棉油皂角提取混合脂肪酸工艺及分析

〔聊城高级财经职业学校，山东聊城，252000〕

中国是棉花种植大国，也是世界上最大的棉籽油加工国，棉籽产量约占世界总产量的1/5。据统计，2015/2016年度全球棉籽产量达3 890万t，中国棉籽产量在766.37万t左右，棉籽油产量约为91.01万t。在棉籽油的加工过程中，若以产生10%的皂角量计算，全国每年棉油皂角的产量可达9万t，资源极为丰富，具有较高的利用价值。目前，大部分棉籽企业加工完油后将皂角废弃，没有进行很好利用，造成了环境污染和资源的极大浪费。如何变废为宝，将棉油皂角进行深加工，使其成为拓展棉花产业链的助推器，是现今从事棉籽加工行业亟待解决的问题。继续加工棉油皂角，一方面可解决棉油皂角对环境的污染，另一方面也能为企业带来可观的经济效益。

一、棉油皂角的成分

棉油皂角是毛棉油碱炼脱酸工序的下脚料，简称为“棉油脚”，色泽为褐色至深棕黑色，在空气中久放会变成黑色且有恶臭的气味。其主要成分包括中性油、肥皂和水分，另外还含有少量的蛋白质、糖类及不皂化物等。其组分及含量见表1。

表1 棉油皂角主要成分表

从表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，两者之和约占全部皂角量的35%～50%。为此利用棉油皂角提取脂肪酸是棉油企业最为可行的办法。

二、棉油皂角制备混合脂肪酸工艺

目前，从棉油皂角中提取混合脂肪酸工艺主要有三种，即皂化酸解法、酸化水解法和水解酸化法。前两种方法使用较多，而水解酸化法因皂角中的杂质影响油脂水解速度和油水两相的分离，同时产品质量较差，故很少采用。下面笔者将皂化酸解和酸化水解两种工艺做一详细介绍，并加以分析比较。

（一）皂化酸解法

先用碱液对棉油皂角中的中性油进行补充皂化，使其中的中性油转变为肥皂和甘油，然后将所得到的皂胶再用硫酸进行酸解，使肥皂转变为脂肪酸。其反应方程式为：

1.工艺流程。

2.工艺操作。

（1）皂化盐析。

将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，继续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保持不变，说明中性油基本皂化完全。然后将皂角量的8%～12%的食盐分批且均匀地撒入皂胶中，不断用直接蒸汽翻动进行盐析，直至皂胶与黑水分离，放出下层废水，得到皂胶。

（2）酸解。

将皂化完全的皂胶用泵打入酸解锅，加入皂胶量的40%的清水加热煮沸，缓慢加入浓度为95%～98%的硫酸，继续充分搅拌使结块逐渐消失，直至锅内明显分为三层（脂肪酸层、中间层、废水层）。检测上层粗脂肪酸的pH值保持2～3，则酸解完毕。操作时间约2 h～3 h，静置1 h～2 h，然后放出下层废水，得到粗脂肪酸。

（3）水洗。

将粗脂肪酸加热至90℃～95℃，加入等温等量清水，水洗3次～4次，直至分出的废水呈中性，即pH值保持7为止。

（4）干燥。

用真空将水洗后的粗脂肪酸吸入干燥器中，维持真空度620 mmHg～660 mmHg，加热温度120℃～135℃，用过热蒸汽翻搅，大约1 h后关闭加热蒸汽。要求干燥后的脂肪酸水分控制在0.05%以下。

（5）蒸馏。

用真空将粗脂肪酸吸入蒸馏釜内，开过热蒸汽，控制温度240℃～250℃，真空度至750 mmHg以上。从镜中观察蒸馏釜内蒸馏情况，当脂肪酸蒸馏量很少，颜色变深时，停止蒸馏操作，破真空，将黑脚放出。

（6）冷凝。

从蒸馏釜出来的脂肪酸蒸汽经管道进入列管式冷凝器冷凝，得到的脂肪酸液体计量后打入混合脂肪酸贮罐。

3.工艺特点。

皂化酸解法提取混合脂肪酸工艺，油脂皂化率在99%以上，脂肪酸得率高，且生产过程所用设备简单、操作便捷、生产周期较短，产量和质量均好于其他工艺；其缺点是生产需消耗大量的烧碱和食盐，且能量消耗高，三废排放严重，故适用于小规模生产。

（二）酸化水解法

酸化水解法是将棉油皂角中所含的肥皂经硫酸分解后，得到脂肪酸和中性油的混合物，这种混合物通常称为酸化油，然后以烷基磺酸钠、硫酸作催化剂，水解其中的中性油，得到混合脂肪酸。其反应方程式为：

从上面的工艺流程可以看出，酸化水解法和皂化酸解法工艺不同之处主要在于油脂水解过程，而油脂的水解是一个较为复杂的反应。在操作过程中，我们总希望加快水解反应速度，缩短水解时间，提高油脂分解度，减少原材料的消耗。欲达到上述目的，必须要了解影响油脂水解及其平衡的因素，从而选择合理的生产工艺，以便指导生产。

2.影响油脂水解及其平衡的因素。

（1）水分。

增加水量可加快水解反应速度，提高油脂的水解度，但若加水量过大，会降低废水中甘油的浓度，从而增大甘油回收的成本。生产实践证明，油脂水解适宜的加水量一般为油重的30%。

（2）甘油浓度。

油脂水解是平衡反应，反应的完成度是油相中甘油浓度的函数。由于降低甘油浓度可促使油脂分解，但甘油浓度过低会造成甘油回收困难，因此实际生产中多采用分段水解的方式进行。

（3）温度。

温度是油脂水解反应速度的函数，温度升高可降低油水两相的界面张力，增加水在油中的溶解度并加剧分子运动，提高反应速度。一般水解温度控制在240℃～260℃为宜。

（4）催化剂。

催化剂分为酸性催化剂和碱性催化剂。实践证明在油脂水解过程中酸性催化剂优于碱性催化剂，故常采用硫酸、烷基磺酸、烷基苯磺酸等。

3.工艺操作。

（1）酸化。

将棉油皂角泵入酸化锅，加入硫酸，用直接蒸汽搅动，翻煮1h～2h，温度保持在90℃～95℃，酸化完毕静置沉淀，放出下层废水，得到酸化油。

（2）水解。

将酸化油用泵抽入混合罐，通入直接蒸汽加热，同时将计量好的酸性催化剂加入混合罐内，经混匀的物料用齿轮泵打入存有一定量水的水解锅中，然后采用分段水解的方式进行水解。

其他步骤的操作与皂化酸解法相同，在此就不再赘述。

4.工艺特点。

酸化水解法设备投资少、操作较简单，利于油脂的水解且同时可回收甘油，增加企业利润。但因为油脂水解率只能达到92%～95%，产品得率相比皂化酸解法稍低，所以此工艺适用于处理量较大的连续化生产。

脂肪酸具有广泛的工业用途，作为轻化工原料直接用于橡胶、化妆品、纺织印染、造纸、塑料等行业。棉油皂角中总脂肪酸含量高达50%，故从棉油皂角中提取混合脂肪酸不仅可充分利用资源，变废为宝，减少环境污染，而且能够生产各行各业所需的工业原料，从而增强企业发展后劲，提升企业利润。☆