Quy trình công nghệ sản xuất xà phòng

Nguyên tắc để sản xuất xà phòng

Phản ứng cơ bản xảy ra trong quá trình nấu xà phòng là phản ứng xà phòng hoá. Có thể xà phòng hoá trực tiếp nguyên liệu béo hoặc có thể xà phòng hoá axit béo để thu được xà phòng. Vì vậy trên thực tế có hai phương pháp để nấu xà phòng là:

Phương pháp 1: Thuỷ phân chất béo bằng hơi nước ở áp suất cao và nhiệt độ cao (2500C, 50 atm). Phản ứng xảy ra là:

Phản ứng xảy ra khi lượng nước dư, sau đó có thể tách dễ dàng glyxerin khỏi các axit béo (không hoà tan trong nước). Rồi các axit béo được làm sạch bằng cách chưng để dùng sản xuất xà phòng. Phương pháp này đòi hỏi hệ thống thiết bị phức tạp để thuỷ phân dầu mỡ và làm sạch axit béo, và thường chỉ được sử dụng tại các nhà máy sản xuất chất béo là chủ yếu.

Phương pháp 2: Đun sôi chất béo trực tiếp với dung dịch xút ở 1000C dưới áp suất không khí. Khi đó, các axit béo được hình thành phản ứng ngay tức thì với xút để tạo nên xà bông:

Sau đó phải tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Đây là một công việc khá phức tạp vì dung dịch tương đối bị pha lẫn. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà sản xuất lớn về xà phòng sử dụng nhiều nhất.

Sản xuất xà phòng trực tiếp từ các chất béo

Sơ đồ các giai đoạn để sản xuất xà phòng trực tiếp từ chất béo được mô tả trên hình 3.1. Sơ đồ bao gồm các giai đoạn:

Pha trộn các loại dầu: Tính toán tỉ lệ, phối hợp các loại nguyên liệu theo đúng yêu cầu của quá trình công nghệ.

Tẩy trắng, khử mùi: Loại khỏi dầu mỡ các tạp chất như nước, bụi, caroten, clorophyl,...

Hình 3.1: Các giai đoạn sản xuất xà phòng bằng phương pháp xà phòng hoá trực tiếp

Xà phòng hoá: Thực hiện phản ứng xà phòng hoá dầu mỡ bằng kiềm tạo xà phòng và glyxerin.

Tách xà phòng: tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Sự tách này dựa trên nguyên tắc là glyxerol hoà tan được trong nước muối trong khi xà phòng thì không. Quá trình tách rửa cũng giúp loại được một phần lớn các chất bẩn có màu sắc.

Quá trình rửa được thực hiện bằng cách pha trộn xà phòng với một dung lượng nước muối, có khuấy trộn. Sau vài giờ trộn, xà phòng tách ra ở lớp trên, còn lớp dưới là nước muối + glyxerin. Quá trình rửa được tiến hành 3 lần để loại glyxerin ra khỏi xà phòng.

Tách glyxerin: Người ta đưa dung dịch nước muối + glyxerin được thu hồi tới một thiết bị bốc hơi để thu hồi glyxerol và muối được quay vòng dùng lại.

Xà phòng hoá triệt để (loại muối): xà phòng sau khi tách khỏi glyxerin vẫn còn chứa nhiều muối, làm ảnh hưởng đến chất lượng. giai đoạn này giúp giảm số lượng muối, loại các tạp chất có màu sắc, tăng nồng độ cho dung dịch xà phòng. Trong giai đoạn này, người ta pha trộn dung dịch xà phòng với dung dịch xút loãng. Khi đó, dung dịch sẽ phân làm hai lớp: lớp trên là xà phòng mịn, lớp dưới là hỗn hợp nước - muối - xút - tạp chất (không có xà phòng) hoặc một dung dịch negro chứa vài phần trăm đến 25 - 30% xà phòng, muối, xút và các tạp chất khác.

Quy trình này có thể áp dụng các phương thức sản xuất xà phòng

Phương thức cổ truyền:

Phương pháp này là phương pháp gián đoạn, cho phép nấu nhiều tấn xà phòng một lượt. Trong các bồn hở, người ta nấu dầu với dung dịch xút (47%). Khuyết điểm chính của phương pháp này là ở chỗ khó đạt được một hỗn hợp đồng nhất: khi một phần dầu phản ứng với xút thì xà phòng đã được tạo thành làm sệt hột hợp. Phương pháp này không tách glyxerin ra khỏi xà phòng.

Hệ thống “vòi” liên tục

Đây là phương thức thông dụng nhất: gồm việc đun nóng dầu, dung dịch xút và bơm chúng thành một vòi: điểm giao của 4 ống, ống đầu tiên dẫn dầu, ống thứ hai xút, ống thứ 3 hơi nước (để giúp phản ứng đồng thời cọ rửa) và ống thứ tư để di chuyển hỗn hợp (sơ đồ hình 3.2).

Hình 3.2: Hệ thống vòi

Hỗn hợp phản ứng được duy trình lỏng bằng cách thêm chất lỏng, pha loãng vào. Chất lỏng pha loãng này có thể là nước, nhưng sự pha loãng glyxerin có thể quá mức và giá thành bốc hơi thành quá cao để thu hồi.

Phương thức Alfa Laval:

Thiết bị sử dụng gồm một cột phản ứng (3m x 0,75m) với một vòng tuần hoàn bên hông. Dầu  và dung dịch xút  được đưa vào  cột phản ứng nhờ các bơm. Tốc độ phản ứng được gia tăng nhờ áp lực cao (4 atm, 1400C). Xà phòng đi ra từ thiết bị phản ứng được bơm vào cột thứ hai. Trước khi đi vào cột phản ứng thứ hai, người ta đưa vào một chất lỏng pha loãng lạnh để giảm nhiệt độ và làm lỏng hỗn hợp. Thời gian phản ứng vào khoảng 15 phút trong cả hai cột.

Hình 3.3: Phương pháp “Alfa Laval”

- Rửa sạch:

Giai đoạn tiếp theo cho phép tách glyxerin ra khỏi xà phòng dựa trên nguyên tắc glyxerol hoà tan trong nước muối, nhưng xà phòng không tan. Quá trình rửa cũng cho phép loại trừ một phần lớn những tạp chất có màu.

+ Phương pháp bồn: Quá trình rửa được thực hiện bằng cách trộn xà phòng với một khối lượng muối đã xác định, dùng những vòi hơi nước để khuấy trộn. sau vài giờ nghỉ, xà phòng nổi lên trên trong cùng lúc lớp dưới gồm một hỗn hợp glyxerin/nước muối. quá trình rửa được lặp lại khoảng 3 lần với nước muối lạnh để loại trừ tất cả glyxerin trong xà phòng

+ Phương thức dòng chảy ngược: hệ thống này bao gồm một dãy thùng sắp xếp theo thác đổ trong đó xà phòng được bơm vào hoặc cho chảy vào từ thùng này sang thùng khác, trong khi nước muối được bơm vào ngược chiều. Rửa theo phương pháp này, nồng độ glyxerin cuối cùng trong nước muối cao hơn nhiều so với phương pháp bằng thùng ( 12-20% so với 5-10%).

- Pha loãng: Dung dịch nước muối + glyxerin thu hồi phần lớn được đưa vào một đơn vị làm bốc hơi để thu hồi glyxerol và muối. phần còn lại được dùng làm chất pha loãng

- Loại bỏ muối: tiến hành loại muối một cách liên tục bằng cách xịt so đa loãng vào hệ thống ống đưa xà phòng đã rửa đến một máy ly tâm mà tốc độ cho phép tách xà phòng ra khỏi nước.

b) Sản xuất xà phòng bằng cách trung hoà các axit béo

Phương pháp này được sử dụng ít hơn phương pháp trên vì nó có những điểm không thuận lợi là:

- Giá thành thiết bị cao

- Chỉ dùng với những nhà máy sản xuất lớn.

Tuy nhiên nó cũng có những thuận lợi là: công nghệ đơn giản, linh hoạt trong quá trình sản xuất vì có thể thay đổi dễ dàng thành phần chất béo.

Hình 3.4: Sản xuất xà phòng bằng cách trung hoà axit béo Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ sản xuất xà phòng  theo phương pháp trung hoà axit béo

c) Ví dụ về công thức xà phòng

            Xà phòng tắm cổ điển thường gặp trên thị trường có công thức như bảng 3.3.

Bảng 3.3. Công thức xà phòng thường gặp