油脂高壓水解副產(chǎn)物粗甘油的精制工藝研究

陳萬寶 王明權(quán) 張金龍 郭盼盼

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，江蘇 南京210048）

0 引言

隨著油脂加工行業(yè)的不斷發(fā)展擴張，促使粗甘油市場出現(xiàn)過剩。據(jù)統(tǒng)計，2006 年，僅在歐洲大約有50 萬t 的甘油涌入市場，而這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了市場的承載能力。寶潔公司預(yù)測，2010 年世界甘油產(chǎn)量將超過120 萬t。甘油產(chǎn)量的劇增必將導(dǎo)致甘油的價格下降。目前甘油的來源主要有兩個渠道，一個是生物柴油副產(chǎn)的甘油，另外一個是脂肪酸的生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的甘油，他們的產(chǎn)量約占油脂原料的10%，也就是說每生產(chǎn)1 噸生物柴油或脂肪酸就會產(chǎn)生0.1 噸的甘油。

高純度甘油是無毒、安全物質(zhì)，在醫(yī)藥、食品、紡織、化工等領(lǐng)域有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，而且范圍正在不斷延伸和擴展[1]。我國甘油一直處于供不應(yīng)求的狀況，尤其是高純度甘油(99.5%)幾乎全部依靠進(jìn)口[2]，主要從馬來西亞和印度尼西亞進(jìn)口。粗甘油精制的方法主要有減壓蒸餾法[3-4]、離子交換法[5]和膜過濾法[6]。

我國目前的甘油主要是生產(chǎn)脂肪酸過程中副產(chǎn)的甘油，甘油的精制工藝是：甜水的預(yù)處理、蒸餾、減壓精餾、脫色。采用該工藝能得到99.5%以上的高純度甘油，但是在精餾過程中能耗較高且可能會發(fā)生甘油中氯化物含量超標(biāo)的現(xiàn)象。甜水的預(yù)處理工藝主要是通過加鹽酸對甜水乳液進(jìn)行破乳分離出其中的脂肪酸& 脂，再通過加入凈水劑和絮凝劑經(jīng)過濾后得到相對純凈的甜水；蒸餾工藝是將甜水的濃度提升到90%左右； 減壓精餾工藝是進(jìn)一步提高甘油的濃度，能達(dá)到99.5%以上；最后的脫色工藝是讓精餾后的甘油通過活性炭炭床，進(jìn)行脫色[7]和脫臭使得甘油的品質(zhì)得到進(jìn)一步提升。由于在甜水預(yù)處理過程中加入了鹽酸、純堿和偏鋁酸鈉等化學(xué)品，因此在甘油中存在一定濃度的無機鹽，這些無機鹽在甘油蒸餾和精餾過程中會造成能耗較高，特別是在精餾過程中若產(chǎn)生液沫夾帶會造成甘油中氯化物含量超標(biāo)，并且甘油精餾殘渣（也叫做甘油瀝青）會非常粘稠，很難排出，這樣的甘油瀝青目前也沒有好的辦法加以處理，給環(huán)境帶來一定的危害。本文在此工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)即在甜水預(yù)處理后增加一道離子交換樹脂脫鹽的工藝，這樣就可以有效的解決上述工藝中存在的問題。

1 材料與方法

1.1 原材料

高壓水解后的甜水（濃度約20%）；陽離子交換樹脂；陰離子交換樹脂；鹽酸；純堿；偏鋁酸鈉；絮凝劑。

1.2 主要儀器和設(shè)備

磁力攪拌加熱器；分液漏斗；電子天平；pH 儀；恒溫水浴槽；層析柱；馬弗爐。

1.3 試驗方法

在恒溫水域槽中加入一定量的甜水，升溫到60 攝氏度，加入一定量的鹽酸。靜置一段時間后，取出一定量加入到分液漏斗中去除上層的油脂。將下層液體放入燒瓶中，加入一定量的純堿調(diào)節(jié)pH 值，然后再加入一定量的偏鋁酸鈉，待產(chǎn)生大量絮凝物后加入一定量的絮凝劑，持續(xù)攪拌幾分鐘后過濾。過濾后的甜水依次通過裝有陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和陰陽離子交換樹脂的層析柱。檢測經(jīng)過層析柱后的甜水中的鹽含量，采用測其灰分的辦法來進(jìn)行檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 甜水的脂肪酸& 脂的去除

油脂高壓水解產(chǎn)生的甜水是以一種O/W 的乳液的形式存在，通過加熱和加入鹽酸調(diào)節(jié)pH 值在3～4 之間，可以有效地破乳，脂肪酸& 脂的去除率達(dá)到95%以上。

2.2 甜水的聚沉、絮凝及過濾

去除脂肪酸& 脂后的甜水，加入純堿調(diào)節(jié)pH 值在5～6.5 之間，加入一定量的偏鋁酸鈉，充分?jǐn)嚢韬?，再加入微量的絮凝劑充分?jǐn)嚢韬筮^濾，甜水中的懸浮物去除率能達(dá)到90%以上，甜水的清澈度明顯提高。

2.3 甜水的脫鹽

2.3.1 甜水濃度對脫鹽的影響

甘油濃度的高低會影響到甜水的粘度，這樣在通過離子交換柱的時候必然會對脫鹽有一定的影響。經(jīng)調(diào)配制成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甘油溶液為原料，經(jīng)過3 根陽離子交換樹脂層析柱、3 根陰離子交換樹脂層析柱和1 根陰陽離子混合樹脂交換柱，在室溫條件下進(jìn)行脫鹽試驗，結(jié)果見表1。

從表1 可以看出，甘油中無機鹽的去除率隨甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低而增加，當(dāng)甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時鹽分去除率可達(dá)99.50%以上，且隨甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)降低去除率變化不大。

2.3.2 層析柱的數(shù)量對脫鹽的影響

將20%甘油濃度的甜水依次通過1 根陽離子交換樹脂層析柱、1根陰離子交換樹脂層析柱和1 根陰陽離子混合樹脂交換柱，在室溫條件下進(jìn)行脫鹽試驗，收集脫鹽后的甜水檢測其灰分。同樣的操作方法，2 根陽離子交換樹脂層析柱、2 根陰離子交換樹脂層析柱和1 根陰陽離子混合樹脂交換柱。同樣的操作方法，4 根陽離子交換樹脂層析柱、4 根陰離子交換樹脂層析柱和1 根陰陽離子混合樹脂交換柱。具體結(jié)果見表2。

項目層析柱比例1：1：1層析柱比例2：2：1層析柱比例3：3：1層析柱比例4：4：1脫鹽前 脫鹽后 脫鹽前 脫鹽后 脫鹽前 脫鹽后 脫鹽前 脫鹽后灰分/% 1.15 0.21 1.15 0.11 1.15 0.0056 1.15 0.0052去除率/% 81.64 90.60 99.51 99.55

從表2 可以看出，隨著陰、陽離子交換樹脂的層析柱數(shù)量的增加，甘油中的鹽分的脫除效果就越來越好，但是超過3 根以后，鹽分的去除率增加的程度就變得很小了。

3 結(jié)論

研究得出，甜水中脂肪酸& 脂的去除，可以采用鹽酸調(diào)節(jié)甜水pH值在3～4 之間，可以有效地破乳，脂肪酸& 脂的去除率達(dá)到95%以上；加入純堿調(diào)節(jié)pH 值在5～6.5 之間，加入一定量的偏鋁酸鈉后，再加入微量的絮凝劑過濾后，甜水中的懸浮物去除率能達(dá)到90%以上；甘油中無機鹽的去除率隨甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低而增加，當(dāng)甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時鹽分去除率可達(dá)99.50%以上，且隨甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)降低去除率變化不大；陰、陽及混合離子交換樹脂層析柱的比例為3：3：1 是比較合適的組合。

［1］Y.H.Hui.油脂化學(xué)與工藝學(xué)(第五卷)[M].徐生庚，裘愛泳.北京：中國輕工業(yè)出版社，2001.

［2］陳文偉，高蔭榆，林向陽，等.生物柴油副產(chǎn)物甘油精制新法[J].中國油脂，2006，31（05）：62-64.

［3］忻耀年.連續(xù)化粗甘油蒸餾技術(shù)[J].中國油脂，2002，27（03）：67—69.

［4］宮勝臣.植物油皂腳制備脂肪酸甲酯及甘油[J].丹東紡專學(xué)報，2002，9（04）：7—8.

［5］劉漢勇，寧春利，張春雷，等.生物柴油副產(chǎn)物粗甘油的精制工藝研究[J].化學(xué)世界，2009，50（03）：174—177.

［6］Jeromin L，Johannisbauer W，Blum S，etal. Process for the purification of glycerol water：美國，5527974[P].1996.

［7］王明權(quán)，何麗美.不同活性炭對甘油脫色的影響[J].科技信息，2008，17：273.