12938 (585218), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Поверхностно-активными веществами (ПАВ) являются химические соединения, которые способны адсорбироваться на границе раздела фаз. Адсорбируясь в виде тончайшего (мономолекулярного) слоя, ПАВ могут резко изменять молекулярное взаимодействие соприкасающихся фаз, вследствие чего меняются скорости обмена веществ между фазами: скорости испарения, растворения, конденсации, кристаллизации. Причем эти изменения происходят под влиянием ничтожно малых количеств ПАВ, что определяют их высокую технико-экономическую эффективность.

Поверхностная активность зависит от природы растворяемого вещества.

При растворении в воде неорганические электролиты являются поверхностно-инактивными по отношению к воде, т.е. несколько превышают поверхностное натяжение чистой воды. Поэтому в водных растворах инактивных веществ, которыми могут являться обычные соли, воду необходимо рассматривать как ПАВ. На границе же жидкости и твердого тела электролиты могут адсорбироваться положительно, т.е. оказываться ПАВ.

Поверхностно-активными веществами в водных растворах на границе раздела с воздухом или собственным паром являются органические вещества, молекулы которых состоят из ассиметрично расположенных полярной группы и углеводородного радикала (спирты, амины, фенолы, карбоновые кислоты и др.), а также их щелочные соли.

Решающее значение для оценки поверхностно-активных свойств веществ имеет баланс между полярной группой и углеводородным неполярным радикалом.

Чем длиннее углеводородная цепь и чем менее гидрофильна полярная группа ПАВ, тем выше его поверхностная активность.

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.

Применение дистиллированных моноглицеридов в период переработки свеклы с низким качеством дает возможность сократить длительность уваривания утфелей последней ступени кристаллизации на 15-20%.

Более высокая эффективность влияния ПАВ на процессы кристаллизации достигается при использовании их в виде эмульсии.

1.5. Уваривание утфелей промежуточной и последней ступени кристаллизации

Утфели промежуточной и последней ступени кристаллизации отличаются высокой вязкостью, повышенной способностью к пенообразованию и низкими скоростями кристаллизации. Применение ПАВ оказывает существенное влияние на уменьшение вязкости и увеличение текучести утфелей. Величина добавок ПАВ дифференцируется в зависимости от качества увариваемых утфелей: при уваривании утфелей чистотой 72-82% величина добавки ПАВ принимается 50 мг на 1 кг утфеля. Если уваривание утфеля чистотой 78% сопровождается коркообразованием, медленным ростом кристаллов, слабой подвижностью в вакуум-аппаратах, величина добавки ПАВ должна быть увеличина до 100 мг на 1 кг утфеля.

Ввод дистиллированных ацетилированных моноглицеридов в утфеле промежуточной и последней ступени кристаллизации также производится дифференцированно.

Таблица 2

Технологический режим ввода ПАВ в зависимости от чистоты утфелей (количество ПАВ, в мг на 1 кг утфеля, вводимого в утфель при уваривании):

Для правильного ведения процесса уваривания утфеля III по низкотемпературному режиму уваривания необходимо:

- сгущение оттеков до заводки кристаллов осуществлять при максимальном разряжении в вакуум-аппарате;

- процесс заводки кристаллов производить путем ввода затравкипри температуре кипения, соответствующей максимальному разряжению в вакуум-аппарате;

- после образования кристаллов одновременно с первой подкачкой остаточное давление в вакуум-аппарате устанавливать равным 18 кПа, что соответствует температуре кипения утфеля 73 0С;

- после закрепления кристаллов двумя-тремя подкачками полностью открыть заслонку и вести процесс наращивания кристаллов при температуре минимальной вязкости межкристального раствора, которая к концу уваривания снижается от 70 до 60 0С, что соответствует остаточному давлению 5 кПа;

- оттеки, поступающие на уваривание, подогревать до 70 0С;

- обогрев паровой камеры производить вторичным паром III корпуса выпарной установки при избыточном давлении 125 кПа;

- для предотвращения вспенивания после перетяжки утфеля II в вакуум-аппарат III кристаллизации следует вводить ПАВ.

При трехкристаллизационной схеме эффективность низкотемпературного режима возрастает, если уваривать утфель III на кристаллической основе утфеля II. Для реализации этого способа необходимо процесс уваривания утфеля II ступени кристаллизации вести без водных подкачек, с получением возможно мелкого кристалла 0,2 мм. Утфель II кристаллизации, оставшийся в вакуум-аппарате после перетяжки, следует подавать на центрифугирование после предварительного сгущения.

Количество утфеля II, перетягиваемого в качестве кристаллической основы в вакуум-аппараты III кристаллизации, должно определиться с таким расчетом, чтобы чистота утфеля III была не ниже 75%. Расчет чистоты утфеля III необходимо вести с учетом чистоты нормальной мелассы и эффекта кристаллизации в вакуум-аппаратах и мешалках. В соответствии с этим количество перетягиваемого утфеля II может составлять 40% к объему увариваемого утфеля. Утфель последней ступени кристаллизации отличается высокой вязкостью, повышенной способностью к пенообразованию и низкими скоростями кристаллизации. Применение ПАВ оказывает существенное влияние на уменьшение вязкости и увеличение текучести утфелей.

Величина добавок ПАВ дифференцируется в зависимости от качества увариваемых утфелей. Величина добавки ПАВ зависит как от вида ПАВ, так и от чистоты утфеля. При уваривании утфелей чистотой ниже 78%, сопровождающееся коркообразованием, медленным ростом кристаллов, слабой подвижностью в вакуум-аппаратах, величина добавки ПАВ должна быть увеличена.

Характеристики

Список файлов ВКР