公告信息：
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(xué)反應(yīng)稱為油脂的氫化反應(yīng)，簡(jiǎn)稱油脂氫化。
2、氫化是使不飽和的液態(tài)脂肪酸加氫成為飽和固態(tài)的過(guò)程。反應(yīng)后的油脂，碘值下降，熔點(diǎn)上升，固體脂數(shù)量增加，被稱為氫化油或硬化油。對(duì)食用油脂的加工，氫化是變液態(tài)油為半固態(tài)酯、塑性酯以適應(yīng)人造奶油、起酥油、煎炸油及代可可脂等生產(chǎn)需要的加工油脂。氫化還可以提高油脂的抗氧化穩(wěn)定性及改善油脂色澤等目的。
3、根據(jù)加氫反應(yīng)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(yīng)中，采用適當(dāng)?shù)臏囟取簭?qiáng)、攪拌速度和催化劑，使油脂中各種脂肪酸的反應(yīng)速度具有一定的選擇性的氫化過(guò)程，主要用來(lái)制取食用的油脂深加工產(chǎn)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(chǎn)品要求有適當(dāng)?shù)庵怠⑷埸c(diǎn)、固體酯指數(shù)和氣味。
極度氫化是指通過(guò)加氫，將油脂分子中的不飽和脂肪酸全部轉(zhuǎn)變成飽和脂肪酸的氫化過(guò)程。極度氫化主要用于制取工業(yè)用油。其產(chǎn)品碘值低，熔點(diǎn)高。質(zhì)量指標(biāo)主要是要求達(dá)到一定的熔點(diǎn)。因此，極度氫化時(shí)溫度、壓力可較高，催化劑用量亦多一些。
4、油脂氫化反應(yīng)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(yīng)
反應(yīng)物有三相：油脂 液相、氫氣一氣相、催化劑一固相。只有當(dāng)三相反應(yīng)物碰在一起時(shí)，才能起氫化反應(yīng)，因此需要設(shè)計(jì)機(jī)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(yīng)物向催化劑表面擴(kuò)散；⑧吸附；④表面反應(yīng)；⑤解吸；⑥產(chǎn)物從催化劑表面向外擴(kuò)散。
表面反應(yīng)是分步進(jìn)行的，一般不飽和甘油酯在活化中心只有一個(gè)雙鍵首先被飽和，其余的逐步被飽和。
7、 選擇性
“選擇性”應(yīng)用于油脂氫化及其產(chǎn)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(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程相對(duì)快慢的比較，是相對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率而得出的，亦稱化學(xué)選擇性。另一種是對(duì)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(chǎn)的硬化油在給定的碘值下具有較低的稠度或熔點(diǎn)。
8、 異構(gòu)化
油脂氫化時(shí)，碳鏈上的雙鍵被吸附到催化劑表面，雙鍵首先與一個(gè)氫原子起反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)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(gè)原子反應(yīng)，雙鍵被飽和，形成飽和分子；另一種是中間體不能與另一個(gè)氫原子反應(yīng)，中間體重新脫除一個(gè)氫原子而產(chǎn)生異構(gòu)化，既有位置異構(gòu)(脫去的氫原子是鄰位上時(shí)，雙鍵位置發(fā)生改變)，也有幾何異構(gòu)(脫去的氫原子是原先加上的，形成反式異構(gòu)體)。隨著氫化的進(jìn)行，異構(gòu)化的雙鍵傾向于沿著碳鏈轉(zhuǎn)移到更遠(yuǎn)的位置上，反式異構(gòu)體的含量將上升到單烯被飽和為止。
9、 熱效應(yīng)
油脂氫化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，據(jù)測(cè)定，在氫化時(shí)，每降低一個(gè)碘價(jià)就使油脂本身的溫度升高1．6～1．7℃，相對(duì)于每個(gè)雙鍵被飽和時(shí)，放出約120 kJ的熱量。
氫化反應(yīng)需要使用催化劑。工業(yè)上一般以金屬鎳為基本催化劑，尤其在國(guó)外，鎳單元催化劑的應(yīng)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(gòu)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(yīng)的因素
1 溫度
與其他化學(xué)反應(yīng)一樣，溫度是影響氫化反應(yīng)速度的主要因素。溫度高，分子動(dòng)能大，傳質(zhì)速度、反應(yīng)速度均較快。但溫度過(guò)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(chǎn)生反式異構(gòu)酸，反應(yīng)反而受阻。操作中要力求控制反應(yīng)溫度適宜，才能獲得好的工藝效果。
最佳反應(yīng)溫度的選擇，必須按原情況和對(duì)最終產(chǎn)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(dá)200～220℃。選擇性氫化常控制溫度在130～150℃。
2 壓力
系統(tǒng)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(guī)律成倍增長(zhǎng)，但當(dāng)壓力增大到一定程度后，反應(yīng)速率增大已不顯著，這是因?yàn)橐欢ǖ膲毫σ呀?jīng)使足夠的氫進(jìn)入油中進(jìn)行氫化反應(yīng)。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(chǎn)極低碘值的脂肪酸和工業(yè)用油，為縮短反應(yīng)時(shí)間，工作壓力可高達(dá)1．O～2．5MPa。
3 攪拌速度
氫化反應(yīng)中，催化劑必須呈懸浮狀，氣相、液相和固相之間必須進(jìn)行有效的物質(zhì)交換，反應(yīng)放出的熱量需要迅速引出機(jī)外，氣相的氫氣要迅速回到液相去，這些都要求反應(yīng)過(guò)程需要強(qiáng)烈的攪拌。但攪拌速度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致異構(gòu)酸數(shù)量的增加，而且增大了動(dòng)力消耗，因此應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣取?/div>
4 反應(yīng)時(shí)間
反應(yīng)時(shí)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(gè)或幾個(gè)因素上升，反應(yīng)速度就會(huì)加快，得到同碘值產(chǎn)品所需要的時(shí)間也就加快。選擇性氫化反應(yīng)時(shí)間常為2～4 h。連續(xù)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(shí)，欲獲得相同的碘值產(chǎn)品，連續(xù)式所需要的反應(yīng)時(shí)間就稍長(zhǎng)一些，原因是間歇式為塞流形反應(yīng)，三相物可以反復(fù)攪拌混合反應(yīng)，傳質(zhì)效果好。
5 催化劑
氫化反應(yīng)的反應(yīng)速率與催化劑的用量及其表面性質(zhì)有密切關(guān)系。催化劑的表面積大，活性好，反應(yīng)速率快；催化劑的用量增加，反應(yīng)速率也增加。不同產(chǎn)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(yīng)條件
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種類
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用量%
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氫化溫度℃
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氫氣壓強(qiáng)MPa
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銅
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0.3
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170
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0.02
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銅-鎳
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0.1-1
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200
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常壓吹入
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銅-鉻
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0.1-0.26
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170-200
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0.02
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銅-鎳-錳
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170-190
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0.34-0.69
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銅-鉻-錳
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1-2
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100-200
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常壓吹入
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鈀
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0.00015-0.00056
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65-185
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常壓至0.29
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三、氫化工藝與設(shè)備
1 氫化工藝基本過(guò)程
油脂氫化工藝可分為間歇式及連續(xù)式2類。這2類工藝又可以根據(jù)選用設(shè)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(diǎn)的氫化工藝，如循環(huán)式、封閉式間歇?dú)浠に嚒⑺郊肮艿朗竭B續(xù)氫化工藝等。這些氫化工藝雖然各有特點(diǎn)，但都包括以下基本過(guò)程：
原料一預(yù)處理一除氧脫水一氫化一過(guò)濾一后脫色一脫臭一成品氫化油
1 ） 預(yù)處理
為了保證氫化反應(yīng)順利進(jìn)行，保證催化劑的活性及盡量減少其用量，在進(jìn)入氫化反應(yīng)器之前，原料油脂中的雜質(zhì)應(yīng)盡量去除。這些雜質(zhì)主要有水分、膠質(zhì)、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(huì)占據(jù)催化劑的活化中心，氧會(huì)在高溫和催化劑的作用下與油脂起氧化反應(yīng)，故油脂在氫化之前，必須先經(jīng)除氧脫水。間歇式氫化工藝的除氧脫水一般在氫化反應(yīng)器中進(jìn)行，連續(xù)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(yīng)器，充分?jǐn)嚢杌旌稀ＭＶ钩檎婵眨ㄈ胍欢▔毫Φ臍錃猓@時(shí)反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行。反應(yīng)條件根據(jù)油脂的品種及氫化油產(chǎn)品質(zhì)量的要求而定，一般情況下，溫度150～200℃，氫氣在140～150℃時(shí)開(kāi)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(yīng)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(yīng)條件為：溫度180C±5℃，壓力O．3 MPa，催化量0.1％(鎳／油)，產(chǎn)品熔點(diǎn)為43℃±1℃。
4 ）過(guò)濾
過(guò)濾的目的是將氫化油與催化劑分離。過(guò)濾前，油及催化劑混合必須先在真空下冷卻至70℃，然后進(jìn)入過(guò)濾機(jī)。
5 ）后脫色
油中的催化劑殘留量只通過(guò)過(guò)濾還達(dá)不到食用標(biāo)準(zhǔn)，必須借白土吸附和借加入檸檬酸鈍化鎳的辦法進(jìn)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(shí)，白土加入量0．4％～O．8％，反應(yīng)溫度100～110℃，時(shí)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(lái)的50 mg／kg降至5 mg／kg。
6 ）脫臭
氫化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)少量的斷鏈、醛酮化、環(huán)化等反應(yīng)，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(chǎn)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(jié)合成檸檬酸鎳，使油中游離鎳含量接近于零。
2 氫化設(shè)備
氫化設(shè)備主要有氫化反應(yīng)器、催化劑混合器、除氧脫水器和過(guò)濾機(jī)等。氫化反應(yīng)器其作用是使油、氫氣、催化劑三相混合均勻，進(jìn)行氫化反應(yīng)。按工藝特點(diǎn)的不同，氫化反應(yīng)器可分為間歇式和連續(xù)式2種，按設(shè)備構(gòu)造特點(diǎn)的不同其又可分為封閉式、液相循環(huán)式、氣相循環(huán)式及管式反應(yīng)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(xù)式氫化工藝設(shè)置了專用的除氧脫水器，該設(shè)備有閃發(fā)式、噴射式等幾種；過(guò)濾機(jī)的作用是將產(chǎn)品中的催化劑與氫化油分離，可采用葉式或板框式過(guò)濾機(jī)。過(guò)濾溫度為80C，過(guò)濾后用蒸汽和壓縮空氣吹干濾餅，以回收殘油。
