Варка мыльной основы из нейтральных жиров косвенным методом

Такой технологический процесс состоит из ряда последовательных операций: первое омыление, первая отсолка, второе омыление, вторая отсолка, шлифовка мыла, отстаивание.

Рассмотрим технологию выполнения этих операций подробнее:

а) Первое омыление

Его ведут в чистом котле или на подмыльном клее, оставшемся от предыдущих варок.

По первому направлению – в чистом котле. В котел сначала загружают небольшое количество сала или саломаса и нагрев острым паром до 100С⁰ вводят второй подмыльный щелок, оставшийся от предыдущих варок, в количестве, достаточном для омыления загруженной порции жира.

Далее, при слабом кипении, добавляют остальное рецептурное количество нейтрального жира и канифоли, оставив 1,5–2%мас. для корректировки щелочности мыльной массы в конце первого омыления.

Кокосовое масло, синтетические и натуральные дистиллированные жирные кислоты, вводят при втором омылении.

При этом, одновременно с жирами, вводят и второй подмыльный щелок (в количестве 60%мас. от необходимого для омыления загруженной массы жиров) и водный раствор едкого натрия, концентрацией 35–40%, который в котле, за счет воды, содержавшейся во втором подмыльном щелоке, разбавляется до концентрации 14–16%мас.

В процессе подачи жиров и щелочи в котел, необходимо следить за тем, чтобы избыток свободной щелочи составлял не менее 0,3–0,4%мас., а к концу омыления составлял 0,15–0,2%мас. В случае, содержания в мыльном клее большего количества свободной щелочи, ее количество корректируют добавлением порции жиров, заранее специально оставленной (в количестве 1,5–2%мас.) для корректировки.

Об окончании первого омыления судят при содержании в массе неомыленного жира на уровне не более 1%мас., свободной щелочи – не более 0,05%мас., при содержании жирных кислот на уровне 47–49%мас.

Содержание воды регулируют изменением количества добавляемого второго подмыльного щелока, что одновременно обеспечивает нормальный выход первого подмыльного щелока, передаваемого далее на утилизацию из него глицерина.

б) Первое омыление на клеевом остатке

Первое омыление на клеевом остатке состоит в том, что сначала клеевой остаток от предыдущих варок проверяют на содержание в нем электролита (NaCl). При повышенном содержании в нем соли, добавляют горячей воды и кипятят разваривая до однородного состояния; выключают пар и после кратковременного отстаивания, отделившийся подмыльный щелок спускают в канализацию.

Затем, в котел, на подмыльный клей, порциями, одновременно загружают жиры и раствор NaOH, в количестве достаточном для омыления 60–70%мас.; загруженных жиров. После окончания загрузки всего количества едкой щелочи, в котел подают второй подмыльный щелок и только в конце омыления, для его завершения, вводят небольшое количество раствора NaOH. А далее также, как и при первом омылении в чистом котле.

в) Первая отсолка

Ее назначение:

– удаление из мыла глицерина, выделившегося при омылении нейтральных жиров, а также попавшего в мыло при его варке с подмыльным щелоком и подмыльным клеем;

– удаление из мыла загрязнений, попавших при омылении неочищенных жиров, а также при использовании соли и каустической соды и др.

По окончании первого омыления следует первая отсолка. Для выполнения данной операции используют насыщенный раствор NaCl с плотностью >1200 кг / м³, и проводят омыление при непрерывном кипячении.

Раствор соли подают порциями до тех пор, пока масса в котле не превратиться в подвижную, зернистого строения, легко разделяющуюся в пробе на ядро и подмыльный щелок.

После введения каждой порции солевого раствора, кипячение продолжают не менее 20 мин. Закончив отсолку, пар закрывают, дают массе отстояться 2–4 часа. Отделившийся первый подмыльный щелок, содержащий не более 0,8%мас. жирных кислот, 0,1%мас. NaOH, 9%мас. NaCl и 8–10%мас. глицерина, спускают из котла в сборную коробку, после охлаждения в которой и отделения мыла, направляют в глицериновое производство для утилизации глицерина.

Выход первого подмыльного щелока можно рассчитать по формуле

где: П₁ – количество первого подмыльного щелока, т; М – общее количество мыльной массы в котле к концу высолки, т; Я₁ – количество ядрового мыла, выделяющегося в котле после первой отсолки, т.

После отсолки и 2-х часового отстаивания получают ядро с содержанием 58%мас. жирных кислот.

Выход ядра рассчитывают по формуле

где: Я – выход ядра, т; Ж – количество жирных кислот, загруженных в котле, т.

Количество первого подмыльного щелока обычно составляет 90–120%мас. от массы жировой загрузки или 50–55% от массы выделившегося ядра.

Если отсолка выполнена правильно, то после слива первого щелока, за ним, сразу появляется ядро, а не подмыльный клей.

Пример. Определить количество первого подмыльного щелока при варке мыла в котле емкостью 50 м³. Жировая рецептура: 5%мас. кокосового масла, 15%мас. синтетических жирных кислот фракции С₁₀–С₁₆. Норма загрузки жировой смеси 0,35 т на 1 м³ емкости мыловаренного котла.

Тогда загрузка вышеозначенной жировой смеси составит:

Так как кокосовое масло и синтетические жирные кислоты вводят в котел на второе омыление, то количество жировой смеси (в %мас.), вводимой на первое омыление составляет:

или в тоннах

Находим выход ядра, образующегося поле первой отсолки:

где: 58 – содержание жирных кислот в выделившемся ядре, %мас.

Из условий безопасности ведения технологического процесса, связанного с нагревом компонентов, допускается заполнение реакционного аппарата – варочного котла не более чем на 75% объема, примерно 40 т мыльной массы.

Подставив в формулу, найдем:

а в процентах к загружаемой жировой смеси:

После первой отсолки в мыльном ядре остается до 2,6–4%мас. глицерина. Для снижения потерь глицерина проводят вторую отсолку (промывку ядра раствором поваренной соли).

Для этого, оставшееся в котле ядро разваривают до клеевого состояния острым паром с одновременной добавкой горячей воды и раствора соли. Количество их в сумме не должно превышать количество слитого первого подмыльного щелока. Соль используют в виде 20% по массе раствора. Содержание соли во втором подмыльном щелоке должно быть не выше чем в первом.

г) Второе омыление

Омыление кокосового масла и синтетических жирных кислот фракции С₁₀–С₁₆, оставленной на второе омыление, проводят отдельно от других жиров. Это обусловлено следующими причинами:

– кокосовое масло и синтетические жирные кислоты фракции С₁₀–С₁₆, будучи низкомолекулярными и относящиеся к клеевым жирам, требуют для высолки мыла на их основе более высокой концентрации электролитов. Если вести омыление их одновременно с другими жирами, то при первой высолке, необходимо было бы увеличить концентрацию электролитов, а это затрудняет извлечение глицерина из щелока в глицериновом цехе.

При омылении кокосового масла и синтетических жирных кислот фракции С₁₀–С₁₆ в процессе второго омыления, высолку образующегося мыльного клея осуществляют крепким раствором NaOH, а, образующийся подмыльный щелок используют для первого омыления;

– при обработке полученного мыльного клея раствором NaOH, мыло хорошо очищается от загрязнений;

– ввод кокосового масла и синтетических жирных кислот на стадии вторичного омыления способствует увеличению полезной загрузки мыловаренного котла.

Процесс омыления осуществляют следующим образом. В котел с оставшимся ядром, подают раствор NaOH и одновременно горячую воду, с таким условием, чтобы содержание свободной щелочи в мыльной массе составляло в пределах 1–1,5%мас.

При кипячении ядро переводят в клеевое состояние, и только после этого в котел, постепенно, небольшими порциями вводят рецептурное количество кокосового масла, синтетические и дистиллированные натуральные жирные кислоты. Их омыление ведут при интенсивном кипячении и перемешивании. К концу второго омыления в мыльной массе должно содержаться: жирных кислот 52–55%мас., неомыленного жира – не более 0,2%мас.

д) Вторя отсолка

Вторую отсолку, по окончанию второго омыления проводят, раствором NaOH концентрацией 30–35%мас., порциями 0,2–0,3%мас. NaOH от массы мыла в котле при постоянном перемешивании, до тех пор, пока мыльная масса не станет подвижной и, в пробе, не приобретет зернистое строение, а в пробе отделившегося щелока – мыло будет отсутствовать.

После введения последней порции щелочи, содержимое котла кипятят 30–40 мин, отключают пар и ставят массу на отстой на 3–4 часа. При этом, содержимое котла разделяется на ядро и второй подмыльный щелок, который содержит 6–8%мас. NaOH и до 3%мас NaCl. Его спускают в приемную коробку, а затем используют для первого омыления.

Для повышения полноты извлечения глицерина из мыла иногда проводят повторную высолку (промывку мыла раствором едкого натра).

С этой целью ядро, оставшееся в котле разваривают до клеевого состояния и высаливают смесью раствора NaOH и 20%-ного по массе раствора поваренной соли. Соотношение между NaOH и NaCl должно быть на уровне 2:3 по массе. Концентрация электролитов во втором подмыльном щелоке (четвертом по счету от начала варки) должна быть на 1–1,5%мас. ниже предельной концентрации. При этом, мыльная масса разделяется на три фазы: ядро, подмыльный клей, щелок.

Такое состояние оптимально из следующих соображений:

– скорость отделения подмыльного щелока при отсолке находится в обратной зависимости от вязкости ядра;

– чем меньше вязкость ядра, тем быстрее отделяется щелок и наоборот;

– чем меньше концентрация электролитов в щелоке, тем ниже вязкость ядра и наоборот.

Т.е. при минимальной концентрации электролитов в подмыльном щелоке в процессе высаливания ядро будет с самой низкой вязкостью и скорость отделения подмыльного щелока будет наибольшей;

– образующаяся, при трехфазной системе, клеевая фаза увлекает с собой загрязнения намного лучше, чем подмыльный щелок.

При высаливании воду добавляют с таким расчетом, чтобы получить 30–40%мас. подмыльного клея от массы загруженных жиров.

Е) Третья отсолка

После удаления из котла второго подмыльного щелока, ядро вновь разваривают с водой в клеевую массу, добавляя такое количество воды, чтобы содержание жирных кислот находилось в пределах 52–55%мас. Полученный мыльный клей вновь, в третий раз, отсаливают смесью концентрированного раствора NaOH и NaCl. Отстоявшийся в течении 1,5–2 ч, после окончания отсолки, третий подмыльный щелок смешивают со вторым и далее используют для первого омыления. Проведение третей отсолки делает ядро более светлым и одновременно извлекает из ядра глицерин, за счет его вымывания, повышая его выход на стадии утилизации.

З) Шлифовка мыла

Шлифовку мыльного ядра проводят с целью более полной очистки мыла от избытка электролитов, темно-окрашенных примесей и нежелательных мыл на основе низкомолекулярных жирных кислот.

Шлифовку мыла, при варке туалетной основы, ведут горячей водой, содержащей NaOH. Использовать для этой цели NaCl не желательно, поскольку повышается содержание NaCl в мыле, ухудшая его пластичность на последующих стадиях обработки и придавая мылу хрупкость.

При шлифовке, раствор NaOH вводят в котел небольшими порциями с одновременным кипячением мыльной массы острым паром. Содержание свободной щелочи в мыльной массе поддерживают на уровне 0,5–0,8%мас.; NaCl – на уровне 0,7–1,0%мас. К концу операции шлифования, содержание жирных кислот в мыльной массе должно быть на уровне 50–54%мас.

Когда мыло в котле становиться хорошо подвижным (волнисто переливается от центра котла к периферии, не расслаивается на ядро и щелок, а взятое в виде пробы на шпатель – медленно стекает отдельными пластами, оставляя поверхность шпателя совершенно чистой), шлифование считается законченным.

Суммарное содержание электролитов NaCl и NaOH должно быть в пределах 1,0–1,2% (поваренной соли не больше 0,7%мас.). Процесс шлифования обеспечивает наибольшее выделение ядра и наименьший остаток в нем электролитов.

Чтобы получить мыльную основу лучшего качества необходимо знать о закономерностях процесса шлифования:

– в процессе введения электролитов в мыльный клей при шлифовании наблюдается момент когда, при определенной концентрации электролита для каждой жирной кислоты, мыльный клей разделяется на две фазы – ядровую и клеевую (рис.12), В самом начале процесса высаливания ядровая и клеевая фазы очень медленно начинают отделятся одна от другой.

При повышении концентрации электролита в мыльной массе количество ядровой фазы растет, а клеевой снижается и меняется качественный состав обеих фаз. В клеевой фазе снижается концентрация мыла и увеличивается концентрация электролитов.

В ядровой фазе растет одновременно концентрация жирных кислот и электролитов. При этом меняются физические свойства ядровой и клевой фаз: повышается плотность и снижается вязкость клеевой фазы, снижается плотность и растет вязкость ядровой фазы;

– оптимум шлифования не зависит от содержания жирных кислот в мыльном клее перед шлифованием, от размера мыловаренного котла, соотношения электролитов, используемых для отсолки;

– продолжительность разделения фаз при отстаивании сокращается при повышении температуры мыльной массы после шлифования. Содержание жирных кислот в клеевой фазе находится в обратной зависимости от концентрации в ней электролитов.

Выход ядрового мыла из мыльной массы зависит от содержания жирных кислот и его определяют по формуле

где: Ж – содержание жирных кислот в мыльной массе по окончании процесса шлифования, %мас.; Я – выход ядра после отстаивания к количеству мыльной массы поле шлифования, %мас.; Ж₁ – содержание жирных кислот в ядре (мыльная основа) после полного разделения фаз, %мас.; Ж₂ – содержание жирных кислот (в клеевой фазе в промышленном клее), %мас.; (100–Я) – выход клеевой фазы после отстаивания к количеству мыльной массы после шлифования.

Пример. Найти выход ядровой и клеевой фаз при содержании жирных кислот, в мыльной массе по окончании шлифования, 50%мас.; в ядре – 62%мас.; в клеевой фазе – 27%мас.

Подставив значения в формулу, находим выход ядровой фазы:

Выход клеевой фазы будет:

Содержание жирных кислот в ядровой фазе (мыльной основе) при прочих равных условиях зависит от жировой рецептуры и растет с увеличением содержания в ее составе кокосового масла (растет с уменьшением средней молекулярной массы жирных кислот).

Соотношение разных по природе электролитов в ядровой фазе пропорционально их соотношению в мыльной массе после шлифования.

Такие, наведеные выше закономерности необходимо обязательно учитывать при проведении операции шлифования.

В конце шлифования содержание жирных кислот должно быть 50–54%мас., свободной щелочи NaOH 0,5–0,8%мас., хлористого натрия – 0,7–1%мас.

И) Отстаивание

После окончания операции шлифовки мыльную массу отстаивают 30–36 час с разделением на ядро и клеевой остаток. Отношение ядра к клеевому остатку должно быть 2:1. по массе. Если при варке использовать жировое сырье повышенной чистоты, то это соотношение повышается до 3:1 и даже до 4:1 по массе. Если при отстаивании после шлифовки мыло не разделяется нормально на ядро и подмыльный клей, то его перешлифовывают.

Полученная основа туалетного мыла считается готовой, если в ней содержится: жирных кислот – не ниже 61,5%мас., неомыленного жира – не более 0,2%мас. (к массе жирных кислот); свободной щелочи NaOH 0,1–0,2%мас.; NaCl – не более 0,3–0,4% мас.; кроме того, она должна быть светлой, однородной и не содержать прожилок клея. Такое готовое мыло откачивают из котла в мылосборник (через шарнирную трубу).

Динамика процесса отстаивания шлифованой клеевой массы в мыловаренном котле емкостью 50 м³ на выполняется одном из Московских заводов, приведена в табл. 17. Жировая рецептура свареного мыла составляла: сало свиное ~20%мас.; сало говяжье – 55%мас; масло хлопковое – 5%мас.; синтетические жирные кислоты фракции С₁₀–С₁₆ – 20%мас.

Таблица 17

Динамика изменения состава ядровой фазы от продолжительности отстаивания

Продолжи-тельность отстаивания, ч	Содержание в ядровой фазе, %мас.	Содержание жирных кислот в клеевой фазе, %мас.
Жирных кислот	Едкого натрия	Хлористого натрия
	51,2	0,36	1,1	28,5
	59,7	0,26	0,78	–
8,5	61,0	0,16	0,49	–
12,5	61,5	0,13	0,46	–
16,5	61,8	0,12	0,43	–
20,5	62,0	0,11	0,40	–
24,5	62,5	0,10	0,39	–
28,5	63,0	0,09	0,37	–

Процесс отстаивания считается законченным, если в мыльной массе (основе) не менее 61,5%мас. жирных кислот и от 0,15–0,25%мас. свободной щелочи NaOH.

Для приведенного примера, практически отстаивание закончилось через 16,5 часов.

После окончания отстаивания, мыльную основу перекачивают в мылосборник в отделение придания мылу товарной формы. Мыло забирают через шарнирную трубу, устанавливая ее на 10–20 см выше поверхности раздела между клеевой и ядровой фазами.

К) Обработка клеев

После откачки ядра, оставшийся в котле мыльный клей содержит в своем составе: омыленных жирных кислот 25–30%мас., NaOH – 1,2–1,3%мас.; соли NaCl – 1,2–1,3%мас.

Соотношение в подмыльном клее между NaOH и NaCl такое, как и в мыльной массе перед отстаиванием. Кроме того, в подмыльный клей переходят практически все загрязнения, попавшие с жирами, содой и другими сырьевыми материалами.

Чтобы получать качественное туалетное мыло, подмыльные клеи, перед их использованием, необходимо очищать от загрязнений, иначе с каждым разом последующего использования в них количество загрязнений будет расти и получить чистую туалетную основу будет все более затруднительно.

Для очистки подмыльного клея, вначале нейтрализуют, оставшуюся в нем щелочь, добавлением канифоли или сала, из расчета, чтобы в мыльной массе, после реакции, оставалось не более 0,05% свободной NaOH и неомыленного жира – не более 0,25%мас. После кипячения и завершения нейтрализации, полученный мыльный клей отсаливают сухой NaCl небольшими порциями. Затем, после кратковременного отстаивания, присоединяют к первому подмыльному щелоку, окрашенную, наиболее загрязненную часть отделившегося щелока, до появления светлого щелока. После этого, снова включают пар, кипятят массу в котле 30–40 мин, выключают пар, отстаивают и снова сливают темно окрашенную часть щелока. Эту операцию повторяют до тех пор, пока при сливе не будет появляться только чистый подмыльный клей. И только после такой очистки, подмыльный клей снова можно использовать при варке туалетной основы. Однако, после использования подмыльного клея в 5–6 варках, он уже становится не пригодным для изготовления светлых сортов туалетного мыла и его, в дальнейшем, используют в производстве темных и менее качественных сортов мыл; например, в хозяйственных.

Синтетические жирные кислоты и дистиллированные из натуральных жиров омыляют в отдельном котле и полученое мыло смешивают с ядровым мылом, полученным из нейтральных жиров. В этом случае при варке ядра, получают более концентрированные подмыльные щелока с большим содержанием в них глицерина.