Sovunlanish – ultratovush yordamida sovun tayyorlash jarayoni

Sovunlanish – sovun tayyorlashning kimyoviy jarayonidir. Bu reaksiyada xomashyo boʻlgan yogʻlar yoki moylar (triglitseridlar) sovun hosil qilish uchun ishqoriy reaktant bilan reaksiyaga kirishadi. Ultratovush bilan ishlov berish fazalararo oʻtish katalizini yaxshilaydi, natijada reaksiya tezligi oshadi, aylanish yanada toʻliq kechadi va kaliy gidroksid (KOH) yoki natriy gidroksid (NaOH) kabi asosli reagentlarning ortiqcha ishlatilishining oldi olinadi. Ultratovush yordamida boshlangan ishqoriy gidrolizni tijorat miqyosida sovun ishlab chiqarishga oson joriy etish mumkin. Sovunlanish uchun ultratovushli reaktorlar hech qanday katalizator ishlatmasdan yoki ishlatiladigan katalizator miqdorini kamaytirgan holda qisqaroq vaqtda koʻproq mahsulot ishlab chiqaradi.

Ultratovush yordamida jadallashtirilgan sovunlanish

Ultratovushli sovunlanish boʻyicha amaliy tadqiqotlar

Turli tadqiqotlar ultratovush bilan ishlov berish triglitseridlarning sovunga aylanishini jadallashtirishini koʻrsatgan. Ultratovushli sovunlanish katalizator sarfini kamaytirgan yoki uni ishlatmagan holda aylanishni tezlashtiradi va uning darajasini oshiradi. Bu ultratovushli sovunlanishni yuqori samarali ishlab chiqarish usuliga aylantiradi.

Faza katalizatorisiz triglitseridlarning ishqoriy gidrolizini (sovunlanishni) ultratovush yordamida boshlash

Mercantili va boshq. (2013) ultratovush bilan ishlov berishning sovunlanish deb ataladigan triglitseridlar ishqoriy gidroliziga taʼsirini oʻrgangan. Ular kungaboqar moyining ishqoriy gidrolizini boshlash uchun ultratovush bilan ishlov berishdan foydalangan. Ishqoriy asos sifatida kaliy gidroksid (KOH) ishlatilgan. Ultratovush reaksiyani boshlash va davom ettirish uchun samarali energiya manbai ekanligi, atrof-muhit haroratida ishlaganda jami energiya berish vaqtining atigi 15 min davomida yuqori reaksiya unumiga erishish mumkinligi va reaksiya davomida aniqlash mumkin boʻlgan qoʻshimcha mahsulotlar hosil boʻlmasligi koʻrsatilgan. Ultratovushli vanna va zondli ultratovush qurilmasini taqqoslash ultratovushli zondning ustunroq usul ekanligini koʻrsatadi. Tadqiqot ultratovushli sovunlanish ortiqcha ishqor yoki fazalararo oʻtish kataliziga ehtiyoj boʻlmasdan yaxshi aylanish darajasini taʼminlashini namoyish etadi.

Triatsilglitserolning ishqoriy gidrolizi

Sovunlanish uchun ultratovush yordamida jadallashtirilgan fazalararo oʻtish reaksiyasi

Bhatkhande va boshq. (1998) soya moyi kabi oʻsimlik moylarini ultratovush bilan ishlov berish sharoitida xona haroratida KOH ning suvli eritmasi va turli fazalararo oʻtish katalizatorlari (PTC) yordamida samarali sovunlantirish mumkinligini koʻrsatgan. Sovunlanish darajasi sovunlanish sonini mezon sifatida qoʻllab oʻrganilgan. Vaqt, fazalararo oʻtish katalizatorlarini tanlash, ishlatiladigan katalizator miqdori, KOH miqdori va suv miqdori kabi turli parametrlar ultratovush bilan ishlov berish va aralashtirish yordamida optimallashtirilgan. Ultratovush taʼsirini oʻrganish uchun sovunlanish 35ºC da turli sharoitlarda, yaʼni aralashtirish, ultratovush bilan ishlov berish, aralashtirish va ultratovush bilan ishlov berish hamda 100ºC da isitish sharoitlarida ham amalga oshirilgan. Turli oʻsimlik moylarining suvli KOH/CTAB yordamida geterogen suyuqlik–suyuqlik fazalarida sovunlanishi 35ºC da ultratovush bilan ishlov berish va aralashtirish sharoitida sezilarli darajada tezlashgani aniqlangan.

Yuqori samarali ultratovush qurilmalari

Hielscher Ultrasonics laboratoriya, tajriba va sanoat miqyosidagi ishlab chiqarish uchun yuqori samarali ultratovush uskunalarini yetkazib beradi. Mustahkam va ishonchli ultratovush qurilmalari sovunlanish kabi turli sonokimyoviy reaksiyalar uchun qoʻllaniladi. Hielscher zondli ultratovush qurilmalari davriy va oqim liniyasidagi rejimlarda ishlatilishi mumkin. Jarayonning barcha muhim parametrlari – amplituda, bosim, harorat – aniq boshqarilishi mumkin va takrorlanuvchan natijalarni taʼminlaydi.
Raqamli boshqaruv jarayon parametrlarini avtomatik ravishda qayd etadi va ularni oʻrnatilgan SD-kartada saqlaydi. Oldindan sozlash va brauzer orqali masofadan boshqarish ultratovush bilan ishlov berish jarayonini juda sodda va foydalanish uchun qulay qiladi.
Koʻplab sonokimyoviy reaksiyalar uchun muayyan haroratni saqlash zarur, shu sababli haroratni boshqarish muhimdir. Hielscher raqamli ultratovush qurilmalari termopara va haroratni boshqarish tizimi bilan jihozlangan. Qobiqli oqim hujayrasi issiqlikni chiqarib yuborish imkonini beradi.
Hielscher ultratovush uskunalarining mustahkamligi katta yuklama va murakkab sharoitlarda 24/7 ishlash imkonini beradi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish unumdorligi haqida maʼlumot beradi:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrasound assisted PTC catalyzed saponification of vegetable oils using aqueous alkali. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Issue 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Ultrasonic Initiation of the Alkaline Hydrolysis of Triglycerides (Saponification) Without Phase Catalysis. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Isssue 1, Jan 2014. 133-141.

Bilishga arziydigan maʼlumotlar

Sonokimyo

Yuqori quvvatli ultratovush reaksiyani boshlash va jadallashtirish uchun sintez va kataliz kabi kimyoviy jarayonlarga qoʻllaniladi (ular mos ravishda sonosintez va sonokataliz deb ham ataladi). Organik sintezda ultratovush nurlanishining turli qoʻllanishlari chuqur oʻrganilgan va sanoat ishlab chiqarishi uchun ishlab chiqilgan. Sonokimyoviy ishlov berish ancha yumshoqroq sharoitlarda reaksiya tezligini, kerakli mahsulotlar unumini va selektivligini oshirishi mumkin. Bu ultratovush bilan ishlov berishni samarali va ekologik toza texnologiyaga aylantiradi. Ultratovush yordamidagi fazalararo oʻtish katalizi (PTC) organik reaksiyalar uchun xuddi shu reaksiyaning ultratovushsiz sharoitda kechishiga nisbatan keskin darajada samaraliroq va natijaliroq usul ekanligi isbotlangan. Masalan, ultratovush yordamidagi fazalararo oʻtish katalizi bilan katalizlanadigan Cannizarro reaksiyasi sezilarli darajada tezlashib, tez aylanishga olib keladi. Yana bir muhim misol – katalizator sifatidagi KOH va yuqori quvvatli ultratovush ishtirokida triglitseridlar (yaʼni oʻsimlik moylari, hayvon yogʻlari) va metanolning transesterifikatsiyasidir. Ultratovushli transesterifikatsiya tez aylanish hamda juda samarali va tejamkor jarayon orqali yuqori sifatli biodizel olish imkonini beradi.

Ultratovushli ekstraksiya akustik kavitatsiya va uning gidrodinamik siljish kuchlariga asoslanadi

Sovunlanish

Sovunlanish sovun hosil qiladigan kimyoviy reaksiyani ifodalaydi. Sovunlanish jarayonida oʻsimlik moylari yoki hayvon yogʻlari yogʻ kislotalari tuzlariga – “sovun”ga – va spirt boʻlgan glitserolga aylanadi. Reaksiyani boshlash uchun ishqoriy asosning (masalan, NaOH yoki KOH) suvdagi eritmasi, shuningdek, issiqlik talab etiladi.
Sovunlanish reaksiyasining bosqichlari quyidagilardan iborat:

1. Gidroksidning yogʻ kislotalari efirlariga nukleofil hujumi
2. Ajraluvchi guruhning chiqarilishi
3. Deprotonlanish

Sovunlanish reaksiyasi tijorat miqyosida sovunlar va moylash materiallari ishlab chiqarish uchun qoʻllaniladi.
Natriy gidroksid yordamida olinadigan qattiq sovun va kaliy gidroksid yordamida olinadigan yumshoq sovun kundalik tozalash uchun ishlatilsa-da, boshqa metall gidroksidlari yordamida ishlab chiqariladigan maxsus sovunlar ham mavjud. Masalan, litiy sovunlari va kalsiy sovunlari quyuq moylash materiallari sifatida ishlatiladi. Metall sovunlari aralashmasidan tashkil topgan «kompleks sovunlar» ham mavjud.

Gidroliz

Gidroliz organik kimyoviy moddaning suv bilan reaksiyaga kirishib, ikki yoki undan ortiq yangi modda hosil qilishini oʻz ichiga oladi va odatda suv qoʻshilishi orqali kimyoviy bogʻlarning uzilishini anglatadi. Efirlar suv va asos bilan reaksiyaga kirishib, yana karboksil kislota va spirtga parchalanishi mumkin. Sovun yogʻ yoki moy efirlarining gidrolizi orqali ishlab chiqariladi.

Ishqoriy asos

Moylar va yogʻlarning sovunlanishi uchun ishqoriy asos reaktantlari (ishqor eritmalari) talab etiladi. Glitserol va yogʻ kislotasi tuzi, yaʼni “sovun” deb ataladigan moddani ishlab chiqarish uchun triglitseridlar asos – natriy yoki kaliy gidroksid – bilan reaksiyaga kiritiladi. Kaliy gidroksid KOH formulali noorganik birikma boʻlib, odatda oʻyuvchi kaliy deb ataladi. Natriy gidroksid (NaOH) kuchli asoslarning yana bir tipik vakilidir. Natriy gidroksid ishlatilganda qattiq sovun hosil boʻladi, kaliy gidroksid ishlatilganda esa yumshoq sovun olinadi.

Reaktant va reagent

Reaktant – kimyoviy reaksiyada sarflanadigan yoki isteʼmol qilinadigan moddadir. Reagent bilan taqqoslaganda, reaktant kattaroq miqdorda talab etiladi. Reagent – reaksiyani boshlash va uni qoʻllab-quvvatlash uchun ishlatiladigan hamda reaksiyada sarflanadigan modda boʻlib, reaksiyada sarflanmaydigan katalizatorlardan shu jihati bilan farq qiladi.

Sovunlanish – tez-tez beriladigan savollar

• Sovunlanish jarayoni nima? Sovunlanish – yogʻlar yoki moylar ishqor (odatda natriy gidroksid) bilan reaksiyaga kirishib, sovun va glitserol hosil qiladigan kimyoviy jarayondir. Bu reaksiya triglitseridlarning yogʻ kislotalari tuzlari va glitserolga gidrolizlanishini oʻz ichiga oladi.
• Sovunlanish qanday turdagi reaksiya? Sovunlanish – yogʻlar yoki moylardagi efir bogʻlari ishqor taʼsirida uziladigan gidroliz reaksiyasining bir turi.
• Nima uchun u sovunlanish deb ataladi? U oʻzining yakuniy mahsuloti – sovun – hamda triglitseridlardagi efir bogʻlari gidrolizi orqali sovun hosil qilish xususiyati tufayli shunday nomlangan.
• Sovunlanishning maqsadi nima? Asosiy maqsad – tozalash va yuvish uchun keng ishlatiladigan sirt-faol modda boʻlgan sovunni ishlab chiqarish.
• Sovunlanish gidrolizmi? Ha, sovunlanish – yogʻlar yoki moylarning ishqor taʼsirida glitserol va yogʻ kislotalari tuzlariga (sovunga) parchalanishini oʻz ichiga oladigan gidrolizning oʻziga xos turi.
• Sovunlanish mexanizmi qanday? U triglitseridlardagi efir bogʻining karbonil uglerodiga gidroksid ionlarining nukleofil hujumini oʻz ichiga oladi, natijada spirt (glitserol) va sovun hosil boʻladi.
• Nima uchun aralashtirish sovunlanishda muhim? Samarali aralashtirish reaktantlar oʻrtasida puxta kontaktni taʼminlab, optimal unumga erishish uchun muhim boʻlgan yanada toʻliq va bir tekis reaksiyaga yordam beradi. Hielscher ultratovushli aralashtirgichlari kuchli kavitatsiya va siljish kuchlari orqali bu jarayonni yaxshilashi mumkin.
• Sovunlanishga qanday misol keltirish mumkin? Hielscher ultratovushli reaktori ishtirokida natriy gidroksidni kokos moyi bilan aralashtirib, sovun va glitserol ishlab chiqarish sovunlanishga misol boʻla oladi.
• Sovunlanishning asosiy mahsuloti nima? Asosiy mahsulotlar – sovun (yogʻ kislotalarining natriy yoki kaliy tuzlari) va glitserol.
• Nima uchun sovunlanish soni muhim? Sovunlanish soni muayyan miqdordagi yogʻ yoki moyni sovunlantirish uchun zarur boʻlgan ishqor miqdorini koʻrsatadi va undagi yogʻ kislotalarining molekulyar massasini aniqlashga yordam beradi.
• Sovunlanish qaytar reaksiyami? Odatiy sharoitlarda hosil boʻlgan sovunning barqarorligi tufayli sovunlanish qaytar reaksiya emas.
• Sovunlanishga teskari jarayon nima? Suv va spirtlar karboksil kislotalar bilan reaksiyaga kirishib, efirlar va suv hosil qiladigan eterifikatsiya teskari jarayondir.
• Sovunlanish uchun issiqlik kerakmi? Issiqlik talab etilmasa-da, u molekulyar harakat va reaksiya tezligini oshirish orqali sovunlanish jarayonini tezlashtirishi mumkin.
• Sovunlanish ekzotermikmi yoki endotermikmi? Sovunlanish – kechishi davomida issiqlik ajratadigan ekzotermik reaksiya.
• Sovunlanish asosli reaksiyami yoki kislotali? Bu asosli reaksiyadir, chunki u asosning (ishqorning) efirga (yogʻ/moyga) taʼsirini oʻz ichiga oladi.
• Sovunlanishni qanday toʻxtatish mumkin? Ishqorni neytrallash uchun kislota qoʻshish reaksiyani toʻxtatadi va shu tariqa sovunlanish jarayonini tugatadi.
• Sovunlanishdan keyin nima boʻladi? Reaksiya toʻliq tugagach, aralashma odatda sovun va glitseroldan iborat boʻladi; ular moʻljallangan foydalanish maqsadiga qarab tozalanishi yoki qoʻshimcha ishlovdan oʻtkazilishi mumkin.
• Sovunlanish tabiiy jarayonmi? Ha, yogʻ ayrim geologik sharoitlarda ishqoriy yer metallari bilan kontaktda boʻlganda yoki qadimgi xalqlar anʼanaviy sovun tayyorlash usullarida hayvon yogʻlarini kul bilan aralashtirganda tabiiy sovunlanish yuz berishi mumkin.
• Nima uchun sovunlanishda zaytun moyi ishlatiladi? Zaytun moyi olein kislotasiga boy boʻlgani uchun sovunlanishda afzal koʻriladi; bu kislota yaxshi tozalash xususiyatlari va barqaror koʻpikka ega boʻlgan yumshoq, namlantiruvchi sovun hosil qiladi.
• Yogʻni qanday qilib sovunga aylantirish mumkin? Yogʻlar kuchli ishqor eritmasi, odatda natriy gidroksid bilan isitish orqali sovunlanib, sovunga aylantiriladi; bu eritma yogʻni yogʻ kislotalari tuzlari (sovun) va glitserolga parchalaydi.
• Qaysi moyning sovunlanish soni yuqori? Kokos moyining sovunlanish soni yuqori boʻlib, bu kichikroq yogʻ kislotasi molekulalarining ulushi kattaroq ekanligini koʻrsatadi va shu sababli u sovun hosil qilish uchun ishqor bilan juda faol reaksiyaga kirishadi.
• Sovunlanish davomida moylarga nima boʻladi? Sovunlanish davomida moylar ishqor taʼsirida glitserol va yogʻ kislotalari tuzlariga gidrolizlanadi; bu tuzlar sovunni hosil qiladi.
• Sovun uchun eng yaxshi yogʻ qaysi? Mol yogʻi va kokos moyi yakuniy sovun mahsulotida koʻpik hosil qilish va qattiqlashtirish xususiyatlari tufayli sovun tayyorlash uchun eng yaxshi yogʻlardan hisoblanadi.
• Moylarni ishqor eritmasisiz qanday sovunlantirish mumkin? Anʼanaviy sovun tayyorlashda moylarni ishqor eritmasisiz sovunlantirish mumkin emas; biroq ishqorga asoslangan sovunlanish oʻrniga sirt-faol moddalar va emulgatorlardan foydalanib, sovunga oʻxshash tozalash vositalari tayyorlash mumkin.