植物油碱炼水洗工艺改造效果研究

植物油碱炼水洗工艺改造效果研究

田晓海 1 吴天琪 1 裴云生 2

京粮（天津）粮油工业有限公司； 2、九三集团天津大豆科技有限公司

摘要：为了减少碱炼水洗工序处理时间、降低耗水量和经济成本，提升企业经济效益，本文对植物油碱炼水洗工艺进行了以增加水洗罐体积、保温处理、将污水直接接入皂角罐内为主要内容的碱炼水洗工艺改造。通过逐渐测试水洗反应时间与中和油残皂的关系，寻找出水洗反应最佳时间为7-8分钟，即水洗罐液位维持在40%-50%之间为最佳位置。经济效益分析结果表明，该工艺技术改造成本低、投资回收期短，6个月即可将改造成本回收，经济效益显著。

关键词：植物油；碱炼水洗；工艺改造；中和油残皂

植物油脂在生产加工过程中，会含有一定量的胶质杂质，其主要成分为磷脂。磷脂既富营养又对油脂具有抗氧化增效作用，但他们在油中存在会影响油品质量和油脂深度加工，因此植物油脂生产加工工艺都会有脱胶工序。目前，胶质的除去主要是利用碱炼水洗工序，其原理如下：磷脂通常分为水化磷脂（HP）和非水化磷脂（NHP）,它们的不同主要在于和磷脂酸基相连的官能团不同，水化磷脂含有极性较强的基团，例如胆碱、乙醇胺、肌醇、丝氨酸，所形成的磷脂分别为磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇和磷脂酰丝氨酸，这些磷脂的复合物共同的特征就是与水接触时形成水合物，并在水中析出，但它们的水化速率有差异^[1-3]。

目前碱炼水洗工序一般采用80℃-90℃高温快速水化工艺，为了确保其全部水化磷脂的脱除，采用20min-40min的水化反应时间，反应时间长，且处理废水必须进行后续的污水处理^[3-5]。因此，我司针对碱炼水洗工序存在的处理时间短、耗水量大、污水处理成本高等问题，进行了碱炼水洗工序技术升级改造，以期减少碱炼水洗工序处理时间、降低耗水量和经济成本。

1 材料与方法

1.1 供试生产线

我公司一条日产1000吨大豆油生产线。

1.2 试验方法

对大豆油生产线进行技术改造，主要包括：一是增加水洗罐体积，并配备1台油泵，以期充分溶解油中残皂等物质，延长短水洗时间，减少水洗水用量；二是将碱炼水洗工艺所形成的污水直接打入皂角罐；三是对原闲置罐及相关管线进行了保温处理。

水洗罐液位的高低直接决定着水洗反应时间的长短，液位越高，时间越长，中和油残皂效果越好；同时，时间过长，会影响生产效率，增加企业成本。技术改造后，根据理论计算结合经验值，逐渐测试出水洗反应液位与中和油残皂的关系，并寻找和确定出最佳水洗反应液位。测试期间，每两个小时由品控负责取样进行残皂值检测，车间负责将残皂结果进行记录，干燥油含磷量每12个小时进行取样和检测。水洗水PH值需保证在4-5之间，尽量避免该项数值的大幅度波动，以免影响最终数据的准确性。数量统计遵从单一变量原则，每一次变量调整需要连续至少三组数据（6个小时）的支持。

测试时间为2019年11月11日08︰00至11月18日06︰00。

1 碱炼水洗工艺改造

针对原有碱炼水洗工艺存在的问题，提出如下解决方案：一是增加水洗罐体积，并配备1台油泵，以期充分溶解油中残皂，延长水洗时间，减少水洗水含量；二是将碱炼水洗工艺所形成的污水直接打入皂角罐；同时，对原闲置罐及相关管线进行了保温处理。

2 反应时间测试

2.1 35%液位

当水洗反应液位为35%时，水洗反应时间约为5.8分钟，具体中和油残皂效果如图1所示，水洗水比例增加对中和油残皂的影响不大。试验结果表明，该时间段内水洗反应效果不理想，水洗反应时间略显不足。

图1 35%液位中和油残皂效果

2.2 40%液位

当水洗反应液位为40%时，水洗反应时间约为6.6分钟，具体中和油残皂效果如图2所示，水洗水比例增加对中和油残皂的影响比较明显，水洗工段脱皂的效果有明显好转。试验表明，该时间段内水洗反应相对上个时间梯度更加合适，水洗反应进行的程度相对较深。

图2 40%液位中和油残皂效果

2.3 45%液位

当水洗反应液位为45%时，水洗反应时间约为7.4分钟，具体中和油残皂效果如图3所示，水洗水比例增加时，中和油残皂会进一步降低，甚至有两次统计结果出现了0残皂，当残皂量下降至10mg/L时，中和油残皂继续降低的难度增大，残皂量开始受脱皂油的残皂量影响，产生波动。试验表明，该时间段内水洗反应相对上个时间梯度更加合适，水洗反应进行的程度相对较深。

图3 45%液位中和油残皂效果

2.4 50%液位

当水洗反应液位为50%时，水洗反应时间约为8.3分钟，具体中和油残皂效果如图4所示，不同水洗水比例中和油残皂效果较好，且水洗水比例增加对中和油残皂的影响相对较弱。随着水洗反应时间的延长，反应罐内热量损失、搅拌时间过长等因素都会增加油品乳化风险，且各项能耗也会相应增加。试验结果表明，该时间段内水洗反应效果已经超过了最佳反应时间。

图4 50%液位中和油残皂效果

因此，通过以上试验，可以得出结论：水洗反应最佳时间为7-8分钟，即水洗罐液位维持在40%-50%之间为最佳位置。在水洗反应时间相对较为合理的条件下，适当提高水洗水比例会促进水洗反应效果。如果水洗反应时间不合适，水洗水比例的改变所带来的效果甚至可以忽略不计。

3 经济效益分析

3.1 改造成本

本次碱炼水洗工艺改造所需成本共计5.5万元。

3.2 节水费用

进行技改后，车间水洗水添加比例之前平均值约为4%，改造后水洗水添加比例可降至2.5%，如此，改造后每加工生产一吨毛豆油可节省软化水0.015t。按照年加工毛豆油20万吨进行计算，一年可以节省软水3000t，按照当前软化水单价13.5元/t进行计算，共可节省费用3000t×13.5元/t=40500元。

3.3 节热费用

节约用水的同时，节约了相应水量所需热量的费用。按照将水从30℃加热至车间工艺所需90℃计算节省热量总量，计算过程如公式1所示，每年节约3000t水所对应的节热总量为7.56×10⁸kJ。

公式1：Q_吸=C_水m△t=4.2kJ/kg·℃×3×10⁶kg×60℃=7.56×10⁸kJ。

在不考虑热量损失的情况下（因水蒸气冷凝后生成水蒸气的量相对需加热的软水量较少，其所冷凝后成为90℃水所节省的热量几乎可以忽略），按照3bar（饱和蒸汽）压力的直接蒸汽进行换算，最终水温90℃时，根据能量守恒，所需要消耗蒸汽的量(0.3MPa压力条件下，水的汽化潜热为2163.7kJ/kg，温度为133.556℃)计算过程如公式3所示，节约3000t水所对应的节约水蒸汽量为322.163t。

公式2：m=Q_放/（λ_水+C_水△t）=7.56×10⁸ kJ /（2163.7kJ/kg+4.2kJ/kg×43.556℃）

=0.322163×10⁶kg=322.163 t。

按照目前蒸汽单价212元/吨进行计算，节约企业成本=322.163吨 ×212元/吨

=68298元。

3.4 节约污水处理成本

进行技改后，车间水洗后所形成的污水将直接打入皂脚作为皂脚稀释水，不再打入污水处理车间进行处理，基本实现精炼车间污水零排放，大大减轻了污水处理难度，节省了公司针对水洗废水的处理费用。

3.5 投资回收期计算

因此，除去污水处理成本外，每年可节省费用约108798元，仅节省的软化水以及蒸汽的费用已经足够在加工10.1万吨油之后将成本回收，按照每年处理量20万吨的话，

投资回收期=10.1万吨/（20万吨/12个月）=6.0个月。

4 结论

试验结明表明，通过以增加水洗罐体积、保温处理、将污水直接打入皂脚内为主要内容的碱炼水洗工艺改造，在充分稳定中和油残皂的前提下，延长了水洗时间，减少了水洗水用量。通过逐渐测试水洗反应时间与中和油残皂的关系，寻找出水洗反应最佳时间为7-8分钟，即水洗罐液位维持在40%-50%之间为最佳位置。经济效益分析结果表明，该工艺技术改造成本低、投资回收期短，6个月即可将改造成本回收，经济效益显著。

参考文献

[1] 唐萍华．降低炼油水洗废水含油率措施研究及应用[J]．中国油脂，2012，37（9）：23-26．

[2] 韩军．从葵花籽油脱臭馏出物中提取植物甾醇的研究[J]．中国油脂，2004，29（12）：62-65．

[3] 马传国．油脂脱胶的理论与实践[J]．中国油脂，2002，27（1）：24-26．

[4] 赵光辉，董平，姜伟，等．油脂脱胶技术现状及发展方向[J]．粮食与油脂，2017，30（11）：14-16．

[5] 魏贞伟，李红玲，常云鹤，等．油脂碱炼水洗废水的再利用[J]．中国油脂，2011，36（3）：11-15．