Техника и технологии производства и переработки растительных масел. Нагорнов С.А - 29 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

3. ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОДИЗЕЛЬНОГО
ТОПЛИВА
Для триацилглицеринов возможно протекание химических реакций как с участием кратных связей углеводородного
радикала, так и по сложноэфирной группе.
Важным свойством непредельных углеводородных радикалов триацилглицеринов является способность присоединять
водород по ненасыщенным связям в присутствии катализаторов (платиновых, палладиевых и др.), с образованием
триацилглицеринов предельных алифатических кислот. Эта реакция используется для получения маргарина и кулинарного
жира. Для производства жидкого топлива реакция непригодна, так как триацилглицерины предельных кислот имеют
высокие температуры плавления и при 20 ºС представляют собой твёрдые вещества.
Растительные масла окисляются кислородом воздуха с образованием перекисных соединений, оксикислот и других
продуктов. Под действием высоких температур (250 – 300 ºС) происходит их термический распад с образованием акролеина
и других продуктов непредельного строения.
Сложные эфиры могут гидролизоваться по сложноэфирным связям с образованием глицерина и жирных кислот.
Процесс ускоряется при повышенных температурах и давлениях (безреактивное расщепление), а в организме под действием
фермента липазы. При действии водных растворов щёлочей в результате гидролиза образуется глицерин (при избытке щёлочи –
глицерат натрия) и соли высших алифатических кислот (мыла) [8, 17]. Однако ни глицерин, ни карбоновые кислоты, ни тем
более мыла в чистом виде не представляют интереса как альтернативные топлива: глицерин из-за своей высокой вязкости,
карбоновые кислоты – из-за высокой коррозионной агрессивности, натриевые мыла представляют собой твёрдые вещества,
калиевые – густые вязкие жидкости.
Ещё одним важным свойством сложноэфирной группы является её способность вступать в реакции обмена кислотными
или спиртовыми группами, эти реакции в общем виде называют реакциями переэтерификации, поскольку в результате из
исходных сложных эфиров получаются соединения того же класса – сложные эфиры, но имеющие другое строение.
К реакциям переэтерификации относят реакции
алкоголиза, ацидолиза и, собственно, переэтерификации.
Указанные
реакции протекают только в присутствии катализаторов – сильных минеральных кислот (H
2
SО
4
, HCl) и кислот Льюиса (BF
3
,
АlСl
3
, СаСl
2
, ZnO, PbO) [6, 7]. Реакции алкоголиза и переэтерификации ещё более эффективно ускоряются сильными
основаниями, такими, как CH
3
ONa, КОН.
3.1. РЕАКЦИЯ АЦИДОЛИЗА
Если в реакцию вступают сложный эфир и кислота, то в результате получается новый эфир, содержащий остатки
вступившей в реакцию кислоты и спирт исходного эфира; т.е. происходит обмен ацильными радикалами между
триацилглицеринами и кислотой – реакция
ацидолиза
.
Скорость ацидолиза и положение равновесия этой реакции зависят от соотношения активностей кислот, находящихся в
триацилглицеринах и действующих на триацилглицерины. Ацидолиз усиливается и углубляется при увеличении активности
действующих на триацилглицерины кислот. Так, нагревая триацилглицерины высокомолекулярных жирных кислот с
уксусной или масляной кислотами, можно в них часть высокомолекулярных кислот заменить вышеуказанными
низкомолекулярными кислотами. Количество введённых низкомолекулярных кислот зависит от их активности и
относительного количества.
Если взять для проведения реакции ацидолиза высшие алифатические кислоты (большой молекулярной массы), то в
этом случае мы получаем продукт, являющийся аналогом растительного масла. Если для реакции использовать кислоты
небольшой молекулярной массы, например уксусную кислоту, то полученный триацетат глицерина будет иметь довольно
высокую температуру кипения (258 – 260 °С), что соответствует средней части фракционного состава товарного нефтяного
топлива (160 – 360 °С), но, из-за высокой доли кислорода в этом соединении его теплота сгорания будет невысокой.
Так, формула триацетилглицерина: С
9
Н
14
О
6
.
Тогда по формуле Менделеева:
− низшая теплота сгорания триацилглицерина, МДж/кг
Q
н
= 34,013 ⋅ 0,495 + 125,6 ⋅ 0,065 – 10,9 ⋅ 0,44 – 2,512 ⋅ 9 ⋅ 0,1205 = 18,72 МДж/кг;
− высшая теплота сгорания триацилглицерина, МДж/кг
Q
в
= 34,013 ⋅ 0,495 + 125,6 ⋅ 0,065 – 10,9 ⋅ 0,44 = 20,198 МДж/кг.
Для сравнения, низшая теплота сгорания нефтяного дизельного топлива примерно 42,5 МДж/кг, высшая – около
45,9 МДж/кг.
Таким образом, использование продуктов ацидолиза в качестве биодизельного топлива нецелесообразно.

Страницы