Gdańsk, 8.10.13
grupa poniedziałek 12:15
Sieracka Karolina
Radomski Przemysław
Sokołowski Tomasz
Michalik Aurelia
SPRAWOZDANIE
Ćwiczenie 3
Otrzymywanie estrów metylowych kwasów tłuszczowych
1. Wstęp teoretyczny
Estry metylowe kwasów tłuszczowych- powstają w wyniku prostej reakcji transestryfikacji.
Wykorzystywane głównie jako biopaliwo oraz rozpuszczalniki organiczne. Aby uniknąć cytowania skryptu i
powtarzania ogólnie znanych faktów prezentujemy poniżej stosowane w przemyśle metody produkcji
estrów metylowych kwasów tłuszczowych, inne niżklasyczna transestryfikacja z wykorzystaniem
wodorotlenku potasu jako katalizatora:
Proces w stanie nadkrytycznym
Metoda polegająca na prowadzeniu transestryfikacji z metanolem w stanie nadkrytycznym, w
warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury. Jest to proces ciągły. W stanie nadkrytycznym, olej i
metanol dodawane są w jednym etapie, reakcja jest szybka i samorzutna. Proces dopuszcza obecność wody
w materiale wsadowym. Wolne kwasy tłuszczowe są przekształcane w estry metylowe kwasów
tłuszczowych zamiast w mydło. Można stosować różnorodne surowce. Etap usuwania katalizatora zostaje
wyeliminowany. Wymagana jest wysoka temperatura i ciśnienie, lecz koszty produkcji są podobne lub
mniejsze w porównaniu z metodą katalityczną.
Ultra wysokie ścinanie połączone z reaktorami ułożonymi kaskadowo
Taki sposób produkcji umożliwia produkcję biodiesla w sposób ciągły, poł-ciągły oraz w trybie
wsadowym. Zastosowanie tej metody skraca czas i podnosi rentowność produkcji.
Reakcję przeprowadza się w ultra wysokiej strefie ścinania zmniejszając w ten sposób wielkość
kropel nie mieszających się ze sobą cieczy, takich jak oleje lub tłuszcze i metanol. W związku z dużym
rozdrobnieniem kropel zwiększa się powierzchnia reakcji, zatem reakcja jest szybsza i wydajniejsza.
Metoda łaz
ni ultradz
więkowej
W metodzie tej fale ultradz
więkowe powodują stałą produkcję i rozpad pęcherzyków. Kawitacja
ultradz
więkowa zapewnia jednoczesne mieszanie i ogrzewanie mieszaniny reakcyjnej potrzebnej do
przeprowadzenia procesu transestryfikacji. W ten sposób za pomocą reaktowa ultradzwiękowego znacząco
skracamy czas reakcji, zmniejszamy temperaturę i wkład energii. W tej metodzie proces transestryfikacji
możemy prowadzić w sposób ciągły zamiast używać czasochłonnego przetwarzania wsadowego. W skali
przemysłowej urządzenia ultradzwiękowe pozwalają na produkcję kilku tysięcy baryłek
dziennie(1bbl=158,98l).
Metoda katalizowanej lipazy
Metoda w fazie badań. Polega na wykorzystaniu enzymów jako katalizatora transestryfikacji.
Zastosowanie lipaz powoduje reakcję mniej wrażliwą na wysoką zawartość wolnych kwasów tłuszczowych
co jest problemem w standardowym procesie produkcji biodiesla. W reakcji z lipazami problem stanowi
użycie metanolu, który dezaktywuje enzymy po jednym wsadzie. Jeżeli zamiast metanolu użyjemy octanu
metylu, lipazy nie ulegną dezaktywacji i mogą zostać użyte w kilku cyklach, co czyni proces bardziej
opłacalnym.
2. Przebieg ćwiczenia
Naszym zadaniem laboratoryjnym było otrzymanie estrów metylowych kwasów tłuszczowych z tłuszczu
posmażalniczego. W pierwszej kolejności obliczyliśmy niezbędną ilość metanolu i wodorotlenku potasu na 40g
tłuszczu. Następnie sporządziliśmy roztwór metanolanu potasu, który przelaliśmy do uprzednio odważonego oleju i
całość w kolbie stożkowej umieściliśmy na płycie grzewczej z jednoczesnym intensywnym mieszaniem za pomocą
mieszadełka magnetycznego. Kolejną czynnością było rozdzielenie mieszaniny w rozdzielaczu, odrzucenie warstwy
dolnej(glicerynowej) i przemycie warstwy estrowej roztworem kwasu cytrynowego i wodą. W celu uzyskania bardziej
widocznej granicy faz dodaliśmy roztwór NaCl, dzięki czemu osiągnęliśmy efekt  wysolenia . Oddzieloną i przemytą
warstwę estrową przesączyliśmy przez lejek, z sączkiem z bezwodnym Na2SO4. Ostatnim zadaniem była analiza
otrzymanych estrów i oleju przed reakcją metodą chromatografii cienkowarstwowej. W tym celu
przygotowaliśmy roztwory wzorcowe jak i naszych pobranych próbek w heksanie. Za pomocą kapilary na
płytkę nanieśliśmy krople tychże roztworów i rozwinęliśmy w układzie eter naftowy/eter etylowy/kwas
octowy. Plamki zidentyfikowaliśmy po umieszczeniu płytki w oparach jodu i w świetle dziennym
obrysowaliśmy je ołówkiem.
Obliczenie masy metanolu.
884g - 96g
40g - x
x= 8,69g MeOH (100% nadmiar)
Obliczenie masy KOH
0,02 *40g= 0,8g
3. Wydajność
waga zlewki: 107,19g
waga zlewki z EMKT: 137,30g
różnica: 30,11g
Ilość EMKT z równania reakcji: 40,18g
Wydajność:
4. Interpretacja płytek chromatograficznych (TLC)
Chromatografii cienkowarstwowej poddano 3 próbki. Pierwsza z nich oznaczona jako P1 to olej
posmażalniczy, który poz
niej poddano metanolizie. P2 to próbka estrów metylowych kwasów
tłuszczowych otrzymanych na drodze transesryfikacji przez naszą grupę na zajęciach laboratoryjnych. EMKT
to oznaczenie miejsca w którym naniesiono na płytkę wzorzec estrów metylowych kwasów tłuszczowych.
W celu przygotowania próbek do badania chromatograficznego odważono po 0,1g oleju posmażalniczego,
estrów otrzymanych na zajęciach i wzorca estrów metylowych umieszczeniu w oddzielnych kolbkach i
rozcieńczono 2 ml heksanu. Dobrze wymieszane próbki nanoszono w oznaczonych odstępach na linii startu
na płytce za pomocą kapilary. Następnie rozwijano je w komorze chromatograficznej wypełnionej eterem
naftowym/eterem etylowym/ kwasem octowym w proporcjach 90/10/1. Po wyciągnięciu płytek z komory i
osuszeniu wywoływano je w parach jodu i oznaczono widoczne plamy ołówkiem. Badanie
chromatograficzne powtórzono ponieważ przy pierwszej płytce linia startu została wyznaczona zbyt nisko i
po włożeniu jej do komory została przykryta przez rozpuszczalnik. Jednak wyniki pokazały, że nie miało to
znaczącego wpływu na wynik chromatografii.
Można stwierdzić, że z pewnością otrzymanym przez nas produktem są estry metylowe kwasów
tłuszczowych na podstawie analizy dużego punktu pochodzącego od P2 i identycznego punktu (na tej samej
linii) pochodzącego od EMKT  wzorca. Na płytkach widać również poniżej dużych punktów dwa małe
również na jednej linii więc możemy wnosić, że to pozostałość (zanieczyszczenia) po transestryfikacji
zarówno w otrzymanym produkcie jak i w próbce wzorca. Można podejrzewać, iż jest to resztka
triacylogliceroli, gliceryny procesowej, wolnych kwasów tłuszczowych ( mniej prawdopodobne bo wypadły
w postaci mydeł) lub innych. Nie możemy jednak tego dokładnie stwierdzić ponieważ widać, że te
zanieczyszczenia zawędrowały bliżej niż próbka P1  wyjściowy olej.
5. Podsumowanie i Wnioski.
Reakcja transestryfikacji prowadząca do powstania estrów metylowych kwasów tłuszczowych jest
bardzo dobrym sposobem pozbycia się odpadu jakim niewątpliwie jest tłuszcz posmażalniczy . Oczywiście,
surowiec ten nie jest idealny, ze względu na to, że składa się nie tylko z triacylogliceroli, ale także innych
substancji chemicznych, niekorzystnie wpływających na właściwości biodiesla czy też na prostotę
przeprowadzania procesu produkcji (chociażby konieczność usunięcia cząstek stałych). Problemem są też
tworzące się podczas smażenia wolne kwasy tłuszczowe (tworzące mydła z katalizatorem alkalicznym) oraz
cząsteczki o znacznych masach powstałe w wyniku polimeryzacji (również podczas smażenia).
Przechodząc do wniosków z doświadczeń przeprowadzonych przez naszą grupę, to są one następujące:
- niedokładne odważenie reagentów mogło spowodować zmniejszoną wydajność reakcji
-utworzona mieszanina poreakcyjna zawierała duże ilości mydła, o czym świadczyło wytrącenie się jego po
zakwaszeniu roztworu kwasem cytrynowym
-proces rozdziału faz powinien być odpowiednio dobrany, na laboratorium był on zbyt krótki i nie nastąpiło
możliwie najlepsze rozdzielenie faz
-zmniejszona wydajność reakcji mogła być też spowodowana prowadzeniem transestryfikacji poza
wyznaczonym zakresem temperaturowym (momentami temp. sięgała 70C-nie było możliwości dokładnej
regulacji grzania)
-rozdzielenie fazy estrowej i wodnej nie było wystarczające więc wysolono fazę wodną w celu zwiększenia
amplitudy gęstości między tymi fazami, całkowity rodział mógł jednak nastąpić gdyby wydłużono czas
oczekiwania na zakończenie tego procesu
- większy stopień przeestryfikowania uzyskano by zapewne stosując proces dwuetapowy.