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从单一脱色到多级吸附净化脱色的转变(上)

  在食用油精炼过程中,不断努力降低整体生产成本,主要是通过增加工厂产能、安装单体原料工厂、提高自动化程度来实现的。多年来,越来越多的节能工艺和技术逐渐被采用,从而提高了成品油的产量。油脂安全、营养、质量的重要性日益增加,精炼过程本身的可持续性也越来越重要,这对油脂加工者来说是新的挑战。为了实现这些新目标,必须开发和实施“下一代”炼油工艺技术。本章概述了近年来国际食用油精炼工业的一些工艺改进和新进展。还简要讨论了目前尚未应用的一些可能的新创新。本章讨论了纳米中和、酶脱胶、脱色和脱臭等新一代化学精炼技术。它还讨论了分子蒸馏和超临界加工等技术的应用前景。

  为了进一步改善棉籽油的色泽,在19世纪末脱色工艺被引进入油脂精炼过程。最初的时候这是间歇式的批次作业过程,在常压下将天然漂白土直接添加到热油内除去油中色素。如今已经不再如此操作,脱色已经成为食用油精炼过程中的关键工序,并已逐渐从单一吸附脱色转变为多级吸附脱色,可在脱臭工艺之前除去油中的色素及其他杂质(残皂、磷脂、氧化物、微量金属、污染物等)。

  为降低整体加工成本和改善脱色油品质,人们对脱色工艺进行了一系列的改进。首先采用真空吸附脱色技术,此技术可有效避免因氧化而使色素固化,提高油脂的氧化稳定性。后随着精炼生产能力的提高,油脂吸附脱色工艺由间歇式发展为半连续式生产,这种工艺的改进进一步改善了脱色油的质量,使工艺更加节能。另一个工艺改进的地方是(水平/垂直)叶片式过滤机的使用,油脂脱色阶段最初采用的是板框式压滤机,其会导致过滤出的废白土中残油量过高(35%-40%),采用叶片式过滤机后,废白土中的残油量随吹饼效果的不同而保持在25%~30%之间。

  减少废白土带来的油损是非常重要的,因为它既能直接提高脱色油的得率,又能减少废白土的数量。在过去,废白土仍然有一定的利用价值,可将其应用到动物饲料的生产方面,但是随着更加严格的饲料安全法规的出台,越来越多的国家禁止这种做法,只有在综合性较高的压榨-精炼工厂才有可能将废白土添加到脱脂粕中。因此,油脂生产商不得不寻求其他途径来回收废白土,比如生物甲烷化法,但是最常用的处理方法还是填埋法,但是这种处理方法较为昂贵。

  废白土处理成本的不断增加及废白土中的油损耗对脱色工艺的整体运营成本产生了较大的影响,目前,降低运营成本的最有效途径是减少白土的消耗。为了设计更高效的脱色工艺,寻求脱色效果更好的漂白土和其他特殊吸附剂,人们付出了大量的努力。

  酸性活化可显著提高漂白土的效率。酸性活化是用硫酸或盐酸对天然漂土进行改性,其主要作用是使天然漂土比表面积显著增加,可增加至250-350m 2 /g,与未酸性活化之前相比增加3~6倍。目前,多家本地供应商均可供应不同种类的酸性白土,这导致酸性白土市场价格竞争比较激烈。酸性白土的种类可根据活化程度、活化酸的类型(硫酸或盐酸)和粒度分布来划分,其中粒度是一个易于被忽略但又及其重要的指标,显著影响白土的可滤性。

  虽然活性白土仍然占有最大的市场份额,但油脂精炼工厂对天然白土在脱色上的表现出越来越重视,特别是在棕榈油脱色方面。造成这一现象的主要原因可能是高(盐酸)活性白土在棕榈油精炼过程中会催化具有潜在毒性的3-氯丙醇酯(3-MCPD)的形成(De Greyt, 2012),当使用天然漂土或活性较低的白土时则观察不到催化3-氯丙醇酯的形成。尽管现研究阶段对活性白土与3-氯丙醇酯形成机制之间的关系尚不明确,但尚未有与此研究结果不一致的报道出现。低3-氯丙醇酯含量的精炼棕榈油的需求日益增长可能会对棕榈油精炼工艺严重影响(De Greyt, 2012; Ramli et al., 2011; Schurz, 2010)。更具体的说,在脱色/干燥预处理过程中,将采用酸活性较低(弱酸处理)或其他等级的(更天然、活性更低)的白土进行脱色。

  降低白土粒度(<10μm)可显著提升其表面活性,但采用传统的过滤技术不能将其很好的从油中分离出来,为了克服过滤难题,在20世纪90年代中期开始发展电过滤工艺(Transfeld, 1998),在该技术中,细小的带电粒子在脱色过程结束后附聚在电极上,可采用常规过滤方法对其进行过滤。油作为绝缘体不会干扰电过滤过程,但电过滤工艺目前仍处于实验室研究阶段。

  提高脱色工艺的效率也能够降低活性白土的消耗。目前,脱色工段大部分只作为一个单一的脱色工段来运行,即仅运行一个脱色反应器和一个脱色过滤机。在此过程中,活性白土的吸附脱色能力大大降低,为解决这一问题,人们研究了多级连续脱色工艺(多段共流、逆流、预脱色等)。最简单的多级脱色工艺是采用两个或多个脱色反应器和相同数量的过滤机组成的共流工艺,然而,这种工艺仅能在一定程度上降低活性白土损耗,对大多数油脂脱色而言并不能弥补因工艺改进而造成的额外投资。逆流脱色工艺可以节约更多的活性白土。在15年前,Ohmi工程公司开发出了第一个真正的逆流脱色工艺,该工艺具有两个脱色反应器和两套过滤器。第二次过滤出的废白土可将其与脱胶油/中和油混合对其进行再次利用。虽然对可节省高达40%的活性白土做了担保,但因其工艺较为复杂,这种逆流脱色工艺并未得到广泛的应用。另外还有一种替代的“逆流”工艺(预脱),这种工艺是在干燥油加白土之前,首先泵入已形成废白土滤饼的过滤机中进行过滤后再与白土混合脱色,预脱色可除去油脂中的所有固体杂质、大部分的磷脂和皂脚,这样脱色反应罐中的效率就得到了提高。通常,预脱色可节省10-15%的活性白土,虽然与逆流脱色相比,预脱色节省白土的效率较低,但因其工艺简单,仅需增加一个额外的过滤机,预脱色工艺成为大多数炼油厂的首选。(未完待续)


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