棉油皂角提取混合脂肪酸工藝及分析

〔聊城高級財經職業學校，山東聊城，252000〕

中國是棉花種植大國，也是世界上最大的棉籽油加工國，棉籽產量約占世界總產量的1/5。據統計，2015/2016年度全球棉籽產量達3 890萬t，中國棉籽產量在766.37萬t左右，棉籽油產量約為91.01萬t。在棉籽油的加工過程中，若以產生10%的皂角量計算，全國每年棉油皂角的產量可達9萬t，資源極為豐富，具有較高的利用價值。目前，大部分棉籽企業加工完油后將皂角廢棄，沒有進行很好利用，造成了環境污染和資源的極大浪費。如何變廢為寶，將棉油皂角進行深加工，使其成為拓展棉花產業鏈的助推器，是現今從事棉籽加工行業亟待解決的問題。繼續加工棉油皂角，一方面可解決棉油皂角對環境的污染，另一方面也能為企業帶來可觀的經濟效益。

一、棉油皂角的成分

棉油皂角是毛棉油堿煉脫酸工序的下腳料，簡稱為“棉油腳”，色澤為褐色至深棕黑色，在空氣中久放會變成黑色且有惡臭的氣味。其主要成分包括中性油、肥皂和水分，另外還含有少量的蛋白質、糖類及不皂化物等。其組分及含量見表1。

表1 棉油皂角主要成分表

從表1中可以看出，棉油皂角中可供利用的成分主要是中性油及肥皂，兩者之和約占全部皂角量的35%～50%。為此利用棉油皂角提取脂肪酸是棉油企業最為可行的辦法。

二、棉油皂角制備混合脂肪酸工藝

目前，從棉油皂角中提取混合脂肪酸工藝主要有三種，即皂化酸解法、酸化水解法和水解酸化法。前兩種方法使用較多，而水解酸化法因皂角中的雜質影響油脂水解速度和油水兩相的分離，同時產品質量較差，故很少采用。下面筆者將皂化酸解和酸化水解兩種工藝做一詳細介紹，并加以分析比較。

（一）皂化酸解法

先用堿液對棉油皂角中的中性油進行補充皂化，使其中的中性油轉變為肥皂和甘油，然后將所得到的皂膠再用硫酸進行酸解，使肥皂轉變為脂肪酸。其反應方程式為：

1.工藝流程。

2.工藝操作。

（1）皂化鹽析。

將棉油皂角中先通入直接蒸汽翻煮1 h左右，加入36°Be′NaOH溶液，繼續用直接蒸汽充分翻煮，一般需4 h～5 h，至pH值保持10～11且1 h保持不變，說明中性油基本皂化完全。然后將皂角量的8%～12%的食鹽分批且均勻地撒入皂膠中，不斷用直接蒸汽翻動進行鹽析，直至皂膠與黑水分離，放出下層廢水，得到皂膠。

（2）酸解。

將皂化完全的皂膠用泵打入酸解鍋，加入皂膠量的40%的清水加熱煮沸，緩慢加入濃度為95%～98%的硫酸，繼續充分攪拌使結塊逐漸消失，直至鍋內明顯分為三層（脂肪酸層、中間層、廢水層）。檢測上層粗脂肪酸的pH值保持2～3，則酸解完畢。操作時間約2 h～3 h，靜置1 h～2 h，然后放出下層廢水，得到粗脂肪酸。

（3）水洗。

將粗脂肪酸加熱至90℃～95℃，加入等溫等量清水，水洗3次～4次，直至分出的廢水呈中性，即pH值保持7為止。

（4）干燥。

用真空將水洗后的粗脂肪酸吸入干燥器中，維持真空度620 mmHg～660 mmHg，加熱溫度120℃～135℃，用過熱蒸汽翻攪，大約1 h后關閉加熱蒸汽。要求干燥后的脂肪酸水分控制在0.05%以下。

（5）蒸餾。

用真空將粗脂肪酸吸入蒸餾釜內，開過熱蒸汽，控制溫度240℃～250℃，真空度至750 mmHg以上。從鏡中觀察蒸餾釜內蒸餾情況，當脂肪酸蒸餾量很少，顏色變深時，停止蒸餾操作，破真空，將黑腳放出。

（6）冷凝。

從蒸餾釜出來的脂肪酸蒸汽經管道進入列管式冷凝器冷凝，得到的脂肪酸液體計量后打入混合脂肪酸貯罐。

3.工藝特點。

皂化酸解法提取混合脂肪酸工藝，油脂皂化率在99%以上，脂肪酸得率高，且生產過程所用設備簡單、操作便捷、生產周期較短，產量和質量均好于其他工藝；其缺點是生產需消耗大量的燒堿和食鹽，且能量消耗高，三廢排放嚴重，故適用于小規模生產。

（二）酸化水解法

酸化水解法是將棉油皂角中所含的肥皂經硫酸分解后，得到脂肪酸和中性油的混合物，這種混合物通常稱為酸化油，然后以烷基磺酸鈉、硫酸作催化劑，水解其中的中性油，得到混合脂肪酸。其反應方程式為：

從上面的工藝流程可以看出，酸化水解法和皂化酸解法工藝不同之處主要在于油脂水解過程，而油脂的水解是一個較為復雜的反應。在操作過程中，我們總希望加快水解反應速度，縮短水解時間，提高油脂分解度，減少原材料的消耗。欲達到上述目的，必須要了解影響油脂水解及其平衡的因素，從而選擇合理的生產工藝，以便指導生產。

2.影響油脂水解及其平衡的因素。

（1）水分。

增加水量可加快水解反應速度，提高油脂的水解度，但若加水量過大，會降低廢水中甘油的濃度，從而增大甘油回收的成本。生產實踐證明，油脂水解適宜的加水量一般為油重的30%。

（2）甘油濃度。

油脂水解是平衡反應，反應的完成度是油相中甘油濃度的函數。由于降低甘油濃度可促使油脂分解，但甘油濃度過低會造成甘油回收困難，因此實際生產中多采用分段水解的方式進行。

（3）溫度。

溫度是油脂水解反應速度的函數，溫度升高可降低油水兩相的界面張力，增加水在油中的溶解度并加劇分子運動，提高反應速度。一般水解溫度控制在240℃～260℃為宜。

（4）催化劑。

催化劑分為酸性催化劑和堿性催化劑。實踐證明在油脂水解過程中酸性催化劑優于堿性催化劑，故常采用硫酸、烷基磺酸、烷基苯磺酸等。

3.工藝操作。

（1）酸化。

將棉油皂角泵入酸化鍋，加入硫酸，用直接蒸汽攪動，翻煮1h～2h，溫度保持在90℃～95℃，酸化完畢靜置沉淀，放出下層廢水，得到酸化油。

（2）水解。

將酸化油用泵抽入混合罐，通入直接蒸汽加熱，同時將計量好的酸性催化劑加入混合罐內，經混勻的物料用齒輪泵打入存有一定量水的水解鍋中，然后采用分段水解的方式進行水解。

其他步驟的操作與皂化酸解法相同，在此就不再贅述。

4.工藝特點。

酸化水解法設備投資少、操作較簡單，利于油脂的水解且同時可回收甘油，增加企業利潤。但因為油脂水解率只能達到92%～95%，產品得率相比皂化酸解法稍低，所以此工藝適用于處理量較大的連續化生產。

脂肪酸具有廣泛的工業用途，作為輕化工原料直接用于橡膠、化妝品、紡織印染、造紙、塑料等行業。棉油皂角中總脂肪酸含量高達50%，故從棉油皂角中提取混合脂肪酸不僅可充分利用資源，變廢為寶，減少環境污染，而且能夠生產各行各業所需的工業原料，從而增強企業發展后勁，提升企業利潤。☆