CN101724508A - 利用双酯循环酯化反应分子蒸馏制备单甘酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用双酯循环酯化分子蒸馏单甘酯的方法，其中反应罐中甘油占反应物总质量的25-35％，催化剂占反应物总重量的0.1-1％，剩余为氢化油；保持反应罐温度为180～250℃，真空度为-0.8～-0.95MPa，除第一次投料外，在每次新加的氢化油重量小于由储罐加入到反应罐的双酯的重量，甘油和催化剂的用量重量比例保持不变，分子蒸馏分四级进行。本发明产品高纯蒸馏单甘酯的含量≥99％，游离酸≤1.5％，游离甘油≤0.5％，技术指标远高于国标GB1986-89和GB15612-1995的技术参数。
Description
技术领域
本发明食品乳化稳定剂的分离提纯方法；具体涉及一种利用双酯循环酯化分子蒸馏单甘酯的方法。
背景技术
单甘酯是一种重要的食品添加剂的工业原料。中国发明专利申请200710028897.9公开了一种从分子蒸馏单甘酯的下脚料中提取甘油二酯的方法，包括如下步骤：首先，将一定量的下脚料放入反应釜中，并用分别占下脚料重量0.1～10％的还原剂和脱色剂作还原脱色处理，然后进行过滤；再用三级分子蒸馏的方法提取过滤液所得到的甘油二酯。该方法利用了目前分子蒸馏单甘酯的下脚料，使其变废为宝，并提出了采用低分子还原剂(如双氧水、臭氧化合物)和脱色剂(如活性炭和硅藻土)相结合的方法进行化学和物理的全方位脱色处理。而且采用三级分子蒸馏的方法使通过下脚料提纯得到的甘油二酯的含量大于90％。该方法是利用分子蒸馏单甘酯的下脚料中提取甘油二酯，其分子蒸馏如图1所示，是目前常用的单甘酯提纯方法。该方法酯化反应所得的粗酯直接进入蒸馏设备(短程蒸馏)中进行蒸馏提纯，温度为120～250℃，真空度为1000～0.1Pa分别得到单甘酯、甘油和副产品双酯；但是该方法没有考虑到双酯循环应用或不能连续循环酯化，使得双酯积累越来越多，无疑影响了单甘酯产品的成本。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的提供一种能耗小、损耗低、实现双酯循环应用且连续循环酯化的双酯循环连续酯化分子蒸馏单甘酯的方法。
本发明原理：利用分子蒸馏出来的双酯循环到酯化反应釜中进行连续酯化，其比例双酯≥氢化油。双酯循环酯化的温度180～250℃，真空度-0.8～-0.95Mpa；催化剂为碱性催化剂氢氧化钠，反应时间连续30～60分钟。
酯化反应后的粗酯进入分子蒸馏系统中进行分离提纯温度为100～250℃，真空度1000～0.1Pa。第一级薄膜蒸馏脱气、脱水，第二分子蒸馏脱低沸点物、第三级分离甘油、第四级分子蒸馏把单甘酯与双甘酯分开。
第四级分子蒸馏出来的双酯回到原处酯化反应形成半闭环系统，在酯化时只是外加氢化油或硬脂酸和甘油重新酯化反应。
所述的分子蒸馏系统应包括；第一级薄膜蒸馏脱水、脱气，还包括第二级分子蒸馏的分离低沸点物和第三级分子蒸馏的分离甘油及第四级分子蒸馏的单甘酯与双酯的分离。
双酯返回酯化反应再加这四级蒸馏结合才能完成双酯循环连续酯化分子蒸馏单甘酯的方法过程。
本发明单酯为单甘酯，全称是单硬脂酸甘油酯，含量在95％以上的叫蒸馏单硬脂酸甘油酯或蒸馏单甘酯。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明利用双酯循环连续酯化分子蒸馏单甘酯的方法，是连续进行的，循环酯化反应后的粗酯连续进入四级分子蒸馏，产品能达到：单甘酯的含量≥99％，游离酸≤1.5％，游离甘油≤0.5％，技术指标远高于国标GB1986-89和GB15612-1995的技术参数。氢化油或硬脂酸利用率≥99％。该方法优于传统蒸馏的不循环连续酯化的方法。
(2)本发明利用双酯循环连续酯化分子蒸馏单甘酯的方法，由于能耗少、损耗低，副产品非常少所以大大地降低产品的成本。
附图说明
图1是现有技术分子蒸馏单甘酯的流程框图；
图2是本发明利用双酯循环连续酯化分子蒸馏单甘酯的方法的流程框图；
图3是本发明本发明利用双酯循环连续酯化分子蒸馏单甘酯设备组成线路图。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实例表示的范围。
单硬脂酸甘油酯的工业生产中最普遍采用脂肪酸与甘油直接酯化反应工艺生产，其反应式为：
由于反应为可逆平衡反应，所以，无论采用酯交换法或直接酯化法生产的产物都是单、双、三脂肪酸甘油酯和过量甘油的混合物，这种产品称为单、双甘油酯(粗酯)。要从单、双酯分离提纯单酯的方法有多种，目前工业化生产普遍采用分子蒸馏法。用分子蒸馏法提纯的单甘油酯含量在百分之九十以上。目前分子蒸馏单甘油酯生产工艺流程如图1示，酯化反应后的粗酯(单、双、三脂肪酸甘油酯和过量甘油的混合物)进行分子蒸馏，温度为120-250℃，真空度为1000-0.1Pa。
本发明双酯循环连续酯化分子蒸馏单甘酯则利用反应系统中的双酯部分使氢化油或硬脂酸直接转化为单酯，其中双酯指的是包含双酯、三酯或多酯的混合物。
如图2、3所示，本发明利用双酯循环酯化分子蒸馏单甘酯的设备包括通过管道依次连接的反应罐1、缓冲罐2、薄膜蒸发器3、第一分子蒸馏器4、第二分子蒸馏器5和第三分子蒸馏器6，储罐7分别连接反应罐1和第三分子蒸馏器6。利用双酯循环连续酯化分子蒸馏单甘酯的方法无需进行预处理，双酯循环连续酯化的粗酯直接进入薄膜蒸发器3进行第一级薄膜蒸馏器脱水、脱气；第二级第一分子蒸馏器4脱除脱低沸点物，第三级第二分子蒸馏器5的脱甘油和第四级第三分子蒸馏器6的分离单酯和双酯。具体步骤如下：
(1)第一次酯化时把氢化油(植物油和/或动物油加氢反应后得到，又称硬化油)、甘油和催化剂氢氧化钠加入反应罐中直接反应，其中按各反应物占反应体系重量计算(反应物总重量)，甘油占25-35％，催化剂占0.1-1％，剩余为氢化油；反应罐温度为180～250℃，真空度为-0.8～-0.95Mpa，然后进入分子蒸馏系统中进行分离提纯，得到双酯后，把双酯经储罐7返回到酯化反应系统(反应罐1)中，除第一次投料外，在连续运行中始终保持双酯摩尔比大于氢化油的进行酯化反应，具体措施是每次新加的氢化油重量小于由储罐7加入到反应罐1的双酯的重量。
(2)酯化反应后的粗酯直接进入到分子蒸馏系统中进行各级分离提纯其蒸馏条件为；温度120～250℃，真空度1000～0.1Pa。能得到：单甘酯的含量≥99％，游离酸≤1.5％，游离甘油≤0.5％的产品。
第一分子蒸馏器4、第二分子蒸馏器5和第三分子蒸馏器6为常用分子蒸馏器。下面实施例是在杭州油脂化工有限公司的分子蒸馏单甘酯的生产线根据图3调整进行，设备保持原有设备基本不变，主要是增加第三分子蒸馏器6的产物双酯到反应罐1的储罐、泵和管路。
实施例1
一种利用双酯循环酯化分子蒸馏单甘酯的方法，包括如下步骤：
(1)将棕榈油加氢后的氢化油、甘油和催化剂氢氧化钠加入到反应罐中，催化剂氢氧化钠加入量为反应物总重量的0.6％，甘油为反应物总重量的25％；经检测，反应罐的温度220℃，真空度-0.85Mpa，反应时间45分钟，系统中单酯重量含量42.3％。反应产物粗酯经缓冲罐2进入薄膜蒸发器3中蒸馏。除第一次投料外，在连续运行中始终保持双酯摩尔比大于氢化油的进行酯化反应，具体措施是每次新加的氢化油重量小于由储罐7加入到反应罐1的双酯的重量(双酯与氢化油的分子量相当)，甘油和催化剂的用量重量比例保持不变。储罐7可加入反应产物相应的新的双酯。
(2)分子蒸馏系统处理；先在第一级薄膜蒸馏器3进行脱水和脱气，温度为100℃，真空度为1000Pa；脱完水、气的粗酯经过泵输入到第二级第一分子蒸馏器4进行除低沸点物，温度为120℃，真空度100Pa；然后再经过泵输入到第三级第二分子蒸馏器5分离甘油，温度为160℃，真空度50Pa；分离甘油的物料再经过泵输入到第四级第三分子蒸馏器6，把单酯和双酯分离，温度为220℃，真空度1Pa；分离的产物双酯返经过储罐7泵送回到酯化反应的反应罐中重新反应，单酯就是所得产品。经检测，单酯重量含量为99.21％，游离酸0.57％，游离甘油0.22％。
实施例2
一种利用双酯循环酯化分子蒸馏单甘酯的方法，包括如下步骤：
(1)将大豆油加氢后的氢化油、甘油和催化剂氢氧化钠加入到反应罐中，催化剂氢氧化钠加入量为反应物总重量的1％，甘油为反应物总重量的35％；经检测，反应罐的温度185℃，真空度-0.9Mpa，反应时间60分钟，系统中单酯重量含量40.8％。反应产物粗酯经缓冲罐2进入薄膜蒸发器3中蒸馏。除第一次投料外，在连续运行中始终保持双酯摩尔比大于氢化油的进行酯化反应，具体措施是每次新加的氢化油重量小于由储罐7加入到反应罐1的双酯的重量(双酯与氢化油的分子量相当)，甘油和催化剂的用量重量比例保持不变。
(2)分子蒸馏系统处理；先在第一级薄膜蒸馏器3进行脱水和脱气，温度为80℃，真空度为2000Pa；脱完水、气的粗酯经过泵输入到第二级第一分子蒸馏器4进行除低沸点物，温度为150℃，真空度1000Pa；然后再经过泵输入到第三级第二分子蒸馏器5分离甘油，温度为180℃，真空度200Pa；分离甘油的物料再经过泵输入到第四级第三分子蒸馏器6，把单酯和双酯分离，温度为250℃，真空度50Pa；分离的产物双酯返经过储罐7泵送回到酯化反应的反应罐中重新反应，单酯就是所得产品。经检测，单酯重量含量为99.3％，游离酸0.55％，游离甘油0.15％；
实施例3
一种利用双酯循环酯化分子蒸馏单甘酯的方法，包括如下步骤：
(1)将猪油加氢后的氢化油、甘油和催化剂氢氧化钠加入到反应罐中，催化剂氢氧化钠加入量为反应物总重量的0.1％，甘油为反应物总重量的30％；经检测，反应罐的温度250℃，真空度-0.8Mpa，反应时间40分钟，系统中单酯重量含量43.1％。反应产物粗酯经缓冲罐2进入薄膜蒸发器3中蒸馏。除第一次投料外，在连续运行中始终保持双酯摩尔比大于氢化油的进行酯化反应，具体措施是每次新加的氢化油重量小于由储罐7加入到反应罐1的双酯的重量，甘油和催化剂的用量重量比例保持不变。
(2)分子蒸馏系统处理；先在第一级薄膜蒸馏器3进行脱水和脱气，温度为120℃，真空度为1500Pa；脱完水、气的粗酯经过泵输入到第二级第一分子蒸馏器4进行除低沸点物，温度为140℃，真空度600Pa；然后再经过泵输入到第三级第二分子蒸馏器5分离甘油，温度为160℃，真空度100Pa；分离甘油的物料再经过泵输入到第四级第三分子蒸馏器6，把单酯和双酯分离，温度为200℃，真空度10Pa；分离的产物双酯返经过储罐7泵送回到酯化反应的反应罐中重新反应，单酯就是所得产品。经检测，单酯重量含量为99.1％，游离酸0.54％，游离甘油0.36％。
Claims (3)
1.一种利用双酯循环酯化反应分子蒸馏制备单甘酯的方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：
(1)把氢化油、甘油和催化剂氢氧化钠加入反应罐中，其中甘油占反应物总质量的25-35％，催化剂占反应物总重量的0.1-1％，剩余为氢化油；保持反应罐温度为180～250℃，真空度为-0.8～-0.95Mpa，反应产物粗酯经缓冲罐进入薄膜蒸发器中蒸馏；除第一次投料外，在每次新加的氢化油重量小于由储罐加入到反应罐的双酯的重量，甘油和催化剂的用量重量比例保持不变；
(2)分子蒸馏系统处理；先在薄膜蒸馏器进行脱水和脱气，温度为80～120℃，真空度为1000～2000Pa；脱完水、气的粗酯经过泵输入到第一分子蒸馏器进行除低沸点物，温度为120～150℃，真空度100～1000Pa；然后再经过泵输入到第二分子蒸馏器分离甘油，温度为150～180℃，真空度50～200Pa；分离甘油的物料再经过泵输入到第三分子蒸馏器，把单酯和双酯分离，温度为150～200℃，真空度1～50Pa；分离的产物双酯返经过储罐泵送回到酯化反应的反应罐中重新反应，单酯为所得产品。
2.根据权利要求1所述的利用双酯循环酯化分子蒸馏单甘酯的方法，其特征在于：所述反应罐温度为200～250℃，真空度为-0.85～-0.9Mpa。
3.根据权利要求1所述的利用双酯循环酯化分子蒸馏单甘酯的方法，其特征在于：薄膜蒸馏器进行脱水和脱气的温度为100～120℃，真空度为1000～1500Pa。
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