Zastosowanie tłuszczów zwierzęcych.
Mydła otrzymywane są zazwyczaj w reakcjach tłuszczów zwierzęcych z alkaliami. W nowoczesnych instalacjach do ciągłej produkcji mydła substraty są mieszane, a potem podgrzewane pod ciśnieniem do ok. 130°C. Produktami reakcji są mydło i gliceryna. Po oddzieleniu gliceryny stopione mydło przechodzi dalsze procesy technologiczne, w których uzyskuje się żądany produkt finalny. Mydła sodowe otrzymuje się przez wysuszenie stopionego mydła oraz dodanie środków zapachowych i barwiących.
Omów strukturę celulozy.
Celuloza (C 6H10O5)n, strukturalny polisacharyd, zbud. z ok. 7000 reszt celobiozy powiązanej wiązaniami β-1,4 w pofałdowane, nierozgałęzione łańcuchy dł. ok. 7 µm; czysta celuloza jest białą, nierozp. w wodzie substancją odporną na działanie czynników chem.; występuje powszechnie w roślinach, tworząc podstawowy zrąb ściany komórkowej, nadaje tkankom roślinnym wytrzymałość mech. i elastyczność; w komórce występuje z innymi substancjami podporowymi, np. ligniną, pektyną, hemicelulozą; najwięcej celulozy zawierają włókna bawełny (ok. 92-95%).
Jakie znasz rodzaje surowców odtwarzalnych z grupy węglowodanów?
Pod względem składu chemicznego cukry dzielimy na cukry proste, czyli monosacharydy, oraz cukry złożone, do których należą dwucukry, czyli disacharydy, i wielocukry - polisacharydy. m.in. glikogen, skrobia, chityna i pektyny.
Skrobia- biała subst. niekrystaliczna, bez smaku i zapachu. Nie rozpuszcza się w wodzie. Jest bardzo rozpowszechniona w przyrodzie: znajduje się w komórkach liści, łodyg, pni, a zwłaszcza bulw, kłączy i nasion roślin. Ziarna skrobi posiadają charakterystyczną budowę warstwową: naokoło jednego punktu narastają kolejne warstwy mączki. Ziarna skrobi w zimnej wodzie się nie rozpuszczają, zaś w gorącej pęcznieją - otoczka pęcznieje i pęka, zaś zawartość wnętrza ziarna tworzy w wodzie roztwór zwany koloidowym, przezroczysty przy obserwacji gołym okiem. S. wykazuje charakterystyczną reakcję z jodem: zarówno ziarna skrobi jak i jej koloidowy roztwór barwią się od jodu na kolor niebieski. Podczas ogrzewania skrobia nie topi się, lecz ulega rozkładowi. Wydziela się z niej woda i substancje lotne o nieprzyjemnym zapachu a pozostaje węgiel. Skrobia nie posiada właściwości redukcyjnych. Na skalę techniczną otrzymuje się skrobię z ziemniaków lub zbóż. Ponieważ skrobia nie rozpuszcza się w zimnej wodzie, przemywa się mąkę lub zmiażdżone ziemniaki, oddzielając w ten sposób skrobię od pozostałych części składowych komórek . Gdy ziarna skrobi osiądą na dnie zbiornika, pozostały roztwór oddziela się przez dekantację. Po przemyciu i oczyszczeniu osadu otrzymuje się skrobię. Skrobia jest jednym z głównych składników pożywienia człowieka. Mączka ryżowa używana jest do produkcji pudrów i zasypek. Skrobia ziemniaczana używana jest do apretury tkanin - wykańczania wyrobów włókienniczych. Ze skrobi otrzymuje się wiele artykułów przemysłowych: syropy, dekstryny, alkohol etylowy .
Celuloza jest węglowodanem budującym błony komórkowe roślin. Jest ona związkiem najbardziej rozpowszechnionym ze wszystkich substancji organicznych, np. lnu, bawełny, są prawie czystą celulozą. Szczególnie dużo błonnika posiadają włókna lnu, konopi, juty - dlatego rośliny te są uprawiane dla celów przemysłowych. Ze względu na dużą sprężystość i wytrzymałość włókna te służą do wyrobu nici i tkanin. Celuloza jest substancją bezbarwną, nierozpuszczalną w wodzie i innych rozpuszczalnikach jak eter, benzyna, alkohol, dwusiarczek węgla. Rozpuszcza się tylko w amoniakalnym roztworze wodorotlenku miedziowego, tzw. odczynniku Schweitzera, a z roztworu tego może być wytrącona za pomocą kwasów. Celuloza jest substancją odporną chemicznie, niełatwo ulega rozkładowi. Pod działaniem kwasów mineralnych przy jednoczesnym ogrzewaniu celuloza ulega hydrolizie, której produktem jest glikoza .Cząsteczka celulozy ma budowę nitkowatą i jest znacznie większa niż cząsteczka skrobi. Błonnik reaguje ze stężonym kwasem azotowym tworząc estry, azotany celulozy. Azotany celulozy otrzymuje się autotermiczne - samowystarczalne energetycznie, organizacja przepływów strumieni surowców i półproduktów pomiędzy poszczególnymi wytwórniami fabryki lub fabrykami poprzez utworzenie sieci umożliwiającej wykorzystanie wszystkich strumieni. przez działanie na watę, bawełnę lub włókno drzewne mieszaniną stężonych kwasów : azotowego i siarkowego. Azotany o mniejszej liczbie reszt kwasu azotowego rozpuszczone w mieszaninie alkoholu i eteru tworzą kolodium, substancję lepką, z której po raz pierwszy otrzymano sztuczny jedwab. Kolodium używane jest także do uszczelnień, do wyrobu plastrów itp. Dwuazotan celulozy z kamforą tworzy celuloid, znaną powszechnie masę służącą do wyrobu filmów oraz wielu przedmiotów codziennego użytku. Roztwory celuloidu są stosowane jako cenne lakiery. Azotan celulozy w którym na sześć atomów węgla przypadają trzy grupy nitrowe, nazywa się bawełną strzelniczą, która ma właściwości wybuchowe i jest stosowana do wyrobu prochu bezdymnego. Na skalę przemysłową celulozę otrzymuje się z drewna świerkowego, sosnowego i innych. Drewno poddaje się rozdrobnieniu, a następnie działaniu substancji, które rozpuszczają ligninę i inne składniki, nie niszcząc włókna celulozowego. Celuloza w postaci naturalnych włókien roślinnych jest przerabiana na nici oraz tkaniny. Bardzo duże ilości celulozy drzewnej zużywane są do wyrobu papieru. Celulozę poddaje się także przeróbce chemicznej. Po jej scukrzeniu stosuje się ją jako surowiec do produkcji alkoholu etylowego, a także do produkcji sztucznego jedwabiu.
Sacharoza posiada wzór sumaryczny C12H22O11 . Występuje w dużych ilościach w łodygach trzciny cukrowej i korzeniach buraka cukrowego. Sacharoza jest bezbarwną substancją krystaliczną, dobrze rozpuszczalną w wodzie, w smaku słodsza od glukozy. Ogrzewana przechodzi przez cały szereg przemian. Początkowo topi się, następnie ciemnieje, zamieniając się w substancję o charakterystycznym zapachu, zwaną karmelem, i w końcu ulega zwęgleniu. Sacharoza nie reaguje z amoniakalnym roztworem tlenku srebra, nie wykazuje więc właściwości redukujących, a zatem jej cząstki nie zawierają wolnej grupy _CHO. Sacharozę zaliczamy do disacharydów, ponieważ podczas jej hydrolizy powstają dwa cukry proste - glukoza oraz fruktoza.
Maltoza zbudowana jest z dwóch cząsteczek D-glukozy połączonych wiązaniami alfa-l,4-glikozydowymi. Można ja otrzymać z glikogenu lub ze skrobi w wyniku hydrolizy enzymatycznej. Jest cukrem redukującym. Występuje w trawach. Maltoza jest to biały proszek, rozpuszczalny w wodzie, ulegający fermentacji. Otrzymywany przez hydrolizę skrobi, stosowany jako środek słodzący
Laktoza posiada wzór sumaryczny C12H22O11, jest dwucukrem zbudowanym z D-galaktozy i D-glukozy, bezbarwnym lub białym, nieco słodkim, rozpuszczalnym w wodzie. Występuje w mleku ssaków w stężeniu kilku procent. Bakterie w kwaśnym mleku przemieniają ją w kwas mlekowy. Stosowana w przemyśle farmaceutycznym (jako wypełniacz), spożywczym (jako składnik mleka i żywności dla niemowląt) i w pirotechnice.
Porównaj zasadnicze cechy surowców odtwarzalnych i kopalnych.(2)
Surowcami odtwarzalnymi nazywamy surowce roślinne i zwierzęce, gdyż pozyskuje się je w wyniku świadomej działalności człowieka, a ich źródłem jest uprawa roślin i hodowla zwierząt. Możemy tu wyróżnić: węglowodany (skrobia, celuloza), oleje roślinne i zwierzęce oraz białka (kazeina).
Surowców roślinnych i zwierzęcych nie można zakwalifikować do jakiejś grupy związków chemicznych z uwagi na: różną strukturę, właściwości fizyczne i chemiczne, zastosowanie w przemyśle chemicznym jak i spożywczym. Ich wspólną cechą jest biodegradowalność (rozkład na proste cząsteczki w wyniku działania mikroorganizmów).
Dzięki obecności kilku grup funkcyjnych można w szerokim zakresie zmieniać ich właściwości poprzez modyfikacje polegające na przemianach chemicznych.
Z uwagi na biodegradację surowce odtwarzalne wymagają szczególnych warunków magazynowania i dystrybucji, dlatego muszą być chronione przed wpływami atmosferycznymi, a zwłaszcza przed wodą i działaniem podwyższonej temperatury.
Produkty na bazie surowców naturalnych mają dobre właściwości użytkowe (brak reakcji ubocznych przy kontakcie z ludźmi).
Surowce kopalne zaliczamy podobnie jak surowce odtwarzalne do surowców pierwotnych. Są pochodzenia mineralnego i mają charakter nieodnawialny. Możemy tu zaliczyć: paliwa stałe kopalne (węgiel kamienny), paliwa ciekłe kopalne (tylko ropa naftowa), paliwa gazowe kopalne (gaz ziemny) oraz kopaliny nieorganiczne (rudy metali).
Porównaj sposoby przetwarzania surowców odtwarzalnych i kopalnych.(2)
Surowce odtwarzalne:
CELULOZA podstawowy surowiec dla przemysłu włókienniczego oraz papierniczego. W procesie pozyskiwania celulozy dla tych celów zachowana zostaje pierwotna struktura polisacharydu, następuje tylko zmniejszenie jego masy cząsteczkowej.
Przetwarzanie celulozy na włókna - proces wiskozowy (meceryzacja, usunięcie nadmiaru ługu przez prasowanie rozdrabnianie alkalicelulozy i dojrzewanie, utworzenie ksantogenianu celulozy, rozpuszczenie w 4%ługu sodowym - wiskoza, regeneracja celulozy - wytwarzanie włókien); proces miedziowo - amonowy; proces octanowy.
SKROBIA produkty modyfikacji znajdują zastosowanie w przemyśle: tekstylnym, papierniczym, spożywczym, chemii gospodarczej, wiertniczym odlewniczym.
SACHAROZA jest powszechnie stosowanym środkiem słodzącym w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.
TŁUSZCZE produkcja mydeł, przemysł spożywczy, surowiec do produkcji środków powierzchniowo czynnych, przemysł chemiczny, przemysł farb i lakierów, produkcja ekologicznych olejów napędowych, biopaliwa, paliwa alternatywne
BIAŁKA przemysł tekstylny (wełna, jedwab), spożywczy (kolagen, żelatyna, gluten), obuwniczy (skóra), chemiczny (katalizatory), medycyna (enzymy), przemysł farmaceutyczny.
Surowce kopalne:
STAŁE PALIWA KOPALNE przemysł energetyczny, chemiczny, do otrzymywania wyrobów grafitowych
CIEKŁE PALIWA KOPALNE przemysł chemiczny, przemysł rafineryjny i petrochemiczny, przemysł energetyczny
GAZOWE PALIWA KOPALNE przemysł energetyczny (produkcja energii), paliwowy (LPG), chemiczny (gaz syntezowy), hutnictwo, przemysł materiałów budowlanych i budowy maszyn.
Wymień podstawowe różnice między surowcami odtwarzalnymi i kopalnymi.(2)
Surowce odtwarzalne |
Surowce kopalne |
Odnawialne |
Nieodnawialne |
Łatwość biodegradacji |
Trudności w biodegradacji |
Brak reakcji ubocznych przy kontakcie z ludźmi |
Możliwe reakcje uboczne przy kontakcie z ludźmi |
Zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu |
Węższy zakres stosowania |
Bezpieczne |
Łatwo palne i niebezpieczne |
Różnice w magazynowaniu |
|
Dostępność |
Trudności z wydobyciem |
Wymienić surowce odnawialne i omówić na wybranym przykładzie sposób ich wykorzystania.(2)
Do surowców odtwarzalnych możemy zaliczyć:
- Oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce
- Węglowodany
- Białka
Białka należą do biopolimerów, o masach cząsteczkowych w granicach od 6000 do kilku milionów. Odgrywają bardzo dużą rolę w przyrodzie. W zasadzie nie można sobie wyobrazić jakichkolwiek procesów życiowych bez ich udziału. Oprócz ważnej roli w procesach życiowych wiele białek ma też znaczenie przemysłowe. Wymienić tu można produkty dla przemysłu tekstylnego (wełna, jedwab), spożywczego (kolagen, żelatyna, gluten), obuwniczego (skóra). Białka wykorzystuje się według dwóch różnych dróg postępowania. Jedna z nich to produkcja mieszanin białek jako surowców dla rożnych gałęzi przemysłu, druga to uzyskanie białek o bardzo wysokim stopniu czystości (farmacja, czynniki chemiczne).
Wymień zasadnicze sposoby wykorzystania olejów roślinnych jako surowców (3)
- Prowadząc proces uwodornienia olejów (glicerydów) otrzymuje się wyższe alkohole - ważny surowiec do produkcji środków powierzchniowo czynnych.
- Oleje roślinne są też szeroko wykorzystywane w przemyśle farb i lakierów ze względu na zdolność tworzenia na ich powierzchni (na powietrzu) trwałych i mocnych błon.
- Były dawniej wykorzystywane jako środki smarowe. Później zostały wyparte przez bardziej stabilne smary mineralne. Obecnie jednak wraca się do olejów roślinnych ze względu na ich podatność na rozkład w środowisku naturalnym.
Wskaż kierunki zastosowania celulozy w różnych gałęziach przemysłu.(5)
Głównym produktem z celulozy z jakim styka się człowiek jest papier. W wyniku otrzymywania włókien wiskozowych celuloza wykorzystywana jest szeroko w przemyśle włókienniczym. Inne kierunki przetwarzania celulozy związane są z funkcjonalizacją grup wodorotlenowych polimeru. Właściwości produktów procesów przeróbki celulozy wyznaczają jej zastosowanie:
- estry celulozy znajdują zastosowanie w produkcji tworzyw sztucznych.
- Azotan celulozy stosuje się w produkcji lakierów nitrocelulozowych.
- Octan celulozy stosuje się do produkcji włókien i tkanin.
- Etery celulozy stosowane są jako środki pomocnicze w wielu gałęziach gospodarki.
Ekologiczny aspekt przetwarzania surowców odtwarzalnych(2)
Wspólną cechą wszystkich surowców odtwarzalnych (roślinnych i zwierzęcych) jest ich biodegradowalność. Oznacza to że wszystkie ulegają rozkładowi na proste cząsteczki w wyniku działania mikroorganizmów. W wyniku tego wymagają one szczególnych starań na etapie magazynowania i dystrybucji. W szczególności muszą być chronione przed wpływami atmosferycznymi, a zwłaszcza przed wodą i działaniem podwyższonej temperatury
Oleje roślinne - na ogół ciekłe tłuszcze otrzymywane z nasion, owoców, kiełków i In. Surowców pochodzących z roślin oleistych. Są mieszaninami trójglicerydów kwasów tłuszczowych, głównie nienasyconych, zależnie od technologicznych właściwości surowców i zawartości przeważającego kwasu tłuszczowego oleje roślinne dzieli się na grupy:
- kwasu laurynowego
- kwasu oleinowego i linolowego
- kwasu linolenowego
- kwasu eurokowego.
W wyniku uwodornienia w temp. 250 st. C pod wysokim ciśnieniem powstają wyższe alkohole (do prod. Środków powierzchniowo-czynnych), mono i diglicerydy w wyniku częściowej hydrolizy (do prod. Oksyetylenowych niejonowych środków powierzchniowo-czynnych), zmydlanie daje glicerynę i mydła. W przemyśle farb i lakierów (tworzenie błon o kreślonych właściwościach). W wyniku alkoholizacji metanolem otrzymuje się estry metylowe kwasów tłuszczowych (ekologiczne oleje napędowe).