2第二章 脂肪酸教案

第二章工业脂肪酸Industrialfattyacid天然脂肪酸工业脂肪酸合成脂肪酸天然脂肪酸的原料来源：动物植物油脂、皂脚、脱臭馏出物，海生动物油以及妥尔油。脂肪酸产品：混合脂肪酸、油酸、硬脂酸、亚油酸、芥酸等。混合脂肪酸硬脂酸精馏油酸第一节工业脂肪酸的制取一、植物油皂脚制取脂肪酸肥皂约60%～75%（干基）;干基中性油约25%～40%（干基）;油脂碱炼35%～50%少量类脂物、游离碱、饼屑皂脚组成及粕末等。水分：50%～65%。脂肪酸的用途：日用化学品原料、化学工业原料等。本章主要内容：（一）植物油皂脚制取脂肪酸的方法1.提取方法皂化酸解法酸化水解法2.油脂水解方法根据水解操作的不同：间歇水解法连续水解法根据水解压力不同和是否采用催化剂：常压（或低压）催化水解法催化或非催化中压水解法连续非催化高压逆流水解法甚高压脂肪并流水解法催化低压高温水解法油脂的酶促水解法CH2OCORR′COONaCH2OHCHOCOR＋3NaOHR″COONa＋CHOHCH2OCORRCOONaCH2OH2RCOONa＋H2SO4＝2RCOOH＋Na2SO4（二）植物油皂脚制取脂肪酸1．皂化酸解法皂化酸解反应原理：皂脚先用碱液补充皂化，使其中的中性油转化为肥皂和甘油；然后将所得皂胶用硫酸进行酸解，使肥皂转变脂肪酸。工艺流程示意图如下：碱液盐硫酸清水↓↓↓↓皂脚→皂化盐析→酸解→水洗→粗脂肪酸↓↓↓废水废酸水洗涤废水工艺设备流程图：⑴补充皂化及盐析目的是皂化皂脚中的中性油，使其转变成肥皂和甘油，并将蛋白质、色素及其它胶杂排出，要求皂化率达97%左右。加碱量计算公式固体烧碱量＝0.713×10-3×皂脚皂化价×皂脚重量超碱量=5～10％理论加碱量皂化工艺条件碱液浓度：36Be，直接蒸汽翻煮１h,呈均匀的闭合状态。终了时，应保持在pＨ10～11不变。⑵硫酸酸解酸解工艺条件使肥皂转变为脂肪酸；加料重40%的清水煮沸；加入95%～98%的浓硫酸使结块渐渐消失;操作时间约2～3h。盐析工艺条件投盐量约为皂脚的8%～12%；用直接蒸汽翻动1～2h；静置2～4h。放出废酸液,用废水冲淡或用10％石灰乳中和后，排入废水处理系统。⑶水洗加水量:脂肪酸重的30～50％，洗涤2～3次。主要设备是皂化酸解锅如图。2RCOONa＋H2SO4＝2RCOOH＋Na2SO4CH2OCOR′R′COOHCH2OHCHOCOR″＋3H2OR″COOH＋CHOHCH2OCORRCOOHCH2OH优点：设备简单，操作方便，生产周期短，水蒸汽消耗少。不足：该方法酸、碱消耗多,生产成本较大。2．酸化水解法(1)生产原理：酸化水解法是将皂脚中的肥皂先经硫酸分解，得到脂肪酸与中性油的混合物，这种混合物通常称为酸化油，然后再水解其中的中性油得到粗脂肪酸。①酸化酸化工艺条件加水量:为料重20%左右；预热温度:80～85℃；浓硫酸:为皂脚重的7%～10%；90℃下保温静置1～2h；（热水洗涤1～2次。）得到中性油和脂肪酸的混合物—酸化油。提高油脂的水解度；提高油脂水解的反应速度。(2)生产工艺及其工艺条件皂脚→酸化→（水洗）→水解→水洗→粗脂肪酸加水量：油重30%；第二段水催化剂约：油重3%；解工艺条件浓硫酸：0.5%～3%；水解时间：8h左右；静置分层：30～40min；水解率：95%以上。②酸化油水解（油脂水解）☆常压催化水解（水解分两次进行）加水量：油重30%；催化剂约：油重3%；第一段水浓硫酸：１%～２%；解工艺条件水解时间：8～10h；静置分层：30～40min；水解率：80%～85%以上。常压催化水解设备工艺流程脂肪酸层用20%的清水多次洗涤。特点：酸化常压催化水解法投资少，操作容易控制，适用于小规模的脂肪酸生产。260℃ZnOMgOCaOliOHNaOHH2O6.03.12.32.01.71.0☆催化或非催化中压水解法催化剂：碱性催化剂,即金属氧化物。在水解过程中使用少量（油重的0.1%～0.2%）锌粉能改善脂肪酸的色泽。加水量：油重30%～60%；催化剂约:油重0.5%～4%；中压催化水水解压力:1.0～3.4Mpa；解工艺条件水解时间：6～10h；静置分层：30～40min；水解率：95%以上。油脂水解要求：通入蒸汽排出物料中、水解罐顶部空间的空气，连续水解时油水接触要均匀。充分利用工艺过程中的热能。如果采用的是中压催化水解,脂肪酸中含有一定量的金属皂,要进行酸化处理和水洗;如果采用的是中压非催化水解,上层脂肪酸则可直接送往蒸馏工段进行精制。中压连续水解生产工艺设备流程图要求：工艺所用水，通常是蒸汽冷凝水、去离子（无氯离子）和脱气水。其余与中压连续水解要求相同。☆连续非催化高压逆流水解法加水量：油重40～50％；连续非催化水解压力：4.8～5.2Mpa（260℃±）;高压逆流水水解时间：2～3小时；解工艺条件水解率：98％以上。特点：生产周期短,蒸汽消耗量少,工艺用水少，酸化油水解废水中甘油浓度较高，生产成本低，操作简单；但设备投资较大。适用于较大规模的脂肪酸生产厂家。特点：实现连续化工业生产；反应过程中产生的脂肪酸和甘油能及时地连续不断地分离出去,水解度高(99.5%)生产周期短,热能利用率高,蒸汽消耗少,生产成本低；不足：对水解原料有其适应范围,操作难度大,设备投资费用高；总之,连续非催化高压逆流水解法是当代脂肪酸工业生产中最先进的水解技术。2.油脂水解工艺对脂肪酸生产的影响⑴水分提高反应物水分在体系中的浓度；水量↗使反应生成的甘油得到稀释；高温下水本身离解为H+及OH-量增大.（三）影响脂肪酸生产的因素1.原料：原料的品种（组成）及其纯度。⑵甘油适当的加水量；从反应体系中引出甘油,重新加新鲜水或或低浓度的甘油水进行水解。⑶温度温度是油脂水解反应速度的函数.升高温度,可降低油-水两相界面张力，增加水在油中的溶解度，并加剧分子运动。高温下,水离解而产生的H+及OH-浓度增加，也有利于提高反应速度。油脂水解体系中必须保证有足够的液态水，使生成的甘油溶解在液态水中。⑷催化剂的种类酸性催化剂优于碱性催化剂。酸性催化剂（催化活性）：烷基苯磺酸＞烷基磺酸＞特催契尔（Twitchell）也可用其盐类作乳化剂。碱性催化剂（催化活性）：只有在用加压水解法生产脂肪酸时，才可选用碱性催化剂。ZnO＞MgO＞CaO＞liOH＞NaOHZnO在油脂水解中的作用（棕榈油，压力：0.6MP，加水量：60%）0102030405060708090100012345678时间（hr）油脂水解度（%）不加ZnO加0.6%ZnO第二节工业脂肪酸的精制粗脂肪酸脂肪酸含量一般在90％～98％。低沸点杂质:水份、酮、醛、游离甘油等。高沸点杂质:色素、甘油酯、氧化脂肪酸、不皂化物、部分聚合脂肪酸等。一、脂肪酸蒸馏的基本原理根据脂肪酸与杂质混合物沸点的不同，控制一定的温度，即可将低沸点杂质、高沸点杂质与脂肪酸分离。二、脂肪酸的蒸馏1.工艺流程：粗脂肪酸→预热→析气→加热→真空蒸馏→冷凝↓→精制混合脂肪酸蒸馏黑脚⑴预热温度在80～95℃。⑵析气目的：将溶解在粗脂肪酸中的空气与脂肪酸进行分离；同时将原料粗脂肪酸中的大部分低沸点杂质组分脱除。真空度控制在0.09MPa以上，温度80～95℃。⑶加热温度在215～270℃。⑷真空蒸馏目的:主要是将粗脂肪酸的高沸点杂质与脂肪酸进行分离；同时，进一步脱除低沸点杂质。工艺条件：真空度:0.093Mpa以上；温度:215～270℃。由于脂肪酸蒸馏黑脚粘度较大，很难自行排出，在实际生产中，常采用压力法排渣。⑸冷凝冷却冷凝冷却最终温度要控制在60～70℃；间歇蒸馏精制工艺设备流程间歇蒸馏釜、换热器的结构连续蒸馏精制工艺设备流程3.设备要求⑴耐腐蚀；⑵真空度高；⑶加热方式。注意：这里所述的连续蒸馏并不是按分子量的大小来分离脂肪酸，而是通过蒸馏除去高沸点和低沸点杂质来提纯脂肪酸。烟道气加热电加热真空泵真空喷射泵常用真空装置特点：①低的压力下获得较高的工作温度；②闭路循环供热热量损失小,节能效果显著.③矿物油热稳定性较差。注意：开始操作时须先脱除油中水分。高压蒸汽加热：高压蒸汽炉高沸点矿物油加热：即导热油加热。导热油加热炉分燃煤、燃油、燃汽和电加热四个系列。导热油加热炉导热油加热炉结构如图第三节工业脂肪酸的分离目的：使产品在性能上更具专一性。主要产品─硬脂酸和油酸。分离脂肪酸的方法分盘冷冻压榨法水媒分离法精馏法溶剂分离法尿素分离法酸性皂分离一、分盘冷冻压榨法（一）基本原理：根据混合脂肪酸中的饱和酸与不饱和酸的凝固点不同，在一定温度下，使饱脂肪酸从体系中逐步结晶析出，而不饱和脂肪酸在体系中仍为液体状态，通过加压而得以分离。表２-４各种脂肪酸的凝固点酸名豆蔻酸棕榈酸硬脂酸油酸芥酸亚油酸亚麻酸凝固点（℃）54.463.169.613.4；16.233.4～34.7-5.0～6.5-11.0～12.8生产上操作条件的控制，视原料酸的组成及对产品质量的要求而定。工艺操作1.冷冻:使饱和酸结晶析出,并能承受一定压力.降温速度：６～10℃/h±终温：0～5℃搅拌速度：20～30rpm（二）生产工艺生产工艺流程：→固体酸精制混合脂肪酸→冷冻→装袋→压榨→液体酸2.装袋用弹性较好的尼龙袋子，每袋装250～500g。升压速度：1.0～1.5Mpa/h3.压榨终压：10～15MPa压榨时间：8～10h4.固体酸熔化及回收用60～80℃的热水。设备工艺流程：（三）影响脂肪酸分离效果的因素1．分离温度分离温度↗固体酸得率↘纯度↗碘价↘质量好液体酸得率↗纯度↘碘价↘质量差2．分离压力分离压力↗固体酸得率↘纯度↗碘价↘质量好液体酸得率↗纯度↘碘价↘质量差3．降温速度和升压速度降温速度过快，晶粒松虚，结晶体外硬内软；升压速度过快,袋子中央的液体酸不易分离出来.此外，为了使进一步保证分离效果，要考虑对生产环境温度的控制。（四）主要生产设备及辅助设备主要生产设备为冷冻罐，和油压机。主要辅助设备：制冷机组。（五）特点分离效果易保证，但其操作繁杂，劳动强度大。制冷机组二、水媒分离法(又称表面活性剂分离法)（一）基本原理：根据混合脂肪酸中饱和酸和不饱含酸凝固点的不同，将混合脂肪酸冷却到一定温度时其中的饱和酸结晶析出，不饱和酸仍为液体；在有表面活性剂存在的水溶液中，由于搅拌作用，阴离子表面活性剂将饱和酸结晶体表面上的液体酸乳化分散下来，同时将饱和酸结晶体表面润湿后分散于水溶液中；在少量电解质的存在下，降低了系统的粘度，使液体酸更容易聚集起来,增大了重相和轻相的比重差，借助离心机将二者分离。（二）水媒分离法分离混合脂肪酸的生产生产工艺流程示意图：精制混合脂肪酸→冷冻→配料→离心分离—→粗油酸→水洗→真空干燥→液体酸→结晶体悬浮物→加热分层→水洗→干燥→固体酸②破坏系统粘度,增大重相比重，便于离心分离.脂肪酸:水:表面活性剂:电解质=100:150:6.5:3保持温度：10～12℃搅拌速度：20～30rpm时间：1～2h2.配料配料目的:①乳化分散结晶体表面粘附的液体酸，润湿结晶体,并将其分散于水溶液中；降温速度：15℃/h±1.冷冻终温：10～12℃搅拌速度：20～30rpm结晶养晶时间约6～10h冷冻罐配料罐5.重相精制处理①加热分离温度：80～90℃静置分离后得到的水溶液循环使用.②重相水洗、脱水4.轻相水洗、脱水3.分离采用离心分离。离心机特点：水媒分离法分离过程简单，并能实现连续化生产，劳动强度小，易实现规模化生产。主要设备冷冻罐、配料罐：离心机：（三）影响水媒分离法分离效果的因素1．温度与冷冻压榨法相同2.表面活性剂的种类和浓度种类：非离子型表面活性剂不能用作脂肪酸分离过程中的添加剂；含有硫酸根的阴离子表面活性剂可用作脂肪酸分离过程中的分离助剂；如十二烷基硫酸钠等。浓度：其润湿乳化能力，只有在达到临界胶束浓度（0.2%左右）时才变得明显，所以