6.2.1肥皂生產中資源消耗情況
肥皂從廣義上講,是油脂、蠟、鬆香或脂肪酸與有機或無機堿進行皂化或中和所得的產物。油脂、蠟、鬆香與堿的作用,實質上是脂肪酸酯或脂肪酸與堿發生反應,因而肥皂是脂肪酸鹽:RCOOM,式中R代表烴基,M為金屬離子或有機堿類。
隻有碳數在8~22的脂肪酸堿金屬鹽才具有洗滌作用。因此國際表麵活性劑會議(C.I.D)對肥皂定義如下:肥皂是指至少含有8個碳原子的脂肪酸或混合脂肪酸的堿性鹽類(無機的或有機的)的總稱。8個碳原子數以下的脂肪酸及其堿金屬鹽在水中溶解度太大,且表麵活性差;大於22個碳原子的脂肪酸鹽類難溶於水,兩者均不適宜製作肥皂。
肥皂主要由油脂與堿經過皂化反應而製成。肥皂生產可分為兩個階段,第一個階段是油脂裂解製取皂基,第二個階段是皂基加工成各種皂類產品。第一階段屬基礎化工過程,水電等資源消耗較大。第二階段屬多種原料的混合成型階段,資源消耗少,生產中基本無水消耗,少有工藝廢水產生。
6.2.1.1皂基的生產
皂基的製備方法很多,有老式的冷製皂法和半沸製皂法,間歇式沸煮製皂法及現代的連續皂化法和連續的脂肪酸中和法。
(1)油脂皂化法油脂在燒堿作用下進行皂化反應是製皂工業最基本的反應。
油脂皂化可分為間歇式和連續式兩種;但不管是間歇式大鍋煮皂,或連續式油脂皂化工藝,均包括皂化、鹽析、堿析、整理4個主要過程。
①油脂連續皂化工藝:油脂連續皂化工藝屬較為先進的工藝,為國內主流工藝,應用較為普遍。此工藝的能源消耗較少,生產自動化程度高,產品質量和油脂利用率略低於高壓酸水解,明顯好於大鍋皂化工藝。
②大鍋沸煮皂化工藝(簡稱大鍋皂化法):此方法為傳統的製皂工藝,工藝路線成熟,設備投資相對較少,易於掌握。此工藝的能耗高、人員勞動強度大、設備占地麵積大,對油脂利用率低、副產品甘油的得率和質量相對較差。但生產中水量消耗和排放的廢水量較前兩種工藝要低。
(2)中和製皂法該法是將油脂預先水解得到脂肪酸,將其精製、配合後用堿中和製成肥皂。用於中和法的堿,不僅可以用苛性鈉,而且可以用碳酸鈉。
RCOOH+NaOH→RCOONa+H2O
6.2.1.2香皂的生產
香皂是含有76%~83%脂肪酸並帶有香氣的皂製品,最好的香皂是從精製的皂基仔細加工製成的具有好的香氣、色澤及光滑漂亮的外觀,沒有刺激性,泡沫豐富,使用後有清潔爽快感的。香皂生產工藝流程見圖6-9。香皂生產主要由幹燥、拌料、混合、均化、壓縮、出條、切塊、打印等工序組成。
6.2.1.3洗衣皂的生產
從皂鍋或連續煮皂設備所生產的洗衣皂皂基,經進一步加工,即可製取洗衣皂。一般洗衣皂的生產工藝主要包括調和、冷凝、切塊、幹燥、打印、裝箱等過程。
洗衣皂的生產,國內主要采用冷板車工藝及真空冷卻工藝兩種。冷板車工藝是指調和好的皂料,在冷板中冷卻加工成型的肥皂。先在調和罐中放入皂基,加入填充劑、助洗劑、著色劑等,於65~85℃加熱調和均勻,攪拌結束前5min加入香精,攪勻後的皂料流入不鏽鋼或木製的皂框,放冷或在皂框的周圍注入冷卻水,使之急速固化,然後從皂框中取出,切成適當大小的皂塊,幹燥打印。因此冷板皂也稱框皂。
冷板車工藝的優點是設備簡單,生產容易控製。但其最大的缺點是勞動強度大,生產效率低。20世紀60年代開發成功的真空冷卻工藝使洗衣皂的生產實現了連續化流水作業。采用真空冷卻工藝,不僅降低了勞動強度,而且洗衣皂產品組織細膩均一,質地堅硬,外觀光潔,泡沫豐富。目前我國大多數製皂廠已推廣采用。
將調和好的皂料,由輸送泵送至真空冷卻器,在真空下使部分水分蒸發,水分蒸發量一般在3%~5%左右。在真空室內壁上冷卻凝固的皂料,由旋轉刮刀刮下,落入室下的壓條機中,在雙螺杆的推動下由炮口擠出、切塊打印或輥印切塊,晾幹後包裝。
目前,國內肥皂生產主要有三大工藝:大鍋煮皂、連續皂化以及水解中和工藝。大型肥皂企業經過技術改造和技術升級,基本上已經全麵采用了連續皂化或水解中和工藝,而一些中小型肥皂企業目前仍然以大鍋煮皂工藝為主。
生產工藝不同,對資源的消耗利用情況相應有所差別。以目前市場上的主流產品為例,大鍋煮皂工藝的產品綜合能耗約為315kg標煤/t,淨油單耗約為1050kg/t,燒堿單耗約為169kg/t,白土單耗約為50kg/t,新鮮用水量約為7t/t,甜水中甘油含量約為8%,水重複利用率約為50%,甘油回收率約為89%;連續皂化工藝的產品綜合能耗約為145kg標煤/t,淨油單耗約為1050kg/t,燒堿單耗約為160kg/t,白土單耗約為50kg/t,新鮮用水量約為6.5t/t,甜水中甘油含量約為15%,水重複利用率約為70%,甘油回收率約為92%;水解中和工藝的產品綜合能耗約為165kg標煤/t,淨油單耗約為1077kg/t,燒堿單耗約為155kg/t,白土單耗約為10kg/t,新鮮用水量約為8t/t,甜水中甘油含量約為20%,水重複利用率約為80%,甘油回收率約為92%。綜合上述數據,大鍋煮皂工藝資源消耗相對較高,而對資源的利用率相對偏低,連續皂化和水解中和工藝資源消耗相對較低,資源利用率較高。