Дослідження адсорбції олеїнової кислоти на аніоніті АВ-17-8
Автор: Гуляк Яна Степанівна
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Трансестерифікація – це процес, під час якого естер змінюється на інший продукт через обмін алкоксильної частини. Усі джерела жирів, такі як тваринні жири або рослинні ліпіди, можуть служити сировиною для реакції трансестерифікації [1-5]. Проте в промисловому процесі трансестерифікації переважно застосовують тригліериди з мінімальним вмістом вільних жирних кислот. Незважаючи на те, що сирі рослинні олії складаються в основному з тригліцеридів, вони також містять широкий спектр незначних компонентів, таких як моно- та дигліцериди, фосфоліпіди, вільні жирні кислоти, мила жирних кислот, фарбувальні пігменти, білки, стерини, вільний гліцерин і воду. Ці домішки негативно впливатимуть на перебіг реакції трансестерифікації. Адсорбенти можна використовувати при очищенні олій для селективної адсорбції гідрофільних видів домішок, таких як гліцерин, моно- та дигліцериди, жирні кислоти, мило або фосфоліпіди з олії. Адсорбенти для процесу включають адсорбенти на основі кремнезему, іонообмінні смоли та активоване вугілля [6]. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є дослідження кінетики адсорбції олеїнової кислоти з її розчину в соняшниковій олії на аніонообмінній смолі АВ-17-8 та встановлення оптимальних умов застосування аніоніту для вилучення вільних жирних кислот. Об’єкт дослідження – процеси очищення природних тригліцеридів. Предмет дослідження – адсорбція олеїнової кислоти з розчину на аніонообмінній смолі АВ-17-8. Методи досліджень: експериментальні (хімічні – визначення кислотного числа кислотно-основним титруванням, фізико-хімічні – газорідинна хроматографія для визначення вмісту спирту в продуктах реакції трансестерифікації), методи математичної статистики. У першому розділі наведено огляд джерел літератури. Проведено аналіз існуючих технологій отримання естерів вищих жирних кислот. Надані відомості про основну сировину, яка використовується в процесах трансестерифікації тригліцеридів. Проаналізовано основні типи каталізаторів реакції трансестерифікації. Розглянуто основні напрямки застосування продуктів реакції трансестерифікації. Наведенні особливості очищення нерафінованих олій та їх подальшого застосування. У другому розділі описано методики експериментів та аналізів. Наведено основні розрахункові рівняння, за якими здійснювали обробку отриманих результатів та розраховували кінетичні і термодинамічні параметри адсорбції олеїнової кислоти на аніонообмінній смолі АВ-17-8. Для дослідження використовували модельний розчин олеїнової кислоти в соняшниковій олії з кислотним числом 8,5 мг КОН/г, що відповідає вмісту олеїнової кислоти в розчині 4,3 мас. %. Дослідження процесу адсорбції олеїнової кислоти з розчину аніонообмінною смолою АВ-17-8 здійснювали в інтервалі температури 303–343 К та вмісті аніонообмінної смоли 2,3–6,3 %. Аніонообмінна смола АВ-17-8 має вологість 17,5 %, тому для уникнення впливу води, яка міститься в смолі, на процес адсорбції олеїнової кислоти в дослідженнях використовували попередньо висушену при температурі 373-378 К до постійної маси аніонообмінну смолу. Встановлено, що адсорбція олеїнової кислоти на аніонообмінній смолі АВ-17-8 задовільно описується рівнянням адсорбції Ленгмюра. Отримані результати свідчать, що процес адсорбції олеїнової кислоти на аніоніті АВ-17-8 описується закономірностями фізичної адсорбції, а не хемосорбції. Розраховані значення вільної енергії Гіббса та ентропії адсорбції свідчать, що процес адсорбції олеїнової кислоти відбувається самовільно. З метою встановлення можливості застосування аніоніту для вилучення кислот із неочищених олій з подальшою їх трансестерифікацією, було досліджено адсорбцію олеїнової кислоти з її розчину в соняшниковій олії із застосуванням більшої кількості аніоніту – 18,5 мас. %. Дослідження здійснювали при температурі 323 К, яка забезпечувала найменший час досягнення рівноваги. Встановлено, що рівновага у процесі адсорбції за таких умов досягається за 90 хв, а ступінь вилучення олеїнової кислоти досягає 69,6 %. Такий ступінь вилучення дає змогу отримати олію з вмістом олеїнової кислоти близько 1 мас. %, що робить можливим застосування навіть основних каталізаторів трансестерифікації. У технологічній частині наведено опис технологічної схеми та розрахунок необхідної кількості сировини та енергетичних ресурсів і розраховано витратні коефіцієнти. Виконано розрахунки витрат, пов’язаних із проведенням лабораторних досліджень. Це включає вартість реагентів та інших речовин, які використовувалися під час досліджень. Також проведений розрахунок необхідної чисельності працівників, фонду заробітної плати, енергозатрат та відрахувань на амортизацію обладнання. Важливою частиною розрахунків є також вартість оренди приміщення та загальних витрат, пов’язаних із здійсненням досліджень. Ключові слова: олеїнова кислота, трансестерифікація тригліцеридів, соняшникова олія, адсорбція, аніонообмінна смола АВ-17-8. 1. Qiu, F., Li, Y., Yang, D., Li, X., & Sun, P. (2011). Biodiesel production from mixed soybean oil and rapeseed oil. Applied Energy, 88(6), 2050–2055. doi:10.1016/j.apenergy.2010.12.070. 2. Wen, Z., Yu, X., Tu, S.-T., Yan, J., & Dahlquist, E. (2010). Synthesis of biodiesel from vegetable oil with methanol catalyzed by Li-doped magnesium oxide catalysts. Applied Energy, 87(3), 743–748. doi:10.1016/j.apenergy.2009.09.013. 3. Lin, L., Ying, D., Chaitep, S., & Vittayapadung, S. (2009). Biodiesel production from crude rice bran oil and properties as fuel. Applied Energy, 86(5), 681–688. doi:10.1016/j.apenergy.2008.06.002. 4. Pleanjai, S., & Gheewala, S. H. (2009). Full chain energy analysis of biodiesel production from palm oil in Thailand. Applied Energy, 86, S209–S214. doi:10.1016/j.apenergy.2009.05.013. 5. Yee, K. F., Tan, K. T., Abdullah, A. Z., & Lee, K. T. (2009). Life cycle assessment of palm biodiesel: Revealing facts and benefits for sustainability. Applied Energy, 86, S189–S196. doi:10.1016/j.apenergy.2009.04.014 6. Berrios, M., Martin, M. A., Chica, A. F., & Martin, A. (2011). Purification of biodiesel from used cooking oils. Applied Energy, 88(11), 3625–3631. doi:10.1016/j.apenergy.2011.04.060.