一种特定粒度柠檬酸钠的制备方法

技术领域

本发明属于制备柠檬酸钠的技术领域，具体涉及一种特定粒度柠檬酸钠的制备方法。

背景技术

柠檬酸钠是一种有机化合物，在食品、饮料工业中用作酸度调节剂、风味剂、稳定剂；在医药工业中用作抗血凝剂、化痰药和利尿药；在洗涤剂工业中，可替代三聚磷酸钠作为无毒洗涤剂的助剂；还用于酿造、注射液、摄影药品和电镀等。柠檬酸钠是目前最重要的柠檬酸盐，具有以下优良性能：安全无毒性能、生物降解性、具有金属离子络合能力、极好的溶解性能、良好的pH调节及缓冲性能，另外柠檬酸钠还具有优良的缓凝性能及稳定性能。

柠檬酸钠的制备方法一般为由淀粉类物质经发酵生成柠檬酸，再跟碱类物质中和而产生柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液经精密过滤后进入结晶器进行蒸发浓缩结晶后再经后续离心、烘干等工序得到柠檬酸钠晶体产品。

在柠檬酸钠生产过程中，结晶的控制直接影响到成品品质。目前制备柠檬酸钠晶体常用的方法为连续结晶法，连续结晶法可以一边进料一边出料连续进行结晶操作，利于工业化生产，且生产效率高，目前在工业生产上较常用。但是现有连续结晶技术制备的柠檬酸钠产品粒度不够均匀，各种目数范围的颗粒均存在，为满足客户对产品粒度的要求，需将产品烘干后进行筛分，而不符合粒度要求的产品即作为废料重新化料返投，中间物料的循环增加了柠檬酸钠制备成本；制得的柠檬酸钠产品纯度低，结晶颗粒成型差，使得产品质量受到影响。长期以来，柠檬酸钠制备技术与粒度控制方法虽然有了一定的发展但是只是局限于对于传统的结晶温度、压力、含量等的控制，有限的控制技术仍然不能满足市场对于粒度的要求；目前，虽然现有技术中出现了个别的控制粒度的装置，但是运用在实际生产的过程中，产品的颗粒成型还是较差、产品的纯度低、粒度控制达不到要求。

发明内容

针对目前存在的技术问题，本发明提供了一种特定粒度柠檬酸钠的制备方法，旨在通过优化柠檬酸钠前处理及其结晶工艺条件以及后续的晶浆分层筛选，并配备在线粒度测定仪，实时监测结晶过程中柠檬酸钠晶体粒径变化，控制晶体生长速率，调节粒径大小，同时提高产品质量，获得的柠檬酸钠产品粒度分布集中，能够满足市场对柠檬酸钠的粒度需求，减少了后续筛分产生的不合格料。

本发明提供的一种柠檬酸钠的制备方法，其技术特点包括：(1)通过优化柠檬酸钠结晶前处理工艺，包括控制柠檬酸与氢氧化钠的中和反应速度，使其不至于剧烈反应并且能够反应彻底，反应后的柠檬酸钠pH值在一定时间内部不发生大的变化，同时中和反应过程中控制所得柠檬酸钠溶液的含量；(2)柠檬酸钠溶液经过精密过滤去除柠檬酸钠溶液中的胶体蛋白絮凝物以及设备运行过程中带入机械杂质等、消除杂质对结晶过程的不利影响，提高结晶效率，获得良好的晶体产品；(3)当柠檬酸钠溶液刚进入到结晶器中经过蒸发浓缩达到一定过饱和度时，会自然起晶形成大量晶体，出料进入到一级晶浆罐，通过调节一级晶浆罐的搅拌频率对一级晶浆罐内的晶浆进行粒度分层，通过两个溢流阀的开度大小来控制溢流速度，溢流到二级晶浆罐的微细颗粒返回结晶器后诱发柠檬酸钠细颗粒进行二次生长，从而控制颗粒的生成速率；(3)结晶过程中通过调节料液蒸发速率和柠檬酸钠精滤液进料速度以及二级晶浆罐的回流速率从而控制柠檬钠过饱和度，稳定柠檬酸钠结晶过程的推动力，使晶体生长速率以及生成速率维持在一定水平，制得的柠檬酸钠晶体粒度均匀，分布集中；(4)一级晶浆出料上配备在线粒度测量仪，实时监测晶体颗粒的生长，判断晶体粒度是否达到要求以便及时关闭回流进行离心出料，获得符合一定粒度要求的最终产品。因此，利用本发明的方法制备的柠檬酸钠产品纯度高、晶形规则、粒度分布集中，能够达到市场对粒度的特殊要求，大大减少了不符合粒度要求产品作为废料化料回收，降低生产成本，提高生产效率，为柠檬酸钠行业的发展提供一定的技术思路。

本发明所采用的技术方案具体如下：

一种特定粒度柠檬酸钠的制备方法，其具体步骤为：

(1)利用柠檬酸与氢氧化钠进行中和反应得到柠檬酸钠溶液；

(2)柠檬酸钠溶液进行精密过滤柠檬酸钠精滤液；

(3)将柠檬酸钠精滤液送入结晶器中进行连续蒸发浓缩结晶得晶浆液；

(4)晶浆液从结晶器出料到一级晶浆罐，通过调节一级晶浆罐的搅拌频率对晶浆颗粒进行分层然后溢流到二级晶浆罐，二级晶浆罐中晶浆液返回结晶器进行二次生长；

(5)当一级晶浆罐中晶浆液回流到结晶器过程中，经在线粒度测定仪测定晶体达到目标粒度要求时，晶浆液进行离心、烘干得到柠檬酸钠成品。

优选地，步骤(1)中的柠檬酸钠溶液pH6.9-7.2，含量为50-60％。柠檬酸钠溶液为柠檬酸与氢氧化钠中和反应溶液，中和终点pH值的稳定对后续的结晶过程以及产品的结块等存在比较重要的影响，步骤(1)柠檬酸钠溶液稳定的pH值能够有效的保证柠檬酸颗粒成型均匀，结晶水分稳定；为便于蒸发结晶的进行，提高柠檬酸钠的结晶效率，缩短柠檬酸钠结晶时间，同时保证柠檬酸钠的颗粒成型，本发明对步骤(1)获得柠檬酸钠溶液进行含量的控制。经发明人不断探索发现，为了获得较好的浓缩结晶效果，柠檬酸钠溶液含量高能够缩短柠檬酸钠生产周期，提高生产效率，利于后续浓缩结晶过程的进行；但是如果柠檬酸钠含量过高，会造成结晶速度过快结晶过程将难以控制，难以产品的粒度，所控柠檬酸钠含量保持在：50-60％，更为优选为54-58％，结晶过程中通过提高溶液的饱和度使之析出晶体。

优选地，步骤(2)的采用0.2μm孔径的精密过滤器，步骤(2)中经过精滤过滤后柠檬酸钠精滤液的透光度为90％以上。酸碱中和反应过程中容易形成胶体蛋白絮凝物等杂质以及设备运行过程中的微细杂质，所含杂质不仅会影响成品质量，而且会影响柠檬酸钠的结晶，对晶体成核及晶体生长均有影响，采用0.2μm孔径的精密过滤器进行过滤能够有效的去除柠檬酸钠溶液中的胶体蛋白絮凝物等杂质以及设备运行过程中的微细杂质，经过精密过滤后料液透光度和纯度显著提高，消除对结晶过程和成品的影响，提高了产品的质量，经精滤过滤后的精滤液透光度达到90％以上。

优选地，步骤(3)中柠檬酸钠精滤液送入到结晶器的流加速率为10-15m

优选地，步骤(3)中浓缩结晶时真空度为0.08-0.10MPa，温度为50-70℃；步骤(3)中晶浆液的固含量保持在55-60％；本发明步骤(3)中浓缩蒸发过程真空度为0.08-0.10MPa，温度为50-70℃；结晶到一定程度后需控制晶浆液的固含量，固含量过低、离心效率低、母液量大，影响后续的生产，固含量过高、颗粒成型差、生长时间长，不易进行粒度的控制，经发明人的多次实验验证固含量控制在55-60％较好。

优选地，步骤(4)中一级晶浆罐的搅拌转速控制在20-49r/min。

优选地，步骤(4)一级晶浆罐到二级晶浆罐溢流调节阀的开度控制在20-80％。晶浆液经出料管道进入一级晶浆罐后通过控制一级晶浆罐的搅拌转速使大颗粒下沉，同时利用一级晶浆罐的溢流调节阀将中上部的细颗粒晶浆溢流到二级晶浆罐中再返回结晶器进行生长；溢流调节阀设置有两个，分别设置在一级晶浆罐的中部和上部，上部1/3位置。

经发明人多次的实验研究证明，结晶过程精滤液进料速度应保持在10-15m

本发明的结晶器内的料液进行加热使水分蒸发晶体析出，料液过饱和度相应增大；而连续结晶的过程是精滤液不断流加到结晶器中，精滤液的流加在一定程度上稀释晶浆液，使料液相对过饱和度有所降低，通过调节结晶过程中料液蒸发速率、精滤液进料量、晶浆的出料量以及二级晶浆罐晶浆液的回流量，可很好地控制结晶器中晶浆液的过饱和度，可有效的控制新加精滤液晶体的形成以及回流晶浆微细颗粒的生长。

本发明中配有在线粒度测定仪，可实时监测结晶过程中晶体粒径的变化。通过在线粒度测定，可及时判断结晶器中晶体粒径是否达到产品要求，避免晶体在结晶器系统内长时间滞留，产生聚晶，生长过大、粒度不均匀，造成后续的离心困难甚至影响产品结块。经过本发明上述的制备方法制得的柠檬酸钠产品纯度高，产品粒度分布集中，抗结块能力好。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)从产品质量来看，本发明所制备的柠檬酸钠晶体颗粒大小均匀，晶形规则，晶体粒度分布集中，pH值稳定、不易于结块，各项检测指标均优于行业标准，符合目标粒度要求产品可达90％以上，可很好地满足市场的特殊需求；

(2)从生产工艺来看，由于本发明方法在结晶前期对柠檬酸钠料液进行了pH值与柠檬酸钠含量的稳定控制，同时通过精密过滤，清除了各类杂质，使得结晶产品纯度高，颗粒成型好；结晶过程中通过调节料液蒸发速率和柠檬钠精滤液的流加速度以及二级晶浆的回流速度可使溶液过饱和度稳定在一定水平，使晶体生长速率稳定，晶体大小均匀；通过在线粒径测定仪实时监测柠檬酸钠结晶过程中晶体的生长，及时判断晶体粒度是否符合要求，及时向离心机进行排料，控制晶体在结晶系统内的滞留时间；经过后续的离心烘干得到产品纯度高，产品粒度分布集中，抗结块能力好的成品柠檬酸钠。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为实施例1制备的柠檬酸钠产品；

图3为实施例2制备的柠檬酸钠产品；

图4为对比例1制备的柠檬酸钠产品。

具体实施方式

本发明中用到的术语：“过饱和度”是指溶液含有超过饱和量的溶质，则称为过饱和溶液。过饱和时溶液浓度与相同温度下饱和溶液浓度之差值称为过饱和度。过饱和度是结晶过程的推动力。“固含量”是乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。此处指柠檬酸钠晶浆液中含柠檬酸钠结晶体的质量百分比。

如图1所述，柠檬酸与氢氧化钠中和反应得柠檬酸钠溶液，精密过滤后进入结晶器浓缩蒸发结晶得柠檬酸钠晶浆液，柠檬酸钠晶浆液出料到一级晶浆罐然后溢流的二级晶浆罐，二级晶浆罐内的晶浆液返回结晶器中，一级晶浆罐的柠檬酸钠晶浆液进行回流进入结晶器，根据粒度检测达到要求时停止回流进行离心出料。

实施例1

一种制备粒径为10-30目柠檬酸钠产品的方法：

将柠檬酸与氢氧化钠中和反应的到柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液pH值6.9-7.2，柠檬酸钠含量54％，经0.2μm孔径的精密过滤后的柠檬酸钠精滤液透光度大于96％；

向结晶器内柠檬酸钠进精滤液30m

实施例2

一种制备粒径为20-40目柠檬酸钠产品的方法：

将柠檬酸与氢氧化钠中和反应的到柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液pH值6.9-7.2根据客户需要进行调节，柠檬酸钠含量56％，经0.2μm孔径的精密过滤后的柠檬酸钠精滤液透光度大于92％；

向结晶器内进精滤液30m

实施例3

一种制备粒径为30-60目柠檬酸钠产品的方法：

将柠檬酸与氢氧化钠中和反应的到柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液pH值6.9-7.2根据客户需要进行调节，柠檬酸钠含量56％，经0.2μm孔径的精密过滤后的柠檬酸钠精滤液透光度大于94％；

向结晶器内进精滤液30m

实施例4

一种制备粒径为40-80目柠檬酸钠产品的方法：

将柠檬酸与氢氧化钠中和反应的到柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液pH值6.9-7.2根据客户需要进行调节，柠檬酸钠含量56％，经0.2μm孔径的精密过滤后的柠檬酸钠精滤液透光度大于93％；

向结晶器内进精滤液30m

实施例5

一种制备粒径为60-80目柠檬酸钠产品的方法：

将柠檬酸与氢氧化钠中和反应的到柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液PH值6.9-7.2根据客户需要进行调节，柠檬酸钠含量58％，经0.2μm孔径的精密过滤后的柠檬酸钠精滤液透光度大于96％；

向结晶器内进精滤液30m

对比例1

一种现有技术方法制备柠檬酸钠产品的方法：

将柠檬酸与氢氧化钠中和反应的到柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液pH值6.9-7.2，柠檬酸钠含量56％，向结晶器内进柠檬酸钠溶液30m

对比例2

一种制备粒径为20-40目柠檬酸钠产品的方法：

将柠檬酸与氢氧化钠中和反应的到柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液pH值6.9-7.2根据客户需要进行调节，柠檬酸钠含量55％，经0.2μm孔径的精密过滤后的柠檬酸钠精滤液透光度大于92％；

向结晶器内进精滤液30m

表1柠檬酸钠粒度分布对比

注：80目下数值为所测总量减去前面测量数值所得。

通过上述实施例与对比例之间的比对，可以发现，本发明实施例制备的到的产品现对于对比例1-2，具有明显的制备的产品的粒度集中，产品颗粒成型好，抗拮抗能力强。通过本发明的方法可以制备出特定粒度的产品，这是对比例1-2所不能实现的。

本发明中，柠檬酸与氢氧化钠中和反应所得的柠檬酸钠溶液，经精密过滤后进入结晶器中进行连续浓缩蒸发结晶得柠檬酸钠晶浆，将柠檬酸钠晶浆出料到带有搅拌的一级晶浆罐，一级晶浆罐有两个溢流气动调节阀，溢流到二级晶浆罐，然后进行晶浆液的返回结晶器操作，在连续蒸发器结晶过程中，通过调节一级晶浆罐的搅拌频率对一级晶浆罐内的晶浆进行粒度分层，通过两个溢流阀的开度大小来控制溢流速度，溢流到二级晶浆罐的微细颗粒返回结晶器后能够进行二次生长，结晶器内的料液进行加热使水分蒸发晶体析出，料液过饱和度相应增大；而连续结晶的过程是精滤液不断流加到结晶器中，精滤液的流加在一定程度上稀释晶浆液，使料液相对过饱和度有所降低，通过调节结晶过程中料液蒸发速率、精滤液进料量、晶浆的出料量以及二级晶浆罐晶浆液的回流量，可很好地控制结晶器中晶浆液的过饱和度，可有效的控制新加精滤液晶体的形成以及回流晶浆微细颗粒的生长；在一级晶浆出料上配备在线粒径测定仪，当晶体达到粒度要求时关闭回流进行离心出料即进行离心、烘干得颗粒均匀、粒度分布集中、抗结块能力好的柠檬酸钠产品。本发明获得的柠檬酸钠产品可满足市场对产品粒度的要求，同时可减少因产品粒度不合格而进行返投、化料等工序，降低能耗，提高柠檬酸钠生产效率。