Дипломная работа: Снижение вязкости растворов мелассы с помощью моноглицеридов дистиллированных

По правилу Дюкло-Траубе поверхностная активность возрастает с ростом длины цепи в 3-3,5 раза при переходе к каждому последующему гомологу на I звено -CH2-. Сокращение длины углеводородной цепи при той же полярной группе, т.е. переход от высших членов данного гомологического ряда к низшим, вызывает резкое усиление растворимости в воде: низшие гомологи (от С1 до С4) неограниченно растворимы в воде; высшие (от С11 и выше) – практически нерастворимы.

Некоторые исследователи считают, что, уменьшая симметрию молекулы в целом, используя разветвленную гидрофобную цепь или заменяя двумя короткими одну длинную, можно повысить концентрацию ПАВ в слое и еще более понизить поверхностное натяжение без образования мицелл.

В водных растворах адсорбция в поверхностном слое, в отличие от адсорбции на твердой поверхности, сводится к выталкиванию углеводородных цепей и циклов из водной среды вследствие сильного притяжения молекул воды друг к другу. При небольшой концентрации молекулы ПАВ ориентируются в адсорбционном слое горизонтально с «утопленной» в воду полярной группой и «плавающей» на воде цепью. По мере увеличения концентрации и заполнения адсорбционного слоя углеводородные цепи ориентируются вертикально. Такая ориентация молекул ПАВ соответствует минимуму свободной энергии системы. При дальнейшем повышении концентрации Пав в водном растворе может наступить критическое состояние, при котором образуются мицеллы, - критическая концентрация мицеллообразования (ККМ).

Мицеллы представляют собой новую коллоидную форму. Они возникают в результате сцепления вандер-ваальсовыми силами углеводородных цепей, образующих неполярное ядро с гидрофильной оболочкой из полярных групп. При концентрации, например, мылоподобного ПАВ в водном растворе выше

ККМ вначале возникают сфероидальные мицеллы с оболочками из гидратированных полярных групп и ядром из углеводородных цепей. В дальнейшем, при увеличении концентрации ПАВ, такие мицеллы становятся все более ассиметричными – цилиндрические или эллипсоидальными, пока не превращаются в слоистые мицеллы. Это превращение сопровождается резким повышением вязкости раствора, особенно при самых малых градиентах скорости. Специальными опытами показано, что предельная вязкость молярного водного раствора олеата натрия падает в сотни тысяч раз под влиянием солюбилизации (коллоидного растворения) в мицеллах какого-либо углеводорода. Таким образом, в результате солюбилизации слоистые мицеллы распадаются, превращаясь в сфероидальные меньшего размера. Этим доказывается тесная связь между поверхностными и объемными свойствами растворов ПАВ.

Изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции ПАВ на поверхности жидкость-газ.

В 1908 г. Шишковский провел исследование зависимости поверхностного натяжения водных растворов низших жирных кислот (углеводородная цепь из 3-6 групп –СН2–) от их концентрации С.

Результаты его опытов:

Рис. 2. Зависимость поверхностного натяжения водных растворов низших жирных кислот от их концентрации.

Шишковский установил, что полученные данные могут быть описаны эмпирическим уравнением (уравнение Шишковского):

где J0 – поверхностное натяжение чистой воды,

С – концентрация ПАВ,

А и В – константы уравнения.

Оказалось, что А остается постоянной для всех членов гомологического ряда, а В увеличивается в 3-3,5 раза при удлинении углеводородной цепи на одно звено –СН2–.

Графически дифференцируя кривые, полученные Шишковским, а также используя собственные данные, Ленгмюр рассчитал по уравнению Гиббса изотермы адсорбции исследованных ПАВ.

При одинаковой концентрации адсорбция ПАВ тем больше, чем длиннее углеводородная цепь, но для всех членов гомологического ряда кривые стремятся к одному и тому же пределу Г, называемому предельной адсорбцией или емкостью монослоя.

1.4. Уваривание утфелей с применением ПАВ

Для интенсификации процессов уваривания и центрифугирования утфелей широко применяются поверхностно-активные вещества (ПАВ) – ацетомоноглицериды.

Ацетомоноглицериды – вещества светло-желтого цвета, не имеют вкуса, биологически инертны, легко гидролизуются в организме с образованием глицерина, жирной и уксусной кислот. Они находят широкое применение в качестве античерствителей в хлебопекарном производстве, жировых пластификаторов в маргарине, мороженом, в косметической и фармацевтической промышленностях, как смазочное вещество для ряда видов пищевого оборудования.

Производство ацетилированных моноглицеридов жирных кислот для сахарной промышленности организовано на Ереванском заводе химических реактивов.

В соответствии с ТУ 17-1-12-81 производятся ацетилированные моноглицериды дистиллированные, представляющие собой в основном смесь ацетомоно- и диглицеридов. Для производства ацетилированных моноглицеридов дистиллированных применяются уксусный ангидрид по ГОСТ 21039-75 и моноглицериды дистиллированные по ТУ 2/27-78.

Дистиллированные ацетилированные моноглицериды должны соответствовать следующим требованиям:

- температура плавления, 0С 28-30;

- кислотное число, мг КОН, не более 2;

- массовая доля связанной уксусной кислоты, %, не более 23;

- массовая доля основного вещества, %, не менее 80.

Дистиллированные моноглицериды выпускаются затаренными во фляги вместимостью 25 ± 0,3 л, 38 ±0,5 л (ГОСТ 5037-66). Упаковка в другую тару допускаются только при согласовании с потребителем. Арбитражный анализ выполняется филиалом ВНИИ жиров.

Эффективность влияния дистиллированных ацетилированных моноглицеридов на протекание процессов кристаллизации утфелей увеличивается с понижением технологических качеств свеклы, поступающей на переработку, а также при добавлении их к утфелям промежуточной и особенно последней кристаллизации.