油脂精炼工艺脱酸

第三章脱酸•脱酸：脱除毛油(粗油)中游离脂肪酸(FFA)的工艺过程毛油中一般都存在着一定数量的FFA毛油中尤其是一些谷物油脂及棕榈油中的FFA含量更高一些这些油料中一般存在着解脂酶，从而促使甘三酯水解生成FFA•来源：不成熟油籽，解脂酶分解甘油三酯，加工、贮藏时甘油三酯分解•含量：一般0.5～5%，陈米糠油、棕榈油可达20%•除去方法：碱炼中和法，物理精炼法•脱除必要性低级FFA，刺激性气味，影响油脂风味，降低油脂产品的烟点是油脂、磷脂水解的催化剂，促使水解酸败对热和氧稳定性差，促使氧化酸败增加磷脂等胶溶物、水在油中溶解度妨碍油脂氢化，并腐蚀设备油脂精炼工艺与装备第三章脱酸1•四大先进食用油精炼脱酸技术碱炼中和脱酸(化学精炼)除杂能力：最综合、最强离心机连续碱炼：油脂是连续相，碱液是分散相(W/O)应用广泛，工艺与装备成熟目前最大的单线生产规模：1200吨/日(碟式离心机的限制)泽尼斯(塔式)碱炼：油脂是分散相，碱液是连续相(O/W)反应完善，反应快、精炼率高，产品质量好；工艺与装备简单一般适用于：中小型规模的生产企业；皂脚后处理较困难混合油碱炼：碱液加到~60%的混合油中和游离脂肪酸(FFA)反应加工温度低，副反应产物少；精炼率高，产品质量好工艺与装备要求高，需要执行严格的防爆规范碱炼脱酸是整个精炼过程中最关键的阶段可能是导致中性油损失最高的阶段是对精炼成品油质量影响最大的阶段物理精炼脱酸(高真空水蒸汽蒸馏)除杂能力：单一辅料消耗少→无污水；工艺简单设备少→操作费用低精炼率高，产品质量好；但对原料油脂质量的要求高油脂精炼工艺与装备第三章脱酸2•1.碱炼中和脱酸原理•碱炼中和脱酸：用碱中和油脂中的游离脂肪酸，所生成的皂吸附部分其他杂质，而从油中重力沉降分离或用离心机分离的精炼方法碱炼中和脱酸碱+FFA(中和反应)→FFA生成肥皂→肥皂从油中分离析出碱中和FFA→生成肥皂肥皂不溶于油→从油中分离析出肥皂具有很好的吸附作用，能吸附相当数量的色素、胶质、固体杂质及其它杂质，一起从油中分离，该分离物常称之为皂脚目前，所用的碱大多数为烧碱(NaOH)溶液•碱炼中和脱酸的特点脱杂范围广：具有脱酸、脱胶、脱固杂、脱色等综合作用适应性强：适宜于各种油脂的精炼精炼损耗大：中性油皂化及皂脚中夹带油→造成精炼损耗较高耗碱→可存在污染源；碱炼后→水洗→产生废水油脂精炼工艺与装备第三章脱酸3•1.1.碱炼中和脱酸反应油脂精炼工艺与装备第三章脱酸4油脂水解是酰氧键断裂的过程油脂水解反应：可逆油脂皂化反应：不可逆油脂皂化反应：水解→中和酰氧键烷氧键油脂精炼工艺与装备第三章脱酸5油脂精炼工艺与装备第三章脱酸6黄曲霉毒素B1+NaOH棉酚+NaOH邻位香豆素钠棉酚钠油脂精炼工艺与装备第三章脱酸7•1.2.碱炼中和脱酸过程•非均态界面反应脂肪酸与碱液接触时，脂肪酸亲水基团定向围包在碱滴的表面，进行界面反应•扩散作用界面反应使油-碱滴界面形成皂膜(胶膜)。皂膜里的碱滴由于浓度差，不断扩散到皂膜外层，逐渐形成较稳定的胶态离子膜•皂膜絮凝结构松散的皂粒吸附毛油中的胶质、色素等杂质，并在电解质、温度及搅拌作用下，相互吸引絮凝成大的胶团即“皂脚”•反应速度反应动力学V1=K1(CA)m×(CB)n界面因素V2=K2×F对流扩散V3=K3×V′分子扩散油脂精炼工艺与装备第三章脱酸8•1.2.1.影响碱炼反应速度的因素•1)化学动力学因素(与浓度和温度有关)•根据质量守恒定律，碱炼反应的速度方程式V1=K1(CA)m×(CB)n•式中V1——化学反应速度(mol/l×min）K1——反应速度常数(与反应物性质和温度有关)CA——脂肪酸浓度(mol/l)CB——碱液浓度(mol/l)m——该反应对于反应物-脂肪酸A是m级反应n——该反应对于反应物-碱液B是n级反应油脂精炼工艺与装备第三章脱酸9碱炼反应的速度方程式V1=K1(CA)m×(CB)n对于某种原油CA一定进行碱炼时反应速度V1随反应温度T和碱液浓度CB的增大而增大CB↑→V1↑K1↑→V1↑•操作工艺条件的制定应尽量有利于中和反应的进行尽量不利于中性油皂化反应的进行•皂化反应较高温度、较高碱液浓度条件下才会有一定速度•中和反应较低温度下即可进行工艺间歇式碱炼：通常在低温浓碱条件下进行中和连续式碱炼：油、碱接触时间短，通常在较高温度下进行中和油脂精炼工艺与装备第三章脱酸10•2)界面因素(与分散度有关)•油中游离脂肪酸与水中碱之间的反应属非均相反应V2=K2×F•式中V2——非均态化学反应速度K2——反应速度常数F——脂肪酸与碱液接触的面积•反应速度：取决于脂肪酸与碱液的接触面积•碱炼操作：碱液浓度要适当稀一些，碱滴应分散细一些，使碱滴与脂肪酸有足够大的接触界面，以提高中和反应的速度油脂精炼工艺与装备第三章脱酸11•3)相对运动因素(与混合强度有关、对流扩散)V3=K3×V′•式中V3——对流扩散速度V′——反应物相对运动速度K3——反应速度常数•相对运动速度快(混合强度大)反应形成的皂膜破裂，迅速离开反应界面碱液分散度高，碱滴更细，分布更均匀油脂精炼工艺与装备第三章脱酸12•4)分子扩散因素(与浓度差和扩散距离有关)•扩散速率遵守菲克定律•式中V4——分子扩散速度D——扩散常数C1——反应物液滴中心的浓度C2——界面上反应物的浓度L——扩散距离(与形成的皂膜厚度有关)扩散速率与原油中的胶性杂质的多少有关油脂精炼工艺与装备第三章脱酸13•1.2.2.碱炼反应过程•皂膜→在碱滴表面生成→在摩擦力作用下→以膜的形式落下→落下的膜成小袋状→局部地捕获油脂→肥皂膜•肥皂膜→在电解质、温度及搅拌等作用下，在油中连续不断地→运动、碰撞→并相互吸引絮凝成胶团→由小而大→形成“皂脚”→从油中分离沉降•皂膜：是一表面活性物质，能吸附油中的胶质、色素等杂质油脂精炼工艺与装备第三章脱酸14•1.2.3.皂脚含油•沉降分离皂脚中带有相当数量的中性油•一般呈三种状态中性油→胶溶于皂膜中由于肥皂的增溶作用，使部分中性油与皂中碳氢基结合中性油→在皂膜与碱滴分离时→落入皂膜内→而被皂膜包容中性油→在胶团絮凝沉降时→被机械地→夹带和吸附•以上三种状态的中性油第一种不易回收后两种较易回收油脂精炼工艺与装备第三章脱酸15•1.3.影响碱炼效果的因素•碱炼过程是典型的胶体化学反应皂膜结构决定碱炼效果•皂膜对油脂碱炼的影响必须易于形成，薄而均匀，并易与碱滴脱离杂质：如果毛油中混有磷脂、蛋白和粘质等皂膜就会吸附它们而形成较厚的稳定结构→搅拌时就不易破裂→挟带在其中的游离碱和中性油也就难以分离出来→从而影响碱炼效果→精炼率降低、降低中性油损耗•碱炼操作时，必须力求做到以下两点增大碱液与FFA接触面积，缩短碱液与中性油接触时间控制皂膜结构，避免生成厚的胶态离子膜，并使皂膜易于絮凝精炼率降低、降低中性油损耗油脂精炼工艺与装备第三章脱酸16•1.3.1.碱及其用量•碱的种类•烧碱NaOH市售氢氧化钠有两种制品：隔膜法制品、水银电解法制品应选购隔膜法制品•氢氧化钾KOH钾皂软，且苛性钾较贵，很少采用•氢氧化钙Ca(OH)2容易皂化中性油，脱色能力差，且钙皂不便利用；很少采用钙镁等金属皂难溶于水，水洗困难•纯碱Na2CO3纯碱的碱性适宜，不易皂化中性油，但反应过程中产生碳酸气，使皂脚松散而上浮于油面，造成分离时的困难•碱的用量碱量不足，中和不完全，对其他杂质的吸附作用较差用碱过多，中性油被皂化量增大油脂精炼工艺与装备第三章脱酸17•碱炼时的总耗碱量总碱量＝理论碱(G理)＋超量碱(G超)工业固体总碱量＝总碱量/碱纯度液碱量G液碱＝固体碱量/液碱浓度C(%)G液碱=(G理+G超)/C•理论碱：满足与游离脂肪酸中和所需要的碱量按毛油酸值或游离脂肪酸百分含量计算GNaOH氢氧化钠的理论加入量(kg)VA油脂的酸价(mgKOH/g油)Go油脂的重量(kg)FFA%脂肪酸含量%(大多数油脂：以油酸计，FFA%=AV/2)脂肪酸的平均分子量%1421.00.40%FFAGMFFAGGOONaOHM油脂精炼工艺与装备第三章脱酸18•超碱量：满足其它反应及无形损耗所需要的碱)为了弥补理论碱量在分解和凝聚其他杂质(磷脂等)、皂化中性油以及被皂膜包容所引起的消耗；可凭经验或通过小样试验来确定间歇式超碱量一般为油量的0.05~0.25％质量劣变的毛油可控制在0.5％以内连续式超碱量一般为10~50％的理论碱量油碱接触时间长的工艺应偏低选取•超量碱的确定原则超量碱的确定直接影响碱炼效果必须根据毛油品质、精油质量、精炼工艺及精炼损耗等综合进行平衡同一批原油，用同一浓度的碱液碱炼时，所得精炼油的色泽和皂脚中的含油量随超量碱的增加而降低中性油被皂化的量随超量碱的增加而增大超量碱增大，皂脚絮凝好，沉降分离的速度也会加快油脂精炼工艺与装备第三章脱酸19•1.3.2.碱液浓度•碱液浓度的确定原则碱滴与游离脂肪酸有较大的接触面积有一定的脱色能力使油皂分离操作方便•碱液浓度的确定需综合平衡诸因素、由小样试验确定•碱液浓度的选择依据毛油的酸值：酸值↑→浓度↑毛油的含杂量：含杂量↑→浓度↑毛油的色泽：色泽↑→浓度↑毛油的脱色程度：脱色程度↑→浓度↑操作温度：温度↑→浓度↓中性油皂化损失：浓度↑→损失↑皂脚的稠度：浓度↑→稠度↑皂脚含油量：浓度↑→含油量↓毛油、成品油酸值毛油、成品油色泽皂脚密度操作温度成品油得率油脂精炼工艺与装备第三章脱酸20油脂精炼工艺与装备第三章脱酸21•1.3.3.操作温度•中性油被皂化的机率与操作温度正比初温：加碱时毛油的温度；低温避免中性油皂化终温：反应后油-皂粒明显分离时，释放出中性油，并利于油-皂粒的分离所达到的最终油温加快吸附色素等杂质，促进皂粒进一步絮凝呈皂团→有利油皂分离升温速度：自油-皂粒明显分离至终温的速度愈快愈好可避免皂粒胶溶和被吸附组分解吸一般1℃/min为宜碱脱色机理：皂脚吸附、碱破坏酚类发色基团•间歇式操作高温淡碱，低温浓碱(温度较低)•离心机连续操作分离温度：80~90℃加碱混合温度：~50℃间歇式：温度相对低连续式：温度相对高油脂精炼工艺与装备第三章脱酸22•1.3.4.操作时间•操作时间的影响主要表现在中性油皂化损失和综合脱杂效果接触时间愈长→中性油被皂化的机率愈大接触时间愈长→有利于其他杂质的脱除及油色的改善•中性油皂化损失间歇式碱炼由于油-皂分离时接触时间长→炼耗高于连续式•综合脱杂效果皂脚的吸附能力以及过量碱液对杂质的脱除作用在综合平衡中性油皂化损失的前提下适当地延长碱炼操作时间有利于其他杂质的脱除和油色的改善碱炼时间油皂化损失综合脱杂效果油脂精炼工艺与装备第三章脱酸23•1.3.5.混合与搅拌增大碱液滴的分散度，使油碱混合均匀防止碱液局部过量而引起中性油皂化使皂膜与碱液滴分离，加快中和反应速度•加碱反应：混合须强烈，使碱液在油中高度分散增进碱液与游离脂肪酸的相对运动提高反应速率→使皂膜尽快脱离碱滴•滞留反应：温和搅拌，以免皂膜过度分散引起乳化，促进皂粒絮凝•间歇式碱炼：分阶段变速控制反应→混合时转速为~60rpm滞留→搅拌在于促进皂膜絮凝，提高皂脚对色素等杂质的吸附滞留→为避免皂团因搅拌而破裂，搅拌更应缓慢，一般30～15rpm为宜•连续式碱炼：混合强度较大反应→混合时采用高强度混合器滞留→在慢速反应罐中进行滞留反应•水洗：控制混合强度→既分散均匀，又避免乳化油脂精炼工艺与装备第三章脱酸24•1.3.6.杂质的影响毛油中杂质：胶溶性杂质、羟基化合物、色素等对碱炼效果有重要影响，促使碱炼产生持久乳化其他色素增加用碱量，造成中性油皂化机率磷脂、蛋白质等→增大炼耗；宜先脱胶，磷脂＜1.5％一酯、二酯→促乳化；甘一酯易皂化棉酚及