تحقیق درباره ی هیدروژناسیون
چکیده:
وضعیت قرار گرفتن در زنجیره کربنی یا شرایط محیطی ملکول تری گلیسرید ممکن است با سرعت های مختلف هیدروژنه یا ایزومریزه شود. برای مثال وقتی روغن سویا به صورت غیر کامل و بخشی[1] هیدروژنه می شود حداقل سی استر مختلف لینولنیک، لینولئیک و اولئیک تولید می شود که اشکال سیس و ترانس آنها متجاوز از چهار هزار تری گلیسرید مختلف تشکیل
می دهد. توسط کنترل هیدروژناسیون محصولاتی با ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مختلف برای کاربردهای خاص تولید می شود که شامل روغن های جامد هیدروژنه ( شورتنینگ ) و
چربی های پلاستیکی برای ساخت مارگارین ها و مصارف نانوایی ، قنادی و غیره است.
هدف اصلی از هیدروژناسیون تبدیل روغن های مایع به چربی های پلاستیکی است که به طور گسترده به صورت مستقیم یا در محصولات غذایی مختلف به مصرف می رسند. همچنین هیدروژناسیون سبب بهبود پایداری طعم چربی ها و روغن ها از طریق تأخیر در اکسیداسیون می شود.
تاریخچه
مبدأ هیدروژناسیون جدید تحقیقات کلاسیک ساباتیه[2] و سندرنس [3] است که در طول سال های 1898 تا 1905 انجام شد و نشان داد که مواد آلی غیر اشباع را می توان در یک دستگاه ساده در حضور کاتالیست نیکل، بدون انجام واکنش های جانبی هیدروژنه کرد. چون این تجربیات فقط هیدروژناسیون در فاز بخار را شامل می شد این فن آوری برای هیدروژنه کردن تری گلیسریدهای نسبتاً غیر فرار مستقیماً قابل اجرا نبود. در سال 1903 فرآیند هیدروژناسیون فاز مایع برای هیدروژناسیون چربی ها و روغن ها در انگلستان ارائه و به طور محدود در سال 1906 برای هیدروژناسیون روغن نهنگ توسط شرکت کراس فیلد و پسران[4] مورد استفاده قرار گرفت.
بیشترین استفاده از هیدروژناسیون در امریکا برای هیدروژنه کردن مقدار زیادی روغن تخم پنبه، محصول جانبی صنعت پنبه بود. روغن تخم پنبه هیدروژنه به دلایل اقتصادی و تغذیه ای جانشین خوبی برای پیه و دنبه جهت طباخی و سرخ کردن و محصولات نانوایی بوده و در سال 1911 شرکت پروکتر و گمبل[5] امریکا روغن تخم پنبه هیدروژنه با نشان کریسکو[6] را به بازار عرضه کرد. محصول جدید به قدری موفق بود که سایر تولید کنندگان امریکایی نیز سعی در تولید روغن تخم پنبه هیدروژنه کردند و طولی نکشید که محصولات مشابه با کریسکو به بازار عرضه شد. در حال حاضر در کلیه کارخانجات تولید روغن های نباتی جامد هیدروژنه و روغن های پلاستیکی برای ساخت مارگارین و سایر مصارف ، از فرآیند هیدروژناسیون استفاده می شود. همچنین تولید کنندگان روغن سالاد برای بالا بردن پایداری روغن های غیر مقاومی نظیر سویا و کانولا در مقابل اکسیداسیون و تغییر طعم ، روغن را به طور بخشی هیدروژنه و سپس وینتزایز
( زمستانه کردن ) می کنند تا تری گلیسریدهای دارای نقطه ذوب بالاتر ( نظیر استئارین ها) از روغن جدا و روغن در درجه حرارت یخچال شفاف باقی بماند.
کلیات
واکنش هیدروژناسیون نیاز به یک کاتالیست دارد و در صنعت تولید روغن خوراکی این کاتالیست معمولاً نیکل است.در صنایع شیمیایی روغن برای هیدروژناسیون و هیدروژنولیز گاهی از کاتالیست مس و کرومیت مس همراه با سرعت دهنده ها یا پایدار کننده هایی نظیر باریم ، زیر کونیم [7] یا منگنز استفاده می شود.
کاتالیست نیکل که در هیدروژناسیون اسیدهای چرب و روغن های خوراکی مصرف می شود معمولاً به صورت ذرات ریز است که با روش های خاص تهیه می شود. ذرات نیکل بر روی یک ماده بسیار متخلخل و خنثی نظیر سیلیس یا آلومینیوم محافظت می شود. در هنگام هیدروژناسیون ذرات نیکل در روغن به حالت معلق بوده و پس از ختم واکنش ، کاتالیست از طریق صاف کردن از روغن جدا می شود. به این ترتیب کاتالیست می تواند به دفعات مورد استفاده قرار گیرد. فعالیت کاتالیست در اثر استفاده کاهش می یابد. شدت غیر فعال شدن اساساً بستگی به خلوص روغن و هیدروژن داشته و چون ناخالصی های جمع شده بر روی کاتالیست در سلکتیویته[8] ( انتخابی بودن) کاتالیست نیز مؤثر است در بعضی موارد و برای کاربردهای خاص از کاتالیست تازه و فقط برای یک بار استفاده می شود. در روش معمول که چندین بار استفاده از کاتالیست است مقدار زیادی از کاتالیست مصرف شده و پس از صاف کردن روغن ، کاتالیست دوباره به مصرف می رسد و برای جبران کاهش فعالیت، قسمتی از کاتالیست کهنه با مقدار مساوی از کاتالیست تازه جایگزین می شود. دو دلیل اصلی کاهش فعالیت کاتالیست مسمویت آن توسط ناخالصی های موجود در روغن و هیدروژن ، همچنین اکسیداسیون آن در فواصل مصرف است.
برای انجام واکنش هیدروژناسیون سه عامل گاز هیدروژن ، روغن مایع و کاتالیست جامد باید با هم تماس پیدا کند. هیدروژناسیون معمولاً در یک راکتور تحت فشار (کنورتر[9] ) به طریق بچ انجام می شود. یک بهم زدن مکانیکی هیدروژن را در روغن حل کرده و ذرات کاتالیست را به حالت معلق در روغن نگه می دارد. توسط عمل بهم زن ملکول های جدید روغن به طور مداوم بر روی سطح فعالی کاتالیست قرار گرفته و هیدروژن به محل پیوندهای غیر اشباع در ملکول تری گلیسرید ها اضافه می شود. حلالیت هیدروژن در روغن با افزایش درجه حرارت و فشار افزایش می یابد.
سرعت هیدروژناسیون به سرعت قرار گرفتن ملکول های غیر اشباع بر روی سطح کاتالیست بستگی داشته و این به نوبه خود به فشار ، درجه حرارت ، نوع روغن ، فعالیت و غلظت کاتالیست و نحوه مخلوط شدن سه فاز مربوط است.
وقتی تری گلیسریدها به طور بخشی هیدروژنه می شود ترکیب شیمیایی و خصوصیات فیزیکی آنها به وضعیت قرار گرفتن پیوندهای غیر اشباع هیدروژنه شده در ملکول چربی بستگی داشته و ایزومرایزاسیون که به طور همزمان با هیدروژناسیون انجام می شود نیز در آن مؤثر است . بنابراین هنگام هیدروژناسیون بخشی تری گلیسریدها هزاران واکنش می تواند انجام شده و تعداد بی شماری روغن که تا حدودی هیدروژنه شده اند می تواند تولید شود.بنابراین برای تولید محصولی با ترکیب شیمیایی و ویژگی های مناسب ، عوامل مؤثر در فرآیند باید به دقت کنترل شود.
مکانیسم هیدروژناسیون
|
معادله شیمیایی اصلی برای هیدروژناسیون یک پیوند غیر اشباع در زنجیره کربنی غیر اشباع به صورت زیر است :
.....
