Post on 28-Feb-2019
POLITECHNIKA ŚLĄSKA
WYDZIAŁ CHEMICZNY
Opracowała:
Dr hab. inż. Agnieszka Kudelko, prof. Pol. Śl.
KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ
ORGANICZNEJ I PETROCHEMII
INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH:
TRANSESTRYFIKACJA W SYNTEZIE ESTRÓW
METYLOWYCH OLEJU RZEPAKOWEGO
Laboratorium z przedmiotu: Wybrane operacje i procesy jednostkowe
Kierunek: TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Stopień: Pierwszy
Semestr: 7
Miejsce ćwiczeń: 206
- 2 -
TŁUSZCZE
Tłuszcze należą do grupy biocząsteczek o wspólnej nazwie lipidy. Są to związki
nierozpuszczalne w wodzie; dobrze natomiast rozpuszczają się w rozpuszczalnikach
organicznych takich jak: benzen, toluen, chloroform czy aceton. Tłuszcze są głównymi
składnikami zapasowych komórek tłuszczowych zarówno zwierząt jak i roślin, z których można
je wyekstrahować (rezerwa pokarmowa). Generalnie tłuszcze można podzielić na dwie grupy:
- tłuszcze proste (tłuszcze właściwe i woski) zbudowane z tłuszczowego kwasu karboksylowego
i alkoholu oraz
- tłuszcze złożone, które obok alkoholu i kwasów tłuszczowych zawierają jeszcze inne składniki,
np. kwas fosforowy, cholinę, galaktozę.
1.1 Tłuszcze proste
Ze względu na budowę tłuszcze proste należą do klasy estrów – pochodnych
długołańcuchowych kwasów karboksylowych oraz alkoholu trójwodorotlenowego – gliceryny.
Występujące w przyrodzie tłuszcze stanowią najczęściej mieszaninę estrów różnych kwasów
tłuszczowych zarówno nienasyconych jak i nasyconych.
Kwasy tłuszczowe, poza nielicznymi wyjątkami, są związkami o prostych łańcuchach długości
od czterech do osiemnastu atomów węgla, o parzystej ilości atomów węgla w cząsteczce. Fakt
ten jest naturalnym wynikiem biosyntezy tłuszczów poprzez dobudowę kolejnych dwóch
atomów węgla jednostki octanowej. Do najpopularniejszych kwasów nasyconych występujących
w tłuszczach należy zaliczyć kwas palmitynowy (C15H31COOH) i stearynowy (C17H35COOH)
a spośród układów nienasyconych wymienić trzeba: kwas oleinowy (C17H33COOH),
dinienasycony kwas linolowy (C17H31COOH) i trinienasycony kwas linolenowy (C17H29COOH).
Istotną rolę odgrywa także stopień nienasycenia kwasów tłuszczowych.
- 3 -
Tabela 1. Wybrane kwasy tłuszczowe nasycone i nienasycone
Nazwa zwyczajowa Nazwa systematyczna Temperatura
topnienia (°C)
Kwasy tłuszczowe nasycone
Kwas laurynowy Kwas dodekanowy 44-46
- Kwas tridekanowy 41-42
Kwas mirystynowy Kwas tetradekanowy 58.8
- Kwas pentadekanowy 51-53
Kwas palmitynowy Kwas heksadekanowy 63-64
Kwas margarynowy Kwas heptadekanowy 59-61
Kwas stearynowy Kwas oktadekanowy 69.9
- Kwas nonadekanowy 68-70
Kwas arachidowy Kwas eikozanowy 75.5
Kwasy tłuszczowe nienasycone
Kwas undecylenowy Kwas 10-undecenowy 24
Kwas palmitoleinowy Kwas (Z)-9-heksadekaenowy 0,5
Kwas oleinowy Kwas (Z)-9-oktadekaenowy 16
Kwas elaidynowy Kwas (E)-9-oktadekaenowy 44
Kwas petroselilowy Kwas (Z)-6-oktadekaenowy 32
Kwas wakcenowy Kwas (E)-11-oktadekaenowy 42
Kwas hydnokarpowy Kwas 11-(3-cyklopentylo-)-undecenowy 58
Kwas czoulmugrowy Kwas 13-(3-cyklopentylo-)-tridecenowy 69
Kwas erukowy Kwas (Z)-13-dokozenowy 33
Kwas nerwonowy Kwas (Z)-15-tetrakozenowy 44
Kwas linolowy Kwas (Z,Z)-9,12-oktadekadienowy -5 (-11)
Kwas α-linolenowy Kwas (Z,Z,Z)-9,12,15-oktadekatrienowy -11
Kwas γ-linolenowy Kwas (Z,Z,Z)-6,9,12-oktadekatrienowy
Kwas trans-linolenowy Kwas (E,E,E)-9,12,15-oktadekatrienowy
Kwas oleostearynowy Kwas (E,E,E)-9,11,13-oktadekatrienowy 71
Kwas arachidonowy Kwas (all-Z)-5,8,11,14-ejkozatetraenowy -49
Kwas klupanodonowy Kwas (all-Z)-4,8,12,15,19-dokozapentaenowy -78
Kwas cerwonowy Kwas (all-Z)-4,7,10,13,16,19-dokozaheksaenowy
Kwas rycynylowy Kwas (R)-12-hydroksy-(Z)-9-oktadecenowy 5
Jeśli chodzi o budowę geometryczną naturalnych kwasów tłuszczowych to zaobserwowano, że
posiadają one konfigurację cis, mimo, że konfiguracja trans jest bardziej trwała. Ta specyficzna
stereochemia mająca głębokie uzasadnienie dla przebiegu procesów biologicznych, powoduje
obniżenie temperatury topnienia tłuszczów. W stanie stałym cząsteczki tłuszczów „dopasowują
- 4 -
się” do siebie tak, jak to jest możliwe, im lepsze „dopasowanie” tym wyższa temperatura
topnienia. Cząsteczki kwasu nienasyconego o konfiguracji trans mogą, podobnie jak cząsteczki
kwasów nasyconych, tworzyć liniowe łańcuchy (o kącie wiązania 109,5o) i dobrze wzajemnie
„dopasować się”. W konfiguracji cis nie ma takiej możliwości.
Tabela 2. Zawartość kwasów tłuszczowych w typowych tłuszczach zwierzęcych i roślinnych
Tabela 3. Cechy fizyczne i chemiczne wybranych rodzajów tłuszczów
Kwasy tłuszczowe nadają odpowiedni charakter fizykochemiczny tłuszczom, w skład których
wchodzą: im większa masa cząsteczkowa kwasów, tym wyższa temperatura topnienia tłuszczu.
Temperatura ta maleje ze wzrostem procentowego udziału kwasów nienasyconych i w związku
z tym tłuszcze o dużej zawartości wiązań nienasyconych są zazwyczaj ciekłe, oleiste.
- 5 -
Woski, należące do grupy tłuszczów prostych, są estrami wyższych alkoholi
monowodorotlenowych i wyższych kwasów tłuszczowych o łańcuchach węglowych od C26 –
C42. W przyrodzie pełnią one funkcję ochronną.
1.2 Tłuszcze złożone
Tłuszcze złożone są przede wszystkim materiałem budulcowym wszystkich komórek,
głownie błon komórkowych, jądrowych, osłon włókien nerwowych. Występują obficie w tkance
nerwowej, krwi, limfie, wątrobie, mięśniach, żółtku jaj.
Podstawą klasyfikacji tłuszczów złożonych są najczęściej:
- składnik alkoholowy (gliceryna (A), sfingozyna (B))
- składnik dodatkowy (kwas fosforowy (C), cukier (D)).
W zależności od tych dwóch kombinacji mamy:
A-C – glicerofosfolipidy,
A-D – gliceroglikolipidy,
B-C – sfingofosfolipidy,
B-D – sfingoglikolipidy
Glicerofosfolipidy
Ich składnikiem alkoholowym jest gliceryna, w której dwie grupy hydroksylowe są
zestryfikowane długołańcuchowymi kwasami tłuszczowymi, a trzecia kwasem fosforowym.
Typowymi przedstawicielami są lecytyny i kefaliny. W lecytynach związana z gliceryną
cząsteczka kwasu fosforowego zestryfikowana jest choliną (wydzielaną w postaci chlorku
hydroksymetylo-trimetyloaminiowego); w kefalinach kolaminą (etanoloaminą) lub seryną
(kwasem 1-amino-2-hydroksypropionowym). Lecytyny są mazistymi, higroskopijnymi
substancjami, barwy żółtobrunatnej, dobrze rozpuszczającymi się w eterze, etanolu
i chloroformie.
- 6 -
Gliceroglikolipidy
Zawierają obok gliceryny i kwasów tłuszczowych mono- lub oligosacharyd, połączony
wiązaniem glikozydowym z grupą wodorotlenową gliceryny. Tłuszcze te występują przeważnie
w świecie roślinnym i są zlokalizowane w zielonych częściach roślin.
Sfingofosfolipidy
Wspólną cechą wszystkich sfingolipidów (sfingofosfolipidów i sfingoglikolipidów) jest
zawartość nienasyconego 18-to węglowego aminoalkoholu – sfingozyny (2-amino-4-
oktadeceno-1,3-diol). Kwas tłuszczowy we wszystkich sfingolipidach jest połączony wiązaniem
amidowym z grupą aminową sfingozyny.
- 7 -
W sfingofosfolipidach grupa hydroksylowa przy pierwszym atomie węgla jest
zestryfikowana fosfocholiną. Poszczególne sfingolipidy różnią się między sobą rodzajem kwasu
tłuszczowego. Najczęściej zawierają kwasy tłuszczowe 24-węglowe: lignocerynowy
CH3(CH2)22COOH, cerebronowy CH3(CH2)21CH(OH)COOH i nerwonowy
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH.
Sfingoglikolipdy
Zawierają oprócz kwasu tłuszczowego i sfingozyny mono- lub polisacharyd, połączony
wiązaniem glikozydowym z grupą hydroksylową, przy pierwszym atomie węgla sfingozyny.
Składnikiem cukrowym sfingoglikolipidów jest najczęściej galaktoza, sulfogalaktoza lub
rzadziej glukoza.
1.3 Charakterystyka fizykochemiczna tłuszczów
W celu określenia przydatności tłuszczu jako materiału żywnościowego lub
przemysłowego określa się ich właściwości fizyczne i chemiczne. Do najważniejszych oznaczeń
należą:
- oznaczenie gęstości metodą piknometryczną lub areometryczną,
- oznaczenie liczby kwasowej LK (ilość mg KOH potrzebna do zobojętnienia wolnych kwasów
organicznych zawartych w 1g próbki tłuszczowej),
- 8 -
- oznaczenie liczby zmydlania LZ (ilość mg KOH potrzebna do zmydlenia tłuszczu i do
zobojętnienia wolnych kwasów organicznych zawartych w 1g próbki tłuszczowej),
- oznaczenie liczby jodowej LI (ilość g jodu I2 jaka zostaje przyłączona do 100g tłuszczu),
- oznaczenie liczby nadtlenkowej LN (ilość ml roztworu Na2S2O3 o stężeniu 0.01M potrzebna do
zmiareczkowania jodu wydzielonego z KI przez nadtlenki zawarte w 1g tłuszczu).
1.4 Przemysłowe reakcje tłuszczów
Tłuszcze ulegają generalnie reakcjom typowym dla wszystkich estrów (reakcje substytucji
nukleofilowej w grupie acylowej). Układy nienasycone (tłuszcze ciekłe) posiadają ponadto
zdolność przyłączania reagentów do wiązań podwójnych (reakcje addycji). Najważniejszymi
spośród reakcji tłuszczów są zaprezentowane poniżej przemiany o kluczowym znaczeniu dla
przemysłu:
- utwardzanie tłuszczów nienasyconych przy pomocy wodoru (np. produkcja margaryny)
- zmydlanie – hydroliza alkaliczna prowadząca do otrzymania mydeł
- transestryfikacja – wymiana fragmentu alkoholowego w tłuszczu (produkcja biopaliw)
1. TRANSESTRYFIKACJA OLEJU RZEPAKOWEGO – BIOPALIWA
Transestryfikacja (in. alkoholiza) jest reakcją, w wyniku której następuje podstawienie grupy
alkoksylowej (OR1) obecnej w cząsteczce estru inną grupą alkoksylową (OR
2), pochodzącą od
alkoholu. Rolę alkoholu pełnią zwykle niskocząsteczkowe alkohole alifatyczne szeregu od C1
do C4. Reakcja ta przebiega według mechanizmu substytucji nukleofilowej przy acylowym
atomie i jest katalizowana zarówno przez kwasy jak i zasady.
- 9 -
Szczególnym przypadkiem omawianej przemiany jest transestryfikacja olejów roślinnych
(trójglicerydów), podczas której następuje zastąpienie gliceryny innym alkoholem posiadającym
tylko jedną grupę hydroksylową – OH.
Sumaryczny zapis reakcji podaje, iż w wyniku przemiany z 1mola tłuszczu i 3 moli CH3OH
uzyskuje odpowiednio 3 mole estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych i 1 mol
gliceryny. Należy jednak mieć świadomość tego, że w rzeczywistości reakcja ta przebiega
etapami poprzez pośrednie diglicerydy i monoglicerydy. Najpopularniejszym obecnie alkoholem
stosowanym w procesie (względy ekonomiczne) jest metanol w rezultacie czego otrzymujemy
estry metylowe wyższych kwasów tłuszczowych. Nieco rzadziej używa się droższego etanolu
(bioetanolu), chociaż estry etylowe wyższych kwasów tłuszczowych są bardziej korzystne
głównie ze względu na niższą temperaturę zapłonu. Użycie etanolu obniża jednak poziom
przeestryfikowania oleju naturalnego z 97-98% do 92-95%.
Transestryfikacja jest reakcją równowagowo-odwracalną. W celu przesunięcia równowagi na
korzyść produktów należy zwiększyć stężenie jednego z substratów (zwykle alkoholu) lub
odbierać jeden z produktów przemiany. Stopień przereagowania zależy między innymi od
jakości oleju roślinnego (zawartość wody i kwasów tłuszczowych), rodzaju alkoholu, stosunku
molowego olej-alkohol (dla metanolu zwykle 1-2 krotny molowy nadmiar względem oleju),
temperatury procesu i katalizatora. Przemiana jest katalizowana związkami o charakterze
zasadowym lub kwaśnym. W syntezie estrów metylowych lub etylowych wyższych kwasów
tłuszczowych stosuje się najczęściej: KOH, NaOH, CH3ONa, Na2CO3, aminy lub CH3COONa
(0.3-2% wagowych). Proces przebiega w relatywnie krótkim czasie, w niskich temperaturach (do
50-60oC). Istotne znaczenie w przypadku pracy z katalizatorami alkalicznymi odgrywa jakość
surowca roślinnego. Stare lub przepracowane oleje roślinne, zawierające duże ilości kwasów
tłuszczowych (hydroliza tłuszczu), dezaktywują wszystkie układy zasadowe, co w sposób
wyraźny obniża stopień przeestryfikowania. W przypadku alkoholanów czynnikiem
dezaktywującym obok kwasów jest również woda zawarta w surowcu czy w środowisku
reakcyjnym. Pamiętać również należy, iż produktami tych niekorzystnych przemian są mydła –
- 10 -
sole wyższych kwasów tłuszczowych z zasadami - które komplikować mogą rozdział
mieszaniny poreakcyjnej.
W produkcji estrów propylowych lub butylowych wyższych kwasów tłuszczowych stosuje się
natomiast katalizatory kwasowe takie jak: H2SO4, HCl, H3PO4, BF3. Ponieważ przemiany z ich
udziałem biegną znacznie wolniej (nawet 4000 razy!), to aby podnieść ich szybkość prowadzi się
je w wysokich temperaturach (około 100 oC i wyżej).
2.1 Transestryfikacja w warunkach przemysłowych
Procesowi tranestryfikacji poddaje się zarówno świeże jak i przepracowane oleje roślinne
celem dostosowywania ich parametrów do technicznych wymagań silnika wysokoprężnego –
Diesla. Współczesne silniki Diesla nie są przystosowane do spalania oleju roślinnego a do
spalania oleju napędowego ON. Nieliczne wytwórnie podjęły produkcję silników
dostosowanych do napędu nieprzetworzonym olejem rzepakowym, jednak wysoki koszt
produkcji tych silników sprawił, że nie zostały one rozpowszechnione. W celu wykorzystania
oleju roślinnego do silników wysokoprężnych należy go zmodyfikować, tak aby przypominał
olej napędowy, który różni się od olejów roślinnych niektórymi parametrami
fizykochemicznymi takimi jak np.: gęstość, lepkość i temperatura zapłonu. Olej rzepakowy
modyfikuje się w kierunku otrzymania biodiesla, czyli estrów metylowych wyższych kwasów
tłuszczowych oleju rzepakowego (RME - Rapeseed Methyl Esters). Estry takie mogą być
stosowane samoistnie a także w postaci mieszanek z olejem napędowym (B2, B5, B20, B100
gdzie cyfry oznaczają procentową zawartość estru w paliwie).
Do niewątpliwych korzyści wynikających ze stosowania estrów metylowych wyższych kwasów
tłuszczowych (FAME) zaliczyć należy między innymi: znaczne zmniejszenie emisji CO, CO2,
SO2 do atmosfery, biodegradowalność, wysoką liczbę cetanową i dobre właściwości smarne. Do
wad natomiast należy niska wartość opałowa, która sprawia, iż zużycie paliwa jest znacznie
większe, silne działanie korozyjne, większa podatność na skażenia biologiczne.
- 11 -
Tabela 4. Podstawowe właściwości fizykochemiczne oleju rzepakowego, napędowego i estrów
metylowych olejów rzepakowych (RME)
W zależności od regionu geograficznego stosuje się różne surowce do produkcji biopaliw – czyli
inaczej paliw wytwarzanych z produktów pochodzenia naturalnego. Do najpopularniejszych
należą: olej rzepakowy, słonecznikowy, sojowy, palmowy, rycynowy, lniany, dyniowy a także
tłuszcze zwierzęce.
W procesie przygotowania surowca (oleju roślinnego) do produkcji (FAME, RME) można
wyróżnić następujące podstawowe operacje technologiczne:
- czyszczenie i rozdrabnianie nasion,
- tłoczenie oleju na prasach (w podwyższonej temperaturze lub na zimno),
- odszlamowanie i filtracja oleju,
- ekstrakcja, filtracja i rafinacja produktu końcowego.
- 12 -
Rysunek 1. Poglądowy schemat pozyskiwania biodiesla z upraw rzepaku w warunkach polskich
Oczyszczony olej roślinny poddawany jest następnie właściwemu procesowi transestryfikacji,
który prowadzony jest zwykle w dwóch wariantach: ciśnieniowym lub bezciśnieniowym.
W metodzie ciśnieniowej stosuje się temperaturę 240˚C oraz ciśnienie około 9 MPa,
proces jest ciągły. Surowy olej rzepakowy z metanolem i katalizatorem jest mieszany
w kolektorze. Zainicjowanie reakcji następuje w podgrzewaczu. Mieszanina przechodzi przez
reaktor a następnie przez rozdzielacz metanolowy. Uzyskujemy metanol, estry oraz glicerynę.
Metanol oczyszcza się i zawraca do procesu, estry i glicerol ulegają rozdzieleniu w rozdzielaczu
glicerynowym. Estry przechodzą dalej do podgrzewacza (usuwanie wody), a w kolejnym etapie
produkcji do kolumny destylacyjnej (przeprowadzamy rektyfikację lub destylację odpędową).
W metodzie bezciśnieniowej transestryfikacja przebiega pod ciśnieniem atmosferycznym
w temperaturze 20-70˚C. Stosujemy mieszankę metanolu i katalizatora alkalicznego. Reakcja
przebiega w mieszalniku z mieszadłem pionowym, reagenty są rozdzielane na dwie fazy:
estrową i glicerynową. Surowy ester poddajemy oczyszczaniu.
- 13 -
Rysunek 2. Schemat ideowy produkcji FAME w małej wytwórni
Produkcją estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego
zajmują się zarówno duże zakłady przemysłowe (duża skala) jak również gospodarstwa rolne
(mała skala). Systemy instalacji do produkcji biopaliwa w Polsce można podzielić na:
- gospodarskie – do 300t biopaliwa/rok
- małe – do 5000t biopaliwa/rok
- duże – do 20 000t biopaliwa/rok
- przemysłowe – do 100 000t biopaliwa/rok.
Zaletami metod przemysłowych jest możliwość utrzymania i kontroli jakości produkowanych
estrów oraz mniejsze koszty jednostkowe; wadą jest konieczność zapewnienia dostaw dużych
ilości surowca oraz duże nakłady inwestycyjne. Zaletami małych przetwórni wiejskich -
minimalizacja kosztów transportu surowca i produkcji biopaliwa, niestety produkt jest gorszej
jakości niż w metodzie pierwszej, a koszt jednostkowy przerobu jest wyższy.
- 14 -
Rysunek 3. Schemat technologiczny wytwarzania biopaliwa przy pomocy katalizatora zasadowego
metodą periodyczną
Powyżej przedstawiono schemat technologiczny produkcji estrów metylowych oleju
rzepakowego z zastosowaniem katalizatora zasadowego. Jedną z pierwszych czynności jest
sporządzenie mieszaniny katalizator-alkohol, która obok obrobionego wstępnie surowca
roślinnego (ograniczona zawartość wody – dezaktywacja katalizatora!) kierowana jest do
reaktora. Po procesie transestryfikacji mieszanina reakcyjna wędruje do kolumny, gdzie zostaje
oddestylowany nadmiarowy metanol. Jest on zawracany ponownie do komponowania mieszanki
katalitycznej. Pozostałość po odparowaniu metanolu przekazywana jest do rozdzielacza
fazowego. Z rozdzielacza odbiera się dwie fazy: cięższą fazę glicerynową i lżejszą fazę estrową,
którą przemywa się wodą i ponownie kieruje do rozdzielacza. Surowy produkt powinien być
wolny od alkalicznych zanieczyszczeń (pH ekstraktu wodnego z estru powinno być obojętne).
Ostatnim etapem przeróbki jest osuszenie produktu przy pomocy silikażelu lub siarczanu
sodowego.
Niekorzystnym efektem obserwowanym w czasie przechowywania zarówno oleju rzepakowego
jak i jego estrów metylowych jest brak stabilności. Układy tego typu ulegają hydrolizie (grupa
estrowa), polimeryzacji i utlenianiu (wiązania podwójne w łańcuchu węglowodorowym) przez
- 15 -
co ulegają zmianie ważne dla spalania wskaźniki takie jak: lepkość, liczba cetanowa (wskaźnik
charakteryzujący zdolność paliwa do samozapłonu w silniku z zapłonem iskrowym), skłonność
do odkładania koksu. Sugeruje się, aby produktów tych nie przechowywać dłużej niż 5 miesięcy.
Jednym z produktów procesu transestryfikacji oleju rzepakowego jest również gliceryna.
Jest ona bezwonną cieczą o gęstości 1.05-1.06 kg/dm3
i wartości opałowej 30 MJ/kg (wartość
w nieprzemysłowych technologiach produkcji biopaliwa) i 14 MJ/kg (w technologiach
przemysłowych). Faza glicerynowa przechodzi po kilku tygodniach do postaci półstałej; aby
przywrócić jej płynność wystarczy ją podgrzać. Sposób zagospodarowania tej frakcji zależy
oczywiście od potrzeb zakładu produkującego biodiesla. Istnieje jednak kilka typowych
rozwiązań. Surową frakcję glicerynową można wykorzystać jako surowiec energetyczny
(paliwo) czy lepiszcze dodawane do surowców, z których formuje się palety (np. słoma). Można
ją również zastosować jako środek powierzchniowo-czynny czy jako dodatek paszowy do
karmienia trzody chlewnej i drobiu po uprzednim usunięciu metanolu. Gliceryna pozbawiona
metanolu jest także stosowana w przemyśle materiałów wybuchowych (produkcja
nitrogliceryny), do wyrobu żywic alkilowych, w przemyśle tekstylnym, barwników,
spożywczym, celulozowo-papierniczym, elektrochemicznym, kosmetycznym (produkcja mydeł,
kremów), farmaceutycznym i skórzanym (stosowana w garbarstwie dzięki silnym
właściwościom higroskopijnym wysusza skórę) i wielu innych. Wykorzystuje się ją również
przy produkcji płynów hamulcowych i chłodniczych, jak również do wypełniania manometrów
pracujących w ekstremalnych warunkach. Po oczyszczeniu metodą wysokopróżniowej destylacji
znajduje też zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym.
- 16 -
TRANSESTRYFIKACJA OLEJÓW ROŚLINNYCH - ĆWICZENIE
Odczynniki:
olej rzepakowy (słonecznikowy, sojowy, lniany lub z dyni) 100g
roztwór metanolanu sodu w metanolu
bezwodny siarczan magnezu MgSO4
Sprzęt:
kolba okrągłodenna o poj. 100 i 250ml
chłodnica zwrotna
mieszadło magnetyczne
łaźnia wodna
termometr
rozdzielacz o poj. 250ml
cylinder miarowy
zlewki
kolba stożkowa z korkiem
lejek szklany
bibuła
piknometr
Wykonanie ćwiczenia: Przygotować metanolowy roztwór katalizatora. W tym celu w kolbie
stożkowej o poj. 100 ml odważyć 2.80g [0.05 mola] stałego KOH i rozpuścić w 30 mL
metanolu.
Do kolby kulistej o poj. 250ml wprowadzić 100g oleju roślinnego, pręt magnetyczny
i zaopatrzyć kolbę w chłodnicę zwrotną. Całość umieścić na łaźni wodnej o temperaturze około
50oC (kontrolować przy pomocy termometru) i wprowadzić przygotowany wcześniej roztwór
katalizatora. Całość należy mieszać mieszadłem magnetycznym przez 60 minut. Następnie
mieszaninę reakcyjną przenieść do rozdzielacza, dodać 50 ml 10% HCl, wymieszać i pozostawić
do rozwarstwienia (około 10-20 minut). Dolną warstwę wodno-glicerynową oddzielić a górną
- 17 -
warstwę oleistą przemyć dwukrotnie wodą destylowaną (2ˣ50 ml). Mycie należy prowadzić
ostrożnie przez lekkie przechylanie rozdzielacza aby nie doszło do utworzenia trwałych emulsji.
Surowy produkt przenieść do kolby stożkowej, dodać środek suszący, zamknąć i pozostawić na
10 minut. Następnie przesączyć, zważyć i obliczyć wydajność reakcji.
Celem oceny jakości produktu określić należy jego gęstość metodą piknometryczną.
Czysty i suchy piknometr (o poj. 25ml) zważyć na wadze (dokładność 0.001g). Następnie za
pomocą pipety napełnić piknometr wodą destylowaną o temperaturze 20oC, usunąć pęcherzyki
powietrza, zamknąć korkiem. Piknometr wyjąć, dokładnie wytrzeć bibułą i zważyć na wadze.
Tak samo postąpić z badanym produktem – napełnić piknometr i zważyć. Gęstość oleju
wyznaczyć ze wzoru:
gdzie: m0 – masa pustego piknometru [g],
mw – masa piknometru z wodą o temp. 20oC [g],
mp - masa piknometru z olejem o temp. 20oC [g],
ρ – gęstość wody w temperaturze 20oC, która wynosi 0.998 g/cm
3.
Aparatura:
Ogrzewanie pod chłodnicą zwrotną i rozdzielanie Piknometr do oznaczania gęstości
- 18 -
Materiały dodatkowe:
- karta charakterystyki oleju rzepakowego,
- karta charakterystyki RME.
Literatura
1. W. Piekarski, I. Jackowska, A. Kaczor, G. Zając, P. Starobrat, Technologiczne
i ekologiczne uwarunkowania produkcji biopaliwa, PAN, Lublin, 2003.
2. L. Kłyszejko-Stefanowicz, Ćwiczenia z biochemii, PWN, Warszawa, 1997.
3. R. T. Morrison, R. N. Boyd, Chemia organiczna, PWN, Warszawa, 1998.
4. T. Juliszewski, T. Zając, Biopaliwo rzepakowe, PWRiL, Poznań 2007.
5. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH Verlagsgesellschaft, 1994.
6. E.Grzywa, J.Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych, tom II, PWN,
2000.
7. Karta charakterystyki substancji niebezpiecznej oleju rzepakowego – Pharma Cosmetic.
8. Karta charakterystyki substancji niebezpiecznej Biodiesel RME – Rafineria Trzebinia.