4.1.3. Омыление нейтрального жира

Омыление нейтральных жиров водным раствором щелочи имеет свои особенности. Как известно, жиры в воде не растворимы и образуют с ней физически четкую границу раздела. Естественно, реакции гидролитического расщепления жиров водным раствором щелочи и последующего взаимодействия щелочи, с образовавшимися жирными кислотами (которые плохо растворимы в воде), будет протекать только по границе поверхности соприкосновения между этими двумя антагонистами. Поскольку поверхность соприкосновения в начале процесса не велика то и скорость процесса тоже небольшая. Если раздробить смесь жиров с раствором щелочи в виде мелких капель, то поверхность контакта между этими компонентами возрастает, увеличиваеться и скорость процесса. Как увидим в материале, изложенном ниже, разрабатываемые методы интенсификации процесса варки мыла из жиров и щелочей и используемое для этого оборудование, направлено на поиски способов и обеспечения более интенсивного диспергирования исходных компонентов мыловаренного процесса, до более мелкодисперсного состояния, а равно и для обеспечения большего количества актов химического взаимодействия между ними в единицу времени. Этому способствует как повышение температуры процесса (смешивание исходных компонентов в уже нагретом состоянии), так и использование поверхностно-активных веществ, в частности использование эмульгаторов, позволяющих раздробить частицы жира, до состояния эмульсии (0,5–10 мкм). Было обнаружено, что хорошим эмульгатором такой смеси является образующееся в реакции мыло. Эмульгирование ускоряет процесс омыления жира за счет обеспечения более высокого диспергирования жиров в виде эмульсии в щелочном растворе. Однако, влияние присутствие мыла, на ускорение процесса омыления, намного сложнее.

Установлено, что скорость омыления, при эмульгировании жира, растет быстрее, чем средняя поверхность контакта жира с водным раствором щелочи. Данный факт объясняют тем, что, при достаточном количестве мыла, жир пребывает не только в виде мелкодисперсных частиц эмульсии, но часть его, растворяясь в пластинчатых мицеллах концентрированных мыльных растворов, диспергируется при этом до молекулярного уровня, а это предел, при котором достигаемая скорость процесса омыления будет наивысшей. Именно за счет такого эффекта скорость омыления растет быстрее, чем растет поверхность контакта реагирующих компонентов.

В реальных условиях, все это, протекает одновременно и способствует увеличению средней удельной поверхности контакта (между жиром и щелочью) и ускорению процесса омыления. На рис.10. показаны графические зависимости степени омыления жировой смеси от продолжительности омыления: а) без предварительного введения в реакционную смесь эмульгатора (мыла); б) с введением мыла (50% по массе от массы жировой смеси).

Рис. 10. Скорость омыления жиров

Ход кривых показывает, что омыление жировой смеси в присутствии мыла протекает в несколько раз быстрее. Поэтому в промышленных условиях, для ускорения процесса варки мыла, в мыловаренный котел сначала вводят обрезки и бракованные куски мыла со стадии формования или оставляют часть мыла от предыдущей варки, (в современных аппаратах непрерывной варки, на выходе из аппарата готового мыла, часть его отбирается и направляется на рециркуляцию в начало аппарата, где тщательно перемешивается с поступающей смесью жиров и щелочи) в количестве, достаточном для создания раствора нужной концентрации.

Если варку ведут в чистом котле, то начальный процесс омыления протекает медленно, вплоть до накопления, в омыляемой массе, до 20% мыла, после чего наблюдается ускорение процесса варки.

В мыловарении используют и другой способ интенсификации процесса: в аппарат загружают только часть рецептурной загрузки жиров и туда же загружают примерно одну третью часть, от рассчитанного количества, щелочи в виде слабого 6–10%-го по массе раствора. Использование щелочи более высокой концентрации, как и более высокой температуры (кипячение) недопустимо, поскольку может вызвать разрушение образующийся эмульсии, т.е. отсолку образующегося мыльного клея.

В начальном периоде нагрев реакционной смеси не проводят и реакцию поддерживают за счет выделяющегося тепла реакции. После достижения содержания в растворе 20%мас. мыла, наступает второй этап – быстрого протекания процесса омыления, практически в гомогенной среде. На этом этапе, в котел, порциями, подают оставшуюся щелочь, уже в виде раствора большей концентрации (14–16%мас.) и каждый раз, в течение 15–25 минут хорошо перемешивают. При этом, необходимо контролировать подачу щелочи и не допускать ее полного исчезновения в реакционной смеси, во избежание образования кислых мыл и сильного загустевания мыльной массы. Избыток щелочи контролируют по изменению окраски фенолфталеина, нанесенного в виде капли на поверхность пробы мыла:

– отсутствие окраски – свидетельствует, что содержание щелочи в мыле < 0,1% или полное отсутствие;

– розовая окраска – свидетельствует, что содержание свободной щелочи в мыле в пределах 0,1–0,3%мас.;

– ярко красное окрашивание – свидетельствует, что содержание свободной щелочи в мыле более 0,3%мас.

Для предупреждения загустевания мыльной массы (от присутствия кислых мыл) рекомендуют в мыльной массе оставить до 0,5%мас. NaCl.

Если в котле, в процессе варки обнаружено загустевание мыльной массы, надо осторожно, небольшими порциями добавлять щелочь и каждый раз кипятить не менее 20–30 минут до исчезновения комков и приобретения мыльной массой нормальной вязкости.

Добавлять в варочный котел концентрированную щелочь большими порциями не рекомендуют, поскольку это может вызвать высолку образующегося мыла (или смеси мыла с жиром). В последнем случае, в котел добавляют воду, снижая концентрацию мыльной массы, разваривают смесь до однородного состояния мыльного клея и только после этого продолжают процесс омыления.

По мере завершения процесса омыления, масса из белесовато-молочнообразной превращается в прозрачный, более темный мыльный клей. Омыление остатков жира протекает более медленно. Варка считается законченной, если, после 10–15 минут кипячения и перемешивания мыльной массы, содержание свободной щелочи в ней остается на уровне 0,2–0,3%мас.

Такое количество остаточной щелочи практически предотвращает гидролиз мыла с образованием кислых мыл и обеспечивает полное омыление остатков жира.

Таким образом, при варке мыла из нейтральных жиров необходимо:

– осуществлять варку при постоянном небольшом избытке щелочи;

– использовать щелочь такой концентрации, чтобы не вызвать отсолку, образующегося мыльного клея.