張曉斌 劉秀麗
(1.國(guó)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(dòng)植物油脂,在有些城市,一些分散的泔水油煉制點(diǎn)用簡(jiǎn)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(duì)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(jià)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(dòng)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。
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(shí)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(duì)二次污染的控制。為此,對(duì)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
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(jià)為26 mgKOH/g,皂化價(jià)為195 mgKOH/g。
濃硫酸(98%),食鹽(分析純)。
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(shí),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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jià)≥195 mgKOH/g。
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(duì)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(huì)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(shí)酸化效果最好。
表1 加水量、加酸量及水洗次數(shù)對(duì)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。
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(huì)使成本增加,甘油含量降低,不利于回收,也不可避免地會(huì)造成二次污染。就不同加水量與酸價(jià)、甘油含量作一比較,結(jié)果見表2。
表2 加水量與酸價(jià)、甘油含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
在酸性水溶液中脂肪會(huì)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(shí)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(shí)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(jià)和甘油含量的比較,見表3。
表3 壓力與酸價(jià)、甘油含量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
由表2可以看出,當(dāng)水量逐漸增加,酸價(jià)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(shí),酸價(jià)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(jià)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。
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。
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(shí)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(jià)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(shí)達(dá)到最佳工藝效果。
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