Emulgatorproduktion - Nexus pilotsyntese projekt - Palsgaard

Side 1

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 1 af 13

Indledning ............................................................................................................................................ 2 Emulgatorers opbygning og anvendelse .............................................................................................. 3 Emulgatorers opbygning .................................................................................................................. 3 Anvendelse af Emulgatorer .............................................................................................................. 5 Fremstilling af monoglycerid ............................................................................................................... 6 Reaktion til monoglycerid ................................................................................................................ 7 Interesterifikation - glycerol og triglycerid: ................................................................................. 8 Direkte forestring – glycerol og fedtsyrer: ................................................................................... 8 At forestre .................................................................................................................................... 8 Separation....................................................................................................................................... 10 Centrifugering ............................................................................................................................ 11 Destillation ................................................................................................................................. 11 Tyndlagsdestillation ................................................................................................................... 12 Kortvejsdestillation .................................................................................................................... 12 Produktudvikling på Palsgaard .................................................... Fejl! Bogmærke er ikke defineret.

Monoglycerid på FH Rucawar ..................................................... Fejl! Bogmærke er ikke defineret.

Kilder ........................................................................................... Fejl! Bogmærke er ikke defineret.

Side 2

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 2 af 13

Indledning

Denne rapport har til formål at give dig som læser et grundigt indblik i emulgatorernes verden. En verden, som hos verdens ældste emulgatorproducent, Palsgaard, kommer til udtryk i tre overordnede elementer; produktion, salg og udvikling af emulgatorer.

I ugerne 33 og 34 år 2009 har jeg, som procesoperatørelev på Palsgaard, været i praktik i Nexus’ pilotsyntese, Nexus er et forsknings og udviklingsselskab tilknyttet Palsgaard. Hos Nexus har jeg udarbejdet et projekt om produktion af monoglycerider. Det praktiske projekt har omhandlet procesoptimering ved destillation, i pilotskala, til anvendelse for fabrikken ved fremtidig produktion af en ny emulgatortype.

Jeg har dokumenteret mit projekt i en journal til Palsgaards til videre arbejde med den nye emulgatortype, journalen er vedlagt denne rapport som første bilag.

Slutteligt har jeg udarbejdet denne rapport, som omhandler emulgatorer, hovedsageligt typen glycerolmonoester, også kendt som monoglycerid, disses anvendelse og en grundig beskrivelse af deres fremstilling.

Rapporten indeholder også et afsnit, som belyser hvordan produktudviklingen på Palsgaard foregår.

Jeg vil i forbindelse med dette projekt takke de to Palsgaard-ansatte ingeniører og teknikere Eva Hammervig og Vibeke Garrigues Horn, som har stået bag en stor del af forsøget, været fantastiske vejledere og samtidig yderst villige til at lære mig om alt fra processer og emulgatorer i fabrikken til uddannelse og samarbejde i virksomheden.

Side 3

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 3 af 13

Emulgatorers opbygning og anvendelse

Emulgatorer er stoffer, som kan få vand og olie til at hænge sammen. Emulgatorfunktionaliteten anvendes bl.a. i brød, is, margarine, mayonnaise, jordnøddesmør, dressing, kager, ris, pasta, desserter, kartoffelmos, slik, chokolade og tyggegummi.

Emulgatorer fremstilles af naturprodukter som vegetabilske olier og animalske fedtstoffer. Raps-, palme- og sojaolie er eksempler på vegetabilske olier, mens de animalske fedtstoffer kan være svinefedt og oksetalg.

Olie og vand kan takket være emulgatorer bindes sammen i en blanding, hvor små dråber af fx olie kan fordeles jævnt i vand uden at være opløst. En sådan blanding, hvor enten små oliedråber optræder i vand eller små vanddråber optræder i olie, kaldes en emulsion.

Forsøger man uden emulgatorer at blande olie og vand, så vil væskerne adskille sig, da olie og vand skyr hinanden. I hverdagen opdager man det oftest når man laver mad, forsøger man fx hælde olie i vandet når man laver pasta, så ligger olien sig hurtigt ovenpå vandet – og det skyldes ikke kun oliens lavere densitet.

Fig. 1 illustrerer tydeligt, hvordan olien ligger ovenpå vandet i glasset til venstre. Ryster man blandingen til venstre får man i første omgang en homogen blanding af olie og vand, som ses til højre, også kaldet en emulsion. Lynhurtigt vil olien dog samle sig i større opaddrivende dråber og blandingen vil igen vende tilbage til et todelt stadie.

Ved at tilsætte emulgator inden omrystningen kan man blive i stand til at bibeholde emulsionen, man kalder det en stabil emulsion.

Emulgatorers opbygning

At vand og olie ikke er opløselige eller blandbare i hinanden skyldes, at vand er polært, og olie apolært, og væsker af de typer vil altid sky hinanden.

For at opnå en stabil emulsion skal et emulgatormolekyle forene egenskaberne for polære og

apolære molekyler, det opnås ved at binde et apolært/lipofilt og upolært/hydrofilt molekyle

sammen.

Et emulgatormolekyle kan meget forenklet illustreres med en hydrofil kugle og en hydrofob hale, som ses på Fig. 2 herunder:

Den hydrofile ende bindes til polære molekyler, såsom vand, med hydrogenbindinger, mens der dannes svage bindinger mellem den hydrofobe hale og de apolære molekyler.

Der findes mange forskellige strukturer for emulgatorer, hvormed man danner stoffer, som forener de hydrofile og lipofile egenskaber.

Monoglycerider, som dog kan variere meget i udformning, er den hyppigst anvendte emulgatortype.

Et monoglycerid består af et glycerolmolekyle hvor én af alkoholgrupperne er erstattet af en fedtsyrekæde bundet i en esterbinding. Et eksempel på et monoglycerids struktur er glycerolmonostearat, som ses på Fig. 3:

Side 4

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 4 af 13

I glycerolmonostearat er kun en (mono) stearinsyrekæde (stearat) bundet til glycerolen, og derfor navngives molekylet glycerol-mono-stearat.

Glycerol er en alkohol og indeholder derfor hydroxygrupper.

OH-grupperne forskyder ladningen i molekylet da oxygen vil trække elektronskyet i sin egen retning og dermed skabe en ubalance, ses på fig. 4.

Ladningsforskydningen i molekylet muliggør dannelsen af hydrogenbindinger til andre molekyler.

Det er disse hydrogenbindinger i den hydrofile del af molekylet, som giver emulgatoren den hydrofile egenskab, da vand også holdes sammen af hydrogenbindinger, og derfor vil blandes med emulgatorens glycerolende.

Alkaner, fedter og fedtsyrekæder, holdes sammen af Wan-Der-Walls kræfter. [1] Jo større molekyler er, des stærkere virker disse intramolekylære Wan-Der-Walls kræfter. Da fedtsyrekæderne på emulgatorer typisk er lange kæder (C-12 til C-22) dannes der altså stærke tiltrækningskræfter

mellem emulgatorens lipofile ende og andre fedter/olier.

Følgende tekst, markeret med kursiv, er hentet og indsat fra opgaven ”Udviklingen i den kemiske industri Danmark” af Peter S. Andersen.

Afsnittet forklarer på samme vis, som jeg selv havde til sinde at gøre, om de videre delemner i emulgatorernes opbygning.

Blandes emulgatorer i vand, vil emulgatormolekylerne nær vandoverfladens hydrofile del vende ned i vandet, mens den hydrofobe del vil stikke op i luften. I selve væsken vil emulgatorerne samles i klynger, som ligner kugler med den hydrofile ende ud mod vandet. Disse kuglelignende klynger kaldes for miceller. I en liter mælk er der cirka

  12
102⋅

miceller, men de er ikke særligt store og har normalt kun en diameter på omkring m µ

5

. Emulgatorer nedsætter altså overfladespændingen ved at påvirke vandoverfladen og andre grænseflader. På samme måde som sæbe og tensider er emulgatorer overfladeaktive stoffer.

Emulgatorer gør små oliedråber endnu mindre og fordeler dem ensartet i vand. De små dråber forhindres i at slå sig sammen, da de hydrofile grupper stritter ud gennem dråbeoverfladen mod vandet. I en olie-i-vand emulsion er de bittesmå dråber af olien eller fedtstoffet indkapslet i en skal af emulgatormolekyler. I vand-i-olie emulsionen vender de hydrofobe grupper ud mod den

                                                                          2
omgivende olie, mens emulgatormolekylernes hydrofile kugler er trængt ind i vanddråberne . Det

ses på Fig. 5

1

Isis Kemi B s. 16

2

http://www.fys.dk/perspektiv/per/ke/03ke/haefte/6_noedvendig.html

Esterbinding

Fig. 3

Side 5

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 5 af 13

Vand-i-olie Olie-i-vand

Smør er et godt eksempel på vand-i-olie emulsionen med ca. 20 % vand i smørfedt. Omvendt er mælk et godt eksempel på en olie-i-vand emulsion, hvor der er 3-4 % smørfedt i vand [3].

Anvendelse af Emulgatorer

Emulgatorer har mange forskellige anvendelsesformer, de fleste emulgatorer bruges dog i fødevarer, mens en mindre del bruges til plast, kosmetik og maling.

Følgende afsnit om anvendelse af emulgatorer er hentet og indsat fra opgaven ”Udviklingen i den kemiske Industri i Danmark” af Peter S. Andersen.

Afsnittet forklarer på mit eget niveau hvorledes anvendelsen af emulgatorer finder sted.

Nogle emulgatorer kan styrke melets indhold af gluten og dermed forlænge det færdige brøds holdbarhed samt forbedre hvedemelets bageegenskaber. Franskbrød og rundstykker får derved en mere ensartet struktur og kvaliteten ændres ikke. Dejen kan tilmed tåle den mekaniske behandling som industriel brødfremstilling udsætter den for.

Emulgatorer anvendes også i spaghetti, kartoffelmosprodukter og andre stivelsesholdige fødevarer, da emulgatorerne forhindrer disse fødevarer i at klæge eller klistre ved opvarmning.

Vegetabilske fløder, piskedesserter og lignende produkter er mere holdbare og mindre fedtholdige end piskefløde, fordi de er fremstillet vha. emulgatorer. Emulgatorerne hjælper de små fedtdråber til at hænge sammen, og på den måde kan de bedre holde på den indpiskede luft. Dette gør, at

                                      4
skummet i piskeprodukter bliver pænt og stabilt .

Smør, margarine og mayonnaise består hovedsageligt af fedtstof. En ensartet og stabil emulsion er vigtig for margarines holdbarhed og konsistens, og til dette formål bruges en emulgator.

Forskellige emulgatorer skal bruges til forskellige margarinetyper. Stegemargarine skal helst ikke sprøjte under stegning og derfor bruges en emulgator, som forhindrer dette. Pga. det høje vandindhold kræver lavkaloriemargarine og kalorielet mayonnaise særlige emulgatorer. Mono- og diglycerider i varierende mængdeforhold er en god emulgator for lavkaloriemargarine og

                  5
kalorielet mayonnaise .

I de senere år er det ikke kun fødevareindustrien, som har været interesseret i emulgatorer.

Interessen har bredt sig til områder som kosmetik, plast og farmaceutiske produkter. I mange tilfælde fungerer emulgatorerne på samme måde som i spiselige produkter. I margarine og ansigtscreme vil man i begge produkter have, at olie og vand danner en pæn, ensartet emulsion.

Derfor udnyttes samme egenskaber i emulgatoren, om man laver margarine eller ansigtcreme.

3

Kend kemien 1 af Henrik Parbo m.fl. side 24

4

http://www.fys.dk/perspektiv/per/ke/03ke/haefte/2_hvad.html

5

http://www.fys.dk/perspektiv/per/ke/03ke/haefte/4_tilsaetning.html

Side 6

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 6 af 13

I plastindustrien bruges emulgatorer af helt andre hensigter. Her kan emulgatorers funktionalitet tilføre plast forholdsvis nyopdagede og meget anvendelige egenskaber.

Emulgatorer kan erstatte de udskældte fthalater, da de har samme blødgørende virkning, og man dermed kan eliminere kræftrisikoen, som er forbundet med brugen af fthalater. [6]

I plastemballage kan emulgatorer forhindre, at emballagen tiltrækker sig støv og snavs ved at fjerne den statiske elektricitet.

Emulgatorerne kan også ændre overfladespændingen i plast til fx drivhuse, hvilket derved hæmmer

                         7
dannelsen af fugt på indersiden .

Fremstilling af monoglycerid

Produktion af monoglycerid er en kompliceret teknisk kemisk proces, som indebærer flere reaktioner og efterfølgende separation af det dannede produkt i flere trin.

Anlæg til produktion af monoglycerider kan opdeles i to dele; en reaktions- og en separationsdel.

Hvordan anlæggene mere specifikt er udformet er ofte hemmeligholdt af producenterne, da anlæggenes effektivitet og egenskaber varierer meget, direkte sammenhængende med deres tekniske udformning.

Det generelle procesflow uafhængigt af producenternes knowhow er skitseret nedenfor [8] på figur 6.

Palsgaards anlæg til produktion af monoglycerid ved interesterifikation bygger selvfølgelig også på ovenstående princip.

6

http://www.ecoinnovation.dk/Emneoversigt/Danske_cases_og_resultater/Danske_succeshistorier/Case_Danisco_altern

ativ_ftalater.htm
7

http://www.fys.dk/perspektiv/per/ke/03ke/haefte/2_hvad.html

8

Dansk kemi s. 24

Afglycerineringskolonne

Kondensator

Glycerol

Triglycerid

Reaktor

Di- og triglycerid

Monoglycerid > 90%

Kortvejsdestillation

Fig. 6

Side 7

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 7 af 13

Anlæggene er udformet til kontinuerlig produktion med indvejning i batches efterfulgt af omrørte buffertanke, hvorfra anlægget fødes med et jævnt flow.

Reaktoren er udført som en rørreaktor hvilket betyder, at de afvejede batches fødes ind i reaktoren med et jævnt flow gennem en rørstreng. Denne rørstreng, som udgør reaktoren, roterer og har en uens inderside. Den uens inderside skaber stor turbulens i væsken, der sammen med omrøringen medfører en stor berøringsflade, hvilket er nøglen til en god reaktion. [9]

Reaktionstemperaturen er meget høj (>200°C) og der anvendes en basisk katalysator.

Efter endt reaktion har man fremstillet et blandingsprodukt bestående hovedsageligt af; monoglycerid, diglycerid, triglycerid og fri glycerol.

Indholdet af monoglycerid i reaktionsproduktet er mellem 40 og 60 %. [10]

Da man i et slutteligt produkt ønsker et indhold på mere end 95 %, så skal der altså frasepareres store mængder af de andre stoffer.

Det afkølede produkt centrifugeres for at sortere den uopløselige glycerol fra.

Efter centrifugeringen ledes produktet først gennem en og derefter gennem en kortvejsinddamper (P for at fjerne den del af glycerinen, som er opløselig. Efter centrifugeringen og de to destillationer er indholdet af glycerol reduceret til ca. 0,5%.

Det sidste step er adskillelse af monoglycerid fra diglycerid og triglycerid, som foregår i en kortvejsinddamper. Monoglyceridindholdet i produktet er som færdigvare opkoncentreret til > 95%.

Den adskilte remanens fra kortvejsdestillationsprocessen ledes tilbage til reaktoren og anvendes som substitut for triglyceridet i råvareblandingen.

Den nærmere forklaring på destillationens virkemåde beskrives i rapportens afsnit om

separation/destillation side 10.

Reaktion til monoglycerid

Den typiske emulgator er monoglycerid, som jeg nøjes med at forholde mig til ved denne beskrivelse af reaktionsmekanismer.

Ved reaktion til monoglycerid dannes en esterbinding mellem glycerolen og kulbrintekæden.

Dermed opnås den tidligere omtalte emulgatoreffekt ved at have dannet et molekyle som både er polært og apolært.

I industriel skala anvendes to former for reaktioner ved produktion af monoglycerider;

Interesterficering og direkte forestring.

9

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Kemisk_laboratorie-

_og_fabriksterminologi/kemisk_reaktor
10

Willi Fischer s. 2

Side 8

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 8 af 13

Interesterifikation - glycerol og triglycerid:

Interesterifikation udmærker sig ved at være en forholdsvis billig fremstillingsmetode fordi råvareomkostningerne er lavere end ved direkte forestring. Da råvarerne udgør omkring ¾ dele af produktionsprisen for monoglycerider [11] er det derfor også naturligt, at interesterifikation i dag er anvendt ved fremstilling af mere end 90% af alle monoglycerider. [12]

Ved interesterifikation anvendes olier, hvori fedtsyresammensætningen [13] varierer, fordi oliemolekylet ikke har været adskilt og de enkelte molekyler vil derfor indeholde flere forskellige fedtsyrekæder, fx C:18 og C:20-kæder på det samme glycerolskelet. Sammensætningen af fedtsyrerne i råolien afspejler sig direkte i det slutproducerede monoglycerid-produkt.

Direkte forestring – glycerol og fedtsyrer:

Direkte forestring er som ovenfor nævnt væsentlig dyrere end interesterifikation.

Grunden til, at der overhovedet anvendes direkte forestring er, at man ved denne proces kan styre præcis hvilke kulbrintekæder man ønsker at binde til glycerol, hvilket ikke er muligt ved interesterifikation.

Ved direkte forestring bruges frie fedtsyrer, som kan fremskaffes bestående af udelukkende én type fedtsyre.

Dermed kan man altså med direkte forestring fremstille et mere rent monoglyceridprodukt hvor den lipofile del består udelukkende af fx C:18, i stedet for at være en sammenblanding af fx C:18 og C:20. Renheden betyder, at man kan bedre bestemme funktionaliteten for monoglyceridet, da forskellige kulbrintekæder giver monoglycerider forskellige egenskaber.

At forestre

Som det ses på figur 3 på side 5 er alle monoglycerider bundet sammen Fig. 8 af esterbindinger. En esterbinding er en binding hvor oxygen indgår som substitut for carbon i kulbrintekæden og hvor et af de omgivende carbonatomer binder sig med en dobbeltbinding til et oxygenatom.

Figur 8 til højre illustrerer den generelle form for en esterbinding.

Procesteknisk forstås den store forskel mellem direkte forestring og interesterifikation ved dannelsen af vand. Vand bliver dannet ved direkte forestring, mens der ved interesterifikation ikke dannes vand.

For at beskrive mere præcist hvorfor råvarerne er dyrere ved direkte forestring skal man kende til stoffernes strukturer.

Med figur 9 nedenfor har jeg forsøgt at illustrere følgende beskrivelse;

Triglycerider er molekyler hvor tre alkaner eller alkener er bundet til et glycerolskelet.

Frie fedtsyrer er som navnet antyder fedtsyrekæder som ikke er bundet til andre stoffer.

De frie fedtsyrer er fremstillet af triglycerider. Esterbindingerne i triglyceridet er brudt og af det dannede produkt udvindes de frie fedtsyrer.

Når de frie fedtsyrer anvendes til emulgatorproduktion bindes de igen til glycerolmolekyler, de skilles altså først fra et glycerolmolekyle, og bindes bagefter til et nyt glycerolmolekyle. Det resulterer altså i to processer for de frie fedtsyrer.

11

Willi Fischer s. 13

12

Willi Fischer s. 8

13

Sammensætningen af de kulbrintekæder som danner lipidet. Kan variere fra C:12 til C:22

Side 9

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 9 af 13

Ved interesterifikation flyttes to fedtsyrekæder fra triglyceridet til hver sit glycerolmolekyle, og produktet er monoglycerid, der er altså kun en proces. Den anden proces kan dermed spares væk, hvilket er årsagen til de billigere råvarer ved interesterifikation.

Ved interesterifikation til monoglycerid, er det nødvendigt at bruge en katalysator for at sænke reaktionens aktiveringsenergi. Brugen af en katalysator kan nedsætte energibehovet, og dermed prisen, mærkbart.

Katalysatoren er oftest basisk ved interesterifikation. Brugen af en basisk katalysator gør reaktionsproduktet mere stabilt, fordi det ikke reverterer [14] når det afkøles i modsætning til en syrekatalyseret reaktion hvor produktet vil revertere mærkbart under afkøling, samtidig forløber en

                                              15
syrekatalyseret reaktion også mere trægt end den basiske.

14

At reaktionen med dannelse af monoglycerid som produkt forløber baglæns

15

http://books.google.com/books?id=qdyi2bUxWpkC&pg=PA79&lpg=PA79&dq=monoglycerid+acid+catalyst&source=
bl&ots=JmQDC8VXtQ&sig=c0Q6FNstbaqa50aUjUKEJ7lx6-c&hl=da&ei=FNLlSrWsIZGSsgPr5-
yrAw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=5&ved=0CCIQ6AEwBA#v=onepage&q=&f=false s. 79, 80 og 81

Interesterfikation Direkte forestring

Fig. 9

Triglycerid

Glycerol, frie fedtsyrer

Monoglycerid

Side 10

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 10 af 13

Figuren ovenfor er en illustration af interesterfikation, reaktionen mellem glycerol og triglycerid.

Først (øverst) ioniseres katalysatoren og reagerer med triglyceridet, esterbindingen i triglyceridet bliver altså brudt, og produktet er en sæbe og et diglycerid.

Sæben er meget ustabil, og reagerer hurtigt med en hydroxygruppe på glycerolen (nederst). Det betyder, at der dannes monoglycerid, og katalysatoren samtidig frigives på sin oprindelige form, så den kan katalysere en ny reaktion.

Diglyceridet, som er dannet ved den første reaktion, kan så videre reagere med frit glycerol via katalysatoren og danne nyt monoglycerid.

Figur 11 illustrerer direkte forestring, som selvfølgelig også forløber via en katalysator, katalysatoren er dog ikke illustreret her.

Hydroxygruppen på den frie fedtsyre reagerer med brintatomet fra glycerolens hydroxygruppe, hvilket resulterer i fraspaltning af vand.

Reaktionen mellem hydroxygrupperne betyder, at fedtsyren bliver positiv ladet mens alkoholen bliver negativ ladet, de reagerer derfor hurtigt med hinanden og danner monoglycerid.

Efterhånden som en batch reagerer opkoncentreres indholdet af vand såfremt det ikke fjernes, og reaktionen til monoglycerid forløber mere træg fordi den er reversibel. Da reaktionstemperaturen er langt over kogepunktet for vand, vil dette afgasse og dampene kondenseres i en ekstern kondensator, hvorfor det alligevel ikke sænker reaktionshastigheden.

Separation

Produktion af emulgator ved kemisk reaktion er en ligevægt, denne ligevægt har man forskudt mod dannelse af monoglycerid ved at tilsætte et overskud af glycerol, som efter en given tid vil udskille som selvstændig fase i så fald reaktionsproduktet får lov at henstå.

Efter denne adskillelse af den fri glycerol, består produktet af monoglycerid (ca. 50%), [16] resten er består af triglycerid (ca. 3%), glycerol (ca. 7%) og diglycerid (ca. 40%).

Da emulgatoreffekten kommer fra monoglyceridet, og de andre stoffer delvis udvander denne, samtidig med at de kan anvendes som råvarer, er det altså nødvendigt at separere reaktionsblandingen med henblik på opkoncentrering af monoglycerid.

16

Willi Fischer s. 6

Fig. 11

Side 11

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 11 af 13

Centrifugering

Først centrifugeres produktet i en centrifuge ved 6500 omdr/min.

Her udnyttes det, at den fri glycerol har en densitet, som er væsentlig højere end fedterne og emulgatorerne. G-kraften, som væskerne påvirkes af, medfører, at glycerolen kan tappes af centrifugen som tung fase, mens fedterne tappes af centrifugen som let fase.

Centrifugering af produktet erstatter den henstand som reaktionsproduktet ellers skulle gennemgå, og nedsætter dermed produktionstiden.

Efter centrifugeringen er der dog stadig glycerol i den lette fase, i en mængde svarende til opløseligheden for glycerol i fedt ved den pågældende temperatur.

Destillation

Destillation er en anden separationsteknik som kan anvendes til at adskille forskellige kemiske stoffer fra hinanden.

Alle stoffer har smelte- og fordampningspunkter. Disse punkter er temperaturmarkeringer som indikerer ved hvilken given temperatur et stof skifter stadie fra fast til flydende eller fra flydende til gas, begge punkter angives dog ved atm. tryk. [17] [18]

Som eksempel kan det være godt at nævne vand, fordi enhver ved, at vand ved atmosfæretryk fryser ved 0°C (smeltepunkt) og fordamper ved 100°C (fordampningspunkt).

For ethanol (sprit) gælder det, at fordampningspunktet er 72°C ved atm. tryk.

Ved at opvarme en blanding bestående af vand og sprit til en temperatur lidt højere end kogepunktet for sprit, kan man fordampe spritten næsten fuldstændig fra vandet, og dermed separere de to væsker.

Da gas er uhåndterligt, er det selvfølgelig ønskeligt at fortætte den fordampede gas. Denne fortætning skabes i en kondensator, hvor man bringer det fordampede stof under kogepunktet igen.

Med fordampning og efterfølgende kondensering af gasser kan man altså skille en væskeblanding

ad i forskellige fraktioner/stoffer.

Destillation er nok mest kendt i forbindelse med olieraffinering, som har til formål at adskille råolien i forskellige stoffer, fx benzin, diesel og fuelolie.

Destillation er som en teknisk kemisk proces dyr at udføre. Det skyldes, at det kræver en stor energimængde, at fordampe stoffer. Den energi som det fx kræver at bringe vand fra væskeform,

<100°C, til dampform, >100°C, er ca. syv gange højere end den energi det kræver at opvarme vand

én °C.^{19}

17

http://da.wikipedia.org/wiki/Smeltepunkt

18

http://da.wikipedia.org/wiki/Kogepunkt

19

Orbit B s. 50

Side 12

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 12 af 13

Nogle stoffer , har meget høje kogepunkter – fx tjære, som bruges til produktion af asfalt. Selvom kogepunktet er meget højt, er det nødvendigt at destillere stoffet fra råolien sammen med benzin og dieselolie.

Af to årsager er det meget nyttigt at kunne sænke et stofs kogepunkt.

For det første kræver det, som tidligere nævnt, meget energi at udføre en separation af stoffer via destillation.

For det andet kan forskellige stoffer dekomponere (omdannes) ved en given høj termisk (varme) påvirkning.

Sænkning af et stofs kogepunkt kan opnås ved at sænke det tryk, som omgiver den væske hvorfra man vil fordampe et eller flere stoffer. Det skyldes, at tryk og temperatur begge er parametre som har betydning for et stofs kogepunkt.

Destillation som metode til separation kan opdeles i indtil flere forskellige teknikker. Jeg vil dog kun forholde mig til de to teknikker som Palsgaard anvender ved produktion af emulgatorer; tyndlags- og kortvejsdestillation.

Tyndlagsdestillation

En tyndlagsinddamper, figur 12, er opbygget af en dobbeltkappet kolonne, hvor væsken bliver pumpet ind i toppen og fordelt jævnt ud på indersiden af den inderste kappe som en meget tynd film.

Tyngdekraften betyder naturligvis, at væsken søger nedad, undervejs nedad bliver væsken omrørt af et cylinderformet gitter med ruller som roterer på indersiden af kappen.

Mellem den inderste og yderste kappe strømmer olie med en given temperatur.

Olien på kolonnens kappe skaber sammen med trykket i kolonnen (typisk 5-10mbar) de omstændigheder, der skal til at fordampe det ønskede stof.

Gassen som er fordampet trækkes op gennem inddamperkolonnen og via et rør over i en ekstern kondensator, hvori der er køleribber, som sænker gassens temperatur og dermed får den fordampede gas til at fortætte igen.

Da gassen ved tyndlagsinddampning skal strømme fra kolonnen og over i kondensatoren kræves der en relativ stor trykforskel hvilket betyder, at trykket typisk ikke kan sænkes til mindre end 5 mbar i kolonnen.

Da en tyndlagsinddamper er opbygget med en ekstern kondensator, kan denne være af ubestemt størrelse. Det muliggør, at der kan fjernes meget store mængder gas fra væsken fordi kondensatorarealet, som er afgørende for destillationsflovet, kan være uendelig stort.

Kortvejsdestillation

Som nævnt tidligere kan stoffer dekomponere ved en for høj termisk påvirkning. Derfor er det ved nogle procestyper nødvendigt at frembringe et tryk i destillationskolonnen på mindre end 1mbar.

Da et tryk væsentligt under 1 mbar ikke kan skabe trykfald nok til anvendelse af en ekstern kondensator, anvender man ved kortvejsdestillation en intern kondensator – altså en kondensator inde i inddamperkolonnen.

Side 13

|[navn fjernet]

|Nexus pilotsyntese projekt

Palsgaard | 29/11 2009 Side 13 af 13

Dermed kræves ikke en særlig stor trykforskel og trykket i kolonnen kan sænkes helt ned til

0,001mbar.

Ulempen ved kortvejsdestillation er, at kondensatorarealet er bestemt af kolonnens størrelse, og kondensatorarealet kan dermed ikke være uendelig stort og endvidere kan man ikke fjerne meget store mængder gas.

Kortvejsdestillation er altså bedst, når der kræves meget lave kolonnetryk mens tyndlagsdestillation kan anvendes til at fjerne større mængder gas.