1、影響氫化反應的不同因素

氫化反應是一個復雜的化學過程,由于油脂分子本身結構的原因,油分子中脂肪酸部分不飽和鍵上氫原子的位置在加氫過程中會發生變化。它不僅在加氫的過程,在加氫的同時,有脫氫,還有異構化反應。因此,氫化反應的產物是復雜的,如不較好地控制加氫反應的條件,就達不到預定的目的和產品質量的要求。同時,油脂在加氫條件下(高溫、高壓)如受到其他雜質的影響(如水份)就會發生分解。催化劑與油中的磷脂、皂腳等之間會發生化學吸附而喪失活性,影響催化劑效能,使氫化反應難以進行,嚴重時甚至中止反應。影響氫化反應過程的因素如表1所示。

從表1看出,影響氫化反應的因素是多方面的。不同的產品,對操作條件的要求亦不相同。生產極度硬化油只強調反應速度,而生產食用硬化油,則往往要考慮氫化的選擇性問題。要達到既提高熔點,而油中人體必須脂肪酸)))亞麻酸不致減少過多,以最優的選擇控制反應條件,盡量減少異構體的生成。

2、催化劑在氫化反應中的作用及中毒

在氫化反應中,參加反應的主要物質是油和氫氣。其典型的反應局部由下式表示:

這是一個可逆反應,而且是一個放熱反應。要使此反應速度安全地向右進行,即使在溫度,壓力等相當恰當時也是困難的。只有在催化劑如Ni的參與下,才能較順利地進行。這種能降低反應活化能,使反應在較低的條件下進行,而自己不參與反應的物質,就是催化劑。催化劑鎳能夠使油和氫氣在較低的條件下反應,一方面是催化劑粒子表面存在著自由力場,能夠將與它相接觸的氫氣及油分子吸附住,另外,催化劑顆粒表面凹凸不平,在表面最凸出的地方由于受束縛力小,有剩余價存在,是催化劑顆粒的活動中心,能使其鍵性很強的氫分子分裂為游離的氫原子,這兩方面的綜合作用,使氫化反應能在較緩和的條件下進行。正是催化劑的這種吸附作用,使它不僅能吸附油和氫氣分子,而且極易吸附油中的雜質。由于這些雜質具有較強的極性,與催化32中國油脂2001年第26卷第1期劑表面活性中心以化學鍵的形式結合在一起,而不能解吸,致使活化中心鈍化,失去催化效能,這就是催化劑中毒。使催化劑中毒的物質,氫氣中可能存在SO2、H2S及CO等氣體;油脂精煉程度不夠存在的磷脂、游離脂肪酸、水份、皂粒、鹵素及硫化物等。一般說來,CO和Ni結合生成的碳酰鎳是不穩定的,在160e的溫度下就能完全分解,而其他幾種雜質與鎳的結合是牢固的,一旦催化劑中毒,活性很難恢復。所以,對待氫化之油脂必須進行必要的前處理。

3、油脂前處理對催化劑活性的影響

在生產過程中,為了很好地保證氫化反應的正常進行達到合格的產品質量,一般對毛油要進行脫膠、堿煉、水洗、脫色等精煉工序。對食用氫化油,氫化完成后要進行脫臭,以去掉影響食品風味和滋味的/氫化臭味0。對工業用氫化油,就無須脫臭,只要將催化劑過濾干凈即可。

前面已經論述,原料油的質量決定了氫化反應能否進行,進行的程度及產品質量的好壞。相反,人們對產品質量的要求又促使對原料油質量的改進,對生產條件更嚴格的控制與選擇。

磷脂含量

磷脂對催化劑的影響越來越引起人們的重視。有人作過比較,在全精煉過程中添加不同比例的磷脂作氫化對照試驗。結果表明:1mg/kg的含磷,足以使占油重010008%的Ni完全失去活性。重要的是,磷脂使懸浮著的催化劑表面及孔道口喪失活性,因而極大地降低了氫化反應的選擇性,在反應中導致熔點迅速增高,但固體脂含量增加緩慢,固體脂指數曲線成平滑狀態。通過脫膠、堿煉及脫色均可以降低油脂中的磷脂含量,以及他們對氫化反應的不良影響。通過補充催化劑,亦可使氫化反應恢復正常。例如:若要克服1mg/kg的含磷量對催化劑活性造成的影響,必須多添加占油重0101%的Ni才能達到無磷脂時相同水平的氫化作用。換言之,需多添加12倍的Ni才能達到原來的催化效果。其他一些雜質對催化劑活性的影響大致為:1mg/kg的氮(以氨基酸形式存在油中,如蛋白分解)可使占油重010016%的Ni催化劑完全失去活性。1mg/kg的硫相當于01004%的Ni(按菜籽油)。1mg/kg的氧化聚合產物(如在魚油中)相當于010047%的Ni。

一般地說,油脂經脫膠工序后,280e加熱試驗合格,此時磷脂含量約在01117%以下。而通過添加一定量白土進行脫色,則可將磷脂含量降到更低的水平,見表2。

  
前面論述了原料油質量對氫化反應影響的主要因素。在這些因素中,磷,硫主要影響選擇性。皂類,水份及CO主要影響氫化速度,但它們均影響到催化劑的活性。因此在精煉過程中應嚴格把關,否則催化劑用量要增加。具體的精煉油指標,本文所述的僅為參考,因為這受到精煉成本與催化劑價格的限制。另外,產品的種類和目的(如工業用和食用)不一樣,控制指標亦不盡相同,如表3所示。