TRANSESTRYFIKACJA W SYNTEZIE ESTRÓW METYLOWYCH OLEJU RZEPAKOWEGO

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

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.

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

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 109,5^o) 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.

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.

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.

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),

- 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 (OR²), 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.

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 50-60^oC). 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 –

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.

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.

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.

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.

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

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.

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 50^oC (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

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 20^oC, 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. 20^oC [g], mp - masa piknometru z olejem o temp. 20^oC [g],

ρ – gęstość wody w temperaturze 20^oC, która wynosi 0.998 g/cm³. Aparatura:

Ogrzewanie pod chłodnicą zwrotną i rozdzielanie Piknometr do oznaczania gęstości

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.