肥皂制造（上）

四川日化 1991年第3期 71 肥 皂 制 造 (上) Geo rge R．W laMley 肥皂是人类最早知道的化学制品之一。 关于它的制造和使用早在罗马时期就有了报 导。先进的工艺技术和合适的原材料的利用 大太地改进了产品的外貌和性能 但生产的 基本方法包括碱对油脂的反应，却基本上保 持未变。 尽管研制出了台成皂，也许 更 准确 地 说，研翩出如无皂洗涤剂块，但是各．式各样的 普通香皂仍旧是最常用的个^洗涤用品。然 而现代的洗发香波和淋浴液等巳使香皂的总 销费量有某种程度的下降，韭毫无疑问地将 继续下降。 除了美国，其它使用无皂洗涤剂块的国 家还未达到可观的消费水平，尽管在家用肥 一 皂及其它皂基清洗产品方面的情况大 不 相 同。在大多数发达国家，尽管有一些国家例 外、家用清洗产品是以专用的无皂洗涤剂配 制的。类似的情形也存在于工业和商业洗衣 店中。 由于当前普遍关心的是有关环境安全的 事情，值得注意的是意识到香皂的组份作为 一 个基鄹是报易生物降介，并且很快被污水 处理过程中产生的微生物所分解，从而使内 陆潮，河流和水遭不致发生问题。制皂的油 脂也是从天然的或可取代的物质获得，同时 制造过程也认为对环境无害。 CH。·OOC ·R 过去构25年中制皂技术巳有许多发展， 特别是出现了有降低能耗，缩短加工时间和 降低劳动成本的设计的连续操作和全自动的 工艺。在香皂成品块制造中有各种中间加工 阶段，各阶段细节可以根据个人的爱好和生 产的需要而加以改变 不过，一般都按照以 下基术慌程，印油脂混合和予处理，皂基制 造，甘油回收，肥皂干燥和冷却，肥皂精整。 本文只研讨以油照 原料而处于液态下 的未干燥的香皂生产问题，这些原料的单独 予处理未予考虑。 { 对于生产液状皂作为中间阶段的所有方 法都需要加入适当纯净的混合油脂。生成的 肥皂是一种含水约32 的高粘性的，热的， 透明的液皂 这种液皂通过部分干燥和冷却 进一步加工，使它的硬度达到通常的肥皂硬 度。稀的水溶液状的甘油是获得的副产品。 有三条可行的基本翻皂路线；油脂直接 皂化法’脂肪酸中和法和脂肪甲酯皂化法。 前二种方法用于世界上大多数肥皂的生 产，只是最近脂肪甲醋皂化法才已成为商业 上有效的加工方法。 油脂直接皂化。 这是传统的制皂方法，此法 采 用 油 脂 (甘油酯)和强苛性钠溶液之间反应生成肥 皂，同时释出甘油，其筒式如下t CH ·OH J l CH ·OOC ·R+ 3 NaOH — — 一 + 3 R -COONa+CH ·OH j l’ CHz·OOC ·R CH。-OH 袖碱脂 肥皂 ． 甘油 维普资讯 http://www.cqvip.com 72 式中R=混合的脂肪酸根 由于可能性和适应性的关系，制皂的脂 肪原料通常只限于相当少数的几种，其中包 括牛脂，棕桐油、棕橱仁油、椰子油、猪油 和花生油等。然而在少数不很发达国家中也 使用本地原料。 直接皂化法包括许多中间制皂操作，这 些操作在图 1中有说明。这一方法韵任何过 程——分批或连续加工——都必须包括这些 操作，虽然每一种操作在具体使用的操作法 中可以有不同。现在我们可来看看这些中间 操作t I油 船} 含甘油的废水 I供储存和精I l 整用的皂基1 图 1 直接皂化路线的中间生产操作圈 1．皂化阶段，这是指通过强苛性钠溶 液对油脂的作用而产生租皂。肥皂也含有该 反应释放出的一定量的杂质和游离甘油。液 体油脂在40～5o℃时与冷碱液混合韭由这种 互不相容的两相迅速混台丽促进反应。这是 放热反应，使最终温度为约105℃。这 一 反 应也是自动催化反应，因此，任何预先形成 的肥皂便起作镗化剂的作用。 任何反应物的过量都将对反应率不利。 最佳的状况是在整个反应中都保持良好的乳 化度。通常使反应混合料呈微碱性，以防止 发生水解反应：I}．COONa+HlOi=女R． COOI{4-NaOH 反应混合物的肥皂含量根据各自的加工 方法有很大的不同。在进行下一阶段制造之 前，确保反应完全，非常重要。 2．洗涤阶段。粗皂中台有大量的杂质 和甘油，两者必须用热盐水溶液对热皂液进 行洗涤而除去。盐水的浓度由腮皂的组份控 制，但必需要有足够的浓度阻止肥皂的太量 溶解。一般说来，盐水溶液的盐含量越高， 肥皂的榕解度就越低。 肥皂是采用适当的方法与盐溶液相混合 进行洗涤，然后使棍合物分离威为二层不同 循 含宥甘油 盐和杂质的较重的虚液水层 被除去，供回收甘油和盐。回收盐可供再循 环使用。简单的每批加土通常需要3～4次 洗涤。 3．整理阶段。将充分洗涤的肥皂与含 有少量苛性钠的淡盐水液充分摁台，以生成 足够形成互不相溶的两相的总电解质量—— 轻相含育大量钧肥皂和少 量 的水。一密度 较 犬的相叫皂脚，含有低量钧肥皂和相当高的 承量。两相由于密度的不同，很容易按比重 而分开 较大量的皂基相中含有约88 的肥 皂和31 的水，而皂脚相中 则 含 有 约2 5～ 55％的肥皂，其余为承和电解质。 整理操作的目的有二。第一，它可形成 皂基，在部分干燥和冷却后，产生的皂基能 在以后的精整操作中很快加工。这些包括混 合，碾磨、精制、挤压、切成短块以及打印 成型，所有这些工序都是在肥皂中加入各种 添加剂后才进行。第二，它提供了特殊净化的 皂基。因为许多不希望要的色素和气昧混合 物积累在皂脚中，而皂脚通过降级处理可从 主要生产线中除去。皂脚也会含有氧化过的 脂肪酸皂和某些重金属皂。 4．皂基和皂脚的分离，如果整理物料 维普资讯 http://www.cqvip.com 的温度保持在95~105℃，皂基和皂脚 两 相 很快就可由重力沉降或离心分离面分开。两 层分离后将皂基烘干韭且冷却，而皂脚相不 是降级用在低级皂中就是定量折回到有关洗 涤段进行再清洗。皂脚也可采用特殊清洗工 艺改进质量。 5．皂基的干燥与冷却。这通常是连续 过程。皂基烘干韭冷却，最后变成条状或粒 状 以便运输和大量贮藏。皂条输送或用输送 机或用压缩空气方法。 肥皂锕造法 间歇法。在传统的制皂方法中，制皂过 程所有工序操作如皂化、洗涤、整理、皂基 与皂脚的分离等都是在一个叫做平底锅之类 的容器中进行。这些容器的尺寸 从 20~150 吨大小不一，监且装有直接和间接的蒸汽盘 管，以及在上部和下部的肥皂，废碱液和皂 脚出科管。加工的料通常是从容 器 顶 部 加 ^，通过使用多孔的盘管蒸汽，达到混合。 对于大型装置，匾IJ通过使用机械搅拌或循环 泵达到补充混合。 ． 皂化进行是透过分开加八油脂混合物和 20~30 的苛性钠溶液，它们一起用蒸汽煮 沸，同时加^少量韵水和盐水以保持锅内l物 合适 的粘度。反应完全后，在温和的沸腾条 件下再加入盐水，形成粗皂和废碱液的两相 体系。这种状况称 “盐析 。经过八小时左 右的重力沉降后，粗皂和废碱液相就完全分 开。然后将废碱液层除去，用于回收甘油和 盐。这时在余下的粗皂中加入水韭再次进行 温和的煮沸，然后又进一步加入定量的新鲜 盐水，形成男一数量的废碱液和粗皂。在这 种简单的操作中逐渐除去甘油和杂质。这一 操作可重复 3— 4次。 整理操作是类似进行，即通过加入淡盐 水到充分洗涤过的粗皂中，形成皂基和皂脚 两相，两者在静置60～72小时后即被重力沉 降而分离，上层皂基即可用于千燥和冷却， 73 剩下的皂脚或从生产锅申作为下脚处理或留 待加工。 这种原始的制皂方法，既费时 成 本又 高。生产一批准备进行干燥的肥皂大约需要 4～ 6天。甘油总回收率大约是75～8O ， 废碱液中的甘油含量为 6～ 8 。 简单的分批或锅煮系统有许多可改进之 处，其中包括t 1．油脂在加A生产锅之前，先与碱溶 液预混合以形成乳化液，可以增进皂化 作 用。逸一操作可以利用十字形喷射装置来进 行。每一反应物流八十字形装置中各自的支 臂，然后借助于安装在十字形装置聩部盼高 压蒸汽喷嘴进行乳化。利用蒸汽也可开始皂 亿反应。 2．可以利用部份逆流洗涤系统生成首 油浓度较高的废碱液。这样，废碱液可以回 用，。丽不用新鲜的水和盐水洗涤。在使用传 统的分批皂化和在锅中整理与重力沉降静置 时，也可采用全逆流冼涤。这方面常甩的装 置即所谓分隔锅，是由一只有夹套的矩形锅 组成。通常是一只改是的肥皂锅，平均划分 为六个相等的分隔室。来洗涤皂依次由一分 隔室进八另一分隔室，然后由废碱液逆高流 动而洗涤。每_二分隔室装有一高速离心泵进 行液体传送和混合。在每一分隔室都进行废 碱液和粗皂的分离。在整个操作期间肥皂保 持 “皂析 状态。 3．离心分离器常用于皂基和皂脚的分 离。这种分离是整理操作完成后 可 立 即 开 始。典型商品的分离器有约 2 t／h r的产量。 由此看来，重力沉降 8小时常常与离心分离 结合进行。因为在8小时内大约可分离出60 ～70 皂脚相。 连续操作法t - 由于总的费用太大，，目前使用单一的分 批加工并不普遍。分批操作法与某些类型的 连续设备结合使用常常采纳是有益的。但是 维普资讯 http://www.cqvip.com 74 现在大多数制造设备都使用完全连续操作系 统。 - 1．全连续系统。现在可从专业生产厂 家买到许多完全连续制皂工艺系统。一些早 期的系统如蒙莎冯法 (Monsavon)或夏普 尔法 (Sha rples)，现巳不再常 用 ，在 此 不作考虑。 2．玛佐尼 (。MaZZO~i SCN— N) 系统。这种工艺利用装有循环装置韭使温度 保持在120℃和 2巴的压【力的四级 连 续皂化 的高压锅。采用多头定量泵，使油脂和苛性 钠溶液与来 自洗涤工段的部分废碱液一起进 入高压锅内。在操作温度下，所有的反应物 料都要保持均质的状态以便进行速迅反应。 生成的粗皂混合物含有大约0．5％的游 离 氢 氧化铺送入四级冷凝混合设备皂化。反应完 全_后，棍台物可冷却到90℃左右。在此温度 下形成粗皂和废碱液，韭在静态分离桶中进 行分离。这时粗皂立即通过 四级 逆 流洗涤 段，而含有可选20 甘油的部分废碱液则排 除，用来回收甘油和盐。 每一洗涤设备都是由配有话环泵、液面 控制仪，保持所需温度的热交换器的洗涤塔 和静态分离桶组成。当粗皂通过每一洗涤设 备时，困甘油是向逆向方 『旬流动，就被废碱 液和盐水逐渐萃取出来。粗皂和废碱液在高 温促使下可均匀地棍台，韭通过适当的循环 泵进行输送。在整个洗涤循环中，也能除去 杂质。最末的废碱液则返回到皂化锅中。 在最后洗涤阶段中，粗皂的电解质含量 被调整到能生成皂基和废液。通过轴向离心 机将皂基和痊碱液分开，而废碱液又回到第 三洗涤段。这种调整符合于特殊整理操作 分离出来的皂基随后送到中和段，加入限量 的脂肪酸或磷酸降低游离碱含量 除必须使 用劣质脂肪原料外，在正常的情况下整理部 分不宜使用子这种设备。然而，这种设备可用 作任选附加设备。这种设备能取得97 的甘 油回收率。其肥皂／废碱液比例为 l：0．35， 废碱液中的甘油含量达22 。 象许多现代化连续操作的 制皂 工 厂 一 样，老式类型的洗涤设备可用RDC(转盘接 ， 触 器)装置取代。 3．．MeCCa~iche ．Moderae型SAES／ N系统。这种设备用在玛佐尼SCN—N系统 中描述过的相同类型的皂化系统，也 包括一 冷凝～混合装置。采用相同的四级洗涤 系 统，但是在这里采用多级分离桶分离粗皂和 废碱液。并有一整理设备，使弱电解质溶液 抓到洗涤过韵粗皂中一一粗皂在密封的均化 器中充分混合一 产生的皂基稻皂脚相通 过 离心分离法分离。皂脚也可回到洗涤段或降 级使用。 ’ ． 4．阿尔法一拉伐尔离心纯化系统。这 是制皂的垒自动系统，加工时间可减少到约 20~30分钟。采用油脂和苛性钠溶液分开输 入装有强力混合旋转体系和大容量循环泵的 夹层反应锅中可获得快速皂化。反应锅内的 物料保持在大约120℃的温度和 2巴的压力， 因此在2～ 3分钟内就可以完全皂化。这种 反应是通过测量循环泵上的压力差而自动控 制。这种压力差与粗皂物质的粘度和皂化程 度有关。这样，就刺用肥皂的粘度变化控制 苛性钠进入反应器的量 进入反应器的原料可置换反应生成的等 量粗皂，经洗涤装置出来的部份 废 碱 液 稀 释，可使最终废碱液中获得高浓度的甘油。 用离心的方法分离生成的粗皂和废碱液。然 后粗皂进入两台串联的离心洗涤分离器的第 一 台。通过这一装置，粗皂和废碱液呈相反 方向流动。肥皂始终保持 “皂析 状态，由 于废碱液通过每一分离器的连续循环面又得 到再度搅拌。在早期的这种设备中分离混合 器和离心机都是用在洗涤段 将经过充分洗涤的粗皂送入装有循环泵 的由温度控制的混台塔中 用定量泵加入定 维普资讯 http://www.cqvip.com 量的水、盐水和苛性钠，形成两个互相不溶 的皂基相和皂脚相。这种系统采用 自动粘度 控制仪可进行定量整理。最终的皂基相和皂 脚相通过离心分离器分离 采用专有设备可 使皂脚降级处理或折回洗涤段。 离心纯化系统可融生产出含有0．2 甘 油的成品皂，而废碱液中的甘油含量为I4— 16％，废碱液和肥皂的比例则为0．46～0．50 ：l，因而可得到07．5 的甘油总回收率。遗 憾的是，现在不可能再有使用离心分离器洗 涤的这类工厂。因为从成本考虑，成本过高 无法生产。转盘接触器能和离心纯化系统一 起联用。 转盘接触器洗涤设备 转盘接触器洗涤设备虽然是几年前为石 油工业研制而成，而现在正广泛用于肥皂洗 涤装置，尤其与大型的连续操作制皂过程一 起使用。它也能适台于供多种设备使用，因 为它有一套粗皂连续逆流洗涤的方便系统。 典型的转盘接触器肥皂洗涤装置包括夹 套、立式塔，在内部安装了一系列固定的导 向板和由中心轴以70 90rpm转速驱动的相 当数量的旋转盘。塔的上层和下层部分作为 粗皂和废碱液的分离区域。这种装置也包括 必备的运输泵、浠量表和比重表等。 在操作期间，已皂化的肥皂 被 引A 塔 底的附近，由下行的洗碱液在此混合监 “皂 析”而洗碱液是在塔的上部作为 盐水而 引 A。较轻的粗皂向塔的上方移动，由更稠的 废碱液替换，并由旋转盘促进混合。粗皂在 洗涤塔中的整个时问都保持 皂析”状态。 巳洗涤过的肥皂从塔的上都移去，肥皂 在塔顶常通过离心分离器除去过量麈碱液。 分离出来的皂脚也回到塔的上部 再 进 行 净 化。整个洗涤系统是全连续操作，并有全自 动操作的各种控制装置。 连续过程 的优点是t对于生产一定吨位 的产品所需的场地比批量生产系统 大 大减 少。由于度碱液中甘油含量高，可获得甘油 回收率高，这可使蒸发时大大地节约成本’ 缩短产品的生产时间J全部产品质量有所改 进，大大节约蒸汽用量，但电力消耗较高， 对某些类型 的设备，也可 自动控制重要的整 理操作。 晏永晋 孙谦译 袁羹芬技 (译自 Menufactu ring Chemist， t柏0， 5， 41～ 45) ●动态信息 0⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ～～ 绵阳市盐亭 日用化工厂 “王牌”膏霜料化妆品通过省级鉴定 今年四月三十日，四川省轻工业厅在成 都组织邀请了四川省轻工研究所、省日化研 究所、省工业品生产许可证办公室、省日用 品监督检测站等十个单位十九名技术人 员对绵阳市盐亭日用化工厂生产的 “王牌 膏霜类化妆品进行鉴定。 与会专家认为t该广生产的 “王牌 膏 霜类化妆品目f进上海化妆品生产按术，选用 珍珠，首乌等名贵药物为添加剂，产品具有 肤色细嫩，护肤、乌发、黑发等多种功能作 用 其生产工艺成熟，技术可靠，各项规章 健全，质量保证体系完善，检测手段具 备，产品质量经省 日用化工品监督检验站分 析化验，各项质量指标符合国 家GB7916— 87和QB964—85要求，具备了化妆 品生 产条件，一致通过鉴定，并同意正式投入批 量生产。 (绵阳市轻化局 刘意成) 维普资讯 http://www.cqvip.com