张桂军 杨志远

(长沙环境保护职业技术学院,湖南长沙 410004)

浅析柠檬酸钠的清洁化生产

张桂军 杨志远

(长沙环境保护职业技术学院,湖南长沙 410004)

针对柠檬酸发酵和柠檬酸钠生产的特点(如主要原材料、发酵废液、废渣等),从节能降耗、原料的最有效利用及废物综合治理等清洁生产角度开展深入地探讨,借鉴近年来不断涌现出来的新理论、新技术,对现有柠檬酸钠生产工艺的两个主要环节进行系统的研究,改革创新,提出符合清洁化生产的新工艺。针对现有工艺解决三个层面的问题:一是提高原料的利用水平;二是降低产品的能源消耗水平;三是充分利用生产过程中废水、废渣,变废为宝。其中既涉及到生产工艺的重新调整,又探讨了一些新技术、新工艺在柠檬酸钠生产中的应用。

柠檬酸钠;清洁化生产;发酵工艺;提取工艺

1 清洁化生产的意义

我国对清洁化生产的定义:“不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施,从源头削减污染,提高资源利用效率,减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放,以减轻或者消除对人体健康和环境的危害”。清洁生产的内容,可归纳为“三清洁一控制”,即清洁的原料与能源、清洁的生产过程、清洁的产品,以及贯穿于清洁生产的全过程控制。

2 关于柠檬酸钠

柠檬酸钠,别名枸橼酸钠,化学名为2-羟基丙三羧酸三钠,分子式:Na3C6H5O7·2H2O,相对分子质量:294.10,含有两个分子的结晶水,白色晶体或粒状粉末,相对密度1.857(23.5℃)。无臭,有清凉咸辣味。常温及空气中稳定,在湿空气中微有溶解性,在热空气中产生风化现象。加热至150℃,失去结晶水。溶于水(1g/1.5mL,25℃),不溶于乙醇。水溶液为弱碱性,pH值为8。柠檬酸钠是一种重要的柠檬酸盐,柠檬酸钠无毒性、具有pH调节性能及良好的稳定性等优良性能,故在食品工业、医药、生化、洗涤剂工业、电镀工业、环境保护、建筑、陶瓷、酿造等领域有着广泛的应用。

3 钙盐法柠檬酸钠生产工艺

国内生产柠檬酸钠的工艺一般是用发酵法生产出柠檬酸,然后用钙盐或钙碱中和柠檬酸得到柠檬酸钙,生成柠檬酸钙再用碱进行复分解反应得到柠檬酸钠。

整个生产过程由上、下游两个部分组成,上游为柠檬酸发酵过程,下游为柠檬酸钠的提取过程。就上游过程而言,采用木薯做原料,目前国内的柠檬酸的发酵主要采用深层通风发酵法。该法发酵速度快、生产率高、原料消耗低、可实现自动化操作控制。就下游过程而言,当今世界上普遍采用钙盐离子交换法。该法工艺成熟、技术简单,但操作单元多、劳动强度大、提取率低、腐蚀严重、污染物产生量大。

4 柠檬酸钠生产中发酵过程的清洁化工艺

4.1 发酵的传统工艺流程

传统工艺的特点:木薯作为柠檬酸发酵的原料,直接粉碎后,进行配料,发酵后形成菌渣因含有大量的纤维等物质,菌渣只能做饲料等用途,不能作为高附加值产品开发利用。

4.2 发酵过程清洁化生产新工艺

图1 发酵的传统工艺流程

图2 发酵过程清洁化生产新工艺

4.3 新工艺特点

(1)根据清洁生产的特点,从原料入手将有害物质首先原料中除去,并将废弃物变成可利用的资源。

(2)将木薯首先制成淀粉,利用淀粉进行发酵,由于淀粉中不含纤维等物质,发酵过程中溶氧水平得到提高,提高柠檬酸的收率,同时降低了搅拌的功率。

(3)木薯首先经过除沙清洗和破碎的过程,将有毒的表皮除去,对后续发酵有明显的帮助,洗水可用来进行沼气发酵,达到废水综合利用的目的。

(4)粉碎后的木薯,经分离后将纤维和淀粉分开,得到的纤维物质可以用来发酵生产酒精。

(5)由于采用淀粉的清液发酵,发酵后固液分离得到的菌渣不再含有纤维等物质,菌渣主要以黑曲霉菌体为主,利用黑曲霉菌体提取甲壳素,得到附加值较高的产品。

(6)该工艺充分将生产过程中的各种废液,废渣充分利用,并且资源化,工艺过程完全符合清洁生产的宗旨和要求。

5 柠檬酸钠提取的清洁化生产

5.1 提取传统工艺

传统工艺特点:由于重钙成分复杂,中和后形成的柠檬酸钙质量较差,复分解时形成的碳酸钙不能回用,或只能经过处理后部分回用。有相当一部分钙盐会被排放掉,对环境会造成一定的危害。

5.2 柠檬酸钠提取新工艺

图3 提取传统工艺流程图

5.3 新工艺特点

该流程的最大特点是复分解后形成的碳酸钙可以用来副产轻质碳酸钙,根据实际情况可以做成各种规格的轻质碳酸钙,对减少成本,改善环境非常有利。

图4 柠檬酸钠提取新工艺

选择石灰尽可能采用杂质较少的石灰石原料,在烧制过程中就要把好质量关,减少杂质的含量。

6 结 语

通过以上几方面柠檬酸钠生产工艺的改进,将会使柠檬酸钠的生产工艺水平达到了一个新的高度,整个工艺基本上实现了无害化、资源化,改善了现有工艺的生产水平,明显减少污水的排放量,降低环保处理的负荷,基本上达到原料资源充分利用、节能降耗的目的。使最终的生产成本有明显降低,提高企业的竟争力。

Study on Clean Production of Sodium Citrate

ZHANG Gui-jun,YANG Zhi-yuan
(Changsha Environmental Protection College,Changsha410004,China)

As per citric acid fermentation and sodium citrate production characteristics(such as the main raw material,fermentation liquid,etc),the energy consumption,the most effective use of raw materials and cleaner production are deeply discussed.A new technology with cleaner production is put forward.This technology can solve the problems in three aspects:First is to enhance the utilization level of raw materials,the second is to reduce energy consumption,the third is to make full use of waste water and waste residue.

sodium citrate;clean production;fermentation;extraction process

O648.1

A

1003-6490(2010)03-0049-04

2010-08-29

张桂军(1965.2-),男,吉林长春人,理学硕士,高级讲师,生物技术及应用专业专职教师。E-mail:www168568@126.com