SFT - Grade 13 - රසායනික කර්මාන්ත.- සබන් නිෂ්පාදනය
සබන් නිෂ්පාදනය
සබන් භාවිත කිරීමේ ඉතිහාසය ක්‍රි.පූ.2800 තරම් පැරණි යැයි සලකනු ලැබේ. බැබිලොනියාවේ සබන් සෑදීම සඳහා අළු හා තෙල් මිශ්‍රණ භාවිතා කර ඇත. සබන් නිෂ්පාදයට ශාක තෙල් හෝ සත්ත්ව තෙල් භාවිතා කරයි. ඇතැම් විට ශාක තෙල් හා සත්ත්ව තෙල් මිශ්‍ර කර භාවිතා කරයි. සබන් නිෂ්පාදනයේ දී රසායනිකව සිදු වන්නේ කොස්ටික් සෝඩා සමඟ ට්‍රයිග්ලිසරයිඩ් ජලව්ච්ජේදන ප්‍රතික්‍රියාවක් (සැපොනීකරණය) සිදු වී ග්ලිසරෝල් හා කාඛෙක්සිලික් අම්ලවල සොඩියම් ලවණ සෑදීමයි. මෙම ලවන සබන් ලෙස හඳුන්වයිග සබන් නිෂ්පාදනයට ගනු ලබන ප්‍රධාන අමුද්‍රව්‍ය වනුයේ කෝස්ටික් සෝඩා :භ්ධ්‍ය- හා ශාක හෝ සත්ත්ව තෙල්් වේග එම තෙල්වල අන්තර්ගත ප්‍රධාන සංඝටකය ට්‍රයිග්ලිසරයිඩ් ය.
සබන් නිෂ්පාදනයේ දී ට්‍රයිග්ලිසරයිඩ් අණු හා භ්ධ්‍ය අතර ප්‍රතික්‍රියාවෙන් එම එස්ටර බන්ධන බිඳී මේද අම්ලවල සෝඩියම් ලවණ හා ග්ලිසරෝල් සෑදීම සැෆොනීකරණය ලෙසට හඳුන්වා දිය හැකිය. මේ සඳහා 50% කොස්ටික් සෝඩා ද්‍රාවණයක් භාවිත කළ හැකිය. සබන් නිෂ්පාදනයේ දී සිදු වන රසායනික ප්‍රතික්‍රියාව සැෆොනීකරණයයි. එහි අතුරු ඵලය ග්ලිසරෝල් වේ.
සබන් නිෂ්පාදනය ප්‍රධාන පියවර 4 කි,
- සැපොනීකරණය.
- අතරුඵලය වූ ග්ලිසරෝල් ඉවත් කිරීම.
- සබන් පිරිපහදු කිරීම.
- නිමි සබන් බවට පත් කිරීම.
සබන් අණුවක් සැලකූ විට කාබන් හා හයිඩ්‍රජන් පරමාණු අන්තර්ගත ජලභීතික වලිගයක් හා ජලකාමී හිසක් සහිත ප්‍රදේශ නම් කළ හැකිය. ජලකාමී හිස ආශ්‍රිතව Na+අයනය හා -COO- අයනික කාණ්ඩය ඇත.
මෙම සබන් අණුවක ඇති කාබන් පරමාණු ගණන 12 , 14, 16, හා 18 ලෙසට වෙනස් වේ. පොල්තෙල් වල 52 - 44 % පමණ ඇත්තේ ලෝරික් අම්ලයයි. එහි කාබන් පරමාණු 12 කි. එයින් පරමාණු 11 ක්ම ජලභීතික වල්ගය ආශ්‍රිතව ඇත. කාබන් පරමාණු 14 අඩංගු මිරිස්ටික් අම්ලය 14 % ක ප්‍රමාණයකි. පොල්තෙල් හි අඩංගු පාමටික් අම්ල ප්‍රමාණය 8 % කි. පාමටික් අම්ලය කාබන් පරමාණු 16 කි . කාබන් පරමාණු 18 ක් ඇති ස්ටියරීයන් අම්ල ප්‍රමාණය 8 % කි. කාබන් පරමාණු 18 හා ද්විත්ව බන්ධනයක් ඔලෙයික් අම්ලයේ ඇත.එය 5 - 8 % ප්‍රමාණයකින් පොල්තෙල්හි ඇත. එනිසා සබන් යනු මෙවැනි අම්ල මිශ්‍රණයක් නිසා සෑදුණු සෝඩියම් ලවණ මිශ්‍රණ වේ.
තෙල්වල වර්ණක හා අපද්‍රව්‍ය ඉවත් කිරීමට සක්‍රීය ෆුලර් (අ)ර්ත් (Activated fuller earth) ලෙසට හදුන්වන විශේෂ මැටි ද්‍රාවනයක් මතින් යවනු ලැබේ. එහි උෂ්ණත්වය 90 OC පමණ වේ. මෙම තෙල්වල තිබිය හැකි මැටි අංශු ඉවත් කිරීමෙන් පසු සබන් නිෂ්පාදනයට යොදාගනු ලබයි. සබන් නිෂ්පාදනය අඛන්ඩව ක්‍රියාවලීන් (Continuous process) හෝ කාණ්ඩ ක්‍රියාවලියක් (Batch process) ලෙසට සිදු කළ හැකිය.
කාණ්ඩ ක්‍රියාවලිය සාම්ප්‍රදායික ක්‍රමයයි. කාණ්ඩ ක්‍රියාවේ දී සියලු අමුද්‍රව්‍ය ප්‍රමාණය එක වර ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයට එක්කර ප්‍රතික්‍රියාව වීමට ඉඩ සලසයි. ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයට තෙල් එක්කර ක්‍රමයෙන් NaOH හා KOH එක්කරමින් ප්‍රතික්‍රියාව ආරම්භ කරයි. (Incubation period) මෙම ප්‍රතික්‍රියාව උදාසීනකරණ ප්‍රතික්‍රියාවක් නිසා තාප දායක ය. තාප දායක ප්‍රතික්‍රියාවක් වේගයෙන් සිදු වීමත් සමඟ ඉතිරි NaOH හෝ KOH එකවර එක් කරයි. උෂ්ණත්වය අවශ්‍ය පරිදි පාලණය කිරිම වැදගත් වේ
අඛන්ඩ ක්‍රියාවලියක දී ප්‍රතික්‍රියක යම් ශීඝ්‍රතාවයකින් ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයට පොම්ප කරයි. ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයෙන් යම් නියත ශීඝ්‍රතාවයකින් ඵලයන් ඉවත් වේ. නිදසුන් ලෙසට තෙල් පොම්ප කරන ශීඝ්‍රතාව 657.4 Kg hr-1 හා (w/w 50%) වූ NaOH ද්‍රාවණයකින් 101 Kg hr-1 ශීඝ්‍රතාවයකින් ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයට පොම්ප කරයි. ඒ නිසා ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයෙන් පැයට 758 Kg hr-1 ශීඝ්‍රතාවයෙන් ද්‍රව්‍ය ඉවත් නොකල හොත් ප්‍රතික්‍රියා කුටීරය මුළු මනින්ම පිරී යයි. මෙම ශීඝ්‍රතාවයකින් පැමිණෙන ප්‍රතික්‍රීයක ඵල බවට පත් වීමට ප්‍රමාණවත් කාලයක් තිඛෙන පරිදි ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයේ පරිමාව පැවතිය යුතුය. සබන් නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියක් පහත ගැලීම් සටහනකින් ආදර්ශනය කළ හැකිය.
ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයට පිරිපහදු නොකල ශාක තෙල් (උදා - පොල්තෙල්) හෝ ශාක තෙල් හා සත්ත්ව තෙල් මිශ්‍රණය හා කොස්ටික් සෝඩා ද්‍රාවණය (හෝ ණධ්‍ය ද්‍රාවණය) පොම්ප කරනු ලැබේ. කොස්ටික් සොඩා ජලයේ දියවීම තාප දායක ය. එමනිසා කොස්ටික් සෝඩා NaOH ජලයේ දිය කිරීම වෙන වෙනම ක්‍රියාවලියක් ලෙසට සිදු කරයි.
තෙල් හා ජලීය භ්ධ්‍ය එකිනෙකට මිශ්‍ර නොවන පරිදි කලාප දෙකකි. නමුත් මෙම ස්ථර දෙක අතර අතුරු මුහුණත ආශ්‍රිතව සිදුවන සැපොනීකරණ ප්‍රතික්‍රියාවෙන් ජලයේ දියවන ග්ලිසරීන් හා සබන් සෑදේ. ප්‍රතික්‍රියා මිශ්‍රණයේ උෂ්ණත්වය 70 OC පවත්වාගෙන මෙම මාධ්‍ය හොදින් මිශ්‍ර කරයි. තෙල් කුඩා බිදිති බවට පත් වී පෘෂ්ඨීක වර්ගඵලය වැඩි වේ. මේ නිසා අතුරු මුහුණත් වර්ගඵලය වැඩි වේ. ප්‍රතික්‍රියාව ඒකාකාරව සමස්ථ ප්‍රතික්‍රියා මිශ්‍රණය ආශ්‍රිතව සිදු වේ.
සැපොනීකරණයෙන් පසු ලැඛෙන ජල කලාපයේ භාෂ්මිකතාව අඩු වී ඇත. එහි ග්ලිසරීන් හා යම් ප්‍රමාණයක් සබන් දියවී ඇත. ජල කලාපයේ දිය වී ඇති සබන් ඉවත් කිරීමට NaCl දිය කිරීමෙන් සාදාගත් ලවණ ද්‍රාවණයක් එක් කරයි. එහි වූ Na+ අයන සාන්ද්‍රණය ඉහළ නිසා ජලයේ දියවී අයණීකරණය වූ සබන් අණුවලින් ලැබුණ සෘන අයන සමඟ Na+ අයන එක් වී සෑදෙන සබන් අණු ජල කාලාපයෙන් වෙන් වේ.
ලවණ ද්‍රාවණය ප්‍රතිචක්‍රීකරණයට භාජනය වන නිසා මෙම භ්ක‍ක ද්‍රාවණය ආශ්‍රිතව යම් ග්ලිසරෝල් ප්‍රමාණයක් තිබිය හැකිය. එම නිසා මෙම ද්‍රාවණය “half spent lye”ලෙසට හදුන්වයි. සබන් හා ජල කලාප වෙන් වූ පසු ග්ලිසරීන් සහිත ජල කලාපය පොම්ප කර ඉවත් කරයි.
සෑදෙන රොන් සබන් ආශ්‍රිතව සැලකිය යුතු තරම් ජලය තිබීම හා උෂ්ණත්වය 70 OC නිසා පොම්ප කර ඉවත් කිරීම පහසු වේ. මෙය තෙත් රොන් සබන් ලෙස හැදින්වේ. ප්‍රතික්‍රියා නොකල තෙල් ඇත්නම් සුදුසු කොස්ටික් සෝඩා ද්‍රාවණ ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයට එක් කර ප්‍රතික්‍රියාව සිදු වීට සලස්වයි. ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයෙන් ඉවත් කරන ජල කලාපය ආශ්‍රිතව ග්ලිසරීන් තිබේ. ඒ නිසා අතුරුඵල ලෙසට ග්ලිසරීන් වෙන් කිරීමට එම ලවණ ද්‍රාවණය හොඳ ප්‍රභවයකි. එම ද්‍රාවණයෙන් ග්ලිසරෝල් ඉවත් කළ විට දී ලැඛෙන ද්‍රාවණයට අවශ්‍ය තරම් නැවත NaCl ද්‍රාවණය එක්කර ප්‍රතිචක්‍රීකරණයට අවශ්‍ය පරිදි පිළියෙල කරගනු ලබයි. මෙම ලවන ද්‍රාවණය රොන් සබන් තුළ ඇති ග්ලිසරින් ඉවත් කිරීමට භාවිත කරයි. මෙම ලවණ ද්‍රාවණය තුළ සබන් දිය නොවේ. ග්ලිසරින් දිය වේ. මෙහි දී ලවණ ද්‍රාවණය සමඟ සබන් හොදින් මිශ්‍ර කිරීම ඉතා වැඳගත් ය. මේ නිසා රොන් සබන් වලින් ග්ලිසරීන් ඉවත් කර යම් ප්‍රමාණයකට පිරිපහදු කළ හැකිය. රොන් සබන් වලින් ලවණ සහිත ජල කලාපයට ග්ලිසරින් වෙන් කරගනු වෙන් කරගනු ලැබේ. මෙම ග්ලිසරින් සහිත ලවණ ද්‍රාවණය හා සේදූ සබන් වෙන් කරගනු ලබයි. ලවණ ද්‍රාවණය ප්‍රතික්‍රියා කුටීරයේ වූ ජල කලාපයේ දියවී ඇති සබන් වෙන් කිරීමට යොදාගනු ලැබේ. ජල කලාපය තුළ ග්ලිසරීන් සංයුතිය 35 % (w/w %) ඉක්මවන විටදී ග්ලිසරීන් දිය වීමේ කාර්යක්ෂමතාව අඩු වේ. එනිසා ජල කලාපයේ ග්ලිසරීන් සංයුතිය 25 - 35 % අතර පවත්වා ගනු ලැබේ.
සේදූ සබන් තුළ ජලය හා NaOH ලවණ ඇත. සබන් ආශ්‍රිතව NaOH තිඛෙන විට සබන් ජලයේ දිය වී පෙණ නැගීම හොදින් සිදු නොවේ. මේ නිසා NaOH ඉවත් කළ යුතුය. මේ සඳහා ලවණ සහිත තෙත් සබන් කේන්ද්‍රාපසරණය කරයි. එවිට ජලීය ලවණ ද්‍රාවණය සබන් වලින් වෙන් වේ. එවිට එම සබන් හි වූ NaOH සංයුතිය 0.5 % (w/w %) තෙක් අඩු වේ. ප්‍රතික්‍රියා නොකළ NaOH සංයුතිය 0.3 % (w/w %) තෙක් අඩුවේ. ජලය 31 % පමණ ඇත.
සබන් තුළ NaOH තිබීම පාරිභෝගිකයාට හානිදායක ය. කොස්ටික් ප්‍රමාණය ඉහළ සබන් නිසා සමට හා ඇස් වැනි සියුම් පටකවලට බලවත් හානි ඇති විය හැකිය. එමනිසා ඉතා සුලු වශයෙන් ඇති NaOH උදාසීන කිරීමට සිට්රික් අම්ලය , පොස්පරික් අම්ලය හෝ පොල්තෙල් ආශ්‍රිතව වූ නිදහස් මේද අම්ල (Fatty acid) එක් කරයි.
ලවණ ඉවත් කළ පසු එම සබන් තුළ ඇති ජලය ඉවත් කිරීමට අවශ්‍ය වේ. ජල ප්‍රමාණය 12 % (w/w %) තෙක් අඩු කිරීමට 120 OC පමණ උණුසුම් කළ සබන් අඩු පීඩන කලාපයකට , සියුම් බිදිති ලෙස විසිරී යාමට ඉසිනු ලබයි. (Spray) මෙහි දී ජලය වාෂ්පීකරණයට තාපය ලබා ගන්නා නිසා සබන් බිදිති වල උෂ්ණත්වය අඩු වේ. අඩු පීඩන භාජනය තුළ සබන් තැම්පත් වේ. ජල වාෂ්ප ඉවත් කරයි. වියළි සබන් වෙන් කරගනු ලැබේ. වියළි සබන්වලට පිරවුම්කාරක , වර්ණක හා සුවඳ කාරක මිශ්‍රකර අවශ්‍ය පරිදි හැඩ ගන්වා නිමි සබන් නිෂ්පාදනය කරනු ලබයි.
සබන් නියැදියක් පිළියෙල කිරීම.
- පරිමාව 100 ml බීකරයට ශාක තෙල් 5 g මැන ගන්න. එයට එතනෝල් 15 ml හා 20] (w/ w %) NaOH ද්‍රාවණයක 15 ml එක් කරන්න. මෙම ද්‍රාවණය ඉතා හොඳින් කූරුගාමීන් රත් කරන්න. ස්තර දෙක නොපෙනී යන තුරු රත් කරන්න. (බොහෝ විට මිනිත්තු 30 පමණ වේලාවක් රත් කිරීමට සිදු වේ.) මෙවිට ද්‍රාවණය හොඳින් පාරදෘශ්‍ය විය යුතු ය. රත් කරන විට දී වාෂ්පීකරණය නිසා පරිමාව සැලකිය යුතු තරම් අඩු වීමක් වුවහොත් ජලය හා එතනෝල් සම පරිමා මිශණ්‍රයක් නැවතත් ආරම්භක පරිමාව දක්වා ප්‍රතිකිය්‍රා මිශ්‍රණයේ පරිමාව සකසන්න.
- සංතෘප්ත NaCl ද්‍රාවණයෙන් 50 ml පරිමාවක් 250 ml බීකරයකට මැන ගන්න. සැෆොනකීරණය අවසන් වූ පසු එම ප්‍රතික්‍රියා මිශ්‍රණය සංතෘප්ත NaCl ද්‍රාවණයට එකතු කරන්න. මෙවිට හොඳින් කූරු ගාමින් මිශ්‍ර කරන්න. ඉන් පසු අයිස් වතුර ද්‍රෝණියක් තුළ බීකරය බහා සිසිල් වීමට ඉඩ හරින්න.
- පෙරහන් කඩදාසියක් හා බූක්නර් පුනීලයක් භාවිත කර රික්ත (vacuum) කරමින් ද්‍රාවණය පෙරා සබන් වෙන් කර ගන්න. වෙන් කළ සබන් වියළීමට තබන්න.
