CC BY
13
УДК 665.238
О.М. КУНИК, О.Я. СЕМЕШКО, Ю Г. САРШСКОВА, Д.Г. САРШеКОВА
Херсонський нацiональний технiчний ушверситет
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ВИСОКОЕНЕРГЕТИЧНО1 ДИСКРЕТНО1 ОБРОБКИ НА Ф1ЗИКО-Х1М1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1 ЖИРОВМ1СНИХ ПРОМИВНИХ ВОД
В po6omi проведено визначення фiзико-хiмiчних властивостей жировмкних промивних вод nid впливом високоенергетично'г' дискретно'г' обробки з метою ттенсифкаци процесу вилучення вовняного жиру. На niдставi комплексного аналiзу отриманих результатiв встановлено, що niд дieю високоенергетично'г' дискретно'г' обробки вiд6уваються хiмiчнi та структуры перетворення, що призводить до змти властивостей вах складових лШдовмкно'г системи.
Ключовi слова: вовномийнi води, вовняний жир, високоенергетична дискретна обробка.
А.Н. КУНИК, О.Я. СЕМЕШКО, Ю.Г. САРИБЕКОВА, Д.Г. САРИБЕКОВА
Херсонский национальный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ДИСКРЕТНОЙ ОБРАБОТКИ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИРОСОДЕРЖАЩИХ ПРОМЫВНЫХ ВОД
В работе проведено определение физико-химических свойств жиросодержащих промывных вод под влиянием высокоэнергетической дискретной обработки с целью интенсификации процесса извлечения шерстного жира. На основании комплексного анализа полученных результатов установлено, что под действием высокоэнергетической дискретной обработки происходят химические и структурные преобразования, что приводит к изменению свойств всех составляющих липидосодержащей системы.
Ключевые слова: шерстомойные воды, шерстнш жир, высокоэнергетическая дискретная обработка.
A.N. KUNIK, O.YA. SEMESHKO, YU.G. SARIBYEKOVA, D.G. SARIBYEKOVA
Kherson National Technical University
STUDY OF HIGH-ENERGY DISCRETE PROCESSING ON PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF FAT-CONTAINING WASHING WATERS
The paper studied definition of physical and chemical properties of fat-containing wash water under the influence of high-discrete processing to intensification of the extraction process wool fat. Based on the comprehensive analysis of the results found that under the influence of high-energy discrete processing occur chemical and structural transformations that leads to a change of the properties of all components of the lipid-system.
Keywords: wool-washing water, wool grease, high-energy discrete processing.
Постановка проблеми
Жир, що мютиться в овечш вовт, завдяки специф1чним властивостям, е незамшною сировиною для р1зних галузей промисловосп, таких як харчова, медична, косметична, машинобуд1вна, а також при виробнищга продукцп вшськово-техшчного i вшськово-косм1чного спецпризначення [1, 2].
Склад вовняного жиру (ланол^) дуже складний i до тепершнього часу вивчений не повнютю. В основному вш представляе собою сумш складних ефiрiв високомолекулярних спирпв (холестерину, iзохолестерину i тл.) з вищими жирними кислотами ^ристиновою, пальмггиновою, церотиновою i ш.) i в№них високомолекулярних спиртiв [3].
Найцшшшою властивiстю ланолiну е його здатнють емульгувати до 180 - 200% вщ власно! маси води, до 140% глщерину i близько 40% етанолу 70%-! концентрацп з утворенням емульсiй типу «вода-масло». Добавки невелико! шлькосл ланолiну до жирiв i вуглеводнiв рiзко збiльшують 1х здатнiсть змiшуватися з водою i водними розчинами, що зумовило його широке застосування у складi лшофшьно -гiдрофiльних основ [4].
У харчовш промисловостi застосування ланолiну дозволено не в уах кранах через вщсутшсть доказово! бази з безпеки речовини. Мiжнародне позначення ще! харчово! добавки - Е 913 [5 - 7].
У виробнищга продукпв харчування ланолiн застосовують у якосп глазуруючого агента та антифламiнга [8]. Глазур з додаванням ланолiну надае блиск i приемний зовнiшнiй вигляд продукцп, а також вiдiграе роль у формуванш смаку. Антифламiнги запобнають пiноутворенню i роблять
консистенцш продукту однорвдноТ. Добавку Е 913 можна зустргги в складi rna3ypí на наступних продуктах харчування: кондитерськ1 борошнянi вироби, цукерки, шоколад, драже, ropixH, жyвaльнi гумки.
Поширене застосування лaнолiнy у якостi компоненту покривних сумшей для фpyктiв. Подiбнi сyмiшi додають фруктам товарний зовшшнш вигляд, дозволяють довше збеpiгaти Тх привабливими для споживача. Нaйбiльш часто цiй пpоцедypi пщдаються апельсини, лимони, яблука, ананаси, персики, гpyшi, диш, сливи [9].
У зв'язку з широкою областю застосування лaнолiнy потреба у вовняному жиpi постшно зростае. Однак в даний час в УкраТш практично весь жирошт, з якого можна було б виробляти цiнний продукт -ланолш, втрачаеться разом з промивними водами. Кpiм того, неочищена промивна вода завдае шкоди навколишньому середовищу, породжуючи екологiчнi проблеми. Тому максимальне вилучення вовняного жиру з мийних розчишв е актуальною проблемою.
Аналiз останшх досл1джень i публiкацiй
На сьогодшшнш день для вилучення вовняного жиру з ввдпрацьованих pозчинiв застосовуються фiзико-меxaнiчнi або xiмiчнi способи [10].
Серед фiзико-меxaнiчниx способiв вилучення вовняного жиру найб№шого поширення набули сепараторний (обробка мийних розчишв в вщцентровому пол1) i флотaцiйно-сепapaтоpний (флотaцiя мийних розчишв) способи [11]. В середньому шльшсть уловлених жиpiв при викоpистaннi фiзико-меxaнiчниx методiв жиродобування становить 60 - 65%. Однак, дан методи мають ряд недолiкiв: складне устаткування, велика витрата води, миючих зaсобiв i енеpгiТ, низька як1сть одержуваного цим способом жиpy-лaнолiнy через його забруднення та впливу на нього xiмiчниx пpепapaтiв, як1 використовуються при митт!
Хiмiчнi способи полягають в обробщ мийних pозчинiв piзними xiмiчними реагентами: кислотою, хлорним вапном, хлористим кaльцiем, бентонiтaми (колоТдними глинами), оргашчними розчинниками [12]. Повнота вилучення жиру цими способами досягае 90%, але при цьому жир зaсмiчений домшками, миючими засобами, мае пвдвищену кислотшсть. Кpiм того, потpiбне обладнання, стшке до впливу xiмiчниx речовин [4].
Внаслвдок перерахованих фaктоpiв iснyючi способи вилучення вовняного жиру мають високу собiвapтiсть i е нееколопчними.
Згiдно з даними [13], промивт води, як1 утворюються при промивщ вовни, мiстять грубо-диспеpснi домшки, так1 як пiсок, глина, волокна вовни, розчинеш мiнеpaльнi солi, в основному хлориди нaтpiю, кaлiю i магнш. Оpгaнiчнi склaдовi промивних вод - це лужш агенти (мило, сода, поверхнево-aктивнi речовини), солi жирних кислот, вовняний жир.
З огляду на досить високу лужшсть i нaявнiсть поверхнево-активних речовин, вовняний жир знаходиться у водi в стан стiйкоТ емyльсiТ, тому традицшш методи його вилучення мaлоефективнi i вимагають штенсифшацп. На думку aвтоpiв, нaйбiльш перспективними в цьому ввдношенш е фiзичнi методи впливу.
Так, на сьогодшшнш день вщомо використання фiзичного способу iнтенсифiкaцiТ отримання вовняного жиру, який полягае в електpодiaлiзi очищеноТ ввд грубодисперсних домiшок вовномийноТ води шляхом електрокоагуляци, що дозволяе видiлити до 89% вовняного жиру, дезодорувати i повернути очищену воду в цикл промивання вовни [14].
В якосл альтернативного способу екстракцп вовняного жиру з вовномийноТ води зapyбiжними вченими запропонований спосiб, заснований на дй' мiкpоxвиль (8 хв, 750 В, 2450 МГц) в поеднанш зi спiвpозчинником ацетон-гексан (1: 1) [15].
1нновацшним напрямком в технологи вилучення вовняного жиру е застосування високоенергетичноТ дискретноТ обробки (ВДО) [16, 17].
Формулювання мети дослщження
Мета досл1дження полягала у визначенш фiзико-xiмiчниx властивостей жиpовмiсниx промивних вод шд впливом ВДО.
Викладення основного матерiалу дослiдження
Досл1дженню поддавали воду шсля промивання нaпiвтонкоТ цигайськоТ вовни. У табл. 1 представлена характеристика показнишв промивних вод, яш в подальшому пiддaвaлися ВДО.
ВДО вовномийноТ води здшснювалася на лaбоpaтоpнiй установщ «Вега-6» з вapiювaнням тpивaлостi впливу вщ 30 с до 300 с.
Визначення питомоТ електpопpовiдностi, RedOx-потенщалу, температури, рН середовища та загальноТ кiлькостi iонiв лiпiдовмiсноТ води проводилося за допомогою комбiновaного тестера Combo HI 98129 («HANNA Instruments»). Точшсть вимipювaння даних величин в вимipювaниx iнтеpвaлax становила ± 0,5%.
Концентращя вiльниx paдикaлiв визначалася шляхом перманганатометричного титрування [18 -
Таблиця 1
Показники як'оси жировмкних промивних вод_
Показник Значення
Вмют завислих речовин, г/л 16,6
Розмiр частинок забруднень, мкм 100
Вмiст вовняного жиру, г/л 7-8
Вмют ПАР, мг/л 0,7
Загальна жорсткють, мг-екв/л 11,6
Прозорють, см 2
Мутнють, мг/л 132
рН середовища 7,65
Змiна в'язкостi промивних вод пiд впливом ВДО було дослвджено за методом Оствальда шляхом вимiрювання тривалостi часу випкання рвдини за допомогою скляного капiлярного вiскозиметру.
Вплив тривалостi ВДО на зм^ поверхневого натягу промивних вод було визначено сталогмометричним методом шляхом рахунку крапель.
Для визначення впливу ВДО на фiзико-хiмiчнi властивосп вовномийно! води в роботi визначали таю показники як: питома електропроввдтсть, RedOx-потенцiал, температура, рН середовища i загальна к1льк1сть iонiв. Результати дослвдження представленi в табл. 2.
Таблиця 2
Дослвдження впливу ВДО на фiзико-хiмiчнi показники промивних вод_
Час обробки, с Питома електропровщнють, мкСм/см ЯеЮх- потенщал, мВ Температура, °С рН Загальний вмют юшв, мг/л
0 2969 60 18 8,35 1487
30 2917 64 25 8,80 1414
60 2875 67 28 8,88 1348
90 2867 68 31 9,07 1340
120 2861 71 35 9,13 1333
150 2861 85 43 9,32 1324
180 2849 86 43 9,37 1310
240 2841 89 43 9,36 1304
300 2837 93 43 9,40 1298
Аналiз отриманих результатiв показав, що зi збiльшенням тривалостi ВДО спостертаеться зниження питомо! електропровiдностi вовномийних вод i загального вмiсту iонiв, тдвищення показника рН середовища, температури i RedOx-потенцiалу. Це пояснюеться тим, що ВДО сприяе створенню областi з високою концентращею мехашчно! енерги, яка призводить до виникнення велико! ударно! сили i високого тиску. Шдвищення температури в свою чергу впливае на водневi зв'язки, при цьому руйнуються кластернi комплекси води i гiдратнi оболонки навколо iонiв з утворенням вiльних радикалiв, наявнiсть яких сввдчить про хiмiчних перетвореннях в вод^
Однак iнформацiя, що стосуеться хiмiчних перетворень в промивних водах тсля промивання вовняного волокна, вщсутня. Тому було визначено к1льк1сть вшьних радикал1в, як1 виникають в промивних водах при ВДО. Отримаш результати представлеш на рис. 1. и 2,5
и
я
«
й ^
X я я л
'3
'а
й а н я
я я о
и
2 -■
1,5 -
1 -■
0,5 -■
0
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Час електроразрядно! обробки, с Рис. 1. Залежнкть концентраци вiльми\ радика. мв ввд тривалостi ВДО
Зпдно з даними, представленими на рис. 1, концентратя вшьних радикалiв зростае зi зб№шенням тривалостi ВДО. Причому протягом перших 30 с обробки спостертаеться рiзке збiльшення концентрат! вiльних радикалiв до 1,63 ммоль/л. При подальшому збшьшенш тривалостi обробки до 180 с концентращя в№них радикалiв збiльшуеться рiвномiрно (2,02 ммоль/л), а бiльше 180 с - не призводить до значного тдвищення !х концентраци (2,75 ммоль/л).
Зпдно з лпературними даними [16, 17, 22] каштащя призводить не пльки до хiмiчних, а й до структурних змiн в водг У роботах Вiтенька Т.М. [17, 18, 23] показано, що реструктуризащя води характеризуеться змiною в'язкосп i поверхневого натягу. Тому в робоп було вивчено вплив тривалосп ВДО на в'язк1сть i поверхневий натяг промивних вод. Отриманi дат представленi на рис. 2 i 3.
1,05
х я
я с
и
я
о
я
л &
'2
т
1,025 1
0,975 0,95 0,925 0,9 0,875
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Час ВДО, с
Рис. 2. Вплив часу ВДО на в'язккть промивних вод
Аналiз результапв, представлених на рис. 2, показуе, що зi зб№шенням часу ВДО спостертаеться зниження в'язкосл промивних вод. Так, при обробт дослщжувано! води протягом 60 с спостертаеться значне зменшення показника в'язкостi з 1,2 м2/с до 0,86 м2/с, а при тривалосп обробки бiльше 180 с наступае стан рiвноваги дослвджувано! водно! системи. Це, на наш погляд, можна пояснити тим, що тд впливом кавiтацi! вiдбуваеться процес реструктуризацi! води.
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Час ВДО, с
Рис. 3. Вплив тривалосп ВДО на поверхневий натяг промивних вод
Результата визначення поверхневого натягу (рис. 3) показали, що його максимальне зниження з 39,75 сН/м до 37,70 сН/м спостертаеться при тривалосп обробки 180 с. З подальшим збшьшенням часу ВДО поверхневий натяг змiнюеться несуттево. Це можна пояснити тим, що в результат високодискретного впливу розриваються водневi зв'язки асощапв води, сили взаемного тяжшня мiж молекулами всерединi кластерiв i в поверхневому шарi послаблюються, що призводить до зниження поверхневого натягу.
Комплексний аналiз результапв визначення фiзико-хiмiчних властивостей промивних вод сввдчить про те, що тд дiею ВДО ввдбуваються хiмiчнi i структурнi перетворення, що призводить до змши властивостей вах складових лiпiдовмiсно! системи.
Найб№ш значнi хiмiчнi i структурнi змши в промивних водах вщбуваються при тривалосп обробки 180 с.
Висновки
Для тдвищення ефективносп вилучення вовняного жиру в роботi запропоновано застосування
ВДО вовномийних вод. Визначено, що шд впливом ВДО в жировмюних вовномийних водах вщбуваються х1м1чш i структурш перетворення, що сприяють штенсифжацп процесу вилучення ланолшу.
Список використанот лiтератури
1. Васильева Л.Г. Научно-технические разработки в технологии извлечения и рафинации шерстного жира: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора тех. наук: спец. 05.18.06 - «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» / Л.Г. Васильева. - Краснодар, 1993. - 45 с.
2. Сарафанова Л.А. Пищевые добавки: энциклопедия / Л.А. Сарафанова, Изд. 2-е. - СПб.: Изд.-во Гиорд, 2004. - 808 с.
3. Comyns Alan E. Encyclopedic dictionary of named processes in chemical technology / Alan E.Comyns.
- CRC Press, 2014. - 416 р.
4. Первичная обработка шерсти: Учебник для средн. спец. учебн. заведений / Горбунова Л.С., Рогачев Н.В., Васильева Л.Г., Колдаев В.М. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. -352 с.
5. Ластухш Ю.О. Харчовi добавки. Е-коди. Будова. Одержання. Властивосп / Ю.О. Ластухш. -Львiв: Центр бвропи, 2009. - 836с.
6. Branen Larry A. Food Additives / A. Larry Branen, P. Michael Davidson, Seppo Salminen, John Thorngate. - CRC Press, 2001. - 952 р.
7. Mahindru S.N. Food Additives / S.N. Mahindru. - APH Publishing, 2009. - 339 р.
8. Ланолин фармакологический. Косметологам, фармацевтам, ветеринарам ... [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://lanolin.in.ua/o-lanoline/
9. MacWilliam L. Nutri-search comparative guide to nutritional supplements / L. MacWilliam // 5th Professional edition Paperback, 2014. - 128 р.
10. Мороз А.Н. Анализ способов извлечения шерстного жира из сточных вод фабрик первичной обработки шерсти / А.Н. Мороз, А.Д. Черенков // Вюник НТУ «ХП1». - 2011. - №12. - С. 146151.
11. Васильева Л.Г. Шерстный жир - ланолин. Сырье и технология / Л.Г. Васильева, Н.К. Тимошенко // Волгоград: типография Химпром, 2002. - 160 с.
12. The Lanolin Book (edited by Udo Hoppe). - Published by Beiersdorf AG, Hamburg, 1999. - 285 р.
13. Типовой технологический режим первичной обработки шерсти. М.: ЦНИИТЭИлегпром, 1983. -80 с.
14. Ахатова З.С. Извлечение шерстного жира из промывных вод шерсти в лабораторных условиях электродиализным способом / З.С. Ахатова // «Химический журнал Казахстана». - 2004. - №4. -С. 151 - 154.
15. Lopez-Mesas M. Microwave enhanced extraction of wool wax from solid wool scour wastes / M. Lopez-Mesas, F. Carrillo, M. Crespi // Anal. Chim. - 2003. - Р. 255 - 260.
16. Промтов М.А. Машины и аппараты с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества : учеб. пособие / М.А. Промтов. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 136 с.
17. Вггенько Т.М. Гiдродинамiчна кавггащя у масообмшних, хiмiчних i бюлопчних процесах: монография / Вгтенько Т.М. - Тернотль: видавництво Тернотльського державного техшчного ушверситету iм. I Пулюя, 2009. - 224 с.
18. Витенько Т.Н. Механизм активирующего действия гидродинамической кавитации на воду. / Т.Н. Витенько, Я.М. Гумницкий // Химия и технология воды. - 2007. - Т. 29, №5. - С. 16 - 23.
19. Аристова Н.А. Особенности осуществления реакций под действием вспышечного коронного электрического разряда / Н.А. Аристова, И.М. Пискарева // Журнал технической физики. - 2002.
- Том 72, вып. 10. - С. 41 - 44.
20. Домрачеев Г.А. Эффективность образования пероксида водорода и радикалов воды в природе / Г.А. Домрачев [и др.]; под ред. Г.А. Домрачеева. - Нижний Новгород, 2000. - 39 с. - (Препринт ИПФ РАН № 537).
21. Спиров Г.М. Активные факторы электрического разряда. / Г.М. Спиров, И.М. Пискарев. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.SciTecLibrary.ru.
22. Есиков С.А. Гидродинамические характеристики суперкавитирующих реакторов для кавитационной обработки питательной воды диффузионных аппаратов свеклосахарного производства: автореф. дис. на соискание ученной степени канд. техн. наук: спец.: 05.17.01. -«Технология неорганических веществ» / С.А. Есиков. - Одесса, 1977. - 16 с.
23. Витенько Т.Н. Экспериментальная оценка химического действия гидродинамической кавитации // Вюник ТДТУ. - 2009. - Т. 14, №2. - С. 165 - 170.
