CN101434970A - 一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)制取柠檬酸滤液；(2)在柠檬酸滤液中加入碳酸钙进行中和反应，制取固体的柠檬酸钙；(3)洗涤去除杂质；(4)使洗涤后的柠檬酸钙与碳酸钾进行复分解反应，生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液；(5)过滤分离，得到碳酸钙固体和柠檬酸钾溶液，碳酸钙返回到步骤2中重复利用；(6)脱色；(7)制取柠檬酸钾固体。在本发明中，仅使用医药级粉末活性炭和食品级碳酸钾两种原料，从而大幅减少了原料种类，同时没有固体、气体废弃物产生，大幅简化了柠檬酸钾的生产流程，降低了成产成本，提高了经济效益。

Description

一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法

技术领域

本发明涉及一种生产柠檬酸钾的方法，尤其是一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法。

背景技术

柠檬酸钾为半透明的晶体或白色粉末，在食品工业中可用作缓冲剂、螯合剂、稳定剂、抗氧化剂、乳化剂、调味剂，在医药行业可用作抗凝血剂、低血钾症及碱化尿液的治疗，另外在建筑、化工、洗涤等行业中也有广泛的用途，近年来其需求量一直在以年5％-7％的速度增长。传统的柠檬酸钾生产工艺一般采用钙盐法，其工艺是：1、制取柠檬酸发酵滤液：将玉米粉碎、液化制糖、加入黑曲霉在发酵罐中在强制通风的情况下进行发酵，再经过滤制得柠檬酸滤液；2、在柠檬酸滤液中加入碳酸钙进行中和反应，制取柠檬酸钙；3、用热水对柠檬酸钙进行洗涤，废水排出；4、加入硫酸，对洗涤后的柠檬酸钙进行酸解，经过滤，排出硫酸钙；5、进行碳柱脱色；6、在阳离子交换柱内进行阳离子交换，在交换失效的情况下加入盐酸对其中树脂进行再生；7、在阴离子交换柱内进行阴离子交换，在交换失效的情况下加入氢氧化钠对其中树脂进行再生；8、加入碳酸钾或氢氧化钾进行中和反应，生成柠檬酸钾溶液；8、经过过滤、蒸发结晶、离心分离、干燥制成柠檬酸钾。其不足之处在于：在该工艺中，每生产1吨柠檬酸钾成品，需消耗1.0吨碳酸钙、0.98吨浓度为98％的硫酸、0.2吨浓度为30％的盐酸和0.3吨浓度为30％液体氢氧化钠，同时，在生产过程中要产生1.8吨硫酸钙废物、20吨左右的交换柱酸碱废水和大量二氧化硫气体，该硫酸钙晶体成稀糊状，难以利用、无处存放，严重制约了柠檬酸及其盐类产业的发展；同时，酸解反应产生的二氧化硫无法收集，工人操作条件极其恶劣，对大气也会造成很大程度的污染，造成生产成本大幅提高，降低了企业的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能减少原料消耗、降低生产成本、不产生硫酸钙固体废物和二氧化硫、无污染的柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)、制取柠檬酸滤液：将玉米粉碎、液化制糖、加入黑曲霉在发酵罐内在强制通风的情况下进行发酵，再经过滤制得柠檬酸滤液；

(2)、在柠檬酸滤液中加入碳酸钙进行中和反应，制取固体的柠檬酸钙：每1吨柠檬酸滤液中加入0.75吨碳酸钙，保持PH值为4.5-5.5，温度为80-85℃，在柠檬酸与碳酸钙发生反应后保温0.5小时，经沉淀、过滤后制成固体的柠檬酸钙；

(3)、洗涤去除杂质：用80--85℃的热水对固体的柠檬酸钙进行洗涤，去除固体表面的杂质；

(4)、使洗涤后的柠檬酸钙与碳酸钾进行复分解反应，生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液：在复分解反应釜内加入水，再将洗涤后的柠檬酸钙加入复分解反应釜内，加温至95-98℃，搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入碳酸钾，在PH值为11-12时，停止加入碳酸钾，水、柠檬酸钙和碳酸钾的加入量的重量比为：1:11.4:8.8，搅拌使其反应1-1.5小时，反应生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液；

(5)、过滤分离，得到碳酸钙固体和柠檬酸钾溶液，碳酸钙返回到步骤2中重复利用；

(6)、脱色：过滤得到的柠檬酸钾溶液加入脱色桶内，控制脱色温度60--65℃，脱色时间为0.5小时，并过滤得到柠檬酸钾的纯净溶液，脱色桶内的粉末活性炭和柠檬酸钾溶液的重量比为1：222；

(7)、制取柠檬酸钾固体：上述柠檬酸钾溶液进入蒸发结晶器，在真空度为0.09Mpa的条件下进行蒸发结晶，并经离心分离、干燥而得到白色柠檬酸钾晶体。

在本发明中的复分解反应，其复分解的反应方程式为：

当反应温度为95℃-98℃、反应时间为1-1.5小时、终点PH值为11-11.5时，碳酸钙的溶度积常数KSP(CaCO₃)为4.0×10^-9，而柠檬酸钙溶度积约为8.9×10^-5，前者要比后者小得多，因此柠檬酸钙(Ca₃(C₆H₅O₇)₂·4H₂O)溶解平衡状态时产生的Ca²⁺与加入的K₂CO₃生成的CO₃ ^2-的离子浓度乘积[Ca²⁺][CO₃ ^2-]一定大于KSP(CaCO₃)，故产生CaCO₃沉淀，而CaCO₃沉淀的产生使溶液中Ca²⁺浓度大大下降，致使[Ca²⁺]³[C₆H₅O₇ ^3-]²<<KSP(Ca₃(C₆H₅O₇)₂·4H₂O)，故又造成了柠檬酸钙的溶解，只要加入合适量的K₂CO₃，就可使柠檬酸钙沉淀充分转化为CaCO₃沉淀。在本发明中，去除了现有传统工艺复杂的提取纯化手段，通过控制反应温度、PH等工艺参数，使柠檬酸钙与碳酸钾反应，直接转化为柠檬酸钾和碳酸钙沉淀，柠檬酸钾以溶液的形式存在于反应体系之中，通过过滤得到的碳酸钙返回前工序循环使用，从而实现了碳酸钙沉淀转化重复利用，而柠檬酸钾溶液进入下工序脱色提纯，然后进入蒸发结晶工序，从而大大简化了生产流程。本发明通过控制柠檬酸钙的洗涤质量和食品级碳酸钾的质量，可以使柠檬酸钾溶液中的杂质阳、阴离子含量在规定要求之内，从而保证产品质量。

使用本发明生产的柠檬酸钾，在本厂内进行检测的结果如下：

(1)、通过热重和差热分析，该柠檬酸钾晶体的吸附水可在60-65℃脱除完全，结晶水在180℃脱除完全，在此温度之下，样品失水重5.71％；从理论计算K₃C₆H₅O₇·H₂O失去一个结晶水的理论失重应为5.56％，所测样品失重与理论数据相吻合；

(2)、该柠檬酸钾晶体经元素分析、红外光谱和核磁共振氢谱分析，证明产物结构为K₃C₆H₅O₇·H₂O；

(3)、产品的理化指标分析结果：

性状：白色晶体颗粒或粉末；

鉴别：符合试验；

样液外观：澄清、无色；

含量：99.97％；

酸碱度：符合试验；

重金属：0.0005％；

水份：5.7％；

氯化物：0.001％；

草酸盐：0.01％；

硫酸盐：0.003％；

易碳化物：浅于标准；

钠：0.05％。

经过上述检测，柠檬酸钾产品质量达到英国药典BP2007和美国药典USP30要求，产品卫生质量要求合格。

本发明的有益效果在于：与传统的柠檬酸钾生产方法相比，具有以下优点：(1)、现有传统工艺为去除有用成分中的杂质，要使用大量碳酸钙、硫酸、盐酸、液体氢氧化钠、碳酸钾或氢氧化钾等多种原料，而在本发明中，由于反应过程本身就产生碳酸钙，因此碳酸钙的消耗可以忽略不计，仅使用医药级粉末活性炭和食品级碳酸钾两种原料，从而大幅减少了原料种类；(2)、本发明的复分解反应本身就产生碳酸钙，因而碳酸钙可以循环使用，只需在中和反应中加入极少量的碳酸钙予以补充损耗即可；(3)、现有传统工艺每生产1吨柠檬酸钾成品即有1.8吨难以处理而且经济价值极低的硫酸钙废物、20吨左右的酸碱废水和大量二氧化硫气体产生，而本发明没有固体、气体废弃物产生；(4)、木发明大幅简化了柠檬酸钾的生产流程，提高了柠檬酸发酵液中有用成份的收得率，碳酸钾的消耗也较现有传统工艺低得多，每吨成品生产成本较现有工艺低1000元以上。

具体实施方式

实施例1：

一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)、制取柠檬酸滤液：将玉米经锤式粉碎机粉碎、喷射液化器及液化罐内液化制糖、加入黑曲霉在发酵罐内在强制通风的情况下进行发酵，再经厢式压滤机过滤制得柠檬酸滤液；

(2)、在中和反应罐内加入柠檬酸滤液和碳酸钙进行中和反应，制取固体的柠檬酸钙：每1吨柠檬酸滤液中加入0.75吨碳酸钙，保持PH值为5.0，温度为83℃，柠檬酸与碳酸钙发生反应后保温0.5小时，经沉淀并经真空抽滤机过滤后制成固体的柠檬酸钙；

(3)、洗涤去除杂质：在真空抽滤机内用80℃的热水对固体的柠檬酸钙进行洗涤，去除固体表面的杂质；

(4)、使洗涤后的柠檬酸钙与碳酸钾进行复分解反应，生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液：在复分解反应釜内加入水，再将洗涤后的柠檬酸钙加入复分解反应釜内，加温至97℃，搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入碳酸钾，在PH值为11.2时，停止加入碳酸钾，水、柠檬酸钙和碳酸钾的加入量的重量比为：1:11.4:8.8，搅拌使其反应1.2小时，便生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液；

(5)、用真空抽滤机对上述反应生成的碳酸钙和柠檬酸钾溶液的混合物进行过滤分离，得到碳酸钙固体和柠檬酸钾溶液，碳酸钙返回到步骤2中重复利用；

(6)、脱色：过滤得到的柠檬酸钾溶液加入脱色桶内，控制脱色温度60℃，脱色时间0.5小时，并经厢式压滤机过滤得到柠檬酸钾的纯净溶液，脱色桶内的粉末活性炭和柠檬酸钾溶液的重量比为1：222；

(7)、制取柠檬酸钾固体：将上述溶液用厢式压滤机过滤，并加入到真空蒸发结晶器内，真空度为0.09Mpa的条件下进行蒸发结晶，再经过离心机分离、干燥器干燥，得到白色的柠檬酸钾晶体。

柠檬酸钾晶体的分析数据：

重含量：99.8.％

金属：0.0003％；

水份：5.3％；

氯化物：0.002％；

草酸盐：0.01％；

硫酸盐：0.003％；

易碳化物：浅于标准；

钠：0.05％。

实施例2：

一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)、制取柠檬酸滤液：将玉米经锤式粉碎机粉碎、喷射液化器及液化罐内液化制糖、加入黑曲霉在发酵罐内在强制通风的情况下进行发酵，并经厢式压滤机过滤制得柠檬酸滤液；

(2)、在中和反应罐内加入柠檬酸滤液和碳酸钙进行中和反应，制取固体的柠檬酸钙：每1吨柠檬酸滤液中加入0.75吨碳酸钙，保持PH值为4.5，温度为80℃，在柠檬酸与碳酸钙发生反应后保温0.5小时，经沉淀并经真空抽滤机过滤后制成固体的柠檬酸钙；

(3)、洗涤去除杂质：在真空抽滤内用80℃的热水对固体的柠檬酸钙进行洗涤，去除固体表面的杂质；

(4)、使洗涤后的柠檬酸钙与碳酸钾进行复分解反应，生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液：在复分解反应釜内加入水，再将洗涤后的柠檬酸钙加入复分解反应釜内，加温至98℃，搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入碳酸钾，在PH值为11.8时，停止加入碳酸钾，水、柠檬酸钙和碳酸钾的加入量的重量比为：1:11.4:8.8，搅拌使其反应1小时，便生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液；

(5)、用真空抽滤机对上述反应生成的碳酸钙和柠檬酸钾溶液的混合物进行过滤分离，得到碳酸钙固体和柠檬酸钾溶液，碳酸钙返回到步骤2中重复利用；

(6)、脱色：过滤得到的柠檬酸钾溶液加入脱色桶内，控制脱色温度63℃，脱色时间0.5小时，并经厢式压滤机过滤得到柠檬酸钾的纯净溶液，脱色桶内的粉末活性炭和柠檬酸钾溶液的重量比为1：222；

(7)、制取柠檬酸钾固体：将上述溶液用厢式压滤机过滤，并加入到真空蒸发结晶器内，在真空度为0.09Mpa的条件下进行蒸发结晶，再经过离心机分离、干燥器干燥，得到无色柠檬酸钾晶体。

柠檬酸钾晶体的分析数据：

含量：100.2％

重金属：0.0004％；

水份：5.8％；

氯化物：0.002％；

草酸盐：0.01％；

硫酸盐：0.003％；

易碳化物：浅于标准；

钠：0.04％。

实施例3：

一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)、制取柠檬酸滤液：将玉米经锤式粉碎机粉碎、喷射液化器及液化罐内液化制糖、加入黑曲霉在发酵罐内在强制通风的情况下进行发酵，再经厢式压滤机过滤制得柠檬酸滤液；

(2)、在中和反应罐内加入柠檬酸滤液和碳酸钙进行中和反应，制取固体的柠檬酸钙：每1吨柠檬酸滤液中加入0.75吨碳酸钙，保持PH值为5.5，温度为85℃，在柠檬酸与碳酸钙发生反应后保温0.5小时，经沉淀和真空抽滤机过滤后制成固体的柠檬酸钙；

(3)、洗涤去除杂质：在真空抽滤桶内用85℃的热水对固体的柠檬酸钙进行洗涤，去除固体表面的杂质；

(4)、使洗涤后的柠檬酸钙与碳酸钾进行复分解反应，生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液：在复分解反应釜内加入水，再将洗涤后的柠檬酸钙加入复分解反应釜内，加温至98℃，搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入碳酸钾，在PH值为12.0时，停止加入碳酸钾，水、柠檬酸钙和碳酸钾的加入量的重量比为：1:11.4:8.8，搅拌使其反应1.5小时，生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液；

(5)、用真空抽滤机对上述反应生成的碳酸钙和柠檬酸钾溶液的混合物进行过滤分离，得到碳酸钙固体和柠檬酸钾溶液，碳酸钙返回到步骤2中重复利用；

(6)、脱色：过滤得到的柠檬酸钾溶液加入脱色桶内，控制脱色温度65℃，脱色时间0.5小时，并经厢式压滤机过滤得到柠檬酸钾的纯净溶液，脱色桶内的粉末活性炭和柠檬酸钾溶液的重量比为1：222；

(7)、制取柠檬酸钾固体：将上述溶液用厢式压滤机过滤，并加入到真空蒸发结晶器内，在真空度为0.09Mpa的条件下进行蒸发结晶，再经过离心机分离、干燥器干燥，得到无色柠檬酸钾晶体。

柠檬酸钾晶体的分析数据：

含量：100.2％

重金属：0.0004％；

水份：5.8％；

氯化物：0.002％；

草酸盐：0.01％；

硫酸盐：0.003％；

易碳化物：浅于标准；

钠：0.04％。

Claims (1)

1、一种柠檬酸钾的复分解沉淀转化生产方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)、制取柠檬酸滤液：将玉米粉碎、液化制糖、加入黑曲霉在发酵罐内在强制通风的情况下进行发酵，再经过滤制得柠檬酸滤液；

(2)、在柠檬酸滤液中加入碳酸钙进行中和反应，制取固体的柠檬酸钙：每1吨柠檬酸滤液中加入0.75吨碳酸钙，保持PH值为4.5-5.5，温度为80-85℃，在柠檬酸与碳酸钙发生反应后保温0.5小时，经沉淀、过滤后制成固体的柠檬酸钙；

(3)、洗涤去除杂质：用80--85℃的热水对固体的柠檬酸钙进行洗涤，去除固体表面的杂质；

(4)、使洗涤后的柠檬酸钙与碳酸钾进行复分解反应，生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液：在复分解反应釜内加入水，再将洗涤后的柠檬酸钙加入复分解反应釜内，加温至95-98℃，搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入碳酸钾，在PH值为11-12时，停止加入碳酸钾，水、柠檬酸钙和碳酸钾的加入量的重量比为：1:11.4:8.8，搅拌使其反应1-1.5小时，反应生成碳酸钙和柠檬酸钾溶液；

(5)、过滤分离，得到碳酸钙固体和柠檬酸钾溶液，碳酸钙返回到步骤2中重复利用；

(6)、脱色：过滤得到的柠檬酸钾溶液加入脱色桶内，控制脱色温度60--65℃，脱色时间为0.5小时，并过滤得到柠檬酸钾的纯净溶液，脱色桶内的粉末活性炭和柠檬酸钾溶液的重量比为1：222；

(7)、制取柠檬酸钾固体：上述柠檬酸钾溶液进入蒸发结晶器，在真空度为0.09Mpa的条件下进行蒸发结晶，并经离心分离、干燥而得到白色柠檬酸钾晶体。