УДК 665.122
DOI: 10.15587/1729-4061.2022.254358
Усовершенствование технологии получения жирных кислот из отходов масложирового производства
В. С. Калина, С. В. Станкевич, Л. С. Мироненко, А. Л. Гречко, О. И. Богатов, А. Н. Брагин, А. В. Романов, Ю. Е. Огурцов, Е. А. Семенов, О. Н. Филенко
Жирні кислоти є важливою складовою у фармацевтичній, харчовій, хіміч- ній галузях промисловості. Виробництво різних видів продукції вимагає певної чистоти та якості жирних кислот. Для одержання цих сполук перспективним є використання соапстоків, які є відходами лужної рафінації олій.
Особливість роботи полягає у встановленні впливу технологічних пара- метрів розкладання соапстоку сірчаною кислотою на число омилення, яке є важливою виробничою характеристикою жирних кислот.
У дослідженні використано соняшниковий соапсток за ДСТУ 5033 (CAS 68952-95-4) з масовою часткою загального жиру 69,5 %, жирних кислот – 64,5 %.
Соапсток піддавали обробці розчином сірчаної кислоти за температури 90 °С, тривалість процесу – 40 хв. Визначено раціональні параметри обробки соапсто- ку: концентрація сірчаної кислоти в реакційній масі – 80 %, концентрація водного розчину сірчаної кислоти – 50 %. В дослідному інтервалі тривалість відстоюван- ня реакційної маси не впливає на число омилення жирних кислот. Тривалість від- стоювання 1 год. є ефективною для процесу вилучення жирних кислот. За цих умов число омилення жирних кислот склало 186,4 мг КОН/г. Кислоти відповіда- ють жирним кислотам першого ґатунку згідно ДСТУ 4860 (CAS 61788-66-7): ма- сова частка вологи та летких речовин – 1,2 %, масова частка загального жиру – 97,5 %, глибина розщеплення – 95,0 % олеїнової кислоти.
Одержані дані дозволять раціонально та з максимальною ефективністю використовувати реактив – сірчану кислоту. Результати роботи дають мож- ливість скоротити тривалість процесу одержання жирних кислот з соапстоків, оскільки підтверджено ефективність процесу за мінімальної тривалості відс- тоювання маси. Удосконалена технологія розкладання соапстоків дозволить за раціональних умов отримувати цінний продукт – жирні кислоти високої якості.
Ключові слова: жирні кислоти, соняшниковий соапсток, олія соняшникова, число омилення, лужна нейтралізація.
1. Введення
Олійножирова галузь промисловості – одне з найважливіших джерел хар- чових і технічних продуктів. Поряд з проблемою виробництва екологічно без- печної продукції, постійно загострюється питання негативного впливу підпри- ємств галузі на навколишнє середовище. Щорічно в світі утворюється понад 276 млрд. тон промислових та побутових відходів [1]. На олійножирових підп- риємствах утворюється велика кількість побічних продуктів і стічних вод. Спа- лювання, захоронення на спеціальних полігонах і скидання цих продуктів є не-
Not
a reprint
безпечним для екологічного стану місцевості. Сучасні економічні умови вима- гають більш раціонального підходу до питання використання промислових від- ходів, розробки інноваційних технологій та спеціального обладнання для пере- робки відходів та вторинних продуктів [2]. Відходи виробництва мають важли- ву роль як вторинний сировинний ресурс.
Побічним продуктом рафінації рослинних олій є соапсток – продукт нейт- ралізації вільних жирних кислот лугами. Кількість соапстоку може становити до 2 % від маси олії [3]. Хімічна різноманітність складу соапстоку, наявність у ньому карбоксильних, карбонільних, гідроксильних груп, дозволяє синтезувати нові види конкурентоспроможної продукції. Сучасні методи вивчення криста- лічної структури та складу жирів та жирних кислот дають можливість встано- вити чистоту, природу та доцільність застосування одержаних сполук за різни- ми напрямками [4].
Розкладання соапстоків сірчаною кислотою є основним способом отри- мання цінного продукту – жирних кислот. Отже, удосконалення такої техноло- гії дозволить зменшити обсяги відходів виробництва, оптимізувати режими пе- реробки, відповідально використовувати матеріальні ресурси. Важливим пи- танням у виробництві жирних кислот є раціональне використання реагентів та матеріалів, зокрема, сірчаної кислоти.
Таким чином, з метою оптимізації та зменшення кількості відходів олій- ножирового виробництва, доцільно удосконалити технологію вилучення висо- коякісних жирних кислот із соапстоків. Результати дослідження є важливими, оскільки існує потреба у високоякісних жирних кислотах для виробництва про- дукції фармацевтичної, харчової, хімічної галузей промисловості.
2. Аналіз літературних даних та постановка проблеми
Вторинні продукти та відходи олійножирової галузі є цінними сировинни- ми ресурсами для виробництва жирних кислот. Ці сполуки знаходять застосу- вання у будівельній, фармацевтичній, лакофарбовій, гірничо-збагачувальній, нафтогазовій та інших галузях промисловості.
Соапстоки, що утворюються при рафінації рослинних олій, складаються з (30–40) % триацилгліцеролів, (40–50) % натрієвих солей жирних кислот. Інші ре- човини ліпідної та неліпідної природи (токофероли, фосфатиди, білки, вуглеводи, стерини, пігменти) складають (8–20) %. Кількість утвореного соапстоку залежить від виду олії, що переробляється, і вмісту в ній вільних жирних кислот [5].
Вміст води в соапстоках складає (40–60) %. В роботі [6] досліджено пере- робку соапстоку шляхом концентрування за рахунок видалення води. Однак ця технологія не передбачає виділення в чистому вигляді суміші жирних кислот.
В роботі [7] запропоновано концентрування соапстоку сухим натрій хло- ридом. Таким способом концентрування соапстоку склало (45–50) % через ві- докремлення води. Але дослідження не передбачає отримання жирних кислот високого ступеня чистоти, відсутні дані щодо впливу параметрів обробки соап- стоку на показники жирних кислот.
Перспективним є ферментативний гідроліз жирів та жирових відходів. Од- нак недоліком процесу є висока вартість ферментних препаратів (сягає
For
reading
only
400 $/кг). У роботі [8] показано, що у процесі гідролізу жиру з використанням ліпази кислотне число жиру вдалося підвищити з 60 до (170–180) мг КОН/г.
Отримані жирні кислоти використано як вихідну сировину при виготовленні технічного мила, сольової оліфи, антиадгезійного мастила тощо [9]. Недоліком дослідження є використання ферменту з високою вартістю, відсутність даних щодо впливу параметрів процесу гідролізу на якісні показники кислот.
Соапстоки доцільно також використовувати як сировину для виробництва інших продуктів, зокрема, вуглеводнів. В роботі [10] розглянуто переробку соапс- току шляхом крекінгу та декарбоксилювання молекул жирних кислот при (440–
460) °С. Отримано рідкі вуглеводні, придатні для використання як моторне пали- во. Відсутні дані щодо одержання жирних кислот, які є цінною сировиною у бага- тьох видах продукції та можуть бути також використані у виробництві палива.
Розроблено технологію одержання жирних кислот з соапстоку розкладан- ням мил під дією діоксиду вуглецю [11]. Недоліком технології є проведення процесу під підвищеним тиском.
В роботі [12] досліджено процес розкладання соапстоку сірчаною кисло- тою з метою виділення жирних кислот. Вихід концентрату склав 50 %. Недолі- ком технології є відсутність даних щодо показників якості жирних кислот.
В роботі [13] показано метод виділення жирних кислот з соапстоку мето- дом гідролізу з метою подальшого одержання біопалива. Недоліком досліджен- ня є відсутність даних щодо якісних показників отриманих жирних кислот, зок- рема, числа нейтралізації, числа омилення, масової частки вологи тощо.
В роботі [14] пропонується технологія переробки соапстоку, що включає доомилення розчином натрій гідроксиду. Далі проводять обробку сірчаною ки- слотою з виділенням жирних кислот. Недоліком дослідження є відсутність да- них щодо впливу концентрації та кількості сірчаної кислоти на ефективність вилучення жирних кислот.
В роботі [15] досліджено процес розкладання соапстоку сірчаною кисло- тою з метою отримання жирних кислот. Встановлено раціональні параметри процесу: температура (90–95) °С, тривалість 40 хв. За цих умов вихід жирних кислот становить 79,0 %, число нейтралізації 180,0 мг КОН/г. Але в роботі не показано впливу кількості та концентрації сірчаної кислоти на ефективність ви- лучення жирних кислот. Це є важливим питанням, оскільки сірчана кислота є небезпечним реагентом, використання концентрованих розчинів кислоти пот- ребує особливих умов. Доцільним є встановлення раціональних умов викорис- тання цієї складової процесу. Крім того, не показано впливу технологічних умов на число омилення жирних кислот. Число омилення є важливим парамет- ром, необхідним для технологічних розрахунків, визначення співвідношення реагентів, аналізування молекулярної маси жирних кислот, прогнозування ви- ходу продуктів тощо.
Таким чином, недостатньо даних щодо впливу умов обробки соапстоку сір- чаною кислотою на число омилення та інші якісні показники жирних кислот. Від- сутні дані щодо характеристик реагентів (зокрема, концентрації сірчаної кислоти) на якість жирних кислот. Зважаючи на це, є актуальним удосконалення технології переробки соапстоку з отриманням жирних кислот як товарного продукту. Важ-
Not
a reprint
ливим є визначення раціональних значень концентрації сірчаної кислоти у реак- ційній масі та розчину сірчаної кислоти. Це дозволить зменшити навантаження на навколишнє середовище і раціонально використовувати реагенти.
3. Мета і завдання дослідження
Метою дослідження є удосконалення технології розкладання соапстоку сі- рчаною кислотою з одержанням жирних кислот з високим значенням числа омилення. Це дозволить раціонально та ефективно використовувати сірчану ки- слоту під час технологічного процесу та використовувати раціональну трива- лість відстоювання реакційної маси.
Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні задачі:
– дослідити показники якості зразку соняшникового соапстоку;
– встановити залежність числа омилення жирних кислот від концентрації сірчаної кислоти в реакційній масі, концентрації водного розчину сірчаної кис- лоти та тривалості відстоювання реакційної маси;
– визначити органолептичні, фізико-хімічні показники та середню молеку- лярну вагу вилучених жирних кислот.
4. Матеріали та методи дослідження
4. 1. Досліджувані матеріали та обладнання, що використовувались в експерименті
Використано наступні реактиви та матеріали:
- соапсток, одержаний після лужної нейтралізації олії соняшникової, згідно з ДСТУ 5033 (CAS 68952-95-4);
– кислота сірчана кваліфікації «ч.д.а.» згідно з ГОСТ 4204 (CAS 7664-93-9).
4. 2. Методика визначення показників соняшникового соапстоку
Органолептичні показники соняшникового соапстоку визначено за станда- ртною методикою згідно ДСТУ 5033:2008 (Метод визначання кольору, консис- тенції та запаху). Міжнародні нормативні документи з визначення органолеп- тичних показників: колір – ISO 15305, консистенція – AOCS Method Cc 16-60, запах – AOCS Cg 2-83. Масову частку вологи; масову частку загального жиру та жирних кислот визначено за стандартними методиками згідно ДСТУ 4603:2006 (ISO 662) та ДСТУ 5033:2008 (ISO 17189, IDF 194) відповідно.
4. 3. Методика розкладання соапстоку сірчаною кислотою
Обробку соапстоку сірчаною кислотою проводили згідно [15]. Температу- ра обробки складала 90 °С, тривалість процесу - 40 хв.
4. 4. Методика визначення органолептичних, фізико-хімічних показ- ників та середньої молекулярної ваги жирних кислот
Органолептичні показники, масову частку загального жиру, глибину роз- щеплення, наявність мінеральних кислот визначено за стандартною методикою згідно ДСТУ 4860:2007, масову частку вологи - згідно ДСТУ 4603:2006, число омилення - згідно ДСТУ ISO 3657:2004 (ISO 3657:2002, IDT).
For
reading
only
Середню молекулярну вагу жирних (Мс) кислот визначено за формулою:
5 6 1 1 0
M с 1 2 , 6 7 ,
Ч О (1)
де ЧО – число омилення жирних кислот, мг КОН/г.
4. 5. Планування досліджень та обробка результатів
В роботі застосовано повний факторний експеримент другого порядку з трьома факторами. Кожний фактор має три рівня варіювання. Обробку одержаних даних та побудування графічних залежностей виконано з використанням пакета Stat Soft Statistica v6.0 (USA). У кожному досліді виконано двократне повторення.
5. Результати досліджень залежності числа омилення жирних кислот від технологічних параметрів розкладання соапстоку
5. 1. Визначення показників якості зразку соняшникового соапстоку Визначено органолептичні та фізико-хімічні показники дослідного зразку соняшникового соапстоку. Результати дослідження представлено у табл. 1.
Таблиця 1
Органолептичні та фізико-хімічні показники дослідного зразку соапстоку
Найменування показника Характеристика
Органолептичні показники
Колір Коричневий
Консистенція за температури 20 °С Мазеподібна
Запах Властивий соапстоку з олії соня- шникової
Фізико-хімічні показники
Масова частка вологи та летких речовин, % 12,1 Масова частка загального жиру, % 69,5
Масова частка жирних кислот, % 64,5
Масова частка нейтрального жиру, % 5,0
Таким чином, дослідний зразок соняшникового соапстоку відповідає нор- мам, встановленим у ДСТУ 5033 (CAS 68952-95-4).
5. 2. Встановлення залежності числа омилення жирних кислот від тех- нологічних параметрів розкладання соапстоку
Число омилення є важливим технологічним параметром, оскільки встанов- лює реальну кількість ліпідної частини у продукті (жирів та жирних кислот у вільному та зв’язаному стані). Число омилення характеризує середню величину молекулярної ваги жирних кислот, що входять до складу зразка. Ці дані є важ- ливими для багатьох напрямків, за якими використовуються жирні кислоти.
Наприклад, у виробництві мила та мийних засобів, ефірів жирних кислот, у ви-
Not
a reprint
робництві жирних кислот підвищеної чистоти для фармацевтичних цілей, у процесі хімічного синтезу різних сполук тощо.
Отже, з метою удосконалення технології розкладання соапстоку сірчаною кислотою досліджено залежність числа омилення жирних кислот (y) від наступ- них факторів:
– концентрація сірчаної кислоти в реакційній масі (х1): від 20 до 100 %;
– концентрація водного розчину сірчаної кислоти (х2): від 20 до 80 %;
– тривалість відстоювання реакційної маси (х3): від 1 до 7 год.
Функцією відгуку є число омилення жирних кислот. Обробку результатів дослідження виконано у середовищі пакета Stat Soft Statistica v6.0 (USA). На рис. 1 наведено діаграму Парето, яку побудовано для перевірки значущості ко- ефіцієнтів рівняння регресії. На діаграмі Парето показано стандартизовані кое- фіцієнти, які відсортовано за абсолютними значеннями. Найбільш впливові ефекти та їх взаємодії обрано за t-критерієм. Колонки розташовано зверху вниз у порядку зниження значущості ефектів та їх взаємодій. Встановлено, що кое- фіцієнти, які стосуються тривалості відстоювання реакційної маси (х3), є незна- чущими. Всі інші колонки оцінки ефектів перетинають вертикальну лінію, що являє собою 95 % довірчу імовірність.
Регресійна залежність числа омилення жирних кислот (у) від концентрації сірчаної кислоти в реакційній масі (х1) та концентрації водного розчину сірча- ної кислоти (х2) у реальних перемінних має вигляд:
2 2
1 2 1 2
9 8, 0 1 4 0 , 9 6 3 1, 7 8 8 0 , 0 1 3 0 , 0 1 6 .
y x x x x (2)
Адекватність одержаної моделі перевірено за відсутністю утрати узгодже- ності (рівень значущості p є меншим 0,05 та складає 7,237·10-12) та коефіцієн- том детермінації (є наближеним до одиниці та дорівнює 0,974).
У табл. 2 наведено матрицю планування експерименту, експериментальні та розрахункові значення функції відгуку (числа омилення жирних кислот). Ро- зрахункові значення функції відгуку одержано за рівнянням регресії (2).
Поверхню відгуку, яка являє собою залежність числа омилення від конце- нтрації сірчаної кислоти в реакційній масі та концентрації розчину сірчаної ки- слоти, представлено на рис. 2.
Отже, що при збільшенні концентрації розчину сірчаної кислоти спостері- гається збільшення, а потім зниження значень функції відгуку. Максимальні значення числа омилення відповідають концентрації розчину сірчаної кислоти 50 %. При збільшенні концентрації сірчаної кислоти в реакційній масі функція відгуку має мінімальні значення за умов концентрації (30–50) %. Після цього значення функції відгуку зростають. Аналізуванням даних табл. 2, рівняння (2) та рис. 2 визначено, що збільшення концентрації сірчаної кислоти в реакційній масі більше 80 % не призводить до суттєвого збільшення значень числа оми- лення. Таким чином, раціональні умови розкладання соапстоку сірчаною кис- лотою з точки зору одержання максимальних значень числа омилення є насту- пні. Концентрація сірчаної кислоти в реакційній масі – 80 %, концентрація вод- ного розчину сірчаної кислоти – 50 %. Тривалість відстоювання в умовах дос- ліду не впливає на число омилення жирних кислот. Отже, в даному випадку ра-
For
reading
only
ціональним є мінімальне значення тривалості відстоювання – 1 год. За цих умов число омилення жирних кислот склало 186,4 мг КОН/г.
p=,05
t-value (for coefficient; absolute value)
х32 х3 х1 х22 х2 х12
Рис. 1. Діаграма Парето
> 200 < 200 < 180 < 160 < 140 < 120 < 100 Число омилення,
мг КОН/г
Концентрація сірчаної кислоти в реакційній масі, % Концентрація
розчину
сірчаної кислоти, % 30 10 30 50
50 70
70 90
90 120
160 200 240
Рис. 2. Залежність числа омилення жирних кислот від концентрації сірчаної ки-10 слоти в реакційній масі та концентрації розчину сірчаної кислоти
Not
a reprint
Таблиця 2
Матриця планування експерименту та значення функції відгуку
№ до- сліду
Фактори варіювання Функція відгуку Концентра-
ція сірчаної кислоти в реакційній
масі х1, %
Концентра- ція розчину
сірчаної кислоти
х2, %
Тривалість відстою- вання х3,
год.
Число омилення у, мг КОН/г (ек-
спериментальні значення)
Число оми- лення у, мг КОН/г (ро- зрахункові
значення)
1 20 20 1 111,6 104,4
2 20 80 7 134,8 137,2
3 20 20 7 117,9 114,6
4 20 80 1 131,5 127,0
5 20 80 4 134,2 135,7
6 20 20 4 114,5 113,1
7 20 50 7 132,5 140,3
8 20 50 1 127,1 130,1
9 20 50 4 137,0 138,8
10 60 20 1 117,5 113,4
11 60 80 7 139,7 146,2
12 60 20 7 129,1 123,6
13 60 80 1 132,3 136,0
14 60 80 4 137,8 144,7
15 60 20 4 119,0 122,1
16 60 50 7 139,6 149,3
17 60 50 1 147,9 139,1
18 60 50 4 159,5 147,9
19 100 20 1 143,8 163,6
20 100 80 7 207,9 196,4
21 100 20 7 177,1 173,8
22 100 80 1 190,2 186,2
23 100 80 4 195,8 194,9
24 100 20 4 170,2 172,3
25 100 50 7 202,2 199,5
26 100 50 1 187,1 189,3
27 100 50 4 199,5 198,0
5. 3. Визначення органолептичних, фізико-хімічних показників та се- редньої молекулярної ваги жирних кислот
Встановлено показники якості жирних кислот, вилучених за раціональних умов. Результати дослідження показано у табл. 3.
Таким чином, за встановлених раціональних умов одержано жирні кислоти високої якості, які за характеристиками відповідають показникам жирних кис- лот світлих олій та модифікованих жирів, одержаних без доомилювання, пер- шого ґатунку, згідно ДСТУ 4860 (CAS 61788-66-7).
For
reading
only
Середня молекулярна вага жирних кислот, розрахована за формулою (1), склала 288,3 г/моль, що корелюється з довідковим значенням для жирних кис- лот олії соняшникової 283 г/моль [10].
Таблиця 3
Органолептичні та фізико-хімічні показники вилучених жирних кислот
Найменування показника Характеристика
Колір за температури 20 °С Коричневий
Запах Специфічний для жирних кислот
Масова частка вологи та летких речовин, % 1,4 Масова частка загального жиру, % 98,1 Глибина розщеплення, % олеїнової кислоти 66,7
Наявність мінеральних кислот Відсутні
Застосування раціональних значень концентрації сірчаної кислоти в реак- ційній масі та концентрації розчину сірчаної кислоти дозволило отримати жир- ні кислоти з покращеними показниками. Так, масова частка вологи та летких речовин зменшилась, показники масової частки загального жиру та глибини ро- зщеплення збільшилися у порівнянні з жирними кислотами, отриманими без урахування впливу сірчаної кислоти. У роботі [15] встановлено наступні раціо- нальні параметри обробки соапстоку сірчаною кислотою: температура (90–
95) °С, тривалість 40 хв. За цих умов масова частка вологи та летких речовин у жирних кислотах склала 1,8 %, масова частка загального жиру 97,0 %, глибина розщеплення 64,5 %. Але при цьому не було враховано концентрацій сірчаної кислоти у розчині та в реакційній масі. Отже, застосування визначених раціо- нальних умов дозволяє покращити якість продукту.
6. Обговорення результатів дослідження залежності числа омилення жирних кислот від технологічних умов розкладання соапстоку
Досліджено удосконалену технологію розкладання соапстоку сірчаною ки- слотою, яка передбачає використання раціональних значень концентрації сір- чаної кислоти в реакційній масі та концентрації розчину сірчаної кислоти. Це дозволяє прогнозувати значення числа омилення жирних кислот та одержувати жирні кислоти з високим значенням цього показника. Визначено вплив техно- логічних параметрів обробки соапстоку на число омилення жирних кислот. За даними табл. 2, рис. 2 та рівняння (2), визначено раціональні умови розкладан- ня соапстоку: концентрація сірчаної кислоти в реакційній масі – 80 %, концент- рація водного розчину сірчаної кислоти – 50 %. В умовах досліду тривалість ві- дстоювання реакційної маси не впливає. Отже, раціональною в даному випадку є мінімальна тривалість – 1 год. За цих умов число омилення жирних кислот склало 186,4 мг КОН/г.
Від існуючих наукових досліджень [7–15], робота відрізняється визначен- ням раціональних значень концентрації сірчаної кислоти в реакційній масі та концентрації розчину сірчаної кислоти з метою покращення якісних показників
Not
a reprint
жирних кислот. Розроблена удосконалена технологія дозволяє підвищити якість жирних кислот. Знижується масова частка вологи та летких речовин (на 22 % відносно технології без урахування концентрації сірчаної кислоти). Збільшу- ється масова частка загального жиру (на 1,1 %) та глибини розщеплення (на 3,4 %) [15]. Використання технології розкладання соапстоку є більш раціональ- ним з урахуванням концентрації розчину сірчаної кислоти та кількості кислоти в масі. Ця технологія дозволить ефективно та раціонально використовувати ре- актив (сірчану кислоту). Крім того, є можливість суттєво скоротити тривалість процесу, оскільки експериментально підтверджено той факт, що тривалість від- стоювання (від 1 до 7 год.) не впливає на число омилення.
При збільшенні концентрації розчину сірчаної кислоти спостерігається зростання, а потім зниження значень функції відгуку. Максимальні значення числа омилення відповідають концентрації розчину сірчаної кислоти 50 %. При збільшенні концентрації сірчаної кислоти в реакційній масі функція відгуку пі- сля мінімальних значень за концентрації (30–50) % зростає. За даними табл. 2, рівняння (2) та рис. 2 встановлено, що збільшення концентрації сірчаної кисло- ти в реакційній масі більше 80 % не призводить до суттєвого збільшення зна- чень числа омилення. Отже, раціональні умови розкладання соапстоку є насту- пні: концентрація сірчаної кислоти в реакційній масі – 80 %, концентрація вод- ного розчину сірчаної кислоти – 50 %. Раціональним є мінімальне значення тривалості відстоювання – 1 год.
Збільшення концентрації сірчаної кислоти в масі більш суттєво впливає на збільшення числа омилення, ніж концентрація розчину сірчаної кислоти. Так, при значенні концентрації сірчаної кислоти в масі 100 % при зміні концентрації розчину кислоти від 20 до 80 % число омилення збільшується у 1,17 рази. При значенні концентрації розчину сірчаної кислоти 80 % при зміні концентрації кислоти в масі від 20 до 100 % число омилення збільшується у 1,54 рази.
В цілому збільшення концентрації кислоти в масі сприяє більш швидкому та ефективному масообміну, більш повному реагуванню компонентів та, як на- слідок, збільшенню числа омилення. Підвищення концентрації розчину кислоти також збільшує кількість кислоти на одиницю маси соапстоку, при цьому зни- жується кількість води в масі.
Результати роботи дозволяють більш раціонально, ефективно та швидко проводити процес розкладання соапстоку сірчаною кислотою. Встановлена за- лежність числа омилення кислот від умов процесу надасть змогу оцінювати якість та можливість використання кислот у різних цілях. Ці дані є необхідними для розрахунків кількості реактивів та допоміжних компонентів у виробницт- вах, де сировиною є жирні кислоти (різні види мил, біодизельне паливо, сполу- ки для фармацевтичних цілей тощо). Одержані дані є науковим доробком, який сприятиме раціональному використанню багатокомпонентних та екологічно небезпечних відходів олієжирового виробництва.
Обмеження використання результатів дослідження полягає у тому, що в роботі використано початковий соапсток з певними показниками. Якщо у робо- ту буде прийнято соапсток з більшими значеннями вологи, необхідно врахову-
For
reading
only
вати ці дані під час введення водного розчину сірчаної кислоти з метою дотри- мання раціональних концентрацій кислоти.
Недоліком дослідження є відсутність даних щодо впливу концентрацій сі- рчаної кислоти на вихід жирних кислот. Адже, крім якісних показників, суттєве значення має кількість одержаного продукту.
Перспективними напрямками досліджень щодо обробки соапстоку з метою вилучення жирних кислот є визначення більш широкого спектру показників жирних кислот у точках досліду (наприклад, складу, масової частки загального жиру тощо). Це дозволить комплексно проаналізувати можливість використан- ня отриманих таким чином кислот за різними напрямками.
7. Висновки
1. Досліджено показники якості зразку соняшникового соапстоку: масова частка вологи та летких речовин – 12,1 %, загального жиру - 69,5 %, жирних кислот – 64,5 %, нейтрального жиру – 5,0 %. Соняшниковий соапсток відпові- дає вимогам ДСТУ 5033 (CAS 68952-95-4).
2. Встановлено залежність числа омилення жирних кислот від параметрів обробки соапстоку. Раціональні значення параметрів: концентрація сірчаної ки- слоти в реакційній масі – 80 %, концентрація водного розчину сірчаної кислоти – 50 %. В дослідному інтервалі тривалість відстоювання реакційної маси не впливає на число омилення жирних кислот. Тривалість відстоювання 1 год. є ефективною для процесу вилучення жирних кислот. За цих умов число омилен- ня жирних кислот склало 186,4 мг КОН/г.
3. За показниками якості жирні кислоти відповідають показникам жирних кислот світлих олій та модифікованих жирів, одержаних без доомилювання, першого ґатунку, згідно ДСТУ 4860 (CAS 61788-66-7). Характеристики кислот масова частка вологи та летких речовин – 1,2 %, масова частка загального жиру – 97,5 %, глибина розщеплення – 95,0 % олеїнової кислоти. Середня молекуля- рна вага жирних кислот склала 288,3 г/моль.
Література
1. Tons of waste dumped (2022). URL: https://www.theworldcounts.com/
challenges/planet-earth/waste/global-waste-problem/story
2. Nekrasov, S., Zhyhylii, D., Dovhopolov, A., Altin Karatas, M. (2021).
Research on the manufacture and strength of the innovative joint of FRP machine parts. Journal of Manufacturing Processes, 72, 338–349. doi: https://doi.org/10.1016/
j.jmapro.2021.10.025
3. Laoretani, D. S., Fischer, C. D., Iribarren, O. A. (2017). Selection among alternative processes for the disposal of soapstock. Food and Bioproducts Processing, 101, 177–183. doi: https://doi.org/10.1016/j.fbp.2016.10.015
4. Znamenshchykov, Y., Volobuev, V., Kurbatov, D., Kolesnyk, M., Nekrasov, S., Opanasyuk, A. (2020). Photoresponse and X-ray response of Cd1- xZnxTe thick polycrystalline films. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek51551.2020.9250105
Not
a reprint
5. Mashhadi, F., Habibi, A., Varmira, K. (2018). Enzymatic production of green epoxides from fatty acids present in soapstock in a microchannel bioreactor.
Industrial Crops and Products, 113, 324–334. doi: https://doi.org/10.1016/
j.indcrop.2018.01.052
6. Barbusiński, K., Fajkis, S., Szeląg, B. (2021). Optimization of soapstock splitting process to reduce the concentration of impurities in wastewater. Journal of Cleaner Production, 280, 124459. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124459
7. Шнып, И. А., Слепнева, Л. М., Краецкая, О. Ф., Зык, Н. В., Лукья- нова, Р. С. (2011). Способы утилизации соапстока – техногенного отхода жиро- перерабатывающей промышленности. Вестник Белорусского национального технического университета, 2, 68–71. URL: https://rep.bntu.by/handle/data/1079
8. Abdelmoez, W., Mostafa, N. A., Mustafa, A. (2013). Utilization of oleochemical industry residues as substrates for lipase production for enzymatic sunflower oil hydrolysis. Journal of Cleaner Production, 59, 290–297. doi:
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.06.032
9. Veljković, V. B., Banković-Ilić, I. B., Stamenković, O. S., Hung, Y.-T.
(2021). Waste Vegetable Oils, Fats, and Cooking Oils in Biodiesel Production.
Handbook of Environmental Engineering, 147–263. doi: https://doi.org/10.1007/978- 3-030-61002-9_5
10. Shah, K., Parikh, J., Dholakiya, B., Maheria, K. (2014). Fatty acid methyl ester production from acid oil using silica sulfuric acid: Process optimization and reaction kinetics. Chemical Papers, 68 (4). doi: https://doi.org/10.2478/s11696- 013-0488-4
11. Мольченко, С. М., Демидов, І. М. (2015). Використання діоксиду вуглецю для одержання жирних кислот з соапстоку. Східно-Европейський жу- рнал передових технологій, 4 (6 (76)), 50–53. doi: https://doi.org/10.15587/1729- 4061.2015.46574
12. Vitiello, R., Li, C., Russo, V., Tesser, R., Turco, R., Di Serio, M.
(2016). Catalysis for esterification reactions: a key step in the biodiesel production from waste oils. Rendiconti Lincei, 28 (S1), 117–123. doi: https://doi.org/10.1007/
s12210-016-0570-2
13. Soares, D., Pinto, A. F., Gonçalves, A. G., Mitchell, D. A., Krieger, N.
(2013). Biodiesel production from soybean soapstock acid oil by hydrolysis in subcritical water followed by lipase-catalyzed esterification using a fermented solid in a packed-bed reactor. Biochemical Engineering Journal, 81, 15–23. doi:
https://doi.org/10.1016/j.bej.2013.09.017
14. Самойлов, Г. И., Сунгатуллина, И. Х., Зиатдинова, Ф. С. и др.
(1995). Пат. № 2064739 RU. Способ получения жирных кислот из соапстоков растительных масел. № 95102976/13; заявл. 02.03.1995; опубл. 27.07.1996.
15. Sytnik, N., Kunitsia, E., Mazaeva, V., Kalyna, V., Chernukha, A., Vazhynskyi, S. et. al. (2021). Rational conditions of fatty acids obtaining by soapstock treatment with sulfuric acid. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (112)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.236984
