НОВОСТИ

Новости отраслей

Основы процесса адсорбционной рафинации масел и жиров и применяемые адсорбенты

Природные масла и жиры всегда содержат пигменты, окрашивающие их в специфический цвет. Так, присутствующие в масле каротиноиды придают им окраску от желтого (ксантофиллы) до красного цвета (каротины), особенно (b-каротин), хлорофиллы – зеленую, госсипол в хлопковом масле – темно-коричневую окраску.

Каротиноиды достаточно устойчивы к щелочам, поэтому в боль­шей своей части сохраняются в нейтрализованных маслах. Незна­чительное осветление происходит в результате адсорбции каротиноидов соапстоком только при нейтрализации концентрированными растворами щелочей. Каротиноиды активно адсорбируются на поверхности твердых адсорбентов, это свойство положено в основу технологии удаления их из масел.

Хлорофиллы, в отличие от каротиноидов, взаимодействуют со щелочью, омыляются с образованием ряда соединений, в том чис­ле и щелочных солей хлорофиллов, однако щелочной рафина­цией нельзя полностью удалить хлорофиллы из масла.

Эти две группы пигментов в основном присутствуют в маслах совместно, их соотношение и определяет специфическую окраску масла. Так, в подсолнечном, соевом и некоторых других маслах в большом количестве присутствуют каротиноиды, маскируя цвет хлорофиллов, придавая маслу окраску от красного до желтого цве­та. В рапсовом, льняном и других подобных маслах, наоборот, превалирует окраска, имеющая зеленый оттенок из-за содержания в большем количестве хлорофиллов.

В хлопковом масле много других пигментов, в том числе каротиноидов и хлорофиллов, но специфическую его окраску от коричневой до черной определяет госсипол и всевозможные формы его изменений и превращений.

Так как рафинированные масла и саломасы, приготовленные на их основе, должны быть светлыми, возникает необходимость дополнительной их обработки для снижения цветности. Это осо­бенно важно при выработке маргарина, так как используют специ­альные красители, придающие этому продукту цвет, свойствен­ным летнему сливочному маслу.

Помимо основного назначения адсорбционной очистки (удаление пигментов) она решает не менее  важные задачи разрушения и удаления из масел продуктов окисления, следов фосфорсодержащих веществ, снижения остаточного содержания металлов.

Для удаления из масел окрашивающих соединений в технологии рафинации используют метод адсорбционной очистки. Обработка высокодисперсными адсорбентами становится важнейшей стадией очистки растительных масел, природных и гидрированных жиров и жирных кислот от пигментов, следовых количеств фосфолипидов, соединений серы, солей жирных кислот (мыл со щелочными и другим металлами), а также основных продуктов окисления.

Адсорбция – это процесс концентрирования вещества из раство­ра или газа на поверхности твердого тела или жидкости. Адсорбция происходит под действием молекулярных сил на поверхности ад­сорбента и ведет к уменьшению свободной поверхностной энергии.

Прочность связывания и избирательность адсорбции зависят от природы и строения адсорбируемых веществ, природы и строения адсорбен­та. Неполярные (малополярные) соединения нормального строе­ния лучше адсорбируются на неполярных адсорбентах (отбельная земля Bent Actigel), например углях, в то время как молекулы с разветвленными цепями или непредельными связями и другие более полярные соединения лучше адсорбируются на полярных адсорбентах (отбельная земля Suprefast M1FF и адсорбент F 160).

Природа и строение окрашивающих веществ в жирах различ­ны, однако они все обладают определенной степенью полярности, поэтому для адсорбционной рафинации обычно применяют по­лярные адсорбенты, обладающие достаточной избирательностью и активностью. Для этой цели используют специальные активные отбеливающие глины, получаемые из природных бентонитовых глин (алюмосиликатов), активированные минеральными (серной, соляной) кислотами, реже – активированные угли и др. В послед­ние годы используют высокоактивные адсорбенты.

Основными компонентами бентонитовых глин являются мине­ралы монтмориллонит и бейделит. Схематично структура природного алюмосиликата на примере ячейки монтмориллонита выглядит следующим образом:

Одна часть ячейки — I состоит из водородного иона, присоединенного к комплексному иону алюминия. Такая комбинация создает на поверхности кислотное соединение HАlO2. Другая часть ячейки — II состоит из гидроксида кремния, связанного с кислородом кислотного комплекса алюминия. Эти активные центры и обеспечивают прохождение основных процессов отбеливания.

Установлено, что адсорбционной (отбеливающей) способностью обладают только алюмосиликаты, содержащие обменные кати­оны Al3+, H+, и природа активных центров связана с этими ком­понентами.

Адсорбция красящих веществ, фосфолипидов, остатков мыла и других соединений протекает преимущественно как хемосорбционный процесс, в котором большую роль играет водородная связь. Эти связи могут образовываться не только непосредственно с алюмосиликатным скелетом, но и с адсорбированными на его поверхности веществами, в первую очередь с водой. Поэтому оп­тимальное количество воды на поверхности адсорбента играет поло­жительную роль.

Адсорбенты, применяемые в масложировой промышленности, должны удовлетворять следующим требованиям:

иметь высокую адсорбционную емкость и активность, чтобы при меньшем количестве адсорбента достичь при отбеливании высоко­го эффекта;

иметь развитую поверхность (пористость) и значительное количество активных центров;

иметь невысокую маслоемкость (количество масла в процентах, удерживаемое адсорбентом);

не вступать в химическое взаимодействие с триглицеридами масел;

легко отделяться от масла отстаиванием или фильтрованием.

Природные бентонитовые глины (алюмосиликаты состава Al2О3 × nSiO2) имеют соотношение между оксидами алюминия и кремния от 1 : 2 до 1 : 4, они малоактивны и для повышения активно­сти их подвергают специальной обработке – активации. Активацию природных глин осуществляют кислотой, а затем обработкой при температуре около 200°С.

При кислотной обработке достигается увеличение дисперсности материала, размельчение частиц монтмориллонита при сохранении его структуры, полное разрушение мелких кристаллов, обогаще­ние адсорбента кремнеземом, удаление из кристаллической решет­ки катионов Са2+, Mg+2, Na+, К+. При термической активации удаляются также молекулы воды и посторонние загрязняющие аморфные вещества, что способствует увеличению удельной по­верхности и активности адсорбента.

В масложировой промышленности ранее использовали активированную глину (асканит) маслоемкостью не более 75%, а так­же импортные глины. Активированные угли хорошо удаляют из масел каротиноиды и хлорофиллы. Они трудно отделяются при фильтровании. Поэтому рекомендуется при необходимости применять для отбеливания смеси глины и угля (отбельная земля Bent Actigel).

Эффективность процесса отбеливания определяется цветностью жиров, количеством используемого адсорбента, количеством отходов, потерь и выходом отбеленного масла.

Количество адсорбента зависит от содержания в масле красящих веществ, требуемой степени осветления и ко­леблется от 0,2 до 4%.

К сожалению, в России нет промышленного производства качественных адсорбентов, поэтому большой интерес представляют зарубежные образцы, поступающие на предприятия отрасли.

Адсорбционные характеристики отбельных земель зависят от свойств исходной бентонитовой глины, степени кислотной акти­вации, профессионализма изготовителя и пр. Учитывая эти фак­торы и потребности рынка, фирмы-изготовители отбельных земель поставляют широкую гамму адсорбентов, как общего назначения, так и специальных для определенных групп ма­сел или жиров и определенного фильтрационного оборудования.

Отбельная земля  Suprefast M1FF и адсорбент F 160 снижает содержание катионов металлов, в том числе и тяжелых, что позволяет полностью освободиться от оставшихся после промывки мыл и повысить стойкость масел к окислению. Отбельная земля Suprefast M1FF и адсорбент F 160 благодаря высоким дренаж­ным свойствам обеспечивает повышение скорости фильтрования. Невысокий удельный расход адсорбента, его умеренная маслоемкость обеспечивают снижение отходов жира с отработанным адсорбентом.

При отбеливании в присутствии активной глины наблюдается частичная изомеризация и образование некоторого количества триглицеридов, содержащих кислоты с сопряженными связями, что приводит к снижению качества и стойкости отбеленных масел при хранении. Это, а также высокая маслоемкость, вызывают необходимость (по возможности) снижать количество отбельной глины. Продолжительность процесса составляет 10–30 мин, при более длительном контакте адсорбента и масла последнее может окислиться, приобрести землистый привкус.

Важное значение имеет подготовка масел к адсорбционной очистке. Наличие в них мыл, фосфатидов и других примесей приводит к их активной адсорбции, что вызывает увеличение расхода адсорбентов и повышение себестоимости готовой продукции. Поэтому экономически целесообразно передавать на абсорбционную очистку масла с минимальным содержанием примесей, что достижимо на предыдущих стадиях очистки.

 

Способы отбеливания жиров

Отбеливанию с помощью отбельной земли Suprefast M1FF и адсорбента F 160 подвергают масла после тщательной гидратации, нейтрализации, промывки и сушки. Для снижения окисления ма­сел адсорбенты перед вводом рекомендуется вакуумировать, и сам процесс отбеливания проводить под вакуумом.

В периодических схемах рафинации жиров адсорбент под вакуумом подают в вакуум-сушильный отбельный аппарат при температуре 90...95 °С. После перемешивания адсорбент отфильтровывают на фильтр-прессах.

В нашей стране и за рубежом широко применяют установки непрерывного отбеливания, в состав которых входят различные по конструкции герметические фильтры с механизированной выгруз­кой осадка.

Для всех схем общими являются следующие стадии процесса:

приготовление концентрированной масляной суспензии адсорбента;

деаэрация, предварительное и окончательное отбеливание;

отделение адсорбента на двух или более циклично работающих фильтрах.

Количество отбельной земли составляет 0,3–2 % от массы масла, температура отбеливания – 75...80 °С, давление в отбельных аппаратах – 4 кПа.

Рафинация растительных масел

Растительные масла природного происхождения это сложные многокомпонентные системы, состоящие в основном из сложных эфиров глицерина и жирных кислот (триглицеридов) разнообразного состава и веществ растворимых в них в различной степени. В маслах и жирах содержатся разнообразные примеси – свободные жирные кислоты, которые ухудшают вкусовые качества и ускоряют окислительную порчу, фосфолипиды, выпадающие в осадок ухудшают товарный вид, ароматические вещества и пигменты, придающие специфические органолептические свойства маслам и жирам. Это так называемые сырые масла, то есть не обработанные после выделения из семян и плодов. Некоторые из них (соевое, рапсовое, кукурузное) в виду наличия неудовлетворительного вкуса или запаха, а так же из-за присутствия токсических веществ (хлопковое) не пригодны к употреблению в пищу. Для улучшения потребительских качеств масел и жиров их подвергают очистке в различной степени – рафинации.

Под термином рафинация понимается сложный многостадийный процесс, требующий соответствующего аппаратурного оформления. Как правило, рафинация состоит из следующих стадий:

• гидратация

• нейтрализация (часто совмещенная с гидратацией)

• отбеливание

• вымораживание

• дезодорация.

Для различных масел возможны варианты, например соевое масло не требует вымораживания, т.е. удаления воскоподобных веществ, по причине их отсутствия. Так же в последнее время распространена так называемая физическая рафинация, которая применяется, в основном, для подсолнечного масла. В этом случае удаление жирных кислот происходит не с помощью щелочи (гидроксид натрия, метасиликат натрия), а в процессе дезодорации в более жестких условиях и в дезодораторе, специально сконструированном для подобного процесса.

Гидратация. Основная цель гидратации – извлечение из нерафинированного масла фосфатидов и некоторых гидрофильных веществ. Масло обрабатывают раствором лимонной или фосфорной кислоты, а затем производят разделение фаз с использованием сепараторов или емкостных аппаратов с перемешивающим устройством - нейтрализаторов.  Отходом является гидрофуз, который реализуется предприятиями вместе с соапстоком, или превращается в фосфатидный концентрат.

Нейтрализация. Процесс обработки масла щелочью для удаления жирных кислот. Применяются различные схемы нейтрализации – непрерывная и периодическая.

Непрерывная нейтрализация производится с использованием сепараторов, при температурах порядка 90-100 оС. В последнее время появились технологии низкотемпературной рафинации, в процессе которой производится удаление воскоподобных веществ вместе с соапстоком. Отход нейтрализации – соапсток, реализуется потребителям мыловаренной промышленности.

Периодическая нейтрализация производится в специальных аппаратах – нейтрализаторах, процесс подразумевает совмещенное проведение гидратации и нейтрализации. Масло предварительно обрабатывают раствором лимонной либо фосфорной кислоты, а затем вводят щелочь либо силикат натрия (метасиликат натрия). Использование силиката натрия оправдано тем, что не требуется промывка масла от остатков щелочи, но соапсток получается очень густой и требует дальнейшей обработки для сокращения потерь. Силикатная рафинация проводится при пониженных температурах (20-25 оС), что способствует значительному выводу из масла воскоподобных веществ и сокращает дальнейшие затраты на стадии вымораживания.

Отбеливание. Используется для проведения адсорбционной очистки от различных пигментов и остатков фосфатидов и мыла после щелочной нейтрализации. Производится в отбельных аппаратах периодического либо непрерывного действия. Процесс производится под вакуумом (30-50 мм. рт. ст.), при температурах 85-110 оС, иногда используется низкотемпературная отбелка (25-30 оС), но этот процесс не эффективен, так как очень мало уменьшается интенсивность окраски, плохо выводятся фосфатиды, а так же затруднена дальнейшая фильтрация.

В качестве адсорбента, как правило, используют кислотно активированную отбельную землю (глину) – природный минерал монтмориллонит. Добывается в карьерах, измельчается и обрабатывается соляной или серной кислотой. Так же, иногда добавляют активированный уголь в количестве 5-10%. Глину подбирают исходя из вида перерабатываемого сырья, условий производства и возможностей фильтрации суспензии  - разделения отработанной глины и масла. Как правило, чем активнее глина сорбирует примеси, тем тоньше гранулометрический состав и хуже фильтрация, и соответственно наоборот. Поэтому необходимо использовать качественные адсорбенты, производителей которые работают над проблемой баланса отбеливающей способности и высокой скорости фильтрации. Отход производства – отработанная отбельная глина вывозится на специальные полигоны промышленных отходов.

Вымораживание (винтеризация). Используется для удаления из масел воскоподобных веществ, как правило, из подсолнечного и кукурузного. Проводится в специальных аппаратах – кристаллизаторах и экспозиторах. Применяется как периодическое, так и непрерывное. В процессе вымораживания масло смешивают с кизельгуром, либо перлитом и медленно охлаждают до температуры 5-8 оС, затем выдерживают несколько часов и отправляют на фильтрацию. Отход производства – отработанный фильтровальный порошок вывозится на специальные полигоны промышленных отходов.

В основном, в качестве добавки при вымораживании используется кизельгур (диатомит) – природный материал, состоящий из остатков древних микроорганизмов. Добывается в карьерах, а затем подвергается прокаливанию с флюсом, после чего производится фракционирование по гранулометрическому составу. От свойств используемого кизельгура очень сильно зависит качество получаемого масла (способность выдерживать холодный тест), а так же скорость фильтрации. Поэтому использование некачественного материала приводит к трудному ведению процесса, а так же повышенным потерям. Перлит, в качестве добавки используется реже, по причине повышенной маслоемкости, кроме того из-за низкой плотности имеются трудности при транспортировании.

Фильтрация. Неотъемлемая часть отбелки и вымораживания. Процесс производится с использованием листовых напорных фильтров состоящих из жестких фильтрующих элементов из нержавеющей стали собранных на коллекторе и заключенных в герметичный корпус. Гораздо реже используются пластинчатые пресс-фильтры, покрытые фильтровальным материалом – бельтингом. Процесс характеризуется скоростью и чистотой фильтрата. Так же используется полировочная фильтрация с помощью нетканого материала, для удаления небольшого количества мелких примесей из масла.

Качественная отбельная глина, сбалансированная по гранулометрическому составу, позволяет проводить фильтрацию с высокой скоростью без так называемого «пыления» фильтра – когда очень мелкие частички отбельной глины проникают через намывной фильтрующий слой. Ввиду высокой активности отбельной глины по отношению к окислению масла, фильтрацию после отбеливания необходимо проводить без доступа воздуха - масло может контактировать с кислородом только после охлаждения, иначе резко повышается количество свободных радикалов и растет анизидиновое число. Осушение фильтра, после завершения цикла фильтрации производят паром.

Фильтрация после вымораживания производится   с предварительной намывкой фильтрующего слоя с помощью кизельгура, для избегания налипания сорбированных восков на фильтрующую сетку, поскольку это приводит к очень быстрому прекращению фильтрации. Масло, подающееся на фильтрацию, подогревают до температуры порядка 15 оС, очень мягко, чтобы не расплавить кристаллизовавшиеся воски. Так же как и в случае отбелки, качественный фильтрующий материал способствует проведению фильтрации с высокой скоростью и длительным циклом, тем самым повышая производительность оборудования. Осушение фильтрующего слоя производится с помощью сжатого воздуха, частые сушки приводят к повышенному расходу воздуха и, соответственно, электроэнергии.

Дезодорация. Является завершающей стадией рафинации. Масло находящееся в дезодораторе обрабатывается острым паром при температурах 225 - 260 оС, и остаточном давлении 1-3 мм. рт. ст. В результате производится удаление одорирующих веществ, пестицидов, гербицидов и жирных кислот. Более высокие температуры характерны для физической рафинации – при которой происходит удаление жирных кислот во время дезодорации. Температура выше 260 оС не используется по причине заметного повышения количества транс-изомеров жирных кислот в дезодорированном масле. В зависимости от конструкции и исполнения масло находится в дезодораторе от 40 минут до двух часов.  В погонах дезодорации, кроме перечисленных выше веществ находятся так же неомыляемые вещества, токоферолы и нейтральный жир увлекаемый общим газовым потоком. Крайне важно, для получения качественного дезодорированного масла произвести тщательную подготовку масла на предыдущих стадиях, так например, при наличии фосфатидов в масле произойдет их пригорание, и масло приобретет опалесцирующую окраску, а кроме того будет чувствоваться привкус гари.

 Отходы и потери при рафинации. Очень важный показатель, характеризующий весь процесс рафинации и дезодорации. В первую очередь потери зависят от качества исходного масла - количества жирных кислот (кислотного числа), массовой доли фосфатидов, цветного числа, наличия влаги и посторонних примесей. Но одно и то же масло, переработанное на различных установках, или с использованием различных вспомогательных материалов может быть переработано с различным выходом готовой продукции. Например, если использовать слабоактивированную отбельную глину, и фильтровальный порошок (кизельгур) ненадлежащего качества, то потери, при прочих равных условиях, по сравнению с качественными материалами могут возрасти на 1-2%, в первую очередь за счет увеличения дозировок, а так же за счет большей маслоемкости отработанных материалов.

 

Наша компания всегда готова предложить Вам самые качественные материалы для рафинации, а кроме того, оказать необходимую технологическую поддержку с выездом специалистов на Ваше предприятие.

Эффективность отбеливания

Принцип настоящего метода зависит от намерений использования отбельной земли для очистки:  очищенного щелочью соевого (подсолнечного) масла или промытого соевого (подсолнечного) масла. Отобранное масло подвергнуто обработке отбельной землей, цвет масла до и после обработки измерены по шкале Ловибонда. На основании полученных чисел  рассчитана обеспечивающая способность материала. Значение эффективности отбеливающей способности данного образца глины вычисляется путем сравнения  полученного числа с тем же числом при обработке того же масла (при одинаковых условиях тестирования), но стандартным образцом глины.

Реагенты

• Очищенное щелочью соевое (подсолнечное) масло – цветным числом 10±2 ед., в выражении по шкале Ловибонда Y+5R, с ячейкой в 1 дюйм.

• Диокись углерода (углекислый газ) – из цилиндра. Его следует высушить путем прогонки через сушильную колбу.

Оборудование

• Две сушильные колбы емкостью 500мл каждая, одна из колб содержит концентрированную серную кислоту.

• Стеклянные трубки – 25мм (или 1 дюйм) и ¼ дюйма, изготовленные из чистого прозрачного стекла.

• Тинтометр Ловибонда

• Колба со сферическим дном и тремя горлышками емкостью 500мл (см. рис.2)

• Помешиватель – изготовленный из стекла сосуд с дном в форме треугольного поддона (см. рис.2). Верх смесителя следует соединить с приводом , который приводится в движение маленьким электромотором.

Процедура

Аккуратно отвесить 200.0±0.1 г очищенного щелочью соевого (подсолнечного) масла или промытого соевого (подсолнечного) масла в сферической колбе.  Поместить эту колбу в водяную ванну с поддерживаемой температурой в 90-95 C° и медленно начать пропускать углекислый газ через масло.  Когда температура достигнет 90 C°, моментально открыть пробку и добавить 2.0 г отбельной глины.  Начать помешивание и увеличить его скорость до, примерно, 350 об/мин.  Дно помешивателя нужно установить на таком уровне,  при котором обеспечивается хорошее перемешивание. Поддерживать температуру 90 C° в течение 20 минут, а затем прекратить помешивание. Вынуть колбу из водяной ванны, дать маслу охладиться  атмосфере углекислого газа и затем отфильтровать масло через бумажный фильтр (Ватман №1 или аналогичный).  Определить значение цветности исходного масла и отбеленного масла в стеклянной трубке тинтометра Ловибонда.

lab

Расчёты

Обесцвечивающая способность Dt, % = , где:

А = цветное число изначального масла, выраженное как Y+5R или как Y+10R, в зависимости от используемого типа масла по шкале Ловибонда

В = цветное число отбеленного масла, выраженное как вше

Эффективность отбеливания % = , где:

Ds = обесцвечивающая способность (%) стандартной глины на том же масле и с использованием той же трубки Ловибонда.

 

Фильтруемость и маслоемкость

Принцип метода:

а) фильтруемость определяется временем, за которое масло в процессе фильтрации проходит через «лепешку» материала (намывной слой), приготовленную при специальных условиях

b) маслоемкость – та часть масла, которая забирается «кейком» материала, формирующимся в процессе фильтрации, выделяется при помощи растворителя при специальных условиях, а затем определяется величина остаточного масла (маслоемкость)

Реагенты

• Очищенное щелочью соевое (подсолнечное) масло

• Растворитель  - углеводородный (нефтяной) эфир (соответствующий растворителю марки 60/80)

Оборудование

• Бюхнеровская воронка внутренним диаметром 9см, погруженная в горячую водяную ванну

• Фильтровальная колба объемом 1л

• Фильтровальный насос или вакуумный насос

• Soxhlet – экстракционный аппарат

• Секундомер

Процедура

Определение фильтрующей способности (фильтруемости)

Взвесить 200±0.1 г очищенного соевого (подсолнечного) масла в 500 мл лабораторном стакане.  Аккуратно взвесить 10 г материала и добавить в масло. Нагреть масло до 90 C°, тщательно помешивая с помощью стеклянной палочки. Смочить бумажный фильтр (подойдет Ватман №1), помещенный в Бюхнеровскую воронку, небольшим количеством соевого (подсолнечного) масла, соблюдая осторожность с тем, чтобы не допустить образование дырки в бумажном фильтре. Нагреть водяную ванну и поддерживать ее температуру на уровне 90 C°. Включить вакуумный насос. Тщательно перемешать содержимое лабораторного стакана и затем немедленно вылить всю смесь в Бюхнеровскую воронку.  Добавить вакуума до достижения абсолютного давления 100±10 мм ртутного столба. В другом стакане подготовить 200 мл соевого (подсолнечного) масла (без добавления глины), подогретого до 90 C° (масло А). После того, как пленка масла на поверхности кейка в Бюхнеровской воронке исчезнет, налить в Бюхнеровскую воронку сверху на лепешку глины порцию масла А. Запустить секундомер, как только фильтруемое масло начнет течь через воронку. Поддерживать вакуум при абсолютном давлении 100±10 мм ртутного столба.  Отсечь отметку времени, когда пленка масла в Бюхнеровской воронке на поверхности кейка исчезнет. В этот момент сбросить вакуум.

Фильтруемость – это время в минутах, за которое вторая порция масла (масло А) полностью пройдет через кейк глины в воронке Бюхнера.

Примечание: продолжайте фильтрацию до момента, когда фильтруемость упадет до 15 секунд.  Выключите вакуумный насос и удалите кейк из Бюхнеровской воронки для определения маслоемкости, как описано ниже.

Определение маслоемкости

Аккуратно взвесьте 5 г кейка на бумажном фильтре (подойдет Ватман №42), сверните и вложите его в другой бумажный фильтр, сложенный таким образом, чтобы предотвратить просыпание кейка (второй бумажный фильтр остается открытым сверху, что будет служить наконечником). Поместите кусочек гигроскопической ваты наверх наконечника, для равномерного распределения растворителя по материалу. Поместите обернутый вышеуказанным способом материал в экстракционный аппарат. Налейте примерно 75 мл растворителя в тарную экстракционную колбу перед присоединением к трубке. Нагрейте на водяной бане или электрической грелке до такой степени, когда растворитель начнет капать из центра наконечника конденсатора со скоростью, по крайней мере, 150 капель  минуту.  Добавляя растворитель, поддерживайте его  объем достаточно постоянным, ввиду протекающего испарения растворителя.  Продолжайте экстракцию в течение трех часов. Затем охладите и отсоедините экстракционную колбу. Дайте растворителю испариться на паровой или водяной бане до момента, когда уже не будет ощущаться запах. Для этого также можно применить обдувание чистым сухим воздухом. Охладите до комнатной температуры, осторожно удалите остатки влаги или загрязнений с внешней стороны колбы и взвесьте ее. Повторите нагрев, охлаждение и взвешивание до момента, когда разница между двумя последовательными взвешиваниями не будет превышать 1 мг. Определите массу остаточного масла в экстракционной колбе.

Расчеты

Маслоемкость материала, % к массе = , где

м = масса в граммах остаточного масла в экстракционной колбе

М = масса в граммах фильтр-кейка для определения маслоемкости

Примечание: определение маслоемкости должно быть проведено сразу после определения значения фильтруемости.

Силикаты натрия для нефте- и газодобычи.

В общем случае используются для приготовления быстросхватывающихся смесей для закупоривания трещин, и как компонент буровых тампонажных и буферных растворов.

 Силикат натрия и метасиликат натрия являются многофункциональными материалами и обеспечивают:

• снижение плотности цементного раствора;

• снижения себестоимости цементного раствора;

• предотвращение разделения твердых частиц;

• ускоряет усадку;

• уменьшает содержание свободной воды в обычных и тяжелых суспезиях;

• обеспечивает хорошее схватывание.

 Помимо добавления в цементные смеси, силикат натрия может использоваться до и после цементирования для улучшения цементной связки.      Силикат натрия используется:

• для промывания ствола скважины перед цементированием;

• для исправления последствий плохого цементирования.

Для скваженных цементов применяются метасиликат натрия и силикат натрия (жидкий и гидратированный порошок). Метасиликат натрия отличается от силиката натрия тем, что имеет определенную кристаллическую форму. Мольное отношение SiO2 к Na2O составляет 1:1 и имеет химическое обозначение Na2SiO3. Силикат натрия в жидкой и порошкообразной форме определяется по весовому соотношению Sio2/Na2O  в диапазоне 1,60 – 3,22.

Метасиликаты натрия

Метасиликаты натрия используются как наполнитель и ускоритель схватывания цемента.

Характеристики безводного метасиликата натрия METSO BEADS 2048 и пятиводного метасиликат натрия METSO PENTABEAD 20 приведены в таблице:

 

Продукт

SiO22O, моль /Na

% Na2O

% SiO2

% H2O

Плотность г/см3

Размер частиц

METSO BEADS 2048

1:1

51,0

47,0

0

1,04

Между 20 и 65

METSO PENTABEAD 20

1:1

29,3

28,4

41,6

0,88

Между 20 и 65

 

 

Силикаты натрия

Силикаты натрия имеют весовое отношение Sio2/Na2O  от 1,60 до 3,22 и менее щелочные, чем метасиликаты, характеристики приведены в таблицах.

Жидкие силикаты натрия

Продукт

SiO2 /Na2O, весовое отношение

% Na2O

% SiO2

Плотность, г/см3

pH

Вязкость, сПз

Размер частиц

N

3,22

8,9

28,7

1,38

11,3

180

Между 20 и 65

D

2,00

14,7

29,4

1,53

12,8

400

Между 20 и 65

 

Силикаты натрия, гидратированный порошок

Продукт

SiO2 /Na2O, весовое отношение

% Na2O

% SiO2

% H2O

Плотность, г/см3

Размер частиц

G

3,22

19,2

61,8

18,5

0,70

89%  - 100 меш

GA

2,40

23,8

57,2

17,5

0,61

89%  - 100 меш

GD

2,00

27,0

54,0

18,0

0,73

80%  - 100 меш

 

Применение

Метасиликат натрия широко используется, как недорогой наполнитель, позволяющий обеспечить более высокое содержание воды в цементной смеси. Вода снижает плотность цементной смеси, что уменьшает гидростатическое давление, снижает неоднородность и растрескивание формации. Кроме того, экономически более целесообразно увеличение содержания воды, чем чистого цемента.

Силикат натрия и метасиликат натрия уменьшают подвижность воды в цементной смеси. При растворении их ионы взаимодействуют с ионами кальция в цементе, образуя кальциевый силикатный гидрагель. Именно он эффективно связывает большое количество воды в суспензии без появления свободной воды. Цемент остается гомогенным без разделения твердых частиц.

Свойства

• метасиликат натрия добавляют в количестве 1-4%;

• 2-3% силиката натрия дают такой же выход раствора, как 10% бентонита;

• цементные растворы могут приготавливаться с плотностью от 1,32;

• обеспечивает большую прочность цемента в сравнении с другими наполнителями.

Уменьшение доли свободной воды в обычных и тяжелых суспезиях

Применение метасиликата натрия эффективно для уменьшения подвижности воды в обычных и тяжелых суспензиях. Считается, что такие суспензии содержат меньше воды, типовая концентрация 0,2-0,3% по весу.

Ускорение схватывания

Метасиликат натрия может выполнять функцию ускорителя схватывания цемента. Для надежного ускорения необходимо, чтобы ионы метасиликата оставались в растворе до реакции с ионами Ca+2, иначе произойдет преждевременное гелеобразование.

Свойства

• типовая дозировка – 2-4% по весу цемента;

• легкое перемешивание сухой смеси;

• более медленное затвердевание, чем при использовании других ускорителей (CaCl2), дающее дополнительное время для заливки раствора;

• обеспечивает быструю усадку.

Хранение и обращение с силикатами натрия

Силикат и метасиликат натрия представляют собой очень щелочные вещества. Поэтому требуют осторожного обращения и хранения. Не допускается замораживать жидкий силикат натрия.