Регулирование фазовых превращений кристаллогидратов сульфата кальция в технологии лимонной кислоты

• Автор: Павлов, Константин Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1. Основные стадии производства лимонной кислоты.

1.2. Характеристика и условия образования кристаллов сульфата и цитрата кальция в технологии лимонной кислоты.

1.3. Условия и задачи кристаллизации сульфата кальция в химической технологии

1.4. Физикохимические и технологические свойства сульфата кальция различных модификаций.

1.5. Растворимость и стабильность гипса в растворах лимонной и фосфорной кислот

1.6. Методы регулирования фильтрующих свойств сульфата кальция

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Расчеты фазовых равновесий между кристаллогидратами сульфата кальция в производстве лимонной кислоты.
3.1.1. Расчт равновесия гипсполугидрат сульфата кальция в лимонной кислоте.
3.1.2. Расчет равновесия гипсполугидрат сульфата кальция в смеси лимонной и серной кислоты
3.2. Характеристика заводских образцов цитрогипса.
3.3. Исследование кристаллизации цитратов кальция различной степени замещенности
3.3.1. Получение цитратов кальция.
3.3.2. Идентификация цитратов кальция.
3.4. Влияния условий кристаллизации на свойства сульфата кальция при производстве лимонной кислоты.
3.4.1. Активность водородных ионов в смеси серной и лимонной кислот
3.4.2. Экстракция лимонной кислоты из трехзамещенного цитрата кальция
3.4.3. Экстракция лимонной кислоты из двухзамещенного цитрата кальция .
4.Технологические рекомендации.
ВЫВОДЫ.
Список использованных источников


АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. Лимонная кислота была впервые выделена из плодов лимонов, которые и дали ей свое название в году химиком Шееле. Изначально её получали из цитрусовых, главным образом лимонов. В году был освоен биохимический способ получения, который является на сегодняшний день основным. Химический синтез лимонной кислоты был впервые осуществлён в году, после чего было предложено много способов синтеза данного продукта, однако из-за сложности и многостадийности большого распространения они не получили. Все заводы по производству лимонной кислоты в России и СНГ были построены еще в советское время и использовали технологию, требующую значительных затрат энергоресурсов. Кроме того, на стадии выделения и очистки лимонной кислоты образовывалось значительное количество твёрдого отхода -цитрогипса. Совокупность энергетических и экологических проблем вынудила закрыть несколько заводов но производству лимонной кислоты в России. В технологии лимонной кислоты наибольшее внимание традиционно уделялось стадии микробиологического синтеза. Это вполне объяснимо, так как эта стадия всегда являлась лимитирующей из-за сравнительно невысокой скорости синтеза и небольших выходов целевого продукта. В связи с вышесказанным, научные исследования системы СаО-НгЗС^-СбНаСЬ-НгО, образующейся на стадии выделения лимонной кислоты из сброженных растворов практически не производились. При существующем способе производства раствор лимонной кислоты после смешения с промывными водами поступает на первую ступень выпарки и содержит % лимонной кислоты. Раствор на первой ступени выпарки концентрируется до плотности 1, или % содержания кислоты. При этом необходимо испаритьЗ, тонны влаги на одну тонну безводной лимонной кислоты. Для однокорпусного выпарного аппарата можно принять расход греющего пара в первом приближении равным количеству испаряемой воды [], практически с учетом потерь удельный расход пара составит 1,1-1,2 тн/тн воды. При повышении концентрации лимонной кислоты до % удельный расход пара уменьшается до 0 кг/тн безводной кислоты. Для этого необходима оптимизация всего процесса выделения и очистки лимонной кислоты и переход к полугидратному способу кристаллизации сульфата кальция. Производство лимонной кислоты включает следующие основные этапы [] (рис. Микробный синтез лимонной кислоты на углеводсодержащих средах [ , ]. Это довольно сложный процесс, который в данной работе не рассматривается, так как работа, в частности, касается химико-неорганических методов осаждения, экстракции и очистки лимонной кислоты. Осаждение из ферментированных растворов цитрата кальция []. Содержание лимонной кислоты в растворах, поступающих на переработку, колеблется от 4 до 7 %. Кроме того, в растворе присутствует значительное количество несброженного сахара, а также щавелевой и глюконовой кислот. При обработке известью [] хорошо растворимый глюконовокислый кальций остаётся в растворе, а оксалат и цитрат выпадают в осадок. Оксалат кальция захватывает примеси, которые впоследствии не отмываются и переходят в раствор лимонной кислоты. Поэтому целесообразно предварительно проводить очистку раствора от оксалата. По содержанию оксида кальция в цитрате рассчитывается потребность в серной кислоте, анион которой в процессе связывается в нерастворимый сульфат. Оксалат кальция при подаче стехиометрического количества серной кислоты, необходимого для разложения цитрата, остаётся устойчивым, не разлагается, и щавелевая кислота в раствор не переходит. Фильтрование цитратной суспензии и промывка осадка. Причём с каждой тонной воды уносится 0. Разложение цитрата кальция и кристаллизацию сульфата кальция проводят в экстракторе с помощью серной кислоты концентрацией -%. Процесс осуществляется в реакторе, снабженном центральным перемешивающим устройством с частотой вращения - об/мин. Для облегчения работы мешалки в экстрактор подаётся 0-0 л промывных вод на 1 тонну сухого цитрата. При проведении процесса контролируют температуру, состав суспензии, отношение Ж:Т, содержание НгЗО* в жидкой фазе.