淺析檸檬酸鈉的清潔化生產

張桂軍 楊志遠

(長沙環境保護職業技術學院,湖南長沙 410004)

淺析檸檬酸鈉的清潔化生產

張桂軍 楊志遠

(長沙環境保護職業技術學院,湖南長沙 410004)

針對檸檬酸發酵和檸檬酸鈉生產的特點(如主要原材料、發酵廢液、廢渣等),從節能降耗、原料的最有效利用及廢物綜合治理等清潔生產角度開展深入地探討,借鑒近年來不斷涌現出來的新理論、新技術,對現有檸檬酸鈉生產工藝的兩個主要環節進行系統的研究,改革創新,提出符合清潔化生產的新工藝。針對現有工藝解決三個層面的問題:一是提高原料的利用水平;二是降低產品的能源消耗水平;三是充分利用生產過程中廢水、廢渣,變廢為寶。其中既涉及到生產工藝的重新調整,又探討了一些新技術、新工藝在檸檬酸鈉生產中的應用。

檸檬酸鈉;清潔化生產;發酵工藝;提取工藝

1 清潔化生產的意義

我國對清潔化生產的定義:“不斷采取改進設計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術與設備、改善管理、綜合利用等措施,從源頭削減污染,提高資源利用效率,減少或者避免生產、服務和產品使用過程中污染物的產生和排放,以減輕或者消除對人體健康和環境的危害”。清潔生產的內容,可歸納為“三清潔一控制”,即清潔的原料與能源、清潔的生產過程、清潔的產品,以及貫穿于清潔生產的全過程控制。

2 關于檸檬酸鈉

檸檬酸鈉,別名枸櫞酸鈉,化學名為2-羥基丙三羧酸三鈉,分子式:Na3C6H5O7·2H2O,相對分子質量:294.10,含有兩個分子的結晶水,白色晶體或粒狀粉末,相對密度1.857(23.5℃)。無臭,有清涼咸辣味。常溫及空氣中穩定,在濕空氣中微有溶解性,在熱空氣中產生風化現象。加熱至150℃,失去結晶水。溶于水(1g/1.5mL,25℃),不溶于乙醇。水溶液為弱堿性,pH值為8。檸檬酸鈉是一種重要的檸檬酸鹽,檸檬酸鈉無毒性、具有pH調節性能及良好的穩定性等優良性能,故在食品工業、醫藥、生化、洗滌劑工業、電鍍工業、環境保護、建筑、陶瓷、釀造等領域有著廣泛的應用。

3 鈣鹽法檸檬酸鈉生產工藝

國內生產檸檬酸鈉的工藝一般是用發酵法生產出檸檬酸,然后用鈣鹽或鈣堿中和檸檬酸得到檸檬酸鈣,生成檸檬酸鈣再用堿進行復分解反應得到檸檬酸鈉。

整個生產過程由上、下游兩個部分組成,上游為檸檬酸發酵過程,下游為檸檬酸鈉的提取過程。就上游過程而言,采用木薯做原料,目前國內的檸檬酸的發酵主要采用深層通風發酵法。該法發酵速度快、生產率高、原料消耗低、可實現自動化操作控制。就下游過程而言,當今世界上普遍采用鈣鹽離子交換法。該法工藝成熟、技術簡單,但操作單元多、勞動強度大、提取率低、腐蝕嚴重、污染物產生量大。

4 檸檬酸鈉生產中發酵過程的清潔化工藝

4.1 發酵的傳統工藝流程

傳統工藝的特點:木薯作為檸檬酸發酵的原料,直接粉碎后,進行配料,發酵后形成菌渣因含有大量的纖維等物質,菌渣只能做飼料等用途,不能作為高附加值產品開發利用。

4.2 發酵過程清潔化生產新工藝

圖1 發酵的傳統工藝流程

圖2 發酵過程清潔化生產新工藝

4.3 新工藝特點

(1)根據清潔生產的特點,從原料入手將有害物質首先原料中除去,并將廢棄物變成可利用的資源。

(2)將木薯首先制成淀粉,利用淀粉進行發酵,由于淀粉中不含纖維等物質,發酵過程中溶氧水平得到提高,提高檸檬酸的收率,同時降低了攪拌的功率。

(3)木薯首先經過除沙清洗和破碎的過程,將有毒的表皮除去,對后續發酵有明顯的幫助,洗水可用來進行沼氣發酵,達到廢水綜合利用的目的。

(4)粉碎后的木薯,經分離后將纖維和淀粉分開,得到的纖維物質可以用來發酵生產酒精。

(5)由于采用淀粉的清液發酵,發酵后固液分離得到的菌渣不再含有纖維等物質,菌渣主要以黑曲霉菌體為主,利用黑曲霉菌體提取甲殼素,得到附加值較高的產品。

(6)該工藝充分將生產過程中的各種廢液,廢渣充分利用,并且資源化,工藝過程完全符合清潔生產的宗旨和要求。

5 檸檬酸鈉提取的清潔化生產

5.1 提取傳統工藝

傳統工藝特點:由于重鈣成分復雜,中和后形成的檸檬酸鈣質量較差,復分解時形成的碳酸鈣不能回用,或只能經過處理后部分回用。有相當一部分鈣鹽會被排放掉,對環境會造成一定的危害。

5.2 檸檬酸鈉提取新工藝

圖3 提取傳統工藝流程圖

5.3 新工藝特點

該流程的最大特點是復分解后形成的碳酸鈣可以用來副產輕質碳酸鈣,根據實際情況可以做成各種規格的輕質碳酸鈣,對減少成本,改善環境非常有利。

圖4 檸檬酸鈉提取新工藝

選擇石灰盡可能采用雜質較少的石灰石原料,在燒制過程中就要把好質量關,減少雜質的含量。

6 結 語

通過以上幾方面檸檬酸鈉生產工藝的改進,將會使檸檬酸鈉的生產工藝水平達到了一個新的高度,整個工藝基本上實現了無害化、資源化,改善了現有工藝的生產水平,明顯減少污水的排放量,降低環保處理的負荷,基本上達到原料資源充分利用、節能降耗的目的。使最終的生產成本有明顯降低,提高企業的竟爭力。

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

張桂軍(1965.2-),男,吉林長春人,理學碩士,高級講師,生物技術及應用專業專職教師。E-mail:www168568@126.com