ЛИМОННАЯ КИСЛОТА
Измельчение зерна и получение отрубей и муки
Зерновая культура (пшеница), после предварительной очистки, подвергается обработке на обдирных машинах, которые отделяют отруби. Отделенные отруби впоследствии смешиваются с выделенными на сепараторах дрожжами и поступают на процесс сушки с целью получения сухого кормопродукта. Прошедшее стадию обдирки зерно пшеницы поступает на мельницы, преобразующие его в муку.
Приготовление теста и сепарации
Пшеничная мука подается из однодневного мучного бункера. В тестомесилке мука смешивается с водой в пропорции 1:1. В тестомесилке начинается формирование нативной клейковины. Выходящее из тестомесилки тесто подается насосом во вращающийся гомогенизатор высокой интенсивности, где благодаря сдвигающим усилиям инициируется агломерация клейковины, далее тесто разбавляется до концентрации 25-30% сухих веществ, что способствует эффективной сепарации в 3-фазном декантере. 3-фазный декантер разделяет суспензию на три фракции:
Первая фракция – это «А»-крахмал и мезга, с концентрацией 50% сухих веществ.
Вторая фракция содержит «Б»-крахмал, остатки «А» крахмала и клейковину, с концентрацией 28% сухих веществ.
Третья фракция – это легкая фракция, содержащая пентозаны, растворимые вещества и избыточную воду, с концентрацией 9% сухих веществ.
За счет удаления пентозанов и растворимых веществ из «А»-крахмала и «Б»-крахмала на этой стадии технологического процесса уже повышается степень очистки крахмала и клейковины, благодаря чему уменьшается потребление свежей воды для последующей отмывки крахмала, и, как следствие, снижается объем сбрасываемых сточных вод.
Отмывка и сгущение «А»-крахмала
Первая фаза из 3-фазного декантера, «А»-крахмал и мезга, разбавляется верхним сходом из системы для отмывки крахмала, и подается на систему сит. На ситах мезга отделяется от крахмальной суспензии и промывается промывной водой, подаваемой противотоком, чтобы снизить потери крахмала. Мезга обезвоживается отдельно до консистенции 20% сухих веществ, или смешивается со сточной водой перед подачей ее на декантер.
(Разбавленная) крахмальная суспензия с сит сгущается в сопловой центрифуге-концентраторе «А»-крахмала до 25% сухих веществ. Верхний сход из этой центрифуги – это технологическая вода. Концентрированный «А»-крахмал поступает в мультициклонную систему отмывки крахмала.
В мультициклонной системе отмывки крахмала производится 10-12-ступенчатая очистка крахмала (свежей) промывной водой, подаваемой противотоком.
Очищенный «А»-крахмал обезвоживается и высушивается (торговый пшеничный крахмал фасуется, либо направляется на дальнейшую переработку).
Просеивание/отмывка и обезвоживание клейковины
Вторая фаза из 3-фазного декантера, содержащая «Б»-крахмал и клейковину, разбавляется технологической водой и перекачивается на грохот, где клейковина отделяется от «Б»-крахмала. Затем клейковина отмывается на двух вращающихся ситах и обезвоживается в винтовом прессе. Далее глютен высушивается и размельчается согласно требуемой спецификации.
Разделение и обезвоживание «А» и «Б»-крахмала
Крахмальное молочко с консистенцией 8-10% сухих веществ, содержащее «А» и «Б»-крахмал, перекачивается насосом в разделитель «А»/«Б»-крахмала, где происходит извлечение «А»-крахмала, который на данный момент еще может присутствовать в крахмальном молоке.
Верхний сход из разделителя, содержащий «Б»-крахмал, направляется в сопловую центрифугу, в которой «Б»-крахмал сгущается. Верхний сход центрифуги – технологическая вода. Концентрированное крахмальное молочко затем обезвоживается в 3-фазном декантере до 40% сухих веществ. Верхний сход декантера – технологическая вода. Обезвоженный «Б»-крахмал подается в сушилку для «Б»-крахмала для производства сушеного «Б»-крахмала или добавляется в другие кормовые фракции.
Разваривание крахмала
Часть (60%) первой фракции (крахмал А) подается в смеситель. В смесителе крахмал смешивается с раствором ферментного препарата и направляется на разваривание, где происходит разваривание путем нагревания смеси до определенной температуры и выдерживается в течении некоторого времени с непрерывным перемешиванием.
Осахаривание крахмала
Разжиженный крахмал подвергается осахариванию при использовании в качестве биокатализатора ферментных препаратов глюко-амилазы или а - амилазы в условиях, являющихся оптимальными для действия ферментов.
Фильтрация сиропа
На данном этапе нерастворимые белки и жиры отделяются от сиропа на поверхности вакуум-фильтра с диатомитовой предварительной фильтрующей средой, и получается чистый, слегка окрашенный сироп.
Угольная фильтрация сиропа
Для удаления растворимых примесей - азотистых веществ, продуктов термического разложения углеводов, различных органических соединений очищенный сироп подвергают обработке с применением активных углей.
Выпаривание сиропа
После очистки сироп направляется в буферный резервуар и происходит регулирование кислотности. Выпаривание происходит в многоступенчатом пластинчатом испарителе, при относительно низкой температуре, которая обеспечивает мягкую и деликатную обработку продукта. Концентрация сухих веществ на выходе достигает 70-78%.
ПРОИЗВОДСТВО ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ
Приготовление лимонного раствора для выращивание культуры A. niger
Раствор 3 – 4 % сахара для посевных аппаратов (инокуляторов) готовят в варочном аппарате. Куда он подается насосом из приемного резервуара через буферную емкость и весовое устройство.
Раствор из варочного аппарата через буферную емкость подается на паровую головку, где он стерилизуется.
Затем раствор поступает в выдерживатель, холодильник и далее в емкость хранения, посевной аппарат и производственный ферментер.
Выращивание культуры A. niger
Посевной аппарат засевном предварительно подготовленный суспензией культуры и заполняется питательным раствором сахара с добавлением стерильных растворов солей K2HPO4 и MgSO4. Культуру выращивают при постоянном перемешивании, дробной аэрации и избыточном давлении.
Сбраживание питательных растворов
Подращенный мицелий культуры передают для засева питательной среды в производственный ферментер. Процесс кислотообразования продолжается несколько суток при непрерывном перемешивании и дробной аэрации. По мере снижения концентрации сахара производиться дробное добавление подливного раствора 25 – 28 % концентрации.
Фильтрация бражки
После окончания сбраживания бражку нагревают острым паром и сливают в промежуточный сборник, откуда насосом подают на барабанный вакуум-фильтр для отделения мицелия и промывки его горячей водой.
Оделенный и промытый мицелий направляют в вакуум-сборник и далее на корм скоту.
Основной раствор лимонной кислоты вместе с промывными водами поступает в вакуум-сборник раствора и далее направляется в химический цех на переработку.
Нейтрализация лимонной кислоты
Сброженный раствор лимонной кислоты нагревают в нейтрализаторе до кипения и обрабатывают при непрерывном перемешивании известковым молоком. В результате образуется сбалансированная кальциевая соль лимонной кислоты (цитрат натрия).
После отделения маточного раствора осадок выдается на фильтре с одновременной промывной горячей воды.
Выделение лимонной кислоты
Перевод лимонной кислоты в свободное состояние достигается кислотной обработкой цитрата кальция в реакторе при непрерывном перемешивании и барботаже паром. В качестве осветлителя в реактор вводят активированный уголь.
Отделение раствора лимонной кислоты от осадка производится на ленточном вакуум-фильтре.
Выпаривание раствора лимонной кислоты
После выделения раствора лимонной кислоты его упаривают на вакуум-выпарных аппаратах последовательно до плотности ~ 1,35 г/см3 (80 % - ая концентрция) и подают на кристаллизатор.
Кристализация лимонной кислоты
Кристаллизацию проводят в аппаратах при непрерывном перемешивании в присутствии затравки (кристаллы кислоты) и постепенном охлаждении.
Сушка кристаллов лимонной кислоты
После отделения кристаллов не на центрифуге и промывки холодной водой их направляют на сушку. Сушка производиться в барабанной сушилке при температуре воздуха не более 35 °С. Товарный продукт с содержанием влаги не более 0,5 % подают на вибросито и далее на упаковочный аппарат.
Сорбат калия - один из самых популярных и безопасных консервантов. Содержится в ягодах рябины в форме кислоты, но в промышленных количествах производится химическим синтезом. Сорбат калия угнетает жизнедеятельность дрожжей, плесеней и некоторых видов бактерий, увеличивая срок годности пищевых продуктов.
Сорбат калия представляет собой белый кристаллический порошок или гранулы с горьким вкусом, очень хорошо растворимые в воде.
КСАНТАНОВАЯ КАМЕДЬ
Камедь ксантана - это природный полисахарид, который был открыт в конце 50-х годов во время научных исследований по промышленному использованию микробных биополимеров на базе научно-исследовательской лаборатории департамента сельского хозяйства США. Научные исследования показали, что бактерия Xanthomonas Campestris, обнаруженная в растениях семейства капусты, вырабатывает высокомолекулярный защитный полисахарид. Этот полисахарид назвали камедью ксантана, он проявляет интересные свойства с технической и экономической точки зрения. Камедь ксантана - микробиологический продукт и его характеристики в большой степени зависят от микроорганизмов. Молекулярную массу и свойства ксантана можно регулировать, изменяя условия жизнедеятельности микроорганизмов. Камедь ксантана нашла своё применение, начиная от пищевых продуктов до нефтедобывающей отрасли.
Ксантановая камедь (ксантан) является углеводородным полимером с высоким молекулярным весом. Это линейный полисахарид, содержащий большое число боковых трисахаридных цепей. Главная цепь имеет структуру целлюлозы, а боковые образуют два звена D-манозы и одно звено галактуроновой кислоты. К ним присоединены ацетильные группы и группы пировиноградной кислоты. Благодаря такой структуре боковых цепей цепь ксантана необычайно прочно защищена от химического и ферментативного гидролиза.
Камедь ксантана получают путём ферментации чистой культуры при помощи микроорганизма ксантомонас кампестрис (Xanthomonas campestris).
Промышленное производство камеди ксантана имитирует природный процесс при оптимальных условиях. Раствор, содержащий углеводы, источник азота и питательные соли, составляет основу процесса брожения. Сам по себе процесс брожения происходит в условиях стерильного оборудования, с контролируемым уровнем рН, кислорода и температуры. По окончании ферментации добавляется изопропиловый спирт, и ксантановая смола выпадает в осадок, затем её сушат и размалывают. Камедь ксантана имеет белый или кремовый цвет, выпускается в порошкообразной форме.
Бактерии Xanthomonas campestris выращиваются в крупных емкостях в благоприятной для ферментации среде. Чаще всего это водный раствор с содержанием углеводов, проще говоря сахарный сироп, с включениями азота, микроэлементов и иных веществ, стимулирующих рост. В среднем длительность процесса составляет около 4 дней.
Методы приготовления ксантановой камеди по сути сводятся к культивированию бактериальной культуры в благоприятной среде. При этом учитывая особенности приготовления ксантановой камеди, заключающиеся в том, что бактерия чрезвычайно чувствительна к пропорциональным соотношениям состава среды, степени аэрации, температурным факторам, уровню pH среды, каждый промышленный изготовитель держит в тайне как изготавливают ксантановую камедь на их производстве.
Далее полимер извлекается из ферментативной среды с помощью добавления изоприл алкоголя, в следствие которого ксантановая камедь выпадает в осадок. Далее полученный осадок высушивается и измельчается до порошкообразного состояния. Для сохранения уникальных природных свойств ксантана, хранение ксантановой камеди возможно в прохладном защищённом от воздействий света и влаге месте.
Растворы ксантана стабильны при различных температурах и кислотности, а также при механической обработке, хорошо переносят замораживание и оттаивание.
Ксантан растворим в холодной и горячей воде, растворах сахара и молоке, но не растворим в большинстве органических растворителей. Водные растворы ксантана обладают необычным свойством - при механической нагрузке (размешивании, перекачивании насосом и т.д.) они утрачивают вязкость. Как только механическое воздействие заканчивается, моментально восстанавливается первоначальная вязкость.
Растворы ксантана обладают высокой псевдо пластичностью, т.е. когда возрастает касательное напряжение, полная вязкость достигается практически моментально. Ксантановая камедь имеет высокую степень вязкости «в покое», но когда прикладывается сдвигающее усилие, то степень вязкости уменьшается, то есть она имеет показатель пластичности. Высокая степень вязкости «в покое» означает, что ксантан обладает исключительными эмульсионными свойствами и придаёт растворам хорошие «липнущие» свойства.
По сравнению с другими гидроколлоидами, камедь ксантана более псевдо пластична. Псевдо пластичность усиливает качества восприятия конечного продукта (отделение аромата, органолептику) и гарантирует отличную смешиваемость, стабильность при перекачивании и текучесть продукта.
Ксантановая камедь одна из наиболее устойчивых к изменению водородного показателя рН.
Вязкость растворов в диапазоне рН 1- 13 относительно постоянная. Растворы ксантана очень устойчивы к кислотному гидролизу особенно, когда присутствуют органические кислоты. Непосредственно в органических растворителях камедь ксантана не растворяется. До 40-50% таких общепринятых растворителей, как изопропанол, метанол, этанол или ацетон могут добавляться в водный раствор ксантана без боязни осаждения камеди.
Термостабильность камеди ксантана, как правило, превосходит другие растворимые в воде полисахариды. При производстве продуктов питания вязкость растворов камеди ксантана после процесса теплового воздействия, например стерилизации, полностью восстанавливается.
Ксантановая смола показывает хорошую устойчивость к ферментной деструкции и в растворённом виде не подвергается разрушению под воздействием таких ферментов как амилаза, целлюлаза и др.
Долгосрочно стабилизирует продукты и удлиняет сроки их хранения; используется в производстве соусов, молочных продуктов, мороженого, десертов, хлебобулочных изделий, напитков и др.;
применяется в процессах добычи нефти и газа (буровые растворы с содержанием камеди до 2 % для бурения горизонтальных и наклонно-направленных скважин);
В косметике и фармацевтике ксантановая камедь необходима в мыловаренном деле, при производстве кремов, гелей для душа, шампуней; лакокрасочная промышленность.
ПОЛИАНИОННАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА
Полианионная целлюлоза (ПАЦ) - это разновидность натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с повышенной степенью замещения.
ПАЦ представляет собой легкосыпучий порошок от белого до кремоватого цвета, без запаха и вкуса. Полианионная целлюлоза не токсична, имеет высокую термостойкость и солестойкость. ПАЦ снижает показатель фильтрации при введении в водную фазу бурового раствора, выполняет роль эффективного загустителя.
В промышленности полианионная целлюлоза применяется:
в качестве регулятора вязкости;
как понизитель водоотдачи для всех типов буровых растворов на водной основе;
для препятствия размытию глины и глинозема водой, предотвращая их смачивание и оползание в скважину;
для снижения напора на трение потока, которые обычно возникают при вертикальном и горизонтальном бурении.
ПАЦ является эффективным реагентом в насыщенных солевых и магниевых растворах. Проявляет стойкость к загрязнению ионами кальция.
Известные способы получения ПАЦ разделяются на так называемые "водные" (осуществляемые в водных средах) и "суспензионные" (осуществляемые в среде органического растворителя). При этом все известные технологии получения ПАЦ ставят целью повышение равномерности распределения карбоксиметильных групп в АГЗ и вдоль макромолекулы целлюлозы.
Способ получения ПАЦ осуществляют следующим образом. Проводят активацию целлюлозы методом гидропульпирования в воде или водном растворе гидроксида натрия концентрацией 0,01-6,0% или методом сухого помола с использованием ножевых дробилок. В РСМ типа АШ подают активированную целлюлозу, NaМХУК и гидроксид натрия в виде водного раствора в количестве 0,9-1,2 на 1 моль целлюлозы, проводят интенсивное перемешивание в течение 2-3 мин при скорости сдвига 500-3000 с-1 и коэффициенте заполнения объема 0,7-0,9. Затем полученный продукт, представляющий собой частично карбоксиметилированную целлюлозу, передают посредством транспортирующего устройства, например транспортного шнека в следующую последовательно расположенную РСМ. При частном случае осуществления способа при передаче продукта посредством транспортирующего устройства проводят его обдувку воздухом или инертным газом (преимущественно азотом), отгоняя увлажненный воздух; наилучшие результаты достигаются при времени пребывания полученного продукта на транспортирующем устройстве 2-3 мин. Полученный продукт подают в следующую РСМ с одновременной подачей гидроксида натрия в виде водного раствора в количестве 0,4-0,6 моль на 1 моль целлюлозы: эта подача может быть осуществлена как в один прием, так и в несколько порций; в последнем случае количество подаваемого реагента может быть распределено поровну. Для осуществления способа и достижения технического результата достаточно двух РСМ, однако лучшие результаты достигаются при большем количестве РСМ при повторении заявляемой последовательности стадий в заданных режимах. Количество используемых РСМ продиктовано необходимостью достижения заданных свойств ПАЦ, а также техническими возможностями производства. По окончании перемешивания получаемый продукт выгружают в сушилку вакуумного типа, где его выдерживают при температуре не более 85°С.
Прозрачность водного раствора ПАЦ также характеризует равномерность распределения карбоксиметильных групп: в случае неравномерного распределения карбоксиметильных групп и наличии АГЗ, не содержащего карбоксиметильных групп, водные растворы полученной ПАЦ (Na-КМЦ с высокой степенью замещения) будут содержать отдельные нерастворимые частицы целлюлозы и иметь более низкую прозрачность. Для определения прозрачности водный раствор ПАЦ концентрацией 1% помещали в прозрачный цилиндр, освещенный постоянным источником света при работе низковольтной вольфрамовой лампы мощностью 3 Вт, под который помещали метку. Постепенно понижая уровень пробы до тех пор, пока не станет видна метка, определяли высоту столба жидкости.
Для измерения водоотдачи в условиях полиминеральной агрессии использовали глинистый раствор, содержащий 1%. ПАЦ. Показатель водоотдачи определяли как объем фильтрата, который отфильтровывали в течение 30 мин из глинистого раствора концентрацией 7%, насыщенного хлоридом натрия и содержащего хлористый кальций в количестве 1,5%, через бумажный фильтр на фильтр-прессе.
Для осуществления способа могут быть использованы следующие вещества:
Целлюлоза древесная.
Целлюлоза хлопковая.
Целлюлоза порошковая.
Гидроксид натрия.
Натриевая соль монохлоруксусной кислоты (монохлорацетат натрия).
Вода.
В соответствии с вышеописанным способом активацию целлюлозы осуществляли методом гидропульпирования: таким образом, для дальнейшей переработки использовалась волокнистая целлюлоза.
Целлюлоза является одним из важнейших природных высокомолекулярных соединений, на основе которого создано и создается большое число материалов различного назначения. Ввиду того что в природе происходит постоянное воспроизводство этого полимера и при разумном отношении к окружающей среде запасы его неисчерпаемы, многие отрасли народного хозяйства и в будущем должны ориентироваться на использование целлюлозы и ее производных. Возможность целенаправленного синтеза производных целлюлозы с заранее заданными свойствами открывает новые перспективы использования этого ценного продукта. Однако, прежде чем перейти к рассмотрению вопросов получения и применения водорастворимых производных целлюлозы, необходимо хотя бы кратко остановиться на свойствах исходного продукта - целлюлозы.
В воднодисперсионные клеи иногда вводят антисептики, из которых наиболее активен и не снижает агрегативной устойчивости водорастворимый пентахлорфенолят натрия. Введение антисептиков необходимо для клеев, содержащих казеинат аммония и производные целлюлозы. Огнезащитные добавки менее широко применяются в клеях, чем-в воднодисперсионных красках. Например, добавка в клей на основе ПВА дисперсии около 10 % производного 1,2-дихлорпропан-З-фосфоната приводит к получению самозатухающей пленки клея. Недостатком воднодисперсионных клеев и красок является их низкая морозостойкость. Под морозостойкостью понимается способность воднодисперсионных систем восстанавливать первоначальные свойства после определенного числа циклов замораживания до заданной температуры и оттаивания. Появление кристаллов льда нарушает адсорбционные слои на частицах дисперсий и приводит к необратимой коагуляции. Полное вымораживание воды происходит при температуре от —15 до —40°С в зависимости от природы и содержания ПАВ, загустителей, стабилизаторов, пластификаторов и других компонентов, которые при охлаждении постепенно концентрируются в незамерзшей части воды.
Свойства производных целлюлозы в значительной мере зависят от равномерности распределения замещающих групп. При более равномерном распределении замещающих групп улучшается растворимость, а также механические свойства. Степень замещения, обеспечивающая получение водорастворимой этилцеллюлозы, лишь 0,6—0,7, если целлюлоза гомогенно алкилируется в растворе, тогда как при гетерогенном алкилировании щелочной целлюлозы в твердой фазе (в продажных продуктах) степень замещения обычно должна быть примерно 1,2—1,5.
Методом суспензионной полимеризации в США производится основная часть поливинилхлорида. Реакцию проводят в водной дисперсии хлористого винила. Свойства полученного полимера зависят от подбора суспендирующего агента, который определяет размер частиц полимера, их форму и пористость. В свою очередь от характера частиц зависят насыпной вес полимера, его сыпучесть, способность абсорбировать пластификатор и легкость переработки. Типичными суспендирующими агентами являются поливиниловый спирт, водорастворимые производные целлюлозы и желатина, которые используют в концентрации 0,05—0,5% по весу. Иногда к полимеризационной смеси добавляют также 0,03—0,07% (по весу) эмульгатора, например сульфированного масла или сложного эфира, облегчающего регулирование размера и формы диспергированных частиц. Полимеризацию проводят в присутствии свободнорадикального инициатора, растворимого в мономере (например, перекиси доде-цила), при температуре 50—60°С и давлении около 0,7МН/м2 (7 атм).
Широко используют все виды ПАВ при получении и применении синтетич. полимеров. Важнейшая область потребления мицеллообразующих ПАВ — производство полимеров методом эмульсионной полимеризации. От типа и концентрации выбранных ПАВ (эмульгаторов) во многом зависят технологич. и физико-химич. свойства получаемых латексов (см. Эмульсионная полимеризация, Латексы синтетические). ПАВ (гл. обр. высокомолекулярные) применяют также для облегчения концентрирования каучуковых латексов методом сливкоотделения, для повышения агрегативной устойчивости натурального или синтетич. латекса. Иногда в латекс с целью его сенсибилизации, т. е. увеличения чувствительности к действию коагулирующих факторов, вводят ПАВ, ослабляющие защитное действие стабилизаторов. ПАВ используют также при суспензионной полимеризации. Обычно применяют высокомолекулярные ПАВ — водорастворимые полимеры (поливиниловый спирт, производные целлюлозы, растительные клеи и т. п.). ПАВ как обязательные компоненты содержатся в водных дисперсиях полимеров, получаемых механич. диспергированием или путем образования новой полимерной фазы из пересыщенного р-ра. Смешением лаков или жидких масляносмоляных композиций с водой в присутствии эмульгаторов получают эмульсии, применяемые при изготовлении пластмасс, кожзаменителей, нетканых материалов, импрегнированных тканей, водоразбавляемых красок и т. д.
В нефтегазодобывающей промышленности в качестве понизителя фильтрации и для придания необходимых реологических свойств буровым растворам. В горнообогатительной промышленности при флотационном обогащении медно-никелевых и сильвинитных руд. В производстве синтетических моющих средств и товаров бытовой химии как диспергирующая добавка. В бумажной промышленности для повышения прочности и улучшения печатных свойств бумаги.
В строительной промышленности при производстве клеев, лакокрасочных материалов и сухих строительных смесей. В текстильной промышленности для придания износостойкости и эластичности волокон. В производстве косметических и парфюмерных препаратов в качестве загустителя.
БЕНЗОАТ НАТРИЯ
Гидроксид натрия может получаться в промышленности химическими и электрохимическими методами.
Химические методы получения гидроксида натрия.
К химическим методам получения гидроксида натрия относятся известковый и ферритный.
Химические методы получения гидроксида натрия имеют существенные недостатки: расходуется большое количество энергоносителей, получаемый едкий натр сильно загрязнён примесями. В настоящее время эти методы почти полностью вытеснены электрохимическими методами производства.
Известковый метод
Известковый метод получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с гашенной известью при температуре около 80 °С. Этот процесс называется каустификацией; он проходит по реакции:
Na2СО3 + Са (ОН)2 = 2NaOH + CaСО3
В результате реакции получается раствор гидроксида натрия и осадок карбоната кальция. Карбонат кальция отделяется от раствора, который упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH. Затем NaOH плавят и разливают в железные барабаны, где он застывает.
Ферритный метод
Ферритный метод получения гидроксида натрия состоит из двух этапов:
Na2СО3 + Fe2О3 = 2NaFeО2 + СО2
2NaFeО2 + xH2О = 2NaOH + Fe2O3*xH2О
Реакция 1 представляет собой процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 1100—1200 °С. При этом образуется спек — феррит натрия и выделяется двуокись углерода. Далее спек обрабатывают (выщелачивают) водой по реакции 2; получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe2O3*xH2О, который после отделения его от раствора возвращается в процесс. Получаемый раствор щелочи содержит около 400 г/л NaOH. Его упаривают до получения продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH, а затем получают твёрдый продукт в виде гранул или хлопьев.
Электрохимические методы получения гидроксида натрия
Электрохимически гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (минерала, состоящего в основном из поваренной соли NaCl) с одновременным получением водорода и хлора. Этот процесс можно представить суммарной формулой:
2NaCl + 2H2О ±2е- → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH
Едкая щёлочь и хлор вырабатываются тремя электрохимическими методами. Два из них — электролиз с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы), третий — электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод).
В мировой производственной практике используются все три метода получения хлора и каустика с явной тенденцией к увеличению доли мембранного электролиза. В России приблизительно 35 % от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65 % — электролизом с твёрдым катодом.
Диафрагменный метод
Схема старинного диафрагменного электролизера для получения хлора и щёлоков:
А - анод, В - изоляторы, С- катод, D - пространство заполненное газами (над анодом - хлор, над катодом - водород), М - диафрагма
Наиболее простым, из электрохимических методов, в плане организации процесса и конструкционных материалов для электролизера, является диафрагменный метод получения гидроксида натрия.
Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подаётся в анодное пространство и протекает через, как правило, нанесённую на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которую, иногда, добавляют небольшое количество полимерных волокон.
Во многих конструкциях электролизеров катод полностью погружен под слой анолита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водород отводится из под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диафрагму в анодное пространство благодаря противотоку.
Противоток - очень важная особенность устройства диафрагменного электролизера. Именно благодаря противоточному потоку направленному из анодного пространства в катодное через пористую диафрагму становится возможным раздельное получение щёлоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH- ионов в анодное пространство. Если величина противотока недостаточна, тогда в анодном пространстве в больших количествах начинает образовываться гипохлорит-ион (ClO-), который, затем, может окисляться на аноде до хлорат-иона ClO3-. Образование хлорат-иона серьёзно снижает выход по току хлора и является основным побочным процессом в этом методе получения гидроксида натрия. Также вредит и выделение кислорода, которое, к тому же, ведёт к разрушению анодов и, если они из углеродных материалов, попаданию в хлор примесей фосгена.
Анод:
2Cl− — 2е− → Cl2↑ — основной процесс
2H2O — 2e- → O2↑+4H+
6СlО- + 3Н2О — 6е- → 2СlО3- + 4Сl- + 1,5O2↑ + 6Н+
Катод:
2H2O + 2e− → H2↑ + 2OH− — основной процесс
СlО- + Н2О + 2е- → Сl- + 2ОН-
СlО3- + 3Н2O + 6е- → Сl- + 6OН-
В качестве анода в диафрагменных электролизерах может использоваться графитовый или угольный электроды. На сегодня их, в основном, заменили титановые аноды с окисно-рутениево-титановым покрытием (аноды ОРТА) или другие малорасходуемые.
На следующей стадии электролитический щёлок упаривают и доводят содержание в нём NaOH до товарной концентрации 42—50 % масс. в соответствии со стандартом.
Поваренная соль, сульфат натрия и другие примеси при повышении их концентрации в растворе выше их предела растворимости выпадают в осадок. Раствор едкой щёлочи декантируют от осадка и передают в качестве готового продукта на склад или продолжают стадию упаривания для получения твёрдого продукта, с последующим плавлением, чешуированием или грануляцией.
Обратную, то есть кристаллизовавшуюся в осадок, поваренную соль возвращают назад в процесс, приготавливая из неё так называемый обратный рассол. От неё, во избежание накапливания примесей в растворах, перед приготовлением обратного рассола отделяют примеси.
Убыль анолита восполняют добавкой свежего рассола, получаемого подземным выщелачиванием соляных пластов, минеральных рассолов типа бишофита, предварительно очищенного от примесей или растворением галита. Свежий рассол перед смешиванием его с обратным рассолом очищают от механических взвесей и значительной части ионов кальция и магния.
Полученный хлор отделяется от паров воды, компримируется и подаётся либо на производство хлорсодержащих продуктов, либо на сжижение.
Благодаря относительной простоте и дешевизне диафрагменный метод получения гидроксида натрия до сих пор широко используется в промышленности.
Мембранный метод
Мембранный метод производства гидроксида натрия наиболее энергоэффективен, однако сложен в организации и эксплуатации.
С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод подобен диафрагменному, но анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной. Благодаря этому свойству становится возможным получение более чистых, чем в случае с диафрагменного метода, щелоков. Поэтому в мембранном электролизере, в отличие от диафрагменного, не один поток, а два.
В анодное пространство поступает, как и в диафрагменном методе, поток раствора соли. А в катодное — деионизированная вода. Из катодного пространства вытекает поток обеднённого анолита, содержащего также примеси гипохлорит- и хлорат-ионов и хлор, а из анодного — щёлока и водород, практически не содержащие примесей и близкие к товарной концентрации, что уменьшает затраты энергии на их упаривание и очистку.
Щёлочь, получаемая с помощью мембранного электролиза, практически не уступает по качеству получаемой при помощи метода с использованием ртутного катода и постепенно заменяет щёлочь, получаемую ртутным методом.
Однако, питающий раствор соли (как свежий, так и оборотный) и вода предварительно максимально очищается от любых примесей. Такая тщательная очистка объясняется высокой стоимостью полимерных катионообменных мембран и их уязвимостью к примесям в питающем растворе.
Кроме того, ограниченная геометрическая форма а также низкая механическая прочность и термическая стойкость ионообменных мембран во многом определяют сравнительно сложные конструкции установок мембранного электролиза. По той же причине мембранные установки требуют наиболее сложных систем автоматического контроля и управления.
Ртутный метод с жидким катодом
В ряду электрохимических методов получения щёлоков самым эффективным способом является электролиз с ртутным катодом. Щёлоки, полученные при электролизе с жидким ртутным катодом, значительно чище полученных диафрагменным способом (для некоторых производств это критично). Например, в производстве искусственных волокон можно применять только высокочистый каустик), а по сравнению с мембранным методом организация процесса при получении щёлочи ртутным методом гораздо проще.
Установка для ртутного электролиза состоит из электролизёра, разлагателя амальгамы и ртутного насоса, объединённых между собой ртутепроводящими коммуникациями.
Катодом электролизёра служит поток ртути, прокачиваемой насосом. Аноды — графитовые, угольные или малоизнашивающиеся (ОРТА, ТДМА или другие). Вместе с ртутью через электролизёр непрерывно течёт поток питающего поваренной соли.
На аноде происходит окисление ионов хлора из электролита, и выделяется хлор:
2Cl− — 2е− → Cl20↑ — основной процесс
2H2O — 2e- → O2↑+4H+
6СlО- + 3Н2О — 6е- → 2СlО3- + 4Сl- + 1,5O2↑ + 6Н+
Хлор и анолит отводится из электролизёра. Анолит, выходящий из электролизёра, донасыщают свежим галитом, извлекают из него примеси, внесённые с ним, а также вымываемые из анодов и конструкционных материалов, и возвращают на электролиз. Перед донасыщением из анолита извлекают растворённый в нём хлор.
На катоде восстанавливаются ионы натрия, которые образуют слабый раствор натрия в ртути (амальгаму натрия):
Na+ + е = Na0
nNa+ + nHg− = Na + Hg
Амальгама непрерывно перетекает из электролизёра в разлагатель амальгамы. В разлагатель также непрерывно подаётся высоко очищенная вода. В нём амальгама натрия в результате самопроизвольного химического процесса почти полностью разлагается водой с образованием ртути, раствора каустика и водорода:
Na + Hg + Н2O = NaOH + 1/2Н2↑ + Hg
Полученный таким образом раствор каустика, являющийся товарным продуктом, практически не содержит примесей. Ртуть почти полностью освобождается от натрия и возвращается в электролизер. Водород отводится на очистку.
Однако, полная очистка раствора щелочи от остатков ртути практически не возможн, поэтому этот метод сопряжён с утечками металлической ртути и её паров.
Растущие требования к экологической безопасности производств и дороговизна металлической ртути ведут к постепенному вытеснению ртутного метода методами получения щелочи с твёрдым катодом, в особенности мембранным методом.
Лабораторные методы получения
В лаборатории гидроксид натрия иногда получают химическими способами, но чаще используется небольшой электролизёр диафрагменного или мембранного типа.
СОРБАТ КАЛИЯ
Калиевая соль сорбиновой кислоты, получаемая методом нейтрализации сорбиновой кислоты гидроксидом калия. Широко применяется в качестве консерванта (Е202) в пищевых продуктах. В отличие от сорбиновой кислоты, хорошо растворяется в воде
Впервые сорбат калия или сорбиновая кислота была извлечена из рябинового сока в 1859 году, и только в 1939 году открыли ее антимикробные свойства. В пятидесятые года стартовало производство данного консерванта. Добыча сорбата калия происходит путем проведения химических реакций, нейтрализуя определенными препаратами, при этом процессе кислота делится на соли калия, кальция, натрия, из них образуются сорбаты, которые применяются как консерванты в пищевой отрасли. Сорбат калия часто добывают из косточек определенных растений. Белый порошок в форме гранул. Полное отсутствие запаха, вкуса. Замечательно растворим в различных жидкостях и легко смешивается с массой изготавливаемых продуктов. Сорбат калия активно подавляет дрожжи, плесневые грибы, отдельные разновидности бактерий, и угнетает влияние ферментов.
Употребление в предельно-допустимых дозах, является безвредным для человека, иногда проявляется аллергическая реакция. Предельно допустимая норма для каждого готового продукта определяется отдельно и контролируется. Чудесно усваивается, не оказывает негативного влияния.
Хранение сорбата калия должно осуществляться при невысокой температуре, в сухом помещении, хорошо проветриваемом. При выдерживании правил содержания срок годности сорбата калия достигает до 2 лет.
Сорбат калия состоит в списке одобренных множеством стран добавок. Благодаря совершенной санитарной безвредности, во всем мире прослеживается направленность применения сорбата калия вместо других, менее исследованных консервантов.
Органолептические свойства Е202 (e202) - Белый кристаллический порошок или гранулят почти без запаха, с горьковатым вкусом. Физико-химические свойства сорбат калия Е202 (e202) – Тпл 270°С (с разложением). Раств. в воде (1380 г/л); плохо раств. в этаноле. Природный источник сорбат калия Е202 (e202) - в форме сорбиновой кислоты. Получение сорбат калия Е202 (e202) - из сорбиновой кислоты и едкого кали. Сорбат калия Е202 (e202) спецификации:
Сорбиновая кислота полностью расщепляется и усваивается как жирная кислота путём β-окисления.
ЦИТРАТ НАТРИЯ
Натриевая соль лимонной кислоты Na3C6H5O7. Цитрат натрия имеет средневыраженный солёно-кислый вкус. За эту особенность цитратов щелочных и щелочноземельных элементов (например цитратов натрия и кальция) они известны как «кислые соли» (иногда так ошибочно называют и лимонную кислоту). Цитрат натрия применяется в основном как специя (приправа), придающая особый вкус, или как консервант (пищевая добавка E331).
Получение из лимонной кислоты взаимодействием с эквивалентным количеством едкого натра.
Современная технология получения цитрата натрия зависит от необходимого объема, который является определяющим в обоснованности той или иной технологии. Для средних объемов небольшого пищевого производства цитрат натрия получают посредством лимоннокислого брожения, которым подвергаются сладкие отходы от производства сахара. Сырьем является патока (меласса), которая является отходом производства сахара, поэтому эти цеха нередко находятся рядом, ее культивируют на поверхности. Современное производство цитрата натрия в промышленных объемах достаточно сложное, энергетически и водозатратное, поэтому должно быть экономически обосновано, в том числе и на покупку дорогостоящего оборудования.
Внешне цитрат натрия – это бесцветные кристаллы либо кристаллический порошок белого цвета и без запаха. Цитрат натрия легко растворяется в воде, чего нельзя сказать про девяноста пяти процентный спирт, в котором он совершенно нерастворим.
АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА
Синтетически получают из глюкозы. Синтезируется растениями из различных гексоз (глюкозы, галактозы) и большинством животных (из галактозы), за исключением приматов и некоторых других животных (например, морских свинок), которые получают её с пищей.
Синтез аскорбиновой кислоты принципиально может быть осуществлен следующими четырьмя методами:
изомеризацией и лактонизацией 2-кетогексоновых кислот;
из пентоз через озазон и нитрил (озонпианидный метод);
конденсацией бензоинового типа двух альдегидов с низкой молекулярной массой под каталитическим влиянием KCN с образованием кетоспирта;
конденсацией эфиров а-оксикислот.
Анализируя указанные методы, необходимо отметить.
Озон-цианидный метод синтеза через 3-кетогексоновые кислоты не может найти практического применения из-за отсутствия промышленных ресурсов ликсозы.
Синтез L-ликсозы из D-галактозы или из D-глюкозы очень сложен.
Метод бензоиновой конденсации двух альдегидов, как, например, этил-глиоксилата и L-треозы, не перспективен, как из-за дефицитности сырья, так из-за неоднозначности реакции конденсации альдегидов (альдольная конденсация, образование бензоинов из одного итого же альдегида). Это приводит к низкому выходу целевого продукта.
Метод конденсации эфиров а-оксикислот также неэффективен из-за сложности синтеза этих эфиров и из-за низкого выхода аскорбиновой кислоты.
Промышленное применение нашел метод синтеза L-аскорбиновой кислоты из 2-кето-/_-гексоновой кислоты по методу Рейхштейна [55]. Это обусловлено тем, что основное сырье (D-глюкоза) и вспомогательные химикалии, применяемые для синтеза, используются в пищевой и химической промышленности. Технология синтеза сравнительно несложная и состоит лишь из пяти стадий.
Синтез аскорбиновой кислоты может быть осуществлен различными методами. Основной процесс синтеза аскорбиновой кислоты идет химическим путем, и только одна стадия - превращение сорбита в сорбозу осуществляется с помощью микроорганизмов.
Техническое значение имеет также синтез аскорбиновой кислоты окислением сорбозы, гндроксильлые группы которой во время процесса защищаются реакцией с ацетоном.
Настоящий раздел посвящен только синтезу аскорбиновой кислоты. Полученные данные с большой определенностью указывают, что в растениях аскорбиновая кислота образуется из гексозы без разрыва углеродной цепи и что единственными сахарами, которые могут быть ее предшественниками, являются D-глюкоза и D-галактоза. Превращение этих D-сахаров в L-аскорбиновую кислоту должно включать либо инверсию групп у 5-го атома углерода, либо восстановление при 1 - м атоме, сопровождающееся окислением при 6 - м, так что 6 - й атом становится тем атомом углерода, с которого начинается нумерация углеродных атомов.
Она служит исходным материалом для синтеза аскорбиновой кислоты и ряда других соединений, я также используется как модельное вещество (свидетель) при изучении биосинтеза различных полисахаридов.
При существующей в СССР технологии синтеза аскорбиновой кислоты в качестве окислителя диацетон - t - сорбозы в диацетон - 2 - кето - t - гулонолую кислоту используется перманганат калия. Получающаяся в виде отхода этого производства гидратированная двуокись марганца может быть эффективно использована-взамен перманганата калия в качестве катализатора окисления парафина до жирных кислот.
Присутствие никеля в сорбите, полученном при помощи никелевого катализатора Ренея, при синтезе аскорбиновой кислоты недопустимо при дальнейших стадиях синтеза этой кислоты.
Однако человек и остальные приматы утратили способность вырабатывать фермент гулонолактондегидрогеназу, катализирующую последнюю стадию синтеза аскорбиновой кислоты, и поэтому стали зависимыми от внешних источников этого витамина. Количество аскорбиновой кислоты, синтезируемой разными животными, пропорционально их весу; эта величина составляет для крыс, мышей, кошек, собак, коз и других животных 2 - 20 г в сутки, если пересчитать на 70 кг веса. Из этого наблюдения напрашивается вывод, что указанное количество аскорбиновой кислоты и должно быть оптимальной суточной дозой для человека; к такому же выводу приводит наблюдаемая повышенная сопротивляемость заболеваниям при значительно большем приеме аскорбиновой кислоты, нежели необходимо для предотвращения заболевания цингой. Витамин D должен содержаться в пище для предотвращения рахита - заболевания, при котором происходит неправильное развитие костей и неудовлетворительный рост зубов. Существует ряд веществ, обладающих противорахитным действием.
Защиту гидроксилов монозы ( кроме одного) при реакции с ацето-бромглюкозой осуществляют также путем образования с ацетоном ке-талей, как в синтезе аскорбиновой кислоты.
Селективное окисление моно - и олигосахаридов позволяет получать уроновые кислоты, аминоуроновые кислоты, уронозиды, альдо-новые кислоты и промежуточные соединения в синтезе аскорбиновой кислоты. Следует отметить, что обычно первичные гидроксигруппы окисляются легче вторичных, что позволяет проводить их селективное окисление.
Возникновению и развитию производства витаминов в Советском Союзе предшествовала большая научно-исследовательская работа, начавшаяся в 1931 г. Еще до войны во ВНИХФИ были разработаны синтезы аскорбиновой кислоты и тиамина.
Микробиологическая трансформация начала интенсивно развиваться после 1934 г., когда было выяснено, что с помощью культуры Acetobacter suboxydans из D-сорбита можно получить L-cop - бозу, необходимую для синтеза аскорбиновой кислоты.
В промышленных условиях в нашей стране получают витамины В2, В12, предшественник витамина А - р-каротин, эргостерин; используют микробный комплекс ферментов уксусно-кислых бактерий для трансформации сорбита в сорбозу при синтезе аскорбиновой кислоты, а также ведутся работы по биотрансформации предшественников биотина в биотин.
С этого времени начинаются разносторонние исследования аскорбиновой кислоты, которые можно разбить на 3 основных раздела: 1) биохимические исследования - их мы касаться не будем, 2) исследования строения аскорбиновой кислоты, 3) синтез аскорбиновой кислоты.
Белый кристаллический порошок, хорошо растворим в воде. Применяется при синтезе аскорбиновой кислоты и в приготовлении культуральных сред.
Особенно богата сорбитом рябина, откуда его легко выделить. Сорбит является исходным продуктом в синтезе аскорбиновой кислоты. Под названием сионон сорбит применяется как заменитель сахара для диабетиков.
В опытах с подкормкой получены данные, до некоторой степени подтверждающие правильность схемы Мэпсона. Однако ввиду быстрого взаимного превращения глюкозы и галактозы трудно решить, по какому пути идет синтез аскорбиновой кислоты - по пути образования галактоно-у-лактона, или гулоно-у-лактона, или и по тому и по другому пути.
При отсутствии - аскорбиновой кислоты в пище у человека, обезьян и морских свинок развивается авитаминоз - цинга. У других животных этого не бывает, что, возможно, зависит от способности их организма к синтезу аскорбиновой кислоты. Цинготные явления, в частности геморрагические, обусловлены, по-видимому, одновременным отсутствием и витамина Р, таким образом цинга является комплексным авитаминозом.
Мп находят во всех живых растительных клетках. Роль атого микроэлемента в известной мере связана с регулированием окислительно-восстановительных процессов. Между марганцем и железом в растениях поддерживается некоторое соотношение, например на 1 5 - 2 5 части железа приходится 1 часть марганца. Считают, что марганец участвует в синтезе аскорбиновой кислоты в растениях. Вынос Мп урожаями составляет 0 35 - 4 5 кг с 1 га.
Его находят во всех живых растительных клетках. Роль этого микроэлемента в известной мере связана с регулированием окислительно-восстановительных процессов. Между марганцем и железом в растениях поддерживается некоторое соотношение, например на 1 5 - 2 5 части железа приходится 1 часть марганца. Считают, что марганец участвует в синтезе аскорбиновой кислоты в растениях.
Этот препарат катализирует также восстановление D-глюкуроно-у - лактона, но со скоростью, составляющей одну треть скорости восстановления галактуроновой кислоты. В ферментных препаратах из гороха, содержащих субклеточные частицы, присутствует дегидрогеназа L-галактоно-у - лактона, превращающая L-галактоно-у - лактон в L-аскорбиновую кислоту. В реакции с L-гулоно-у - лактоном активность этого фермента составляет только одну двадцатую активности, наблюдавшейся в реакции с L-галактоно-у - лактоном. Показано, что аналогичный фермент из цветной капусты специфичен по отношению к L-галактоно-у - лактону. Специфичность этих ферментов способствует синтезу аскорбиновой кислоты через D-галактуронат и L-галактоно-у - лактон.
В колбасном и консервном производстве, для предотвращения образования N- нитрозоаминов из нитратов и нитритов; при производстве всех видов мясопродуктов, для ускорения образования окраски, улучшения их внешнего вида и повышения стабильности цвета при хранении; в производстве топлёных животных жиров и масел, маргаринов; в производстве хлебобулочных и макаронных изделий; в производстве соков, вина, пива, безалкогольных напитков; в производстве сухих продуктов (напитков, диетических продуктов); в производстве картофельных полуфабрикатов; в производстве сладостей; в производстве фруктовых и овощных консервов, джемов; для обогащения продуктов питания витамином С (фруктовые соки, безалкогольные напитки, сухие напитки, фруктовые и овощные пюре, сухие завтраки, леденцы, мармелад, жевательная резинка); для стандартизации содержания витамина С (фруктовые и овощные соки, пюре, консервы); для стабилизации продуктов питания и напитков , как антиоксидант (добавление в процессе переработки или перед упаковкой позволяет сохранить цвет, запах и питательную ценность); как улучшитель муки и теста (добавление витамина С в свежую муку улучшает ее пекарские качества, тем самым экономя 4-8 недель, необходимых для созревания муки после помола); для стабилизации цвета свежего мяса и мясных продуктов, снижения необходимого количества добавляемых нитритов и уменьшения нитритного остатка в готовом продукте; для производства кормов для животных.
СОРБИНОВАЯ КИСЛОТА
2,4-гександиеновая кислота, одноосновная ненасыщенная карбоновая кислота алифатического ряда, CH3CH = CH—CH = CHCOOH; содержится в соке рябины (Sorbus aucuparia). В промышленности получают один из четырёх теоретически возможных изомеров — транс-транс-. к. (конденсацией кетена CH2=C=O с кротоновым альдегидом CH3—CH=CH—CHO); бесцветные кристаллы, tпл 134 °С, tkип 228 °C, нерастворимы в воде, хорошо растворимы в спирте.
Сорбиновая кислота (пищевая добавка Е200) представляет собой бесцветные, слабо растворимые в воде, кристаллы. Химическая формула сорбиновой кислоты: C6H8O2. Впервые сорбиновая кислота была получена из сока рябины в 1859 году. Отсюда она и берет свое название (Sorbus лат. — рябина). В 1939 году было открыто ее антимикробное действие. А уже в середине 50-х годов XX века началось промышленное производство сорбиновой кислоты и ее использование в качестве консерванта Е200. Сейчас сорбиновую кислоту (пищевую добавку Е200) в промышленных масштабах получают путем конденсации кетена с кротоновым альдегидом при помощи кислотных катализаторов.
Пищевая добавка Е200 обладает антимикробными свойствами, не токсична, не канцерогенна. В разумных дозах сорбиновая кислота оказывает положительное влияние на человеческий организм, повышая иммунитет и способствуя детоксикации организма. Благодаря этим свойствам добавка Е200 широко применяется в пищевой промышленности в качестве консерванта, позволяя увеличить сроки хранения продуктов питания.
В пищевых продуктах консервант Е200 применяется в концентрациях от 30 до 300 грамм на 100 килограмм готового продукта. К основным продуктам, в которых используется добавка E200 можно отнести: соки, безалкогольные напитки, кондитерские и хлебобулочные изделия, зернистую икру, колбасные изделия, сгущенное молоко и другие продукты.
Добавка Е200 является одним из самых распространенных консервантом в пищевой промышленности ввиду своей безопасности для организма человека.
Для производства кондитерских изделий; хлебопекарной продукции; в производстве маргаринов; фруктовых соков; сыров; молочных консервов; для производства безалкогольной продукции; для фруктовой консервации; в производстве соленой и вяленой рыбы; паштетов; для обработки упаковки для пищевых продуктов; в табачной промышленности; в косметической промышленности.
ЯБЛОЧНАЯ КИСЛОТА
Способ производства яблочной кислоты предусматривает гидратацию малеиновой кислоты путем ее нагревания до 145 - 155°С и выдержки при указанной температуре под избыточным давлением 2,3 - 2,8 ати в течение 19 - 21 ч. При этом нагревают малеиновую кислоту и создают избыточное давление при помощи острого пара. Полученную реакционную массу повергают двухэтапному упариванию с промежуточным центрифугированием для очистки яблочной кислоты от примесей фумаровой и малеиновой кислот.
При этом на первом этапе раствор упаривают до плотности при 50°С не более 1.31 г/см3 , а на втором - до плотности не более 1.26 г/см3 . Установка для производства яблочной кислоты включает отделение синтеза и отделение очистки.
Отделение синтеза оборудовано реактором-растворителем для получения раствора малеиновой кислоты и реактором синтеза, выполненным из титана и оснащенным трубопроводом для подачи в него острого пара. Отделение очистки оборудовано сообщенными продуктопроводами, реактором-выделителем для отделения раствора яблочной кислоты, двумя реакторами-кристаллизаторами, центрифугой для выделения примесей фумаровой и малеиновой кислот, центрифугой для отделения кристаллической яблочной кислоты и сушилкой для ее высушивания. 2 с и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Известны способы получения яблочной кислоты из растительного сырья, например облепихи (1), махорки (2), листьев хлопчатника (3).
Однако подобные способы малопроизводительны и не могут обеспечить потребности в яблочной кислоте.
Известны способы получения синтетической яблочной кислоты для пищевой и фармацевтической отраслей. Яблочную кислоту синтезируют омылением 4,4,4-трихлор-3-оксимасляной кислоты, окислением фурфурола перекисью водорода. В последнем способе продуктом реакции наряду с яблочной кислотой является малеиновая и янтарная.
В связи с трудностью разделения продуктов реакции данный способ также малоперспективен.
Наибольший интерес для производства яблочной кислоты в промышленных масштабах представляет процесс гидратации малеиновой кислоты. Наибольший выход при этом обеспечивает использование катализаторов: соединений хрома, вольфрамовой кислоты, соединений алюминия.
Существенным недостатком упомянутых способов является необходимость тщательной очистки целевого продукта - яблочной кислоты, что обязательно при условии ее пищевого назначения. Однако очистка яблочной кислоты от примесей, например, на колоннах с ионообменными смолами, значительно удорожает продукт.
Еще одной проблемой, возникающей в процессе гидратации малеиновой кислоты, является высокая коррозионная способность последней. Данная проблема частично устранена в способе, по которому гидратацию малеиновой кислоты проводят в присутствии серной кислоты в освинцованном аппарате.
Защитное действие серной кислоты основано на образовании пленки сульфата свинца, предохраняющей металл от разрушения. Вместе с тем, осуществление синтеза в освинцованном аппарате, в котором целевой продукт находится в контакте с солями свинца, ставит под сомнение возможность его использования в пищевой технологии.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ производства яблочной кислоты путем гидратации малеиновой кислоты.
Способ предусматривает получение малеиновой кислоты окислением фурфурола. Такая малеиновая кислота содержит некоторое количество серной кислоты. 10%-ный раствор малеиновой кислоты подвергают гидратации путем ее нагревания выдержки в течение 8 ч при избыточном давлении 5 атм. Затем из реакционной массы, содержащей избыток серной кислоты, железо и другие тяжелые металлы, отделяют яблочную кислоту, и подвергают ее очистке через кальциевую соль. Синтез осуществляется на установке, включающей отделение синтеза с реактором синтеза и отделение очистки раствора яблочной кислоты.
Недостатком данного способа и установки по производству яблочной кислоты является необходимость сложной, трудоемкой очистки яблочной кислоты от вредных, токсичных примесей, проблематичность использования получаемой яблочной кислоты в пищевых целях, трудности, возникающие в связи с коррозией аппаратуры.
Изготовление вин; изготовление соковых концентратов; в кондитерском производстве; для производства майонеза; сыров; соусов; в производстве безалкогольных напитков; для производства мороженого; в фармацевтике; в косметическом производстве.
НАТР ЕДКИЙ
Едкий натр НаОН — твердое вещество белого цвета. Он жадно поглощает влагу и вследствие этого расплывается на воздухе поэтому его нельзя хранить в открытом виде. Едкий натр очень хорошо растворяется в воде, особенно при нагревании. Растворение сопровождается значительным выделением тепла.
Промышленное производство едкого натра основано на сжигании натрия на воздухе, получаемую окись Na2Oсоединяют с водой и получают каустик.
В промышленном масштабе гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (каменная соль NaCl) с одновременным получением водорода и хлора:
2NaCl + 2H2О = H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH
Сегодня едкую щёлочь и хлор вырабатывают тремя электрохимическими методами. Два из которых - электролиз с твёрдым асбестовым или полимерным катодом (диафрагменный и мембранный методы производства), третий - электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод производства).
Из всех электрохимических способов производства самым лёгким и удобным методом является электролиз с ртутным катодом. Однако такой метод наносит значительный вред окружающей среде в результате испарения и утечек металлической ртути.
Мембранный способ производства, является самым действенным, наименее энергоёмким и наиболее экологичным. Но и этот метод не так прост, так как требует сырьё более высокой чистоты.
Едкие щёлочи, которые произведены при помощи электролиза с жидким ртутным катодом, значительно чище, нежели чем те, которые получены диафрагменным способом. Для некоторых производств это важно. Так, в производстве искусственных волокон можно использовать только каустик, полученный при электролизе с жидким ртутным катодом.
Мировая практика приемлет все три способа получения хлора и каустика, при явной тенденции в сторону увеличения доли мембранного электролиза.
В Российской Федерации приблизительно 35% от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65% - электролизом с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы).
В качестве сырья для производства безводного сульфита натрия употребляют кальцинированную соду, каустическую соду (едкий натр) и бисульфит натрия.
Едкий натр готовят из кальцинированной соды или из ее растворов в больших количествах его получают электролизом растворов поваренной соли.
Нейтрализацию остаточной кислотности раствора можно производить раствором обычной, кальцинированной соды (карбоната натрия). Каустическая сода (едкий натр) требуется лишь для создания избыточной щелочности раствора. При таком ведении процесса расход каустической соды может быть сокращен в 2 раза за счет частичной замены ее кальцинированной содой.
Электролитический метод получения хлора из раствора поваренной соли с одновременным получением каустической соды (едкого натра) и водорода сразу был оценен по достоинству и начал быстро осуществляться на ряде электролитических заводов в различных странах.
Этот продукт получил широкое применение в химической промышленности, это практически 57% всего потребляемого объема в Российском производстве. Его оптом можно приобрести, так как его используют:
в качестве катализатора в химических производствах;
для травления в производствах для получения чистых металлов;
для получения масел в нефтеперегонном производстве.
при получении целлюлозы, в производстве картона, бумажной продукции;
при получении искусственного волокна;
при получении ДВП.
Без него немыслима цветная металлургия и производство текстиля, невозможно производства мыла, моющих средств. Едкий натр незаменим при прочистке засоренных канализационных труб. Есть у него свое место и в пищевой промышленности, с его помощью удаляют кожицу у овощей, фруктов, при получении шоколада, многих напитков, мороженого. Он известен, как добавка Е524.
В качестве растворителя для обработки производственного оборудования; применяется для изготовления разнообразных напитков, мороженого, шоколадных конфет в качестве консерванта на химических предприятиях для производства моющих средств.