražošanas metodes.
• Kāpēc olīveļļu izmanto pārziepjošanā? Olīveļļa ir labvēlīga pārziepjošanai, pateicoties tās bagātīgajam oleīnskābes saturam, kas dod maigas, mitrinošas ziepes ar labām tīrīšanas īpašībām un stabilu virpu.
• Kā taukus pārvērst ziepēs? Tauki tiek pārvērsti ziepēs, izmantojot pārziepjošanu, karsējot tos ar spēcīgu sārmu šķīdumu, parasti nātrija hidroksīdu, kas sadala taukus taukskābju sāļos (ziepēs) un glicerīnā.
• Kurai eļļai ir augsta pārziepošanas vērtība? Kokosriekstu eļļai ir augsta pārziepošanas vērtība, kas norāda uz lielāku mazāku taukskābju molekulu īpatsvaru, padarot to ļoti reaktīvu ar sārmu, lai ražotu ziepes.
• Kas notiek ar eļļām pārziepjošanas laikā? Pārziepošanas laikā sārmi hidrolizē eļļas glicerīna un taukskābju sāļos, pēdējie veido ziepes.
• Kādi ir labākie tauki ziepēm? Tauki (liellopu tauki) un kokosriekstu eļļa tiek uzskatīti par vieniem no labākajiem tauku veidiem ziepju pagatavošanai, pateicoties to putojošajām un sacietējošajām īpašībām gala ziepju produktā.
• Kā pārziepjot eļļas bez sārma? Eļļas bez sārma nav iespējamas tradicionālajai ziepju pagatavošanai; Tomēr ziepēm līdzīgus tīrīšanas līdzekļus var izgatavot, izmantojot virsmaktīvās vielas un emulgatorus, nevis pārziepjošanu uz sārma bāzes.