肥皂和香皂生产原理.doc

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第三章 肥皂和香皂
肥皂(soap)通常指高级脂肪酸或混合脂肪酸的碱性盐类，它的化学通式可表示为：RCOOM，R代表长碳链烷基，M代表某种金属离子。具有洗涤、去污、清洁等作用的皂类主要是脂肪酸钠盐、钾盐和铵盐，其中最常用的是脂肪酸钠盐；此外还有脂肪酸的碱土金属盐（钙、镁）及重金属盐（铁、锰）等金属皂，这些金属皂均不溶于水，不具备洗涤能力，主要作为农药乳化剂、金属润滑剂等。
近几十年来虽然洗衣粉、合成洗涤剂的产量不断增加，但是由于肥皂耐用、洗涤衣物干净等特点，仍是国内洗涤市场的主要用品之一。化妆品中的香皂，由于使用方便，去污效果好，价格便宜，刺激性低，花样品种多等特点，在国内外仍然是重要的皮肤清洁用品。
第一节 肥皂水溶液的性质和制皂用的油脂
一、 肥皂水溶液的性质
肥皂中的钠皂或钾皂是强碱弱酸盐，因此都会在水溶液中发生水解呈弱碱性。
RCOONa RCOO— ＋ Na+
RCOO— ＋ H2O RCOOH ＋ OH—
水解产生脂肪酸与未水解的肥皂，形成不溶于水的酸性皂，使肥皂水溶液呈现浑浊。
RCOOH ＋ RCOONa ==== RCOOH· RCOONa
一般，影响肥皂水解的主要因素有：皂液浓度、脂肪酸的相对分子质量和温度。通常皂液浓度越高，水解度越低；脂肪酸的碳链越长，水解度越高；温度越高，水解度越高。但是乙醇等强极性有机溶剂能抑制肥皂的水解，加入乙醇，可得到透明的肥皂水溶液。
肥皂在硬水体系中，硬水中的钙、镁离子会与肥皂反应生成不溶于水的钙皂和镁皂，降低肥皂的去污能力。这是限制肥皂使用和发展的主要原因。
Ca2+ ＋ 2RCOONa （RCOO）2 Ca + 2 Na+
Mg2+ ＋ 2RCOONa （RCOO）2 Mg + 2 Na+
肥皂属于阴离子表面活性剂，它同样具备离子型表面活性剂的物理化学性能。但是肥皂的组成不同，表现出的性能有所差异。
二、用于制皂的油脂
（一） 制皂对油脂的要求
油脂是制造肥皂的主要原料，它的主要化学组成是脂肪酸甘油酯。油脂的质量直接影响所生产肥皂的质量，如油脂中脂肪酸碳链的长短及饱和程度对肥皂的影响在于：饱和脂肪酸含量高的油脂比较好；饱和度低的油脂因碳链中含有双键易发生氧化、聚合等反应，致使油脂酸败和色泽加深，不适合制皂。一般可依据下列几项指标来选择制皂的油脂。
1．相对密度(Density ratio)
相对密度能反映油脂的分子量及粘度，相对密度大则分子量大，粘度也高。通常液体油脂在20℃，固体油脂在50℃测定相对密度，相对密度在0.887～0.975之间为宜。
2．凝固点(Solid point)
油脂凝固点对肥皂质量的影响很大，凝固点太高的油脂生产的肥皂易龟裂，泡沫少，去污力差；凝固点太低会影响肥皂的硬度。油脂饱和度愈高，凝固点愈高，反之愈低。油脂饱和度相同时，分子量愈大者，凝固点愈高。制皂选用的油脂，其凝固点在38～42℃之间为宜。
3．皂化值(Saponification number)
油脂用KOH的乙醇溶液皂化，1g油脂完全皂化时所消耗KOH的毫克数为油脂的皂化值。脂肪酸甘油酯的分子量愈高，皂化值愈低，也就表明制得的皂愈易溶于水，易起大泡。由皂化值可以计算油脂的平均分子量及皂化时所需NaOH溶液的质量。
M=1000×3×56.1/S=168300/S
式中：M——油脂的平均分子量；S——油脂皂化值； 3——皂化lmol油脂需3molKOH； 56.1——KOH的分子量。
ＷNaOH=Ｗ油脂×S×40/(56.1×1000×ωNaOH)
式中：ＷNaOH——皂化时所需NaOH溶液的质量，Kg；W油脂——皂化时油脂质量, Kg；
S——油脂皂化值；ωNaOH——NaOH溶液的质量分数；56.1 ——KOH的分子量；40——NaOH的分子量。
4．酸值(Acid number)
工业油脂中往往含有游离的脂肪酸。中和1g油脂中的游离脂肪酸所需KOH的毫克数称为酸值或酸价。根据酸值可以计算油脂中游离脂肪酸的含量。酸值愈高，游离脂肪酸含量愈多，说明油脂不新鲜，质量差，会使制得的皂变质、出汗、发臭。由酸值可以计算游离脂肪酸含量。
游离脂肪酸（%）= VA×M×100/(1000×56.1)
式中：VA——油脂酸值； M——油脂中脂肪酸的平均相对分子量；56.1——KOH的分子量。
5．碘值(Iodine value)
油脂分子中的双键能与碘发生加成反应。从加成反应中所消耗的碘量可以衡量油脂的不饱和程度。每100g油脂所消耗碘的克数为碘值（或碘价）。碘值愈高，不饱和程度愈高，制得的皂愈软。
根据碘值的大小，油脂分为干性油、半干性油和不干性油：
干性油： 碘值＞130； 半干性油： 碘值130～100； 不干性油： 碘值＜100
干性油不饱和程度高，易氧化生成大分子物质，在表面形成硬膜，如亚麻仁油、桐油是干性油，它们不适用于制皂。植物油脂中椰子油、棕榈油、花生油，动物油脂中牛油、羊油、猪油都是不干性油，适用于制皂。半干性油在制皂时可适当配用，如棉籽油、糠油、菜油等，但加入量不宜过多，一般棉籽油的用量不可超过3％～5％。
6．不皂化物(Unsaponifiable matter)
不皂化物是指油脂中所含脂肪酸以外的脂肪成分，如萜烯类（维生素A等），这些物质不会中和皂化，以杂质状态存在于肥皂中，通常不皂化物含量大于1%不可直接制皂。
从以上油脂性能指标可以看出，为了使制得的肥皂达到质量标准，即具有一定的硬度，良好的外观、色泽，适当的溶解度，丰富的泡沫及较强的去污力。在制皂时往往需采用多种油脂混合使用，并考虑原料供应的可能性和经济性。表2-1和表2-2列出了制造香皂和洗衣皂所用油脂的配方数据。
表2-1 香皂用油脂配方（质量分数）
油脂名称 配方一 配方二 配方三 配方四 配方五
牛羊油（44℃） 0.75
牛羊油（43℃） 0.80 0.42
牛羊油（42℃） 0.75
硬化猪油 0.05 0.10 0.30
猪油 0.05 0.28 0.35
花生油/茶油 0.10
椰子油/棕榈仁油 0.20 0.20 0.20 0.20 0.25

表2-2 洗衣皂用油脂配方（质量分数）
油脂名称
53%脂肪酸规格 42%脂肪酸规格

配方一 配方二 配方三 配方四 配方五 配方六
硬化油 0. 10 0.32 0.34 0.38 0.33
牛羊油 0.75
猪油 0.20 0.05
柏油 0.07
棕榈油 0. 60 0.15
椰子油/棕榈仁油 0.10 0.15 0.02
棉油酸 0. 29 0.10 0.15
棉清油 0. 18
糠油 0.22 0.20
松香 0.15 0.15 0. 15 0.25 0.30 0.30
在洗衣皂配方中，为使肥皂有一定的硬度，要加入一定数量的固体油脂。常用的固体油脂有脂肪酸凝固点为56℃左右的硬化油，用量约为28％～34％，棕榈油或牛羊油作为固体油脂的用量约为75％～80％。高级洗衣皂还可用10％～15％的椰子油或棕榈仁油。
松香也是洗衣皂常用的一种油脂原料，主要成分是松香酸。制皂时若单独使用，抗氧性差，易变色，起泡及去污力欠佳，但在洗衣皂中与其他油脂配合可以增大肥皂的溶解度，提高去污力，降低成本。但是由于色泽较差，在香皂中一般不加松香。
一般，色泽要求较高的白色香皂的油脂配方，基本上都是80％牛羊油和20％椰子油组成，实际混合油脂的凝固点在38.5～39.5℃。
（二）油脂的预处理
随着使用者对肥皂质量要求的提高，生产上对油脂的质量要求也相应严格，特别是制造香皂的油脂，其质量要求已超过食用油的水平。天然动植物油脂中，除了含脂肪酸甘油酯外，还含有不少在油脂中呈悬浮或沉淀状态的沙泥、料胚粉末等不溶性的固体杂质，以及在油脂中呈溶解或乳化状态的游离脂肪酸、磷脂、色素、蛋白质等杂质。为了达到制皂的要求，必须对油脂进行预处理。现代化油脂处理的方法包括脱胶、脱酸、脱色、脱臭四个处理工序，必要时还需进行加氢处理。
1．脱胶
脱胶是指去除油脂中磷酯、蛋白质以及其他胶质和粘液质。胶质的存在降低了油脂的使用价值和稳定性，且在精炼中影响其他工艺，导致肥皂产品质量下降。现代化的脱胶方法是用磷酸处理油脂，胶质被磷酸凝聚，同时油中重金属还能与磷酸形成磷酸盐沉淀。
工业生产时毛油先经过过滤除去泥沙、纤维素等不溶性杂质，在热交换器中加热到40～50℃，送入混合器与磷酸混合后，再去反应器使胶质进行凝聚。含有凝聚物的油脂与热水混合，使凝聚物等胶体杂质吸水呈小胶粒存在，然后用离心机将油脂和凝聚物分离。油相送入真空干燥器进行脱水-脱气处理，除去水分和空气后即为脱胶油脂。
2．脱酸
脱酸是指去除油脂中游离脂肪酸和色素的处理过程。如果是脂肪酸中和法制皂，油脂要水解成脂肪酸和甘油，所以水解前无需去除游离的脂肪酸。但以油脂皂化法制皂，必须在油脂漂白之前除去游离脂肪酸，否则将影响白土的脱色效果。
游离脂肪酸可以用碱炼法除去，也可以在油脂脱臭的同时蒸馏除去。这里介绍油脂碱炼脱酸的处理方法。该法的基本原理是：
RCOOH ＋ NaOH 　　　 RCOONa + H2O
用淡碱液（约15％）处理油脂，油脂中游离脂肪酸被中和成肥皂，肥皂具有一定的吸附作用，可以将蛋白质、色素等其他杂质吸附下来。因此碱炼既可以脱酸，也可以脱色。碱炼中要严格控制碱液浓度和碱液量，才不会使油脂发生皂化。现代化的制皂厂一般都采用连续碱炼工艺，即油脂与理论计算量的115％～150％的碱液在混合器混合，反应温度为使油脂熔化呈液态的温度。中和产生的肥皂溶液吸附一定量的杂质经离心机分离，进入皂脚贮罐贮存。脱酸的油再进入另一混合器用热水洗涤，去除油中残存的碱液和肥皂。洗涤水经离心机分离进入污水处理罐回收利用，油则进入真空干燥器脱除水分和气体，得到脱酸精油。该法油脂与碱液作用时间短，皂脚分离和洗涤水分离均用离心机。因此处理效率高、分离效果好、油脂损耗低。
3．脱色
天然动、植物油脂本身会夹带色素或储存不当时产生色素，虽经碱炼后脱除了一部分，但颜色仍达不到浅色皂，尤其是白色香皂的质量要求，因此尚须进行脱色处理。脱色的方法分为两类：化学法和物理吸附法。化学脱色法是用氧化、还原剂漂去油脂中的色素，仅用于处理生产洗衣皂的低质油脂；物理吸附法是用活性白土等吸附油脂中的色素，适用于处理制造香皂用的高质量油脂。
活性白土的主要成分是SiO2和Al2O3，及少量CaO、MgO、Fe2O3等，并含有结晶水。白土的用量是油脂的3％～5％。制造高档香皂，特别是白色香皂用的油脂，脱色时还需在活性白土中加入0.2％～0.3％的活性炭提高脱色效果。脱色的温度视油脂品种和脱色要求而定，一般在105～130℃之间。
脱色操作时先将油脂加热到规定温度。将部分油脂与定量的活性白土混和成浆状物，在真空作用下将此浆状混和物和其余的油脂一同吸入漂白锅中混和，使油脂在高温下脱色数小时。然后将吸附后的白土与油脂混和物进行压滤，使二者分离，即得脱色油脂。
过滤后的白土滤饼中尚含有18％～22％的油脂，将含油的白土在水中煮沸，使油浮出，这样可使废白土的含油量降至3.5％～5％。回收这部分油脂，油脂色泽较深，可用于制造对色泽要求不高的工业皂。
4．脱臭
天然的动植物油脂往往具有特殊气味，如牛羊油的膻气等。这些气味将影响皂类，特别是香皂的气味，为此对制造香皂的油脂原料必须进行脱臭处理。
油脂中有气味的物质挥发性均较油脂大，常采用高温、高真空下，通入过热蒸汽进行蒸馏的方法，除去油脂中有气味的物质。温度越高，脱臭需要时间越短。高真空的作用除了降低气味物质的沸点外，更重要的是保护油脂在高温条件不被空气氧化。现代化的脱臭装置真空度仅为400～600Pa，脱臭塔由不锈钢制成，属于常规的精馏塔。
如果油脂的质量较好（游离脂肪酸小于5％），可以不用碱炼法脱酸，改用真空蒸馏的方法除去脂肪酸。此时将脱酸和脱臭合并在同一套装置中完成，可以大大简化流程，提高经济效益。

第二节 皂基的制备

皂基(Soap base)是指含水分约35％的纯质熔融皂，又称净皂(Good soap)。它是制造肥皂的半制品，制皂工艺先将油脂制成皂基，然后再经配料调和、挤压、切割、成型等工序得到肥皂成品。
一、油脂皂化法制备皂基
（一） 皂基制备的基本原理
皂化法是将油脂与碱直接进行皂化反应而制取皂基，可用以下化学反应式表示：
CH2OOCR1 CH2OH R1COONa
│ │
CH2OOCR2 + 3NaOH CH2OH + R2 COONa
│ │
CH2OOCR3 CH2OH R3 COONa
皂化法可分为间歇式和连续式两种生产工艺。间歇式生产是在有搅拌装置的开口皂化锅中完成，因此又称大锅皂化法。这种方法设备投资少，目前仍广泛使用，但生产周期长、效率低。连续皂化法是现代化的生产方式，连续化的设备能使油脂与碱充分接触，在短时间内完成皂化反应，不仅生产效率高而且产品质量稳定。
（二）大锅皂化法
大锅皂化法是将油脂与碱在大锅中皂化，然后再盐析，因此也称盐析法。盐析法制皂基的步骤如下：
1．皂化
皂化过程是将油脂与碱液在皂化锅中用蒸汽加热使之充分发生皂化反应。开始时先在空锅中加入配方中易皂化的油脂（如椰子油），首先被皂化的油脂可起到乳化剂的作用，使油、水两相充分接触而加速整个皂化过程。NaOH溶液要分段加入，浓度也要由稀到浓逐步增加。若碱加入得过快、过多，会破坏乳化，皂基离析，且废液中碱含量过高，不易分离甘油；反之，碱加入过慢，则增加皂基的稠度，易结瘤成胶体。通常，开始时只加入5％～7％的稀碱液，使尚未皂化的油脂分散成乳液；第二阶段加浓度为15％的碱液，在此阶段皂化反应速度较快，主要的皂化过程在此时完成；第三阶段可加入24％左右的浓碱液，促使皂化反应完全，此阶段需要较长的时间。当皂化率达到95％～98％，游离碱小于0.5％时皂化反应即告完成。皂化后的产物称为皂胶。皂化反应中还应注意加热蒸汽的量，皂化开始蒸汽量要大，充分加热，但由于皂化是放热反应，当反应进入急速反应期，应及时调整蒸汽，或通入少量冷水，否则大量热会造成溢锅。
2．盐析
皂化后的皂胶中除了肥皂外，还有大量的水分和甘油，以及色素、磷脂等原来油脂中的杂质。为此需在皂胶中加入电解质，使肥皂与水、甘油、杂质分离，这个过程就是盐析。一般用NaCl盐析，由于NaCl的同离子作用，使肥皂（脂肪酸钠）溶解度降低而析出。盐析时，皂胶中可能析出皂基（净皂）、粒皂（含电解质较多的肥皂）、皂脚（浓度低于40％的皂液，其中含有较多杂质）、废液（主要是甘油和水）等相。在实际操作中，究竟析出哪些相将取决于温度，肥皂浓度及食盐浓度等相分离的条件。加盐过多，皂胶中皂粒粗，皂胶夹水量大，废液含皂量大，故盐析时须控制食盐的投入量，旨在获得较多的净皂。为使肥皂与甘油、杂质分离干净，可以多次进行盐析。
3．碱析
也称补充皂化，是加入过量碱液进一步皂化处理盐析皂的过程。将盐析皂加水煮沸后，再加入过量氢氧化钠碱液处理，使第一次皂化反应后剩下的少量油脂完全皂化，同时进一步除去色素及杂质。静置分层后，上层送去整理工序；下层称为碱析水。碱析水含碱量高，可以用于下一锅的油脂皂化。碱析脱色的效果比盐析强，并能降低皂胶中NaCl的含量。
4．整理
整理工序是对皂基进行最后一步净化的过程，即是调整皂基中肥皂、水和电解质三者之间的比例，使之达到最佳比例。在此状态下能使皂基和皂脚充分分离，尽量增加皂基的得率。经过整理工序后，皂基的组成应该如表2-3所示。
整理工序的操作也在大锅中进行。根据需要向锅中补充食盐溶液、碱液或水，使最终的皂基组成达到表2-3的标准。有经验的操作者能根据皂胶的流动性确定整理的终点。整理好的皂胶在大锅中静置24～40h，皂胶分成二层：上层为皂基，下层为皂脚，皂脚色泽深，含杂质多。在整理静置时温度应保持在85~95℃，温度过高，皂基与皂脚分层快，但皂基的脂肪酸含量降低；温度过低，肥皂粘度过大，难以分离皂基与皂脚。
表2-3 皂基的组成
组分 含量（%）
组分 含量（%）
组分 含量（%）
脂肪酸皂 60~63
食盐 0.3~0.7
甘油 约0.2
游离碱 0.1~0.3
不皂化物 约0.5
水分 约35
净脂肪酸在皂基和皂脚中的重量比可在5～8∶1的范围，这个变化范围很大，可见整理操作的好坏对皂基得率的影响很大。
热的皂基是融化状态的肥皂，呈半透明的高粘度流体，可直接输送到下一工序。如温度低于50℃，则肥皂结晶为固相。
（二）连续皂化法
连续皂化法的主要原理基本与大锅煮皂法相似，分为由皂化、洗涤、整理三部分装置联合组成，是比较先进的皂化工艺。现以世界上用得较多的阿尔法-拉伐尔（ALFALAVAL）连续皂化法（又称离心纯化连续皂化法）为例，介绍连续皂化法工艺的概貌，这种皂化装置的工艺流程如图2-2所示。它是全封闭、全自动的皂化装置。
1．皂化阶段
油脂及28％NaOH溶液分别经过过滤器和加热器加热到预定温度后，进入稳压槽K－1、K－2，再由定量泵DP－1及DP—2输入皂化塔，皂化塔出口装有恒压阀，以保持塔中压力恒定。

图2-1 阿尔法-拉伐尔“离心纯化”工艺流程

图2-1中C—1为皂化搭，P－1为循环泵，P－2为混合泵。操作时使塔中皂化液体的排出量与循环量之比为1∶4，对新加入的物料而言，皂化反应始终从皂化率80％开始。由于皂化塔中始终有大量肥皂存在，油脂和碱液一进入皂化塔，即能均匀地分散，大大加快皂化反应的速度。碱液由塔底部进入，油脂由塔中部进入，通过混合泵P－2的作用，使油脂与碱很快地反应，在2min之内皂化率可达99.8％，当反应混和物离开塔顶时，皂化率可达99.5％，而游离碱仅0.2％左右，因此，其质量明显优于大锅皂化法。
阿尔法-拉代尔皂化塔是一个全封闭系统，皂化温度可提高到125℃，这样不但能生产含脂肪酸62％的皂基，还能生产72％～73％以上的皂基。
2．洗涤阶段
在洗涤阶段中用盐水洗去肥皂中的甘油。一般进行2～4次洗涤，图2-1中表示的是二次洗涤工艺。洗涤采用逆流方式，也就是盐水首先与第一次洗涤后的肥皂相混和。一定量的盐水经过滤后进入恒位槽K－3和混合器M－3，在混合器中与水混合，将盐水调到适当浓度。然后由定量泵DP－3打入第二级洗涤混合器M—2中与经第一次洗涤后的肥皂相混合，由整理段送来的皂脚及由离心机S—1送来的皂粒也同时进入，在混合器中混合均匀后进入离心机S－2进行分离。分离后的肥皂送入整理段，洗涤液则逆流到第一级洗涤混合器M－1中洗涤皂化液。经混合器M—1洗涤后的产物送入离心机S—1，分出废液和肥皂，废液用于回收甘油，肥皂则进入第二混合器。在洗涤过程中，要求盐水与肥皂混合后形成皂基相与废液相，防止出现皂粒相，因皂粒会包含更多的废液，使洗涤效果降低。因此在洗涤过程中盐水浓度的控制是十分重要的。
3．整理阶段
整理工序在整理塔C—2中进行。用于整理的电解质溶液经过滤后进入恒压槽K－5，再入混合器M－4，在此与水混合调整到需要的浓度，再由定量泵DP－4送入整理塔。在整理塔中肥皂与定量的电解质混和后，形成皂基与皂脚两相，混和物由塔顶进入离心机S—3进行分离。皂基输入成型加工车间生产洗衣皂或香皂，皂脚送回到洗涤段。皂脚的色泽较深，如对皂基的色泽要求较高，也可放去部分皂脚。
连续皂化法所获得的皂基皂化程度高，甘油的回收率也较高。如果洗涤次数超过2次，甘油的回收率在90％以上，皂基中甘油含量可低于0.5％。
二、脂肪酸中和法制备皂基
中和法制备皂基比油脂皂化法简单，它是先将油脂水解为脂肪酸和甘油，然后再用碱将脂肪酸中和成肥皂，包括油脂脱胶，油脂水解，脂肪酸蒸馏及脂肪酸中和四个工序。油脂脱胶工艺在前面已经介绍过，因此下面将介绍水解、蒸馏、中和三个工序的知识。
（一） 油脂的水解
油脂水解后生成甘油和脂肪酸，其基本原理可用以下化学反应式表达：
CH2OOCR CH2OH
│ │
CH2OOCR + 3H2O CH2OH + 3RCOOH
│ │
CH2OOCR CH2OH
油脂的水解方法分触媒法和无触媒高温水解法两大类。现代油脂工业多采用无触媒的热压釜法和高温连续法，前者适用于20000吨/年以下的规模装置，后者则适于20000吨/年以上的装置。
1．无触媒热压釜水解法
无触媒热压釜水解工艺是间歇式生产，其工艺路线往往设计为二次水解，首次水解是将油脂和淡甘油水（淡甘油水是第二次水解后回收的）用泵输入热压釜中，通入3.0MPa蒸汽加热升温到230℃，使油脂水解。待水解率达85％左右停止通蒸汽，静置分离出甘油水，此时水中甘油浓度可达15％左右，可用于回收甘油。在分去甘油水的油相中再加入定量的水，重新通入蒸汽加热使油脂继续水解，直到水解率为95％以上。静置使脂肪酸和甘油水分层，淡甘油水供下一次水解使用，脂肪酸输送到蒸馏工段。其工艺流程示意图如图2-2。
2．单塔式连续水解法
这种油脂水解工艺是油脂在水解塔中逆向连续地进行水解。油脂从塔底进入，水从塔顶进入，通过分布器使水分散成细微液滴。6.0MPa高压蒸汽分别从上、中、下三处通入水解塔，维持塔内250℃的反应温度。油与水在塔内逆向流动而逐步反应，甘油水从塔底引出，甘油水的浓度可达15％左右。油脂水解后生成的脂肪酸从塔顶引出，水解率可达98％～99％。该水解工艺流程图如图2-3。
油脂 3.0MPa蒸汽
热压釜
栈锅
降压器
↓ ↓
配料罐
淡甘油水 脂肪酸
分层锅
甘油水栈锅
淡甘油水 甘油水
图2-2 无触媒热压釜水解工艺流程示意图

图2-3 三串联连续水解工艺流程图
C—热压釜 S—沉降器 P—泵 1—油 3—水 4—蒸汽 5—脂肪酸 6—甘油水

单塔连续水解法是一种目前世界上最先进的油脂水解工艺，生产完全连续化、自动化。现代化的大型水解塔高达20～30m，油脂由塔底上升到塔顶历程3h左右，这种水解塔的日产量可达200吨。不仅产量高、水解率高，而且能耗低，其蒸汽耗量约为热压釜间歇法的一半。
（二）脂肪酸蒸馏
水解所得的粗脂肪酸中含水分小于0.1%，游离脂肪酸97%~98%，油脂2％～3％，色泽差，必须经过蒸馏，使之脱色、脱臭，才能得到精制脂肪酸，用于制造优质肥皂。经蒸馏后，约有3％～4％的残渣，残渣主要是未水解的油脂，可以重新投入水解工序。
现代化的脂肪酸蒸馏均采用高真空连续化方式进行。工艺过程大致为：粗脂肪酸经预热后进入脱气塔，脱气塔内压力为6kPa左右，温度在60～90℃左右，使脂肪酸中的水分和空气脱去。脱气后的脂肪酸再进入蒸馏塔顶部，蒸馏塔内压力为0.7～0.8kPa，温度在200～250℃左右，脂肪酸在高温真空条件下沿塔板分布，受热蒸发为蒸汽，汽化后残液通过降液管流入下层塔板，重新受热汽化，如此重复，直至下层塔板。最终使脂肪酸与难挥发的残渣及易挥发的有气味物质分离。
（三）脂肪酸中和
中和反应在反应塔内连续进行。由于无甘油的存在，不需盐析、碱析等洗涤工序。塔内温度为110℃，压力维持0.28～0.35MPa。脂肪酸由塔底进入，高浓度的碱和适当电解质水溶液在循环过程中加入，碱的加入量由pH计自动控制。反应物在塔内循环，由于反应速度快，在很短时间内就可完成，循环比控制在20∶1左右。借塔内的压力，中和后的皂基直接喷入常压或减压干燥器内，部分水分发生汽化。如果中和时加入50％的浓碱液，可得到脂肪酸含量为78％～80％的皂基，冷却后可直接用于制造香皂。若需生产含脂肪酸63％的皂基，中和时只需加入30％的碱液即可。
（四）油脂皂化路线与脂肪酸中和路线的比较
1．皂化法对油脂原料的质量要求较高；而中和法可以使用低级油脂原料，且对原料利用率较高。因为低级油脂经过水解和蒸馏过程，其中的杂质较彻底的分离，仍能制得优质肥皂。皂化法工艺虽对油脂有预处理过程，如果油脂中杂质含量高，也难以完全除尽，且预处理过程中油脂损耗多，例如油脂中的游离脂肪酸在碱炼后只能转变为皂脚，而在中和法中这些游离脂肪酸仍可转变为优质皂基。
2．中和法可充分利用各种脂肪酸来进行科学的配方。如优质香皂是由一定比例的C12～C18脂肪酸盐组成的。在中和法的蒸馏操作中可借助馏分切割获得各种脂肪酸，为肥皂中脂肪酸的合理配比提供原料。而皂化法只能将各种油脂按配方混合使用。
3．甘油的主要来源之一是通过制皂工业生产的皂化废水、脂肪酸生产中油脂水解的甜水所得的。中和法中油脂水解所得的甘油水的质量优于皂化法的废液质量，它不含食盐、肥皂和其他杂质，含甘油量高，因此甘油水蒸发、蒸馏后得甘油率高。
4．油脂皂化路线工艺步骤多，生产过程长、设备复杂、投资大，脂肪酸中和路线工艺过程短，设备较简单。
由于脂肪酸中和路线的技术经济指标明显优于油脂皂化路线，所以现代化大型油脂企业都是以油脂水解、脂肪酸蒸馏为主体。生产出的脂肪酸再作为肥皂等日用化学品的原料。

第三节 洗衣皂和香皂的制备
一、洗衣皂的制备
（－）洗衣皂的组分
洗衣皂(Household soap)的主要成分是脂肪酸钠，根据洗衣皂的国家标准（GB 8ll－87），洗衣皂归纳为A型和B型两种。A型干皂脂肪酸含量大于43％；B型干皂脂肪酸含量大于54％，高级洗衣皂中脂肪酸含量也可达到70％以上。除脂肪酸盐外，为了改进肥皂的性能，提高去污能力，调整肥皂中脂肪酸的含量，降低肥皂的成本，使织物留香，在肥皂配制时还需要加入一定的填料和香精等组分。
1．水玻璃
水玻璃（Sodium silicate）又称为泡花碱，是洗衣皂中添加的填料之一，其组成为Na2O∶SiO2为1∶2.44的。它既可以在洗涤过程中对污垢起到分散和乳化作用，又能使肥皂光滑细腻，硬度适中。但是水玻璃添加过多会使肥皂收缩变形、冒霜。据国外资料介绍，如果将碱性的水玻璃先用等当量的脂肪酸中和，形成肥皂与硅酸的胶体，经研磨分散后加入到肥皂中，可制成SiO2含量高，质地坚硬、泡沫丰富的肥皂。
2．钛白粉
钛白粉即二氧化钛（Titanium oxide），可以增加肥皂的白度，改善真空压条皂发暗的现象，为肥皂增加光泽。同时还能降低肥皂的成本。一般添加量为0.1％～0.2％。
3．碳酸钠
碳酸钠（Sodium carbonate）的加入可以提高肥皂的硬度，而它本身是碱性盐，也可以中和部分未皂化完的游离酸，一般添加量为0.5%~3.0%，应将它与泡花碱溶液混匀后一起加入。
4．荧光增白剂及色素
荧光增白剂(Fluorescer)也是肥皂增白的染料之一，加入量很少，一般为0.03％～0.2％；色素（Pigment）的加入主要是掩盖原料的不洁感。色素以黄色为主，有酸性金黄G（酸性皂黄），也有加蓝色群青的肥皂。
5．钙皂分散剂
为了防止肥皂在硬水中与Ca2+、Mg2+生成不溶于水的皂垢，降低表面活性；也为了减少皂垢凝聚使织物泛黄发硬，失去光泽和美感，在肥皂中需添加钙皂分散剂（Lime Soap Dispersing Agent）。钙皂分散剂也是一种表面活性剂，这些表面活性剂分子中都有较大的极性基团，并能与肥皂形成混合胶束，从而防止了肥皂遇Ca2+、Mg2+后，形成疏水性的脂肪酸钙胶束，形成皂垢。常用的钙皂分散剂有：椰子油酰单乙醇胺、烷基酰胺、聚氧乙烯醚硫酸盐、牛油甲酯磺酸钠等表面活性剂，对钙皂都有分散作用。
6．香精
普通的洗衣皂加香只是为了遮掩原料不受欢迎的气味，一般可加入低档的芳香油及香料厂的副产品，如紫罗兰酮脚子等；高级洗衣皂则要求洗后有一定的留香时间，因此需加入质量较好的、气味浓郁的香精，如香茅油之类的香精，用量一般为0.3％～0.5％。
（二） 洗衣皂的加工方法
1． 洗衣皂的加工工艺
一般以皂基加工生产洗衣皂的生产工艺可分为以下几个工序，如图2—4所示：
填料、香精
↓
皂基 → 调和 → 冷凝 → 切块 → 干燥 → 打印 → 装箱 → 成品

图2-4 洗衣皂加工工艺示意图
2．洗衣皂的生产方法
洗衣皂的生产常有框板法和真空干燥冷却法。前者属于肥皂的传统工艺，在发达国家已淘汰；后者属于连续化成型制皂工艺，产品质量优良，生产效率高，是目前的主要生产工艺。
（1）框板法
在皂基中加入添加物，经均匀混和后，注入框板内，使之冷却固化，然后切断成型。为了使其迅速冷却，提高生产效率，可使用冷却框板。因此这种方法又称冷板车法。
用这种方法制成的肥皂较坚硬，入水不易糊化，但发泡性较差。由于肥皂中水分含量较多（可达25％～30％），经长期存放后易收缩变形。
（2）真空干燥冷却法
皂基及其他添加组分在配料罐中调和及均化，温度维持75～95℃。配好的肥皂料浆经过过滤器，再用泵打入真空冷却室，使其冷却凝固。冷却室内仅维持3.3kPa的压力，使水的沸点下降到26℃，这样当90℃的料浆从喷口喷出时，其中水分急剧汽化，肥皂温度也迅速下降到26℃以下，并固化在筒壁上，被旋转的刮刀铲下，铲下的皂片落入锥形底下面的压条机料斗里，进入螺杆压条机，被挤压成连续的皂条，再被切块机切成规定形状的皂块。
刚切好的皂块含水分较多，质地松软，不能立即打印成型，需要送入烘房进行烘晾。皂块排列在输送带上进入烘房，在烘房内停留15～20min。烘房分前后两段，前段吹热风，使肥皂表面的水分干燥；后段吹冷风，使肥皂表面冷却变硬，以利于打印成型。

图2-5 真空冷却室
真空干燥冷却法的设备最主要部分是真空冷却室，见图2-5，它是一个圆柱形铸铁容器，顶、底均为锥形，筒内装有紧贴壁身的转动刮刀，由空心转轴带动，物料通过空心轴经喷嘴喷到筒壁上。安装在同一轴上的刮刀比喷口超前90º，这样皂基附在筒壁上旋转3／4周后被刮下。
二、香皂
（一）香皂应具备的性质
香皂(Toilet soap)是常用的人体清洁用品，对其质量的要求高于洗衣皂，一般应具备以下的基本性能：（1）含游离碱少，不刺激皮肤。（2）外形轮廓分明，贮存后不收缩、不开