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万憬丰|丙三醇(甘油)制备与用途

2022(第七届)中国润滑油技术创新及行业发展论坛
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摘要:甘油是重要的化工原料,分为工业甘油、食品级甘油。
甘油,1779年由斯柴尔(Scheel)首先发现,1823年人们认识到油脂成分中含有Chevreul,希腊语为甘甜的意思,因此命名为甘油(Glycerine)。第一次世界大战期间,因其为制造火药的原料,则产量大增。
 
甘油为什么叫丙三醇?
 
甘油化学名丙三醇,化学式C3H8O3,无色、无臭、味甜,呈澄明黏稠液体,是一种有机物,能从空气中吸收潮气,也能吸收硫化氢、氰化氢和二氧化硫。
 
万憬丰提醒甘油贮存注意事项
 
难溶于苯、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、石油醚和油类,是甘油三酯分子的骨架成分。
 
甘油分为工业甘油、食品级甘油,当人体摄入食用脂肪时,其中的甘油三酸酯经过体内代谢分解,形成甘油并储存在脂肪细胞中。
 
甘油的工业生产方法可分为两大类:以天然油脂为原料的方法,所得甘油俗称天然甘油;以丙烯为原料的合成法,所得甘油俗称合成甘油。
 
1、天然甘油的生产 
1984年以前,甘油全部从动植物脂制皂的副产物中回收。直到目前,天然油脂仍为生产甘油的主要原料,基中约42%的天然甘油得自制皂副产,58%得自脂肪酸生产。
 
制皂工业中油脂的皂化反应。皂化反应产物分成两层:上层主要是含脂肪酸钠盐(肥皂)及少量甘油,下层是废碱液,为含有盐类,氢氧化钠的甘油稀溶液,一般含甘油9-16%,无机盐8-20%。油脂反应。
 
油脂水解得到的甘油水(也称甜水),其甘油含量比制皂废液高,约为14-20%,无机盐0-0.2%。近年来已普遍采用连续高压水解法,反应不使用催化剂,所得甜水中一般不含无机酸,净化方法比废碱液简单。
 
无论是制皂废液,还是油脂水解得到的甘油水所含的甘油量都不高,而且都含有各种杂质,天然甘油的生产过程包括净化、浓缩得到粗甘油,以及粗甘油蒸馏、脱色、脱臭的精制过程。
 
2、合成甘油的生产 
从丙烯合成甘油的多种途径可归纳为两大类,即氯化和氧化。现在工业上仍在使用丙烯氯化法及丙烯不定期乙酸氧化法。
 
(1)丙烯氯化法
这是合成甘油中最重要的生产方法,共包括四个步骤,即丙烯高温氯化、氯丙烯次氯酸化、二氯丙醇皂化以及环氧氯丙烷的水解。环氧氯丙烷水解制甘油是在150℃、1.37MPa二氧化碳压力下,在10%氢氧化和1%碳酸钠的水溶液中进行,生成甘油含量为5-20%的含氯化钠的甘油水溶液,经浓缩、脱盐、蒸馏,得纯度为98%以上的甘油。
 
(2)丙烯过乙酸氧化法
丙烯与过乙酸作用合成环氧丙烷,环氧丙烷异构化为烯为丙醇。后者再与过乙酸反应生成环氧丙醇(即缩水甘油),最后水解为甘油。
 
过乙酸的生产不需要催剂,乙醛与氧气气相氧化,在常压、150-160℃、接触时间24s的条件下,乙醛转化率11%,过乙酸选择性83%。上述后两步反应在特殊结构的反应精馏塔中连续进行。
 
原料烯丙醇和含有过乙酸的乙酸乙酯溶液送入塔后,塔釜控制在60-70℃、13-20kPa。塔顶蒸出乙酸乙酯溶剂和水,塔釜得至甘油水溶液。此法选择性和收率均较高,采用过乙酸为氧化剂,可不用催化剂,反应速度较快,简化了流程。生产1t甘油消耗烯丙醇1.001t,过乙酸1.184t,副产乙酸0.947t。
 
目前,天然甘油和合成甘油的产量几乎各占50%,而丙烯氯化法约占合志甘油产量的80%。我国天然甘油占总产量90%以上。
 
3、工业级甘油用1/2量的蒸馏水稀释,搅拌充分后,加入活性炭,并加热至60~70℃进行脱色处理,然后,真空过滤,保证滤液澄清透明。 
控制滴加速度,将滤液加到事先处理好的732型强酸阳树脂和717型强碱阴阳树脂混合的柱内,以吸附除去甘油中的电解质和醛类、色素、酯类等非电解质杂质。除去杂质后的甘油溶液进行减压蒸馏,控制真空度93326Pa以上,釜温在106~108℃,蒸出大部分水之后,再将釜温升到120℃快速脱水,不出水时停止加热,所得釜内物料即为成品。
 

 
甘油有哪些用途?
 
工业用途
1、用作制造硝化甘油、醇酸树脂和环氧树脂。
2、在医学方面,用以制取各种制剂、溶剂、吸湿剂、防冻剂和甜味剂,配剂外用软膏或栓剂等。
3、在涂料工业中用以制取各种醇酸树脂、聚酯树脂、缩水甘油醚和环氧树脂等。
4、纺织和印染工业中用以制取润滑剂、吸湿剂、织物防皱缩处理剂、扩散剂和渗透剂。
5、在食品工业中用作甜味剂、烟草剂的吸湿剂和溶剂。
6、在造纸、化妆品、制革、照相、印刷、金属加工、电工材料和橡胶等工业中都有着广泛的用途。
7、并用作汽车和飞机燃料以及油田的防冻剂。
8、甘油可以作为塑化剂用于新型陶瓷工业。
 
日用用途
食用级甘油其中最优质一种生物精化甘油,除含有丙三醇,还有酯类、葡萄糖等还原糖,属于多元醇类甘油。除具有保湿、保润功能外,还具有高活性、抗氧化、促醇化等特殊功效 。
 
每克甘油完全氧化可产生4千卡热量,经人体吸收后不会改变血糖和胰岛素水平。甘油是食品加工业中通常使用的甜味剂和保湿剂,大多出现在运动食品和代乳品中。
 
野外
在野外,甘油不仅可以作为供能物质,满足人体需要。
 
还可以作为引火剂,方法为:在可燃物下堆上5~10克的高锰酸钾固体,再将甘油倒在高锰酸钾上,约半分钟就有火苗冒出。
 
因为甘油粘稠,所以可以事先可用无水乙醇等易燃有机溶剂稀释,但溶剂不宜过多。
 
 
医药用途
 
稳定血糖和胰岛素
《欧洲应用生理学》杂志登载过一项研究。研究者们将6名身体健康的年轻男性分为三组,分别给予葡萄糖、甘油和安慰剂,然后让他们在健身器上做同样的运动。在运动前45分钟服用葡萄糖的人(每磅体重0.5g葡萄糖),在开始运动时其体内的血糖水平上升了50%,血液中胰岛素水平上升了3倍。在运动前45分钟服用甘油的人(每磅体重0.5g甘油),在开始运动时血液中甘油水平增加了340倍,但血糖和胰岛素水平没有任何变化。
 
因此,如果你用甘油代替高热量的碳水化合物,就可以避免因进食大量的饼干或蛋糕所带来的不良后果了。
 
可以说,大剂量的服用甘油几乎不会对血糖及胰岛素水平有影响。大量的证据提示,如果你的目标是减少碳水化合物的摄入量,甘油可能是一种理想的糖原。
 
能量酸
有些科学家还强调指出,如果你想在运动场上有更佳的表现,甘油也是一种不错的补剂。原因在于,当你身体中水分充足时,体能会更强大而且持久。特别是在高温环境中,甘油强大的保水性恰恰有助于身体储存更多的水分。
 
发表在《国际运动医学》杂志的一项研究显示,甘油可能含有一种产生能量的酸性物质。研究者将甘油和一种名为阿斯帕坦的营养性甜味剂作比较,方法是让被试者分别服用甘油和阿斯帕坦,剂量为每公斤体重1.2g甘油(20%水溶液形式)或26mL阿斯帕坦。结果表明,在亚极限运动负荷下,甘油不但可以降低运动者的心率,还可以将运动时间延长20%。
 
对于进行高强度体能训练的人,甘油可能给他们带来更出色的表现。对于健美运动员来说,甘油可能帮助他们把体表及皮下的水分转移到血液和肌肉中。
 
植物
据新的研究表明有的植物的表面有一层甘油,可以使植物在盐碱地生存。
 
甘油是重要的化工原料,可以用来制造塑料,合成纤维、炸药等。有趣的是,人们很早以前就用硝酸、硫酸的混合液处理甘油,制得了硝化甘油的水溶液,用它治疗心脏病。然而后来人们想去掉硝化甘油水溶液中的水,制取纯净的消化甘油,在实验时竟发生猛烈的爆炸。人们这才知道,原来硝化甘油是一种猛烈的炸药!于是,人们大量地以甘油为原料制造硝化甘油,用作炸药。
 
需要指出的是,由于甘油的保水作用,它可以增加血容量,以致引起头晕、恶心等症状。这些症状在妊娠、高血压、糖尿病、肾病等血容量或血压本身就比较高的情况下,就更加明显。因此,当患上述疾病或处在妊娠这样一个特殊生理时期时,请避免服用甘油。建议你在尝试任何一种新的补剂或药品前,先对自己的身体状况做一个全面评价,以免后患。
 
万憬丰提醒甘油贮存注意事项:
1.贮存于清洁干燥处,应注意密封贮存。注意防潮,防水,防热,严禁与强氧化剂混放。可用镀锡或不锈钢容器贮存。
2. 采用铝桶或镀锌铁桶包装或用酚醛树脂衬里的贮槽贮存。贮运中要防潮、防热、防水。禁止将甘油与强氧化剂(如硝酸、高锰酸钾等)放在一起。按一般易燃化学品规定贮运。
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