油脂精炼工艺脱酸 PPT
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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
➢ 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
• 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
➢ 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”
• 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
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↑
• 操作工艺条件的制定应
K1↑→V1↑
➢ 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
➢ 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
➢ 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
• 反应速度
➢ 反应动力学 ➢ 界面因素 ➢ 对流扩散 ➢ 分子扩散
V1 = K1(CA)m × (CB)n
V2 = K2 ×F
V3 = K3 ×V′
V4
DC1
C2 L
大ห้องสมุดไป่ตู้有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
9
• 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)
➢ 耗碱→可存在污染源；碱炼后→水洗→产生废水
• 1.1.碱炼中和脱酸反应
油脂水解是酰氧键断裂的过程
烷氧键 酰氧键
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
黄曲霉毒素 B1 + NaOH
邻位香豆素钠
棉酚 + NaOH
棉酚钠
• 1.2.碱炼中和脱酸过程
• 非均态界面反应
• 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
• 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
• 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
• 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 ➢ 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
• 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
扩散速率与原油中的胶性杂质的多少有关
• 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
• 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
• 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
V4
DC1
C2 L
• 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)
➢ 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
• 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
➢ 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
• 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
➢ 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”
• 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
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↑
• 操作工艺条件的制定应
K1↑→V1↑
➢ 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
➢ 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
➢ 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
• 反应速度
➢ 反应动力学 ➢ 界面因素 ➢ 对流扩散 ➢ 分子扩散
V1 = K1(CA)m × (CB)n
V2 = K2 ×F
V3 = K3 ×V′
V4
DC1
C2 L
大ห้องสมุดไป่ตู้有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
9
• 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)
➢ 耗碱→可存在污染源；碱炼后→水洗→产生废水
• 1.1.碱炼中和脱酸反应
油脂水解是酰氧键断裂的过程
烷氧键 酰氧键
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
黄曲霉毒素 B1 + NaOH
邻位香豆素钠
棉酚 + NaOH
棉酚钠
• 1.2.碱炼中和脱酸过程
• 非均态界面反应
• 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
• 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
• 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
• 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 ➢ 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
• 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
扩散速率与原油中的胶性杂质的多少有关
• 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
• 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
• 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
V4
DC1
C2 L
• 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)
➢ 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