
- •Введение
- •Раздел 1. Мыловаренное производство
- •Глава 1. Общие сведения
- •1.1. Краткая история возникновения и развития мыловарения
- •1.2. Химические реакции при образовании мыл
- •1.3. Физико-химические свойства мыл и их водных растворов
- •1.4. Природа водных растворов мыл
- •1.4.1. Структура мыл
- •1.4.2. Поверхностная активность
- •1.4.3. Пенообразование
- •1.4.4. Моющее действие
- •Недостатки мыл
- •1.5. Классификация мыл
- •1.6. Качественные нормы на товарно-выпускаемые мыла
- •Глава 2. Сырье и материалы, используемые в мыловаренном производстве
- •2.1. Жиры
- •2.2. Жирные кислоты
- •2.3. Жирозаменители
- •2.4. Жиросодержащие отходы
- •Соапстоки
- •Отработанные отбельные глины
- •Жир из ловушек и другие жировые отходы
- •2.5. Природные жирозаменители
- •Канифоль
- •Нафтеновые кислоты
- •Технические нафтеновые кислоты.
- •Талловое масло
- •2.6. Щелочи
- •2.7. Принципы составления рецептур для варки мыла
- •2.7.1. Жировые рецептуры для производства хозяйственного мыла Твердые мыла
- •Жидкое мыло
- •2.7.2. Жировые рецептуры туалетного мыла Твердое мыло
- •Жидкое туалетное мыло
- •2.8. Расчеты, выполняемые при составлении рецептур мыла
- •2.8.1. Определение титра жировой смеси
- •2.8.2. Определение числа нейтрализации жировой смеси
- •2.8.3. Расчет числа омыления жировой смеси
- •2.8.3. Расчет выхода безводного мыла
- •2.8.4. Расчет содержания воды в товарном мыле
- •2.8.5. Определение расхода нейтральных жиров и жирных кислот
- •2.8.6. Расчет расхода щелочи
- •2.8.7.Расчет количества углекислого газа
- •2.8.8. Нормы расхода сырья и материалов
- •Глава 3. Подготовка сырья в мыловаренном производстве
- •3.1. Очистка жиров и жиросодержащего сырья
- •3.2. Подготовка канифоли
- •3.3. Приготовление растворов щелочи
- •3.4. Подготовка поваренной соли
- •Глава 4 .Технологический процесс производства мыла
- •4.1 Технология варки мыла
- •4.1.1 Прямой метод варки
- •4.1.2 Косвенный метод варки
- •4.1.3. Омыление нейтрального жира
- •4.1.4. Карбонатное омыление
- •4.1.5. Влияние электролитов на мыльный клей
- •4.2. Прямой периодический метод варки мыла
- •4.3. Косвенный периодический метод варки мыла
- •4.4. Схемы варки определенных видов мыла
- •4.4.1. Общая технологическая схем варки мыла
- •4.4.2. Варка хозяйственного мыла
- •Варка мыла по методу в.Н.Покровского
- •4.4.3. Варка мыла из соапстоков и фузов
- •4.4.4. Методы отбеливания мыла
- •4.4.5. Варка мраморного мыла
- •4.4.6. Варка мыла ддт
- •4.4.7. Варка жидких мыл
- •4.5. Варка основы туалетного мыла
- •4.5.1. Варка мыльной основы из нейтральных жиров косвенным методом
- •4.5.2. Варка туалетной основы из жирных кислот
- •4.6. Варка жидкого туалетного мыла
- •4.7. Непрерывные методы варки мыла
- •4.7.1. Прямой непрерывный метод варки мыла
- •4.7.2. Прямой непрерывный метод варки мыла на установках тнб-1, бшм
- •4.7.2. Косвенный непрерывный метод варки мыла
- •Варка мыла с помощью системы Монсавон
- •4.8. Используемые методы оценки качества мыла
- •4.8.1. Органолептические методы контроля
- •4.8.2. Методы быстрого контроля процесса варки ядрового мыла
- •Глава 5. Придание твердому мылу товарной формы
- •5.1. Охлаждение мыла и используемое для этих целей оборудование
- •5.2. Понятие о кристаллической структуре мыла и о ее превращениях
- •5.3. Способы непрерывного охлаждения мыла
- •5.4. Резка мыла и используемое при этом оборудование
- •5.5. Штамповка готовых кусков мыла
- •5.6. Непрерывное производство пилированного хозяйственного мыла.
- •5.7. Придание товарного вида туалетному мылу
- •5.8. Общая технологическая схема придания туалетному мылу товарного вида
- •5.9. Общая технологическая схема непрерывного процесса производства туалетного мыла.
- •5.10. Общая технологическая схема непрерывного процесса производства мыла
- •Глава 6. Производство порошкообразных мыл
- •Раздел II Синтетические моющие средства и технология их приготовления
- •Глава 1. Общие сведения о синтетических моющих средствах
- •Глава 2. Сырье и материалы для производства синтетических моющих средств
- •2.1. Поверхностно – активные вещества (пав)
- •2.1.1. Ионогенные пав
- •2.1.2. Неионогенные пав
- •2.1.3. Катионоактивные вещества
- •2.1.4. Неионогенные моющие вещества
- •2.2. Электролиты
- •2.3. Перекисные соли
- •2.4. Прочие компоненты моющих средств
- •2.5. Виды моющих и чистящих средств и рецептуры некоторых из них
- •Рецептуры шампуней для мытья головы
- •Глава 3. Основы технологии изготовления синтетических моющих средств
- •3.1. Производство синтетических моющих порошков
- •3.2. Производство жидких моющих средств
- •3.3. Производство кусковых моющих средств
- •3.4. Производство чистящих средств
- •Раздел 3. Техника безопасности в производстве мыла, синтетических порошков и моющих средств
- •Приложение
- •Туалетное мыло
- •Требования, предъявляемые к жировому сырью Животные жиры
- •Требования, предъявляемые к природным жирозаменителям
- •Требования, предъявляемые к щелочам
- •Кальцинированная сода (углекислый натрий) синтетическая
- •Плотность и концентрация водных растворов
- •Раздел IV. Эмульгаторы
- •Глава 1. Производство и применение эмульгаторов в пищевой промышленности
- •1.1. Синтез эмульгаторов типа т1 и т–ф
- •1.2. Синтез эмульгатора типа т–1 способом этерификации (рис. 65)
- •1.3. Синтез эмульгатора типа т–1 методом переэтерификации (глицеролиз, рис. 66)
- •1.4. Синтез эмульгатора типа мд (рис. 67)
- •1.5. Синтез эмульгатора марки т–ф (рис. 65)
- •1.6. Синтез эмульгатора марки т–2 (рис. 68)
- •1.6.1. Синтез полиглицерина (рис. 68)
- •1.6.2. Синтез эфиров полиглицерина (рис. 68)
- •1.7. Синтез высококонцентрированных моноглицеридов (рис. 69)
- •1.8. Синтез лактилированых моноглицеридов (марки лмг, рис. 70)
- •1.9. Синтез моноглицеридов диацетил винной кислоты (мгс–дв, рис. 71)
- •Глава 2. Синтез эмульгаторов, используемых в технических целях, в частности в производстве шампуней
- •2.1. Синтез этаноламинных мыл
2.1. Жиры
Жиры и масла понятия однозначные. Но вместе с тем:
Жирами, обычно, называют продукты животного происхождения.
Маслами (кроме сливочного) – продукты растительного происхождения.
В организме животных и растений жиры выполняют роль запасных продуктов питания, используемых в неблагоприятных условиях. Их калорийность 39710–40964 кДж/кг, что в 2–2,5 раза выше калорийности белков и углеводов. Они способствуют лучшему усвоению человеком элементов пищи – белков и углеводов; благодаря им в организм поступают витамины в виде растворов в жирах.
Жировое сырьё, поступающее на мыловаренные заводы должно быть светлым (темное сырьё требует дополнительных мероприятий по осветлению); не иметь запаха, с содержанием влаги в пределах 0,15–1,5%мас, без наличия механических и органических примесей или при их наличии в пределах, оговоренных стандартами на такой вид сырья.
У животных жир откладывается в различных частях организма, образуя жировую ткань – сало – сырец и в костях. Из животных жиров в мыловарении, чаще всего используют говяжье, баранье, свиное и конское сало.
Животные жиры считаются наиболее ценным сырьем. В них содержится до 40%мас. насыщенных жирных кислот, в основном ряда С16–С18, из которых получаются твердые натриевые мыла, хорошо растворимые в теплой воде и дающие устойчивую мелкоячеистую пену.
Топленное животное сало (в основном крупного рогатого скота) – особо ценится в производстве туалетного мыла. Менее желательно использовать бараний жир, обладающий специфическим запахом. Еще менее желательно использовать свиное сало, содержащее в своем составе линолевую кислоту. Если его и вводят в рецептуру, то только в небольшом количестве.
В тоже время, частично гидрированное свиное сало можно использовать в рецептуре туалетного мыла в количестве до 30–50%мас.
Немаловажную долю в балансе используемых животных жиров занимают утильные жиры, а также гидрированные жиры морских животных (китовый жир, тюлений, и т.д.), которые используют в рецептурах в небольшом количестве, поскольку в их составе имеется значительное количество кислот с С20 и больше. Состав некоторых животных жиров, используемых в мыловарении, приведен в табл. 1. Требования к ним в табл. 2.
Таблица 1
Состав животных жиров
Жирные кислоты |
Содержание (%мас.) в топленом сале |
|||
говяжьем |
бараньем |
свином |
конском |
|
Насыщенные |
|
|
|
|
миристиновая |
2–2,5 |
2–4 |
0,8–1,1 |
– |
пальмитиновая |
27–29 |
25–27 |
25–30,4 |
29 |
стеариновая |
24–29 |
25–31 |
12,2–17,9 |
7 |
Ненасыщенные |
|
|
|
|
олеиновая |
43–44 |
36–43 |
41,2–48,1 |
55 |
линолевая |
2–5 |
3–4 |
5,7–7,8 |
7 |
линоленовая, арахидоновая |
– |
– |
Около 2 |
– |
прочие |
2,8–3,3 |
0,5 |
1,6–2,9 |
– |
Таблица 2
Требования к животным жирам
Показатели |
Топленое сало |
|||
говяжьем |
бараньем |
свином |
конском |
|
Температура, 0С |
|
|
|
|
плавления |
10–52 |
44–55 |
28–48 |
29,5–43,2 |
застывания |
30–38 |
34–46 |
23–32 |
22–37 |
Титр, 0С |
38–47 |
– |
34–42 |
25–38 |
Йодное
число жира,
|
32–47 |
35–46 |
46–66 |
71,4–86,3 |
Число
омыления,
|
193–200 |
191–206 |
193–200 |
193–200 |
Число Генера |
95–96 |
94–95,5 |
95–96 |
– |
Примечание. Животные жиры – очень желательный компонент сырья для производства хозяйственного и туалетного мыла.
Молекула жиров представляет собой триглицерид формулы:
.
В формуле R’, R’’, R’’’ – углеводородные радикалы соответствующих жирных кислот. В природе почти нет жиров, в молекуле которых было бы три одинаковых радикала R-остатка жирной кислоты. Обычно, в каждой молекуле жира их два или три разного строения.
Свойства жиров, обусловлены свойствами жирных кислот, входящих в их состав. Если в состав жиров входят жирные кислоты с температурой плавления выше комнатной (твердые), то и жир будет соответственно твердым. Если составляющие жир жирные, в основном ненасыщенные кислоты, жидкие, т.е. имеют температуру плавления ниже комнатной, то и жир жидкий.
Если количество твердых и жидких жирных кислот в составе жира примерно одинаково, то жир приобретает мазеобразную консистенцию.
Все жиры и масла легче воды. Их плотность колеблется от 915 до 961 кг/м3. С повышением температуры на 10С плотность жиров снижается в среднем на 0,0007 кг/м3.
До 1000С жиры практически не растворимы в воде и при отстаивании, за счет разности в плотностях жира и воды, они легко всплывают на поверхность. Однако, в присутствии эмульгаторов легко образуют с водой стойкие, не расслаивающиеся, тонкодисперсные смеси, эмульсии. Прекрасным эмульгатором является жировое мыло, белки и т.д. И этот эффект широко используют в процессе варки мыла, что будет подробно рассмотрено ниже.
Жиры хорошо растворяются в эфире, бензине, бензоле и др. растворителях; нерастворимы в спиртах (за исключением касторового масла). Жирные кислоты, наоборот, хорошо растворимы в этиловом нагретом спирте.
В любом жире, при температурах до 400С, может раствориться до 12% (объемных) кислорода или около 9% воздуха. При нагревании жиров до 1100С и выше кислород способствует окислительным процессам. Поэтому для получения мыл с меньшей цветностью необходимо не только откачивать воздух из аппарата, но и барботировать жир инертным газом, для удаления кислорода. Однако, в промышленном производстве мыл, таким методом не пользуются из-за его сложности, длительности и трудоемкости.
Имея большую молекулярную массу, основная часть известных жиров не подвергается дистилляции, поскольку их температура кипения лежит, в основном, выше 2700С и прежде чем достигается температура кипения, наблюдается разрыв основной G-связи алифатической цепочки; жиры темнеют, выделяются газообразные продукты с неприятным запахом.
Теплоёмкость жиров ниже теплоёмкости воды и составляет 1,46–2,5 кД/кг на каждый градус изменения температуры. Обычно для расчетов берут среднюю величину 2,09 кДж/кг. Теплота плавления жира составляет 121,22–146,3 кДж/кг. При плавлении саломаса, в зависимости от титра 83,6–121,2 кДж/кг.
Средняя молекулярная масса основных видов растительных масел составляет 850–880 (кокосового масла 635–650). У животных жиров – в пределах 815–885.
Последний показатель весьма важен для расчета расхода щелочи, необходимой на варку мыла из нейтральных жиров. Для этого пользуются «числом омыления», количеством миллиграммов едкого калия, необходимого для омыления 1 г жира
где: М.м. – молекулярная масса жира; 3 – количество жирных радикалов в структуре жира, подлежащих омылению (нейтрализации); ч.о. – число омыления жира; 56,1 – молекулярная масса КОН.
Среднюю молекулярную массу жирных кислот, входящих в структуру жира, определяют:
где: ч.о. – число омыления жира; 38,03 – молекулярная масса остатка (–СН–С–СН–), на который три молекулы жирных кислот меньше молекулярной массы триглицерида из которого они получены.
Для получения из жидких масел, содержащих в структуре ненасыщенные связи, твердых жиров, такие масла в определенных условиях, в присутствии катализаторов, обрабатывают водородом. Этот процесс называют гидрогенизацией жиров. Для этого, жиры помещают в автоклав, нагревают до 190–2400С, добавляют никелевый катализатор и через жир пропускают водород. Присоединяясь по месту двойных связей, он превращает ненасыщенные жиры в насыщенные, меняя их физическое состояние с жидкого на твердое. При этом образуется небольшая часть жиров изомерного строения.
Гидрированые жиры называют саломасами (сало полученное из масла). В зависимости от природы исходного масла и саломас носит название саломас подсолнечный, китовый и др.
Для выработки хозяйственного мыла гидрогенизируют масла до титра 46–480С; для туалетного мыла – до титра 40–430С.
Пример: рассчитать среднюю молекулярную массу жира и жирных кислот, входящих в его состав, если число омыления равно 192 (м.г. КОН)/г. Средняя молекулярная масса жира будет равна:
Средняя молекулярная масса жирных кислот, входящих в молекулу жира:
Растительные масла (подсолнечное, хлопковое, соевое) и саломас на их основе являются основным компонентом при производстве твердых мыл. Для хозяйственного мыла используют саломас с титром 46–480С. Для туалетных сортов используют более светлые сорта саломаса с титром не выше 440С (оптимально 41–420С). При изготовлении туалетного мыла 78–80%мас по жирнокислотному составу, добавляют жидкие мыла для достижения титра мыла на уровне 36–370С. Состав основных видов растительных масел приведен в табл. 3. Их свойства в табл. 4.
Таблица 3
Состав растительных масел
Жирные кислоты |
Жидкое масло |
Твердое масло |
||||
подсол-нечное |
хлоп-ковое |
соевое |
кокосо-вое |
пальмо-ядровое |
пальмо-вое |
|
Насыщенные, %мас. |
10–12,4 |
22–25 |
12–14 |
До 90 |
79–83 |
44–57 |
В том числе: |
|
|
|
|
|
|
лауриновая |
– |
– |
– |
44–52 |
46–52 |
– |
миристиновая |
До 0,1 |
0,3–1,4 |
0,1–0,4 |
13–19 |
14–17 |
4–4,5 |
пальмитиновая |
3,5–6,4 |
20–22 |
2,5–6 |
7,5–10,5 |
6,5–9 |
32–47 |
стеариновая |
1,6–4,6 |
До 2 |
4,5–7,3 |
1–3 |
1–2,5 |
2–6,5 |
прочие |
0,7–0,9 |
До 1,3 |
0,9–2,5 |
10,7–21,7 |
7–12 |
– |
Ненасыщенные, %мас. |
До 90 |
75–76 |
75,5–86,7 |
До10 |
17–21 |
43–56 |
В том числе: |
|
|
|
|
|
|
олеиновая |
21–36 |
25–26,6 |
13,7–26,6 |
5–8 |
16–19 |
39–51 |
линолевая |
51–68 |
45,1–54,2 |
50,9–54,7 |
1,5–2,5 |
1–2 |
5–11 |
линоленовая |
– |
– |
8,4–9,6 |
– |
– |
– |
прочие |
– |
– |
– |
0–1,3 |
– |
0–1,5 |
Таблица 4
Свойства растительных масел
Показатели |
Жидкое масло |
Твердое масло |
||||
подсол-нечное |
хлоп-ковое |
соевое |
кокосо-вое |
пальмо-ядровое |
пальмо-вое |
|
Температура застывания, 0С |
–16– –19 |
–1– –6 |
8– –18 |
19–23 |
19–24 |
31–41 |
Титр, 0С |
17–20 |
28–40 |
14–25 |
21–26 |
20–25 |
35–47 |
Йодное число, |
121,4–133,6 |
103–109 |
124–133 |
7–10,5 |
12–20 |
48–58 |
Число омыления, |
189–191 |
194–196 |
191–193 |
251–264 |
240–257 |
196–210 |
Число Генера |
95 |
95–96 |
91–96 |
86–92 |
89–93 |
94–98 |
Для понижения титра хозяйственного мыла или при изготовлении жидкого используют различные виды растительных масел или маслосодержащие отходы, соапстоки и т.д.
Использование в мыловарении рапсового или сурепного масла нецелесообразно из-за содержащихся в них, в большом количестве эруковой кислоты (С22). Получаемое, при этом мыло, легко отсаливается, крошится, плохо пенится.
Масла с большей долей высоконенасыщенных кислот (льняное, конопляное и др.), на основе которых получают мыла быстропрогоркающие, стараются не использовать даже в рецептуре хозяйственного мыла.
По этой же причине, в рецептуру туалетного мыла не вводят жидкие растительные масла с линоленовой и более ненасыщенными жирными кислотами в структуре. Как исключение, для повышения пластичности мыла, в рецептуру иногда вводят касторовое масло в количестве 3-5%мас.
Но конопляное и льняное масла используют в производстве жидкого медицинского мыла. При использовании конопляного масла мыло имеет зеленую окраску и носит название «зеленого».
Особое место среди растительных масел принадлежит кокосовому и пальмоядровому маслам.
Полученные из них твердые мыла хорошо растворяются в холодной воде и образуют мыльные растворы с обильной крупноячеистой пеной, что особенно ценно в производстве туалетных мыл и мыл для мытья в воде с повышенной жесткостью, например в морской. Туалетное мыло, сваренное без кокосового масла, плохо пенится, пилируется и спрессовывается в брусок; поверхность получается полосатой, с трещинами и другими дефектами. Часто кокосовое масло заменяют синтетическими жирными кислотами фракции С10–С16.
Для производства хозяйственных мыл используют расщепленные жиры; для туалетных мыл – расщепленные и дистиллированные, что обеспечивает получение мыла более высокого качества. Характеристики наиболее широко используемых жирных кислот приведены в табл. 5.
Применяемые в мыловарении жировые отходы и утильные жиры, сначала облагораживают, очищая от примесей, затем расщепляют, дистиллируют и в виде жирных кислот используют в составе жировых смесей при варке.
Нейтральные жиры хранят в обычных стальных резервуарах. Жирные кислоты – в емкостях из кислотостойких материалов. Особенно это актуально для сырья, используемого в варке туалетной основы, поскольку с железом или с его окисями или гидроокисями жирные кислоты могут образовывать «железные мыла», которые, как и железо, способствуют (катализируют) прогорканию мыла, появлению пятен на его поверхности.