Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов

Диссертационная работа:

Дубовик Ольга Анатольевна. Физико-химические и технологические основы совершенствования производства, хранения и использования твердых натриевых мыл : диссертация ... доктора технических наук : 05.18.06 / Дубовик Ольга Анатольевна; [Место защиты: ГНУ "Всероссийский научно-исследовательский институт жиров"].- Санкт-Петербург, 2009.- 256 с.: ил. РГБ ОД, 71 09-5/323

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 9

Глава 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ

ПРОИЗВОДСТВА МЫЛА (литературный обзор) 19

1.1. Фазовый состав и структура мыл 20

  1. Фазовые диаграммы водных растворов мыл 22

  2. Структура жидкой фазы мыл 26

  1. Форма и размеры мицелл 27

  2. Число агрегации 32

  3. Время релаксации 33

1.1.3. Структура жидкокристаллической фазы мыл 36

  1. Среднее мыло (мыльный клей) 36

  2. Ядровое мыло 38

  3. Безводное мыло 40

1.1.4. Твердая фаза мыл 46

  1. Альфа-форма 48

  2. Бета-форма 50

  3. Омега-форма 50

  4. Дельта-форма 51

1.1.5. Структура дисперсных коллоидных систем геля и

коагеля водных растворов мыла 52

1.2. Эмульгирование взаимно нерастворимых жидкостей

при механическом перемешивании 57

1.2.1. Образование и стабилизация эмульсий при

механическом перемешивании 57

  1. Модель механизма диспергирования 58

  2. Модель механизма стабилизации эмульсий 60

1.2.2. Определение диаметра капель и межфазной

поверхности эмульсий 62

1.2.2.1. Оценка минимального стабильного

диаметра капель 66

1.2.2.2. Расчет межфазной поверхности эмульсий 68

1.2.3. Разрушение эмульсий 69

1.3. Свойства и качество твердых товарных мыл 70

1.3.1. Органолептические, физико-химические и
санитарно-гигиенические показатели туалетных и

хозяйственных мыл 70

  1. Органолептические показатели 71

  2. Физико-химические показатели 71

  3. Санитарно-гигиенические показатели

(показатели безопасности) 72

  1. Полезные добавки 75

  2. Запах и окраска мыл 77

  3. Порча и стабилизация мыл 78

  4. Современные тенденции производства мыл с

улучшенными свойствами 80

Глава 2 СТЕХИОМЕТРИЯ И КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ

РЕАКЦИЙ ПОЛУЧЕНИЯ НАТРИЕВЫХ МЫЛ 81

2.1. Стехиометрические уравнения 81

  1. Реакция омыления 81

  2. Реакция нейтрализации 82

2.1.3. Реакция омыления сложных метиловых эфиров

жирных кислот 83

2.2. Кинетические уравнения 84

  1. Скорость реакции омыления 87

  2. Скорость реакции нейтрализации 92

2.2.3. Скорость реакции омыления метиловых эфиров

жирных кислот 95

Глава 3 ЭМУЛЬГИРОВАНИЕ И РЕОЛОГИЯ СМЕСЕЙ ЖИР/МАСЛО

- ВОДНЫЙ РАСТВОР ЩЕЛОЧИ 97

3.1. Образование мыльно-щелочной эмульсии 97

3.1.1. Модель механизма самопроизвольного

эмульгирования смесей жир/масло - щелочь 97

3.1.2. Фазовый состав и структура мыльно-щелочных

эмульсий 99

3.2. Разрушение мыльно-щелочных эмульсий мыльного

клея 100

3.2.1. Механическое и тепловое воздействие на мыльный

клей 102

3.2.2. Высаливание мыльного клея 102

3.3. Вязкость водных растворов натриевых мыл 109

3.3.1. Влияние концентрации и температуры раствора

мыла на вязкость 109

3.3.2. Физико-химическая модель вязкости водных

растворов натриевых мыл ИЗ

3.3.3. Математическое описание вязкости водных

растворов мыла 115

Глава 4 ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ

ОМЫЛЕНИЯ НЕЙТРАЛЬНЫХ ЖИРОВ И МАСЕЛ ЕДКИМ

НАТРОМ И ВЫСАЛИВАНИЯ МЫЛЬНОГО КЛЕЯ 116

4.1. Современные непрерывные технологии производства

мыла 116

  1. Омыление нейтральных жиров и масел 117

  2. Нейтрализация жирных кислот 120

4.1.3. Омыление сложных метиловых эфиров жирных

кислот 123

4.1.4. Сравнение и преимущества непрерывных

технологий производства мыла 124

Технологическая схема установки омыления нейтральных жиров и масел и высаливания

мыльного клея 127

Математическая модель трубчатого реактора с

рециркуляцией для омыления жиров и масел 131

  1. Коэффициент рециркуляции 133

  2. Масса реакционной смеси в реакторе 133

  3. Расходы и состав потоков 134

Схема конструкции реактора 135

  1. Среднее время пребывания 136

  2. Размеры реактора 136

  3. Адиабатический разогрев реактора ^7

Алгоритм расчета расходов и составов потоков в

трубчатом реакторе с рециркуляцией 138

  1. Сырьевая смесь 138

  2. Промывной щелок 139

  3. Исходная смесь 140

  4. Начальная и конечные смеси 140

  5. Расчет конструктивно-технологических

параметров реактора 142

Высаливание мыльного клея 144

4.6.1. Механическое разрушение структуры и тепловая

дестабилизация мыльного клея 145

4.6.1.1. Материальный и тепловой балансы мыльного

клея в вакуум-испарителе 147

4.6.1.2. Геометрические размеры вакуум-испарителя 149

4.6.1.3. Расчет конструктивно-технологических

параметров вакуум-испарителя 150

4.6.2. Седиментация мыльного клея 151

  1. Материальный баланс мыла и щелока в сепараторе-отстойнике 152

  2. Геометрические размеры сепаратора-отстойника 154

  3. Расчет конструктивно-технологических параметров сепаратора-отстойника

Глава 5 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОМЫВКИ И СЕПАРАЦИИ МЫЛА 157

5.1. Промывка сырого мыла в роторно-дисковых

экстракторах 158

  1. Схема роторно-дискового экстрактора 158

  2. Алгоритм расчета аппаратурно-технологических параметров экстрактора 160

5.1.2.1. Алгоритм расчета диаметра колонны
экстрактора 160

5.1.2.2. Расчет диаметра колонны экстрактора 162

5.1.2.3. Методика определения высоты колонны
экстрактора 163

5.1.2.4. Расчет высоты колонны экстрактора 168

5.1.3. Эффективность экстракции глицерина в РДЭ 173

5.2. Сепарация ядрового мыла 176

5.2.1. Расходы и состав сепарированного мыла и
подмыльного щелока 177

5.2.2. Расчет расходов подмыльного щелока и «щелока в

мыле» в сепараторе y-j^

Глава 6 РЕАКТОРНАЯ УСТАНОВКА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ЖИРНЫХ

КИСЛОТ ЕДКИМ НАТРОМ 180

  1. Схема реакторной установки 180

  2. Трубчатый реактор с рециркуляцией 183

  3. Алгоритм расчета расходов и составов потоков в

трубчатом реакторе с рециркуляцией 183

  1. Исходная смесь 183

  2. Начальная и конечная смеси 185

6.4. Расчет аппаратурно-технологических параметров

реактора jgy

Глава 7 МОДЕЛЬ МЕХАНИЗМА И ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА СУШКИ МЫЛЬНОЙ ОСНОВЫ НАТРИЕВЫХ МЫЛ В

ВАКУУМ-СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ 190

  1. Схема вакуум-сушильной установки 190

  2. Модель механизма сушки мыльной основы 193

  3. Температурный режим вакуум-сушильной

установки 195

7.4. Уравнения материального и теплового баланса

19/

Глава 8 ФИЗИКО-ХИМИЯ ПОРЧИ И СТАБИЛИЗАЦИИ

НАТРИЕВЫХ МЫЛ 199

8.1. Окисление мыл 199

8.1.1. Экспериментальное исследование окисляемости

мыл 200

  1. Механизм реакций окисления мыл 204

  2. Кинетика реакций окисления мыл 211

  1. Обезвоживание мыл 216

  2. Стабилизация мыл 217

  1. Неорганические стабилизаторы 217

  2. Органические стабилизаторы 218

  3. Комплексоны 222

  4. Смешанные стабилизаторы 223

Глава 9 МОЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ МЫЛ 225

  1. Модель процесса моющего действия мыл 226

  2. Модель адсорбции мыла загрязнениями 227

  3. Модель отделения и пептизации жидких

загрязнений 230

  1. Отделение и пептизация твердых загрязнений 233

  2. Пенная флотация загрязнений 233

  3. Солюбилизация загрязнений 235

  4. Экспериментальная оценка моющей способности

мыл 237

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 238

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 243

Введение к работе:

1. 1.1 Актуальность проблемы. Мыла, хозяйственные и туалетные, являющиеся смесью натриевых солей высших насыщенных и ненасыщенных жирных кислот Сю-Сго, получают в основном из трех различных видов сырья: нейтральных жиров и растительных масел, смесей жирных кислот, сложных метиловых эфиров жирных кислот. Наибольшее распространение получила технология варки мыла в котлах периодического действия прямым омылением нейтральных жиров и масел едким натром. В частности, в России мыловаренные заводы, за небольшим исключением, пока производят мыло только котловым способом. Для него характерна многостадийность операций, большая длительность полного технологического цикла (до 5-7 суток), значительная энергоемкость и зависимость процесса варки от человеческого фактора.

В последнее десятилетие большинство ведущих фирм-производителей мыла и производственного оборудования для него, в частности Procter and Gamble (США), Mazzoni LB (Италия), Lurgi (Германия) и др. перешли на непрерывные технологии варки мыла. Эти технологии обладают рядом явных преимуществ по сравнению с котловым способом, в частности позволяют получать постоянно продукт высокого качества, уменьшают в десятки раз длительность производственного цикла, сокращают существенно объем незавершенного производства, снижают энергозатраты, уменьшают объем соапстоков и выбросов в атмосферу, повышают экологическую безопасность. Вместе с тем, потребительские свойства и качество товарных мыл, получаемых с применением непрерывных технологий, существенно зависят от качества и ассортимента жирового сырья. Снижение качества жирового сырья для мыл, произошедшее за последнее десятилетие на мировом рынке, привело к ухудшению потребительских свойств мыл, производимых по традиционной технологии, особенно туалетных. В этой связи стали весьма значимыми проблемы порчи и стабилизации мыл при их производстве и хранении, а в рамках употребления мыл - уровень их моющей способности. В целом, изложенное определяет важность и актуальность тематики диссертационного исследования.

Диссертационная работа выполнена в рамках программы замены производства мыла котловым способом на непрерывную технологию варки натриевых мыл омылением нейтральных жиров и масел и в соответствии с координационным планом НИР ОАО «Невская косметика» по повышению качества и улучшению потребительских свойств мыл.

1.2 Цель и задачи работы. Целью работы являются: исследования по технологии непрерывной варки мыл омылением нейтральных жиров и масел едким натром с получением мыльно-щелочной эмульсии мыльного клея, высаливания мыльного клея с разделением его на подмыльный щелок с глицерином и сырое непромытое мыло, промывки и сепарации сырого мыла и сушки мыльной основы; исследование порчи, стабилизации и моющего действия товарных мыл; разработка реакторной установки и оборудования для производства натриевых мыл. Достижение поставленной цели реализовано посредством решения следующих задач:

изучение фазового состава и структуры мыла;

исследование кинетики химических реакций получения натриевых солей жирных кислот;

изучение и исследование эмульгирования и реологии смесей жир/масло -водный раствор щелочи;

разработка реакторной установки для непрерывной варки мыла как прямым омылением нейтральных жиров и масел, так и нейтрализацией дистиллированных высших жирных кислот едким натром;

разработка технологии и оборудования для разделения мыльного клея на сырое мыло и подмыльный щелок с глицерином;

определение оптимальных аппаратурно-технологических параметров процессов промывки сырого мыла и сепарации мыльной основы ядрового мыла соответственно в роторно-дисковых экстракторах и жидкостных сепараторах;

разработка модели механизма сушки мыльной основы натриевых мыл в вакуум-сушильной установке и определение оптимального температурного режима узла сушки: теплообменник-вакуум-сушильная камера;

определение причин порчи мыл в процессе варки, сушки, хранении и разработка рекомендаций по улучшению стабилизации товарных мыл;

разработка модели процесса моющего действия мыл и определение лимитирующих стадий мойки при отделении как жидких, так и твердых загрязнений от отмываемой поверхности.

1.3 Научная концепция работы. Концепция решения научной проблемы
заключается в получении на основе теоретических и экспериментальных
исследований новых сведений о процессах омыления нейтральных жиров и масел,
отделения глицерина, окисляемости натриевых мыл на стадиях их производства и
хранения,моющей способности мыл, достаточных для разработки направлений
совершенствования промышленной технологии производства твердых натриевых
мыл.

1.4 Научная новизна работы. Новизну составляют:

модель кинетики реакции щелочного гидролиза триглицеридов жиров и масел с образованием мыла и глицерина, а также реакций нейтрализации высших жирных кислот и омыления их сложных метиловых эфиров;

модель механизма самопроизвольного эмульгирования смесей жир/масло водный раствор щелочи и определение структуры мыльно-щелочных эмульсий мыльного клея и ядрового мыла;

модель механизма дестабилизации и разрушения структуры мыльно-щелочных эмульсий путем механического, термического и электролитического воздействий на мыльный клей с целью выделения из него глицерина;

реологическая модель вязкости водных растворов натриевых мыл, основанная на рассмотрении их как неньютоновских жидкостей с псевдопластичными свойствами в виде жидкокристаллической фазы с гексагональной и ламеллярной структурами;

конструкция трубчатого реактора с рециркуляцией для непрерывной варки мыла как омылением жиров и масел, так и нейтрализацией дистиллированных высших

жирных кислот едким натром при давлении 3-К3,5 кгс/см2 и температуре 135-145С, и методика расчета его технологических и конструктивных параметров;

модель сушки мыльной основы натриевых мыл, основанная на рассмотрении процесса удаления воды, как связанного (или совместного) тепло-массопереноса, состоящего из выпаривания одной части воды в теплообменнике и самоиспарения другой ее части в вакуум-сушильной камере;

механизм порчи мыл и рекомендации по улучшению стабилизации товарных мыл;

механизм моющего действия мыл, основанный на рассмотрении его как многостадийного параллельно-последовательного процесса, состоящего из физико-химических явлений смачивания, флотации, адсорбции, пептизации, эмульгирования, суспендирования, солюбилизации и ресорбции.

1.5 Практическая значимость. Разработано проектное задание на технологическую установку прямого омыления нейтральных жиров и масел едким натром с непрерывным циклом производства хозяйственных и туалетных мыл производительностью 4т/ч по мыльной основе с концентрацией -70% (в пересчете на массу их жирных кислот). В сравнении с котловым способом варки мыла разработанная технология имеет следующие преимущества:

  1. Получение продукта постоянно высокого качества и практически полная независимость его от человеческого фактора.

  2. Увеличение содержания глицерина в подмыльном щелоке с 5,(Н6,0% до 30,0% и уменьшение глицерина в мыльной основе с 3,5-4,0% до 0,3%.

  3. Снижение потребления пара с 0,5-Ю,9 тонн до 0,1-Ю, 15 т/ т мыла.

  4. Сокращение производственного цикла от подачи сырья до готовой мыльной основы с 40 до 7 ч (туалетное мыло ) и 5 ч (хозяйственное мыло ).

5. Исключение стадии шлифовки мыла и отсутствие накопления так называемого
«клеевого осадка» и проблем, связанных с его утилизацией.

1.6 Реализация результатов работы.

Разработана конструкция реактора для омыления жиров и масел и нейтрализации дистиллированных жирных кислот и методика его проектного расчета. Конструкция реактора защищена патентом РФ.

Разработана конструкция вакуум- испарителя для механической и термической дестабилизации эмульсии мыльного клея для отделении из него глицерина и методика его проектного расчета.

Разработана методика расчета температурного режима сушки мыльной основы в вакуум - сушильной установке. Методика реализована при совершенствовании технологии сушки туалетных мыл в ОАО " НЕВСКАЯ КОСМЕТИКА "

Разработана методика оценки порчи товарного мыла при его хранении, основанная на кинетике окисления мыла кислородом воздуха. Методика реализована при тестировании качества твердого туалетного мыла на ОАО " НЕВСКАЯ КОСМЕТИКА "

1.7 Апробация работы. Материалы диссертации доложены на следующих конференциях:

XI и XIII международные научно-практические конференции «Бытовая химия в России» (Пермь, июнь 2005, 2007);

3-я международная конференция «Рыночные исследования в масложировой и в смежных отраслях пищевой промышленности» (Санкт-Петербург, май 2006);

Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ 2006» (Воронеж, июнь 2006);

6-ая и 7-ая международные конференции «Масложировая индустрия» (Санкт-Петербург, октябрь 2006, 2007);

VI Международный симпозиум «Дни ПАВ и косметики - 2007» (Киев, май 2007).

1.8 Достоверность полученных результатов обеспечена использованием
современных методов анализа, опубликованных и вновь разработанных,
математической обработкой результатов, лабораторными испытаниями.

1.9 Личный вклад соискателя заключается в постановке и осуществлении
исследований, разработке физико-химических моделей и проведении компьютерных
экспериментов, оценке результатов эксперимента в лабораторных условиях и
обобщении их, анализе и установлении закономерностей, принятии решений по
аппаратурно-технологическому оформлению.

  1. Публикации. По материалам диссертации опубликованы 33 работы, в том числе: монография (21 печ.л.), 23 статьи в академических и отраслевых журналах -из них 8 опубликованы в журналах, входящих в Перечень изданий, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций, 8 докладов на конференциях и симпозиумах, патент РФ.

  2. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав с изложением в них аналитического обзора, экспериментальных и теоретических исследований, заключения, списка использованной литературы. Текст диссертации изложен на 256 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и 53 рисунка. Список литературы включает 202 источника, в том числе 106 на иностранном языке.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net