Омыление – Процесс мыловарения с помощью ультразвука

Омыление – это химический процесс мыловарения. Это реакция, в которой сырье жиров или масел (триглицериды) вступает в реакцию со щелочным реагентом с образованием мыла. Ультразвуковая обработка улучшает катализ фазового переноса, что приводит к увеличению скорости реакции, более полной конверсии и позволяет избежать чрезмерного использования базовых реагентов, таких как гидроксид калия (KOH) или гидроксид натрия (NaOH). Щелочной гидролиз, инициируемый ультразвуком, может быть легко внедрен в коммерческое производство мыла. Ультразвуковые реакторы для омыления обеспечивают более высокую производительность за более короткое время без использования катализатора или уменьшения количества используемого катализатора.

Ультразвуковая омыляемость

Тематические исследования ультразвуковой омыления

Различные исследования показали, что ультразвуковая обработка способствует омылению триглицеридов в мыле. Ультразвуковое омыление ускоряет и увеличивает конверсию, экономя при этом или исключая использование катализатора. Это делает ультразвуковое омыление высокоэффективным методом производства.

Ультразвуковая инициация щелочного гидролиза триглицеридов (омылывание) без фазового катализатора

Mercantili et al. (2013) изучали влияние ультразвука на щелочной гидролиз триглицеридов, известный как омыляние. Они использовали ультразвук для инициирования щелочного гидролиза подсолнечного масла. В качестве щелочной основы использовался гидроксид калия (KOH). Было показано, что ультразвук эффективен в качестве источника питания для инициирования и запуска реакции, что высокий выход реакции достижим всего за 15 минут при работе при температуре окружающей среды, и что во время реакции не образуются заметные побочные продукты. Сравнение ультразвуковой ванны и ультразвукового сонокатора зондового типа показывает, что ультразвуковой датчик является лучшим методом. Исследование показывает, что ультразвуковое омыление дает хорошую конверсию без необходимости в избыточной щелочи или катализе с переносом фаз.

Щелочной гидролиз триацилглицерина

Ультразвуковая реакция фазового переноса для омыления

Bhatkhande et al. (1998) показали, что ультразвуковая обработка растительных масел, таких как соевое масло, может быть эффективно омыляема с использованием водного KOH и различных PTC при комнатной температуре. Степень омыления изучали с использованием величины омыления в качестве эталона. Оптимизация различных параметров, таких как время, выбор катализаторов фазового переноса, количество используемого катализатора, количество KOH и количество воды, была проведена с помощью ультразвуковой обработки и перемешивания. Для изучения влияния ультразвука также проводили омыление при 35ºC в различных условиях, а именно перемешивание, ультразвуковую обработку, перемешивание и ультразвуковую обработку, а также нагревание при 100ºC. Установлено, что гетерогенное жидкостно-жидкофазное омыление различных растительных масел с использованием водного KOH/CTAB значительно ускоряется при 35ºС при ультразвуковой обработке и перемешивании.

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты

Hielscher Ultrasonics поставляет высокопроизводительное ультразвуковое оборудование для лабораторного, пилотного и промышленного производства. Прочные и надежные ультразвуковые аппараты используются для различных сонохимических реакций, таких как омыление. Ультразвуковые аппараты зондового типа Hielscher могут использоваться в периодическом и поточном режиме. Все важные параметры процесса – амплитуда, давление, температура – может быть точно управляемым и обеспечивает воспроизводимость результатов.
Цифровое управление автоматически записывает параметры процесса и сохраняет их на встроенной SD-карте. Предварительные настройки и удаленное управление через браузер делают процесс ультразвуковой обработки очень простым и удобным для пользователя.
Для многих сонохимических реакций необходимо поддерживать определенную температуру, поэтому важно контролировать температуру. Цифровые ультразвуковые аппараты Hielscher поставляются с термопарой и контролем температуры. Проточная ячейка с рубашкой обеспечивает рассеивание тепла.
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

• Бхаткханде, Б.С.; Самант, Шринивас Д. (1998): Ультразвуковая терапия PTC катализировала омыление растительных масел с использованием водной щелочи. Ультразвуковая сонохимия Том 5, Выпуск 1, 1998. 7-12.
• Меркантили, Лаура; Сеамус, Фрэнк Дэвис; Хигсон,. Д. (2014): Ультразвуковая инициация щелочного гидролиза триглицеридов (омылывания) без фазового катализа. Журнал поверхностно-активных веществ и моющих средств, том 17, выпуск 1, январь 2014 г. 133-141.

Факты, которые стоит знать

Сонохимия

Энергетический ультразвук применяется в химических процессах, таких как синтез и катализ (также называемые соносинтезом и сонокатализом соответственно) для инициирования и интенсификации реакции. Различные области применения ультразвукового облучения в органическом синтезе глубоко изучены и разработаны для промышленного производства. Сонохимическая обработка может увеличить скорость реакции, выход и селективность желаемых продуктов при значительно более мягких условиях. Это делает ультразвуковую обработку эффективным и экологически чистым методом обработки. Доказано, что катализ с переносом фаз (PTC) с ультразвуковым сопровождением является значительно более эффективным и действенным методом органических реакций по сравнению с той же реакцией в условиях тишины. Например, реакция Каннизарро, катализируемая с помощью ультразвукового катализа с фазовым переносом, значительно ускоряется, что приводит к быстрой конверсии. Другим ярким примером является переэтерификация триглицеридов (т.е. растительных масел, животных жиров) и метанола в присутствии KOH в качестве катализатора и силового ультразвука. Ультразвуковая переэтерификация позволяет получить высококачественное биодизельное топливо, полученное в результате быстрой конверсии и очень эффективного и экономичного процесса.

Ультразвуковая экстракция основана на акустической кавитации и ее гидродинамических силах сдвига

Омыление

Омыление описывает химическую реакцию, в результате которой образуется мыло. В процессе омыления растительные масла или животные жиры превращаются в соли жирных кислот – «Мыло» – и глицерин, который является алкоголем. Для начала реакции требуется раствор щелочного основания (например, NaOH или KOH) в воде, а также тепло.
Этапы реакции омыления следующие:

1. Нуклеофильная атака сложных эфиров жирных кислот гидроксидом
2. Удаление из группы
3. Депротонирование

Реакция омыления используется в промышленных масштабах для производства мыла и смазочных материалов.
В то время как твердое мыло на основе гидроксида натрия и мягкое мыло на основе гидроксида калия используются для ежедневной уборки, существуют также специальные мыла, произведенные с использованием гидроксидов других металлов. Например, литиевое мыло и кальциевое мыло используются в качестве консистентных смазок. Есть также “Сложное мыло” Состоит из смеси металлического мыла.

гидролиз

Гидролиз включает в себя реакцию органического химического вещества с водой с образованием двух или более новых веществ и обычно означает расщепление химических связей путем добавления воды. Сложные эфиры могут быть расщеплены обратно на карбоновую кислоту и спирт путем реакции с водой и основанием. Мыло получают путем гидролиза сложных эфиров жира или масла.

Щелочная основа

Щелочные реагенты основания (щелочи) необходимы для омыления масел и жиров. Триглицериды вступают в реакцию с основанием – гидроксид натрия или калия – Для того чтобы получить глицерин и соль жирной кислоты, так называемое «мыло». Гидроксид калия является неорганическим соединением с формулой KOH, и обычно его называют едким поташем. Гидроксид натрия (NaOH) является еще одним прототипом сильного основания. При использовании гидроксида натрия получается твердое мыло, в то время как использование гидроксида калия приводит к получению мягкого мыла.

Реагент против реагента

Реагент — это вещество, которое используется или потребляется в ходе химической реакции. По сравнению с реагентом, реагент требуется в больших количествах. Реагент – это вещество, которое используется для инициирования реакции, для поддержания реакции и потребляется в ходе реакции, в отличие от катализаторов, которые не расходуются в реакции.

Омыление – Часто задаваемые вопросы

• Что такое процесс омыления? Омыление — это химический процесс, при котором жиры или масла вступают в реакцию со щелочью (обычно гидроксидом натрия) с образованием мыла и глицерина. Эта реакция включает в себя гидролиз триглицеридов до солей жирных кислот и глицерина.
• К какому типу реакции относится омылорождение? Омыление — это тип реакции гидролиза, при котором сложные эфиры в жирах или маслах расщепляются щелочью.
• Почему это называется омылением? Он назван так из-за своего конечного продукта, мыла, и своей способности создавать мыло путем гидролиза эфирных связей в триглицеридах.
• С какой целью происходит омыление? Основной целью является производство мыла, поверхностно-активного вещества, широко используемого для очистки и стирки.
• Является ли омыление гидролизом? Да, омыление – это особый вид гидролиза, при котором жиры или масла разлагаются щелочью на соли глицерина и жирных кислот (мыла).
• Каков механизм омыления? Он включает в себя нуклеофильную атаку гидроксид-ионов на карбонильный углерод эфирной связи в триглицеридах, приводящую к образованию спирта (глицерина) и мыла.
• Почему смешивание важно для омыления? Эффективное перемешивание обеспечивает тщательный контакт между реагентами, способствуя более полной и равномерной реакции, что имеет решающее значение для достижения оптимального выхода. Ультразвуковые смесители Hielscher могут усилить этот процесс за счет интенсивных кавитационных и сдвиговых сил.
• Что такое пример омыления? Смешивание гидроксида натрия с кокосовым маслом в присутствии ультразвукового реактора Хильшера для производства мыла и глицерина является примером омыления.
• Что является основным продуктом омыления? Основными продуктами являются мыло (натриевые или калийные соли жирных кислот) и глицерин.
• Почему важно значение омыления? Величина омыления указывает на количество щелочи, необходимое для омыления данного количества жира или масла, что помогает определить молекулярную массу содержащихся в нем жирных кислот.
• Обратимо ли омыление? В типичных условиях омыление не является обратимым из-за стабильного характера образующегося мыла.
• В чем противоположность омылению? Этерификация, при которой вода и спирты вступают в реакцию с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров и воды, является обратным процессом.
• Нужно ли для омыления тепло? Хотя тепло и не является обязательным, оно может ускорить процесс омыления, увеличивая молекулярное движение и скорость реакции.
• Является ли омыление экзотермическим или эндотермическим? Омыление – это экзотермическая реакция, в ходе которой выделяется тепло.
• Омыление является основным или кислым? Это базовая реакция, так как она включает в себя действие основания (щелочи) на сложный эфир (жир/масло).
• Как остановить омыление? Добавление кислоты для нейтрализации щелочи останавливает реакцию, эффективно останавливая процесс омыления.
• Что происходит после омыления? После полной реакции смесь обычно состоит из мыла и глицерина, которые могут быть очищены или переработаны далее в зависимости от предполагаемого использования.
• Является ли омыление естественным? Да, естественное омыление может происходить, когда жир вступает в контакт со щелочноземельными металлами в определенных геологических условиях или когда древние люди смешивают животные жиры с пеплом при традиционных методах мыловарения.
• Для чего используется оливковое масло при омылении? Оливковое масло предпочтительно для омыления из-за богатого содержания олеиновой кислоты, из которой получается мягкое, увлажняющее мыло с хорошими очищающими свойствами и стабильной пеной.
• Как превратить жир в мыло? Жиры превращаются в мыло путем омыления путем нагревания их с сильным раствором щелочи, обычно гидроксидом натрия, который расщепляет жир на соли жирных кислот (мыло) и глицерин.
• Какое масло имеет высокую степень омыления? Кокосовое масло имеет высокую ценность омыления, что указывает на более высокую долю более мелких молекул жирных кислот, что делает его очень реактивным со щелочью для производства мыла.
• Что происходит с маслами при омылении? Во время омыления масла гидролизуются щелочью до солей глицерина и жирных кислот, из которых образуется мыло.
• Какой жир лучше всего подходит для мыла? Сало (говяжий жир) и кокосовое масло считаются одними из лучших жиров для мыловарения благодаря их пенящимся и затвердевающим свойствам в конечном мыльном продукте.
• Как правильно омылять масла без щелочи? Омыление масел без щелочи невозможно для традиционного мыловарения; Тем не менее, мылоподобные очищающие средства могут быть изготовлены с использованием поверхностно-активных веществ и эмульгаторов вместо омыления на основе щелочи.