水催化泔水油生產(chǎn)甘油硬脂酸的清潔生產(chǎn)工藝

張曉斌 劉秀麗

（1.國家脂肪酸技術(shù)研究推廣中心，安徽 宿州 234023；2.安徽省天創(chuàng)生物科技有限公司，安徽 宿州 234000）

餐飲泔水中含有豐富的動植物油脂，在有些城市，一些分散的泔水油煉制點(diǎn)用簡單的方法將其提煉后作為生產(chǎn)低檔肥皂或一些小型傳統(tǒng)油酸廠的原料[1]，但由于低檔肥皂產(chǎn)品附加值低，傳統(tǒng)油酸工藝粗放，能耗大，成本高，二次污染重，經(jīng)濟(jì)效益難以發(fā)揮[2]。

餐飲業(yè)所排放的廢水具有BOD和COD值高、含油量高、水質(zhì)水量變化較大、排放量相對較少的特點(diǎn)[3]。目前，餐飲廢水常采用混凝以及生物等方法處理[4-5]，但都存在處理價格高、處理效果不好、出水水質(zhì)不穩(wěn)定等問題[6]。綜上所述，城市餐飲業(yè)泔水的處理問題已經(jīng)迫在眉睫[7]。

泔水油含豐富的動植物油脂，一些飯店、賓館集油池（隔油池）泔水含油高達(dá)30％以上，是用來生產(chǎn)油酸、甘油、硬脂酸等脂肪酸系列產(chǎn)品的很好原料。

1 泔水油水解生產(chǎn)甘油、硬脂酸酸工藝流程

圖1為泔水油水解生產(chǎn)甘油、硬脂酸酸工藝流程圖，該工藝同時副產(chǎn)甘油。其中水解工段至關(guān)重要，關(guān)系到混合酸及甘油的質(zhì)量、成本以及對二次污染的控制。為此，對餐飲泔水的水解工藝進(jìn)行較詳細(xì)的研究。

圖1 泔水油水解生產(chǎn)甘油、硬脂酸酸工藝流程圖

2 泔水油的水解實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器、材料

高壓反應(yīng)釜：khl型，安徽應(yīng)用技術(shù)研究所[8]。

泔水油：泔水經(jīng)過分離后所得油脂，含中性油及脂肪酸86％，其中酸價為26 mgKOH/g，皂化價為195 mgKOH/g。

濃硫酸（98％），食鹽（分析純）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 酸解除雜

加入油重30％的水，開啟攪拌，加熱至86℃左右時，緩慢滴加濃硫酸，至pH值2.5。加酸量分別是油重的1.1％，1.3％，2.0％，2.8％，3.5％，攪拌35 min左右。反應(yīng)完畢后靜置分層，時間為1.5 h左右，用分液漏斗分出各層液體。

2.2.2 洗滌

在加酸量為2.0％的前提下，用油重15％，25％，35％，45％，55％的水分別洗滌油層，水溫同油溫。至pH值大于6.5為止，每次水洗后靜置分層的時間為25min左右。

2.2.3 水催化反應(yīng)

加入一定量的水后，開啟攪拌并加熱，在壓力為0.15 MPa時卸壓排汽，以排除空氣。后繼續(xù)加熱，至壓力為3.4 MPa左右開始保壓，保壓時間為4.5 h。反應(yīng)結(jié)束后降溫，取出物料，靜置分層后排除下部中水，即得粗脂肪酸產(chǎn)品。要求水解后的酸價≥195 mgKOH/g。

2.3 影響因素分析

2.3.1 酸解除雜的影響因素

2.3.1.1 原料品質(zhì)的影響

泔水油的品質(zhì)對水解效果有加大的影響，雜質(zhì)分離要干凈。油中雜質(zhì)越少，處理就越容易；反之則越難，會影響實(shí)驗(yàn)效果。

2.3.1.2 加酸量的影響

在前處理中酸析是最重要的，因?yàn)樵现泻泻芏嚯s質(zhì)必須除盡，因此加酸量的控制很重要，一要除盡，二要盡量少用酸，降低成本。由表1數(shù)據(jù)可以看出，酸量過低達(dá)不到酸化效果，加酸量在2.0％時酸化效果最好。

表1 加水量、加酸量及水洗次數(shù)對得率的影響

2.3.1.3 加水量的影響

泔水油中必須加入一定量的水，以便于油雜的分離。但加水多，所用的硫酸就多，反之就少。從另一方面說，加水多，雜質(zhì)去除率高，反之就少。用15％，25％，35％，45％，55％的加水量，通過表1數(shù)據(jù)可以看出，在加酸量為2.0％的前提下，加入35％的水量，其得率最高，達(dá)到99.5％，其中含油量是指脫除水分后中性油及脂肪酸的含量。

3 水解

3.1 加水量

水解反應(yīng)是可逆反應(yīng)，水與另一化合物反應(yīng)，該化合物分解為兩部分，因而得到兩種或兩種以上新的化合物的反應(yīng)過程。有機(jī)物的水解，主要生產(chǎn)醇和酚。水解反應(yīng)是中和或酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)。加水量多有利于水解反應(yīng)進(jìn)行，但加水量過多會使成本增加，甘油含量降低，不利于回收，也不可避免地會造成二次污染。就不同加水量與酸價、甘油含量作一比較，結(jié)果見表2。

表2 加水量與酸價、甘油含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 壓力

在酸性水溶液中脂肪會水解成甘油和脂肪酸，水解反應(yīng)主要是溶于油脂中的水與油脂的反應(yīng)，因?yàn)樗杏椭芙舛扰c在脂肪中溶解水導(dǎo)致的水解相比微不足道。同時壓力與溫度呈正相關(guān)關(guān)系，壓力越大，溫度越高。而高壓可以使高于沸點(diǎn)下的水保持液態(tài)，有利于物料在液態(tài)下充分反應(yīng)，將反應(yīng)壓力設(shè)定為3.5 MPa左右。這里以加水量為30％時用1.2 MPa，1.7 MPa，2.7 MPa，3.5 MPa，4.5 MPa 的反應(yīng)壓力作了酸價和甘油含量的比較，見表3。

表3 壓力與酸價、甘油含量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 水解影響因素分析

由表2可以看出，當(dāng)水量逐漸增加，酸價逐步上升，甘油含量具有由低到高再降低的過程，當(dāng)加水量為35％時，酸價為195 mgKOH/g，甘油含量最高達(dá)到10.6％。

由表3可以看出，隨著壓力的升高，酸價逐漸上升，甘油含量也逐步上升，但上升到7.7％以后，停止上升，所以壓力參數(shù)控制在3.5 MPa為好。

4 蒸餾

試驗(yàn)裝置如下。

過濾裝置：2 000 mL，用于催化劑與液體分離；

蒸餾裝置：1 000 mL蒸餾瓶，用于硬脂酸和焦油的分離。

在180℃連續(xù)蒸餾，冷卻、過濾可得到硬脂酸產(chǎn)品。

5 結(jié)論

直接用水作催化劑，原料處理成本低，產(chǎn)品增值高；新型高溫高壓水解釜的使用，不需配備投資較大的高溫高壓鍋爐，油脂水解采用無觸媒高溫高壓水解技術(shù)，縮短了反應(yīng)時間，水解度高，中水濃度高，減少了化工藥品消耗與污染；脂肪酸直接氫化生產(chǎn)硬脂酸，可節(jié)省堿煉等前處理工序，降低了噸脂肪酸加氫催化劑耗量和單位碘價消耗氫氣量。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)，最佳的工藝條件是：加酸量在2.0％，洗水量為35％，水解壓力在3.5 MPa；水解加水量為35％時達(dá)到最佳工藝效果。

[1]R W 約翰遜，E弗里茲.工業(yè)脂肪酸及其應(yīng)用[M].陸用海，胡征宇，譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，1992.

[2] 王福海，陳溥.硬脂酸及脂肪酸衍生物生產(chǎn)工藝[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1993.

[3] 張秀娟，蘇永渤，張郁明.餐飲廢水處理方法[J].工業(yè)用水與廢水，1999，30(4)：23-25.

[4] 于金蓮，高運(yùn)川.餐飲廢水的混凝處理研究[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1998，27(3)：76-80.

[5] 范立梅.餐飲廢水生物處理實(shí)驗(yàn)[J].環(huán)境污染與防治.2000，22(2)：18-20.

[6] 何毅，陳英文.膜-好氧組合工藝處理餐飲廢水的研究[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，24(1)：90-93.

[7] 羅寧，陳淑玲.餐飲業(yè)泔水油處理的新方法[J].北京交通大學(xué)學(xué)報，2003，27(4)：106-108.

[8] 劉勇.脂肪酸加氫反應(yīng)釜：中國，實(shí)用新型專利95223148.4[P].