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一、油脂氫化的基本原理

1、在金屬催化劑的作用下，把氫加到甘油三酸酯的不飽和脂肪雙鍵上，這種化學反應稱為油脂的氫化反應，簡稱油脂氫化。

2、氫化是使不飽和的液態脂肪酸加氫成為飽和固態的過程。反應后的油脂，碘值下降，熔點上升，固體脂數量增加，被稱為氫化油或硬化油。對食用油脂的加工，氫化是變液態油為半固態酯、塑性酯以適應人造奶油、起酥油、煎炸油及代可可脂等生產需要的加工油脂。氫化還可以提高油脂的抗氧化穩定性及改善油脂色澤等目的。

3、根據加氫反應程度的不同，又有輕度氫化(選擇性氫化)和深度(極度)氫化之分。

選擇性氫化是指在氫化反應中，采用適當的溫度、壓強、攪拌速度和催化劑，使油脂中各種脂肪酸的反應速度具有一定的選擇性的氫化過程，主要用來制取食用的油脂深加工產品的原料脂肪，如用于制取起酥油、人造奶油、代可可脂等的原料脂，產品要求有適當碘值、熔點、固體酯指數和氣味。

極度氫化是指通過加氫，將油脂分子中的不飽和脂肪酸全部轉變成飽和脂肪酸的氫化過程。極度氫化主要用于制取工業用油。其產品碘值低，熔點高。質量指標主要是要求達到一定的熔點。因此，極度氫化時溫度、壓力可較高，催化劑用量亦多一些。

4、油脂氫化反應可用下式表示：

催化劑

一CH==CH一+H₂------一CH₂一CH₂一十熱

5、多相催化反應

反應物有三相：油脂液相、氫氣一氣相、催化劑一固相。只有當三相反應物碰在一起時，才能起氫化反應，因此需要設計機械攪拌裝置。

6、氫化歷程

油脂氫化的歷程：①氫溶解在油和催化劑的混合物中；②反應物向催化劑表面擴散；⑧吸附；④表面反應；⑤解吸；⑥產物從催化劑表面向外擴散。

表面反應是分步進行的，一般不飽和甘油酯在活化中心只有一個雙鍵首先被飽和，其余的逐步被飽和。

7、選擇性

“選擇性”應用于油脂氫化及其產品具有2種意義：一種是亞麻酸氫化成亞油酸、亞油酸氫化成油酸以及油酸氫化成硬脂酸幾個轉化過程相對快慢的比較，是相對于化學反應速率而得出的，亦稱化學選擇性。另一種是對催化劑而言的，如果某一種催化劑具有選擇性，在它作用下生產的硬化油在給定的碘值下具有較低的稠度或熔點。

8、異構化

油脂氫化時，碳鏈上的雙鍵被吸附到催化劑表面，雙鍵首先與一個氫原子起反應，產生一個十分活潑的中間體，然后有2種可能：一種是中間體與另一個原子反應，雙鍵被飽和，形成飽和分子；另一種是中間體不能與另一個氫原子反應，中間體重新脫除一個氫原子而產生異構化，既有位置異構(脫去的氫原子是鄰位上時，雙鍵位置發生改變)，也有幾何異構(脫去的氫原子是原先加上的，形成反式異構體)。隨著氫化的進行，異構化的雙鍵傾向于沿著碳鏈轉移到更遠的位置上，反式異構體的含量將上升到單烯被飽和為止。

9、熱效應

油脂氫化反應是放熱反應，據測定，在氫化時，每降低一個碘價就使油脂本身的溫度升高1．6～1．7℃，相對于每個雙鍵被飽和時，放出約120 kJ的熱量。

氫化反應需要使用催化劑。工業上一般以金屬鎳為基本催化劑，尤其在國外，鎳單元催化劑的應用更為普遍。輕度硫毒化的催化劑(如荷蘭SP～7型)用于氫化，則可大大提高氫化油中反式異構酸的含量。常用的催化劑有：鎳一鐵催化劑，銅一鎳二元催化劑，銅一鉻一錳三元催化劑，鈀和銠催化劑等。

二、影響氫化反應的因素

1 溫度

與其他化學反應一樣，溫度是影響氫化反應速度的主要因素。溫度高，分子動能大，傳質速度、反應速度均較快。但溫度過高，氫在油中的溶解度小，在催化劑上氫的吸附量減少，容易產生反式異構酸，反應反而受阻。操作中要力求控制反應溫度適宜，才能獲得好的工藝效果。

最佳反應溫度的選擇，必須按原情況和對最終產品的要求綜合考慮。常用溫度為100～180℃，脂肪酸深度氫化的溫度高達200～220℃。選擇性氫化常控制溫度在130～150℃。

2 壓力

系統壓力的大小直接影響到氫氣在油中的溶解度。壓力越大，濃度越高，催化劑上吸附的氫濃度越大，氫化速率以線性規律成倍增長，但當壓力增大到一定程度后，反應速率增大已不顯著，這是因為一定的壓力已經使足夠的氫進入油中進行氫化反應。選擇性氫化壓力按催化劑含量和其活性的不同一般為0．02～0．5 MPa。生產極低碘值的脂肪酸和工業用油，為縮短反應時間，工作壓力可高達1．O～2．5MPa。

3 攪拌速度

氫化反應中，催化劑必須呈懸浮狀，氣相、液相和固相之間必須進行有效的物質交換，反應放出的熱量需要迅速引出機外，氣相的氫氣要迅速回到液相去，這些都要求反應過程需要強烈的攪拌。但攪拌速度過高會導致異構酸數量的增加，而且增大了動力消耗，因此應選擇適當的攪拌速度。

4 反應時間

反應時間取決于溫度、催化劑的添加量及活性、工作壓力等因素，其中有一個或幾個因素上升，反應速度就會加快，得到同碘值產品所需要的時間也就加快。選擇性氫化反應時間常為2～4 h。連續式和間歇式氫化工藝相比較，在氫化條件相同(如溫度、壓力催化劑含量和活性均相同)時，欲獲得相同的碘值產品，連續式所需要的反應時間就稍長一些，原因是間歇式為塞流形反應，三相物可以反復攪拌混合反應，傳質效果好。

5 催化劑

氫化反應的反應速率與催化劑的用量及其表面性質有密切關系。催化劑的表面積大，活性好，反應速率快；催化劑的用量增加，反應速率也增加。不同產品要求選擇不同特性的催化劑(表8—1)。

表8-1 催化劑種類與常用反應條件

種類	用量%	氫化溫度℃	氫氣壓強MPa
銅	0.3	170	0.02
銅-鎳	0.1-1	200	常壓吹入
銅-鉻	0.1-0.26	170-200	0.02
銅-鎳-錳		170-190	0.34-0.69
銅-鉻-錳	1-2	100-200	常壓吹入
鈀	0.00015-0.00056	65-185	常壓至0.29

三、氫化工藝與設備

1 氫化工藝基本過程

油脂氫化工藝可分為間歇式及連續式2類。這2類工藝又可以根據選用設備的不同及氫與油脂混合接觸方式的不同，衍生出不同特點的氫化工藝，如循環式、封閉式間歇氫化工藝、塔式及管道式連續氫化工藝等。這些氫化工藝雖然各有特點，但都包括以下基本過程：

原料一預處理一除氧脫水一氫化一過濾一后脫色一脫臭一成品氫化油

1 ）預處理

為了保證氫化反應順利進行，保證催化劑的活性及盡量減少其用量，在進入氫化反應器之前，原料油脂中的雜質應盡量去除。這些雜質主要有水分、膠質、游離脂肪酸、皂腳、色素、硫化物以及銅、鐵等。

2 ）除氧脫水

水分的存在會占據催化劑的活化中心，氧會在高溫和催化劑的作用下與油脂起氧化反應，故油脂在氫化之前，必須先經除氧脫水。間歇式氫化工藝的除氧脫水一般在氫化反應器中進行，連續式氫化工藝則一般另加除氧器。除氧脫水的真空度為94．7 kPa(710 mmHg)，溫度為140～150℃。

3 ）氫化

催化劑事先與部分原料油脂混勻，借真空將催化劑漿液吸入反應器，充分攪拌混合。停止抽真空，通入一定壓力的氫氣，這時反應開始進行。反應條件根據油脂的品種及氫化油產品質量的要求而定，一般情況下，溫度150～200℃，氫氣在140～150℃時開始加人，壓力為0．1～O．5 MPa，催化劑用量O．01％～O．5％(鎳／油)，攪拌速度600 r／min以上。例如，大豆油輕度氫化去除亞麻酸的反應條件：溫度175℃，壓力O．1 MPa，催化劑量0．02％(鎳／油)，攪拌速度600 r／min。豆油選擇性氫化，用做人造奶油原料，其反應條件為：溫度180C±5℃，壓力O．3 MPa，催化量0.1％(鎳／油)，產品熔點為43℃±1℃。

4 ）過濾

過濾的目的是將氫化油與催化劑分離。過濾前，油及催化劑混合必須先在真空下冷卻至70℃，然后進入過濾機。

5 ）后脫色

油中的催化劑殘留量只通過過濾還達不到食用標準，必須借白土吸附和借加入檸檬酸鈍化鎳的辦法進一步加以去除。故后脫色的目的是去除油中殘留的鎳。后脫色時，白土加入量0．4％～O．8％，反應溫度100～110℃，時間10～15 min，壓力6．7 kPa。后脫色處理后，油脂中鎳殘留量可由原來的50 mg／kg降至5 mg／kg。

6 ）脫臭

氫化過程中會出現少量的斷鏈、醛酮化、環化等反應，因而氫化油具有異味，稱為氫化臭。脫臭的目的是去除原有的異味以及氫化產生的氫化臭。脫臭完畢在油中加入0．02％檸檬酸作抗氧化劑，檸檬酸可與鎳結合成檸檬酸鎳，使油中游離鎳含量接近于零。

2 氫化設備

氫化設備主要有氫化反應器、催化劑混合器、除氧脫水器和過濾機等。氫化反應器其作用是使油、氫氣、催化劑三相混合均勻，進行氫化反應。按工藝特點的不同，氫化反應器可分為間歇式和連續式2種，按設備構造特點的不同其又可分為封閉式、液相循環式、氣相循環式及管式反應器等4類；催化劑混合器的作用是將催化劑與油脂混合，制成懸浮液；除氧脫水器連續式氫化工藝設置了專用的除氧脫水器，該設備有閃發式、噴射式等幾種；過濾機的作用是將產品中的催化劑與氫化油分離，可采用葉式或板框式過濾機。過濾溫度為80C，過濾后用蒸汽和壓縮空氣吹干濾餅，以回收殘油。