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1、油脂氢化的工艺技术 日期：2014-08-05来源：编辑：中国油脂网浏览量：460字号：内容概要：在金属催化剂的作用下，把氢加到甘油三酸酯的不饱和脂肪双键上，这种化学反应称为油脂的氢化反应，简称油脂氢化。 一、油脂氢化的基本原理1、在金属催化剂的作用下，把氢加到甘油三酸酯的不饱和脂肪双键上，这种化学反应称为油脂的氢化反应，简称油脂氢化。2、氢化是使不饱和的液态脂肪酸加氢成为饱和固态的过程。反应后的油脂，碘值下降，熔点上升，固体脂数量增加，被称为氢化油或硬化油。对食用油脂的加工，氢化是变液态油为半固态酯、塑性酯以适应人造奶油、起酥油、煎炸油及代可可脂等生产需要的加工油脂。氢化还可以提高油脂的抗氧
2、化稳定性及改善油脂色泽等目的。3、根据加氢反应程度的不同，又有轻度氢化(选择性氢化)和深度(极度)氢化之分。 选择性氢化是指在氢化反应中，采用适当的温度、压强、搅拌速度和催化剂，使油脂中各种脂肪酸的反应速度具有一定的选择性的氢化过程，主要用来制取食用的油脂深加工产品的原料脂肪，如用于制取起酥油、人造奶油、代可可脂等的原料脂，产品要求有适当碘值、熔点、固体酯指数和气味。 极度氢化是指通过加氢，将油脂分子中的不饱和脂肪酸全部转变成饱和脂肪酸的氢化过程。极度氢化主要用于制取工业用油。其产品碘值低，熔点高。质量指标主要是要求达到一定的熔点。因此，极度氢化时温度、压力可较高，催化剂用量亦多一些。4、油脂
3、氢化反应可用下式表示：催化剂一CH=CH一+H2-一CH2一CH2一十热5、 多相催化反应 反应物有三相：油脂 液相、氢气一气相、催化剂一固相。只有当三相反应物碰在一起时，才能起氢化反应，因此需要设计机械搅拌装置。6、 氢化历程 油脂氢化的历程：氢溶解在油和催化剂的混合物中；反应物向催化剂表面扩散；吸附；表面反应；解吸；产物从催化剂表面向外扩散。 表面反应是分步进行的，一般不饱和甘油酯在活化中心只有一个双键首先被饱和，其余的逐步被饱和。7、 选择性 “选择性”应用于油脂氢化及其产品具有2种意义：一种是亚麻酸氢化成亚油酸、亚油酸氢化成油酸以及油酸氢化成硬脂酸几个转化过程相对快慢的比较，是相对于化
4、学反应速率而得出的，亦称化学选择性。另一种是对催化剂而言的，如果某一种催化剂具有选择性，在它作用下生产的硬化油在给定的碘值下具有较低的稠度或熔点。8、 异构化 油脂氢化时，碳链上的双键被吸附到催化剂表面，双键首先与一个氢原子起反应，产生一个十分活泼的中间体，然后有2种可能：一种是中间体与另一个原子反应，双键被饱和，形成饱和分子；另一种是中间体不能与另一个氢原子反应，中间体重新脱除一个氢原子而产生异构化，既有位置异构(脱去的氢原子是邻位上时，双键位置发生改变)，也有几何异构(脱去的氢原子是原先加上的，形成反式异构体)。随着氢化的进行，异构化的双键倾向于沿着碳链转移到更远的位置上，反式异构体的含量
5、将上升到单烯被饱和为止。9、 热效应 油脂氢化反应是放热反应，据测定，在氢化时，每降低一个碘价就使油脂本身的温度升高1617，相对于每个双键被饱和时，放出约120 kJ的热量。氢化反应需要使用催化剂。工业上一般以金属镍为基本催化剂，尤其在国外，镍单元催化剂的应用更为普遍。轻度硫毒化的催化剂(如荷兰SP7型)用于氢化，则可大大提高氢化油中反式异构酸的含量。常用的催化剂有：镍一铁催化剂，铜一镍二元催化剂，铜一铬一锰三元催化剂，钯和铑催化剂等。二、影响氢化反应的因素 1 温度 与其他化学反应一样，温度是影响氢化反应速度的主要因素。温度高，分子动能大，传质速度、反应速度均较快。但温度过高，氢在油中的溶
6、解度小，在催化剂上氢的吸附量减少，容易产生反式异构酸，反应反而受阻。操作中要力求控制反应温度适宜，才能获得好的工艺效果。 最佳反应温度的选择，必须按原情况和对最终产品的要求综合考虑。常用温度为100180，脂肪酸深度氢化的温度高达200220。选择性氢化常控制温度在130150。2 压力系统压力的大小直接影响到氢气在油中的溶解度。压力越大，浓度越高，催化剂上吸附的氢浓度越大，氢化速率以线性规律成倍增长，但当压力增大到一定程度后，反应速率增大已不显著，这是因为一定的压力已经使足够的氢进入油中进行氢化反应。选择性氢化压力按催化剂含量和其活性的不同一般为00205 MPa。生产极低碘值的脂肪酸和工业
7、用油，为缩短反应时间，工作压力可高达1O25MPa。3 搅拌速度 氢化反应中，催化剂必须呈悬浮状，气相、液相和固相之间必须进行有效的物质交换，反应放出的热量需要迅速引出机外，气相的氢气要迅速回到液相去，这些都要求反应过程需要强烈的搅拌。但搅拌速度过高会导致异构酸数量的增加，而且增大了动力消耗，因此应选择适当的搅拌速度。4 反应时间 反应时间取决于温度、催化剂的添加量及活性、工作压力等因素，其中有一个或几个因素上升，反应速度就会加快，得到同碘值产品所需要的时间也就加快。选择性氢化反应时间常为24 h。连续式和间歇式氢化工艺相比较，在氢化条件相同(如温度、压力催化剂含量和活性均相同)时，欲获得相同
8、的碘值产品，连续式所需要的反应时间就稍长一些，原因是间歇式为塞流形反应，三相物可以反复搅拌混合反应，传质效果好。5 催化剂 氢化反应的反应速率与催化剂的用量及其表面性质有密切关系。催化剂的表面积大，活性好，反应速率快；催化剂的用量增加，反应速率也增加。不同产品要求选择不同特性的催化剂(表81)。表8-1 催化剂种类与常用反应条件种类用量%氢化温度氢气压强MPa铜0.31700.02铜-镍0.1-1200常压吹入铜-铬0.1-0.26170-2000.02铜-镍-锰170-1900.34-0.69铜-铬-锰1-2100-200常压吹入钯0.00015-0.0005665-185常压至0.29三、
9、氢化工艺与设备1 氢化工艺基本过程 油脂氢化工艺可分为间歇式及连续式2类。这2类工艺又可以根据选用设备的不同及氢与油脂混合接触方式的不同，衍生出不同特点的氢化工艺，如循环式、封闭式间歇氢化工艺、塔式及管道式连续氢化工艺等。这些氢化工艺虽然各有特点，但都包括以下基本过程：原料一预处理一除氧脱水一氢化一过滤一后脱色一脱臭一成品氢化油 1 ） 预处理 为了保证氢化反应顺利进行，保证催化剂的活性及尽量减少其用量，在进入氢化反应器之前，原料油脂中的杂质应尽量去除。这些杂质主要有水分、胶质、游离脂肪酸、皂脚、色素、硫化物以及铜、铁等。 2 ） 除氧脱水 水分的存在会占据催化剂的活化中心，氧会在高温和催化剂
10、的作用下与油脂起氧化反应，故油脂在氢化之前，必须先经除氧脱水。间歇式氢化工艺的除氧脱水一般在氢化反应器中进行，连续式氢化工艺则一般另加除氧器。除氧脱水的真空度为947 kPa(710 mmHg)，温度为140150。 3 ）氢化 催化剂事先与部分原料油脂混匀，借真空将催化剂浆液吸入反应器，充分搅拌混合。停止抽真空，通入一定压力的氢气，这时反应开始进行。反应条件根据油脂的品种及氢化油产品质量的要求而定，一般情况下，温度150200，氢气在140150时开始加人，压力为01O5 MPa，催化剂用量O01O5(镍油)，搅拌速度600 rmin以上。例如，大豆油轻度氢化去除亚麻酸的反应条件：温度175
11、，压力O1 MPa，催化剂量002(镍油)，搅拌速度600 rmin。豆油选择性氢化，用做人造奶油原料，其反应条件为：温度180C5，压力O3 MPa，催化量0.1(镍油)，产品熔点为431。 4 ）过滤 过滤的目的是将氢化油与催化剂分离。过滤前，油及催化剂混合必须先在真空下冷却至70，然后进入过滤机。 5 ）后脱色 油中的催化剂残留量只通过过滤还达不到食用标准，必须借白土吸附和借加入柠檬酸钝化镍的办法进一步加以去除。故后脱色的目的是去除油中残留的镍。后脱色时，白土加入量04O8，反应温度100110，时间1015 min，压力67 kPa。后脱色处理后，油脂中镍残留量可由原来的50 mgkg
12、降至5 mgkg。 6 ）脱臭 氢化过程中会出现少量的断链、醛酮化、环化等反应，因而氢化油具有异味，称为氢化臭。脱臭的目的是去除原有的异味以及氢化产生的氢化臭。脱臭完毕在油中加入002柠檬酸作抗氧化剂，柠檬酸可与镍结合成柠檬酸镍，使油中游离镍含量接近于零。2 氢化设备氢化设备主要有氢化反应器、催化剂混合器、除氧脱水器和过滤机等。氢化反应器其作用是使油、氢气、催化剂三相混合均匀，进行氢化反应。按工艺特点的不同，氢化反应器可分为间歇式和连续式2种，按设备构造特点的不同其又可分为封闭式、液相循环式、气相循环式及管式反应器等4类；催化剂混合器的作用是将催化剂与油脂混合，制成悬浮液；除氧脱水器连续式氢化工艺设置了专用的除氧脱水器，该设备有闪发式、喷射式等几种；过滤机的作用是将产品中的催化剂与氢化油分离，可采用叶式或板框式过滤机。过滤温度为80C，过滤后用蒸汽和压缩空气吹干滤饼，以回收残油
