Лимонная кислота

Технология лимонной кислоты
Vogelbusch
Заводы по производству лимонной кислоты.
Компания Vogelbusch хорошо известна благодаря развитию и внедрению передовых технологий
в производстве лимонной кислоты, на сегодняшний день это мировой лидер по строительству
заводов по производству лимонной кислоты. Причиной этого является не только умение
компании подстраивать современные технологии под определенного покупателя и требования
рынка: выгода клиентов заключается и в том, что компания является единственной
независимой от производителя инженерной компанией с собственными процессами и
технологиями.
Основываясь на многолетнем опыте в международном строительстве заводов и на более чем
двадцатилетнем опыте в строительстве заводов по производству лимонной кислоты,
Vogelbusch обладает знаниями и технологиями, способными полностью управлять проектами,
связанными с построением заводов по производству лимонной кислоты, начиная от
разработки идеи и заканчивая вводом завода в эксплуатацию.
Услуги компании включают в себя подготовительные работы, такие как анализ рынка,
местоположения, тестирование сырьевых материалов. При желании клиента, выполнение
подготовительных работ может быть основано на алгоритмах, признанных международными
финансовыми институтами.
Услуги по реализации проекта варьируются от основного проектирования, детального
проектирования, управления проектом до контроля по строительству и вводу в эксплуатацию
завода. Компания также предоставляет услуги по оптимизации и реконструкции существующих
систем и заводов.
История производства, свойства и применение лимонной кислоты.
Лимонная кислота была открыта ученым Шееле в 1784 и до 1919 года производилась исключительно
при помощи выделения осадка кальциевой соли из соков цитрусовых и последующего выделения
чистой кислоты при взаимодействии с серной кислотой.
С 1919 г. в промышленном производстве лимонной кислоты началось использование
микробиологических процессов. Кислота производилась из возобновляемых источников сырья или
побочных продуктов сахарной и/или крахмальной промышленности. Данная технология продолжает
развиваться, минимизируя издержки процесса, увеличивая применение различного сырья и повышая
стабильность процесса.
Основываясь на этих технических и экономических улучшениях, а также на хороших
органолептических, физиологических и химических свойствах, лимонная кислота на сегодняшний
день является одной из важнейших пищевых органических кислот. Производство лимонной кислоты в
мире находится на уровне 850 000 – 1 000 000 тонн в год. Основные области применения лимонной
кислоты можно проследить далее на Графике 1.
Основным потребителем является пищевая промышленность, где лимонная кислота используется
как окислитель, pH буфер и, совместно с другими составляющими, как консерватор. В
производстве моющих средств секвестрационные свойства и способность к биологическому
разложению лимонной кислоты делают ее идеальным заменителем фосфата. В связи с мировым
ростом озабоченности проблемами окружающей среды и последствиями этого можно предположить,
VOGELBUSCH Citric Acid Technology
что в производстве бытовых и промышленных химикатов в течение нескольких лет будет
наблюдаться значительный рост в области применения данных добавок.
В целом, рынку лимонной кислоты многие годы были характерны стабильные уровни роста в 5-7 %, и
это продолжится в будущем. Вследствие того что разным областям применения соответствуют
разные темпы роста (График 1), применение в областях помимо пищевой промышленности также
будет увеличиваться.
70%
62%
60%
Распределение по областям
применения, %
Темп роста,%
50%
40%
30%
20%
10%
6,5%
12%
6,5%
15%
9,5%
11%
2,5%
0%
Пищевая
промышленность
Производство
моющих средств
Фармацевтическая
и косметическая
промышленности
Другие области
применения
График 1: Применение в промышленности лимонной кислоты и годовой темп роста в потреблении.
Процесс производства лимонной кислоты Vogelbusch
(График 2: Блок-схема процесса производства лимонной кислоты Vogelbusch)
За более чем двадцать лет участия в развитии и промышленном применении производственных
процессов по выработке лимонной кислоты, в распоряжении компании имеются:
- специальные процессы размножения спор;
- оптимизированные технологические процессы подготовки различных сырьевых материалов для
брожения лимонной кислоты;
- процессы брожения в соответствии с индивидуальными сырьевыми материалами;
- высокоэффективное производственное оборудование, подобранное и адаптированное под
различные сырьевые материалы;
- процессы для отделения лимонной кислоты от ферментационного раствора, которые не только
гарантируют высокое качество продукта, но и высокий выход и пригодность для автоматизации
процесса;
- процессы очистки и кристаллизации лимонной кислоты, которые, в свою очередь, позволяют
производить различные конфигурации продукта (обезвоженный, моногидрат, сироп, дигидрат
цитрата натрия) в соответствии с общепринятыми стандартами качества (BP, USP и др.) при
использовании минимального количества энергии и химикатов;
как и опыт, приобретенный от построения целого ряда стандартных заводов. Благодаря
накопленным знаниям, процессы компании Vogelbusch достигают наилучших параметров. Поэтому
сегодня компания является одним из основных поставщиков производства заводов лимонной
кислоты.
VOGELBUSCH Citric Acid Technology
VOGELBUSCH Citric Acid Technology
Размножение спор.
Предварительным условием для эффективного микробиологического процесса является наличие
посевного материала. В случае синтеза лимонной кислоты, посевной материал добавляется в
бродильный чан в виде спор от производственного штамма в начале процесса. Учитывая спрос на
высокое качество этого материала, Vogelbusch разработал подходящую технологию для разведения
спор и их тестирования. Споры высушиваются, что повышает возможности хранения, а также
упрощает дозацию.
Обработка сырья
Субстраты, содержащие глюкозу, сахарозу или крахмал пригодны для производства лимонной
кислоты с использованием процесса Vogelbusch. Субстраты, содержащие крахмал, сначала
подвергаются процессу осахаривания, чтобы преобразовать крахмал в глюкозу, которая может
быть использована производственным штаммом. Основными сырьевыми материалами для
производства лимонной кислоты являются:
- гидролизат крахмала;
- сырая сахароза;
- свекольная и тростниковая меласса.
В связи с тем, что уровень примесей данных субстратов сильно варьируется, Vogelbusch
разработал специальные технологии для обработки различных сырьевых материалов. В случае
гидролизата крахмала с относительно низким уровнем примесей, а также сахара-сырца,
подготовка сырья включает обессоливание и последующую непрерывную стерилизацию. В случае
субстратов с высоким уровнем примесей, практически все мелассы, сырье реагирует с
гексацианоферратом в процессе очистки при одновременном кипении и стерилизации.
Брожение
С помощью барботажного ферментера процесс Vogelbusch является одним из наиболее
привлекательных с точки зрения потребления энергии, а также одним из наиболее простых с
конструкторской точки зрения.
Специально отобранные производственные штаммы типа Aspergillus niger и точно подобранные под
индивидуальные сырьевые материалы процессы для регулирования метаболической активности
микроорганизмов гарантируют наилучшие из возможных выходы и уровни производительности.
Выделение лимонной кислоты
Цель выделения лимонной кислоты - получить предварительно очищенный раствор лимонной
кислоты из ферментационного раствора. Для этого ферментационный раствор подвергается
следующим стадиям процесса:
- отделению мицелия
- осаждение цитрата кальция и сепарация
- разложение цитрата кальция и отделение сульфата кальция
Для отделения сухих остатков, используются преимущественно автоматизированные ленточные
фильтры.
Специально выработанные процессы для выделения осадка и разложения цитрата кальция привели
не только к минимизации затрат на эту стадию процесса, но и, прежде всего, к высокому уровню
воспроизводимости процесса, что существенно влияет на качество конечного продукта.
VOGELBUSCH Citric Acid Technology
Очищение и кристаллизация лимонной кислоты
Завершающий этап очистки лимонной кислоты включает в себя взаимодействие раствора лимонной
кислоты с активированным углем, катионо- и анионообменными смолами в реакторах с неподвижным
слоем. Благодаря автоматизации и принципу работы реактора этот этап процесса также отвечает
всем требованиям производственных процессов. Окончательная обработка продукта включает
следующие стадии:
- выпаривание
- вакуумную кристаллизацию
- выделение кристаллов в центрифуге
- сушку с использованием псевдоожиженного слоя и
- просеивание
Выпаривание лимонной кислоты осуществляется в многоступенчатом выпарном аппарате с
падающей пленкой жидкости, соединяя преимущества деликатного обращения с продуктом и
высокого уровня энергетической эффективности. Кроме того, расход энергии может сократиться ещё
больше благодаря тепловой паровой компрессии.
Непрерывно работающие вакуум-кристаллизаторы с принудительной циркуляцией используются для
кристаллизации лимонной кислоты. Подходящие стратегии измерения и контроля, а также дизайн
кристаллизатора позволяют заводам, спроектированным компанией Vogelbusch, производить
моногидрат лимонной кислоты и обезвоженный продукт при помощи одного и того же
оборудования. Усовершенствованные стратегии рециркуляции маточного раствора, отделенного
от кристаллосодержащей суспензии в центрифуге непрерывного действия, позволяют точно
контролировать качество конечного продукта.
Процесс осушки отвечает высоким требованиям качества конечного продукта благодаря деликатному
обращению с продуктом. С помощью последующего просеивания высушенного конечного продукта,
возможно подходящее покупателю фракционирование в соответствии с размером частиц.
Параметры процесса
Таблица 1 предоставляет собой краткую сводную таблицу параметров бродильного процесса. Для
простоты, различие определено между чистыми субстратами и мелассой в качестве сырьевого
материала.
ПАРАМЕТР
Выход
Длительность цикла
Итоговая концентрация
Единица
измерения
г CAM/г DS
часы
г CAM/л
Сырьевой материал
чистый
меласса
мин. 0,84
мин. 0,80
144
144
мин. 140
мин. 100
CAM – моногидрат лимонной кислоты; DS –способные к брожению сахара как дисахариды
Таблица 1:Основные параметры процесса брожения Vogelbusch
В зависимости от объема примесей в ферментационном растворе и качества сырья, 90-92% выхода
достигается на стадиях изоляции и очистки.
VOGELBUSCH Citric Acid Technology
Важные показатели потребления, которые определяют осуществимость процесса, отображены в
таблице 2. При оценке этих факторов следует учитывать, что параметры, влияющие на потребление
энергии (такие как использование охлаждающей воды и пара, потребление холодной воды), являются
зависимыми и от месторасположения завода.
Параметр
Потребление на тонну
CAM
Химикаты
Гашеная известь (70% CaO)
Соляная кислота (30 %)
Серная кислота (94 %)
Щелочь натрия (50 %)
Потребление воды и энергии
Вода для процесса
Деионизированная вода
Охлаждающая вода 24 °C
Охлаждающая вода 32 °C
Охлаждающая вода 5 °C
Пар 9 бар
Электроэнергия
кг
кг
кг
кг
710 - 750
170 - 190
860 - 910
140 - 160
м3
м3
МДж
МДж
МДж
кг
кВт ч
50 - 56
11 - 14
10 350 – 11 300
13 600 – 14 600
1 050 – 1 250
8 500 – 9 000
1 950 – 2 100
Таблица 2: Показатели потребления для процесса производства лимонной кислоты Vogelbusch
160
Кислотность в gCAM/л
140
120
100
Бродильный чан 7
80
Бродильный чан 8
60
Бродильный чан 9
Бродильный чан 10
40
Бродильный чан 11
20
Бродильный чан 12
0
18
34,5
43
60
68
84
92
107
Час брожения
График 3: Испытательное брожение лимонной кислоты
VOGELBUSCH Citric Acid Technology
115
Проекты
Vogelbusch приобрел большой объем знаний, используя опыт ряда различных осуществленных
промышленных проектов и сильную базу ноу-хау. Используемое сырье варьируется от сахарасырца, свекольной и тростниковой мелассы до различных видов гидролизатов крахмала.
Таблица 3 предоставляет данные по некоторым заводам, спроектированным компанией.
Наименование завода
Мощность
Cargill Inc., Iowa, США
75,0 т/сутки CAM
Ningxia Ferment Factory, Китай
10,9 т/сутки CAA
Tang Shan Starch Glucose Plant, Китай
10,9 т/сутки CAA
Wanquan Citric Acid Plant, Китай
10,9 т/сутки CAA
Yichang Municipal Citric Acid Plant, Китай
10,9 т/сутки CAA
Solaris Chemtech (former Bharat Starch), Индия
60,0 т/сутки CAM
Song Yuan Citric Acid Factory Co., Китай
16,7 т/сутки CAA
Gonzhuling Citric Acid Co., Китай
16,7 т/сутки CAA
Daqing Oil Construction, Китай
33,4 т/сутки CAA
Citro Misr Co., Египет
36,5 т/сутки CAM
Kimia Gharb Gostar, Иран
36,5 т/сутки CAM
CAM – моногидрат лимонной кислоты; CAA – обезвоженная лимонная кислота
Таблица 3: Проекты компании по производству лимонной кислоты
VOGELBUSCH Biocommodities GmbH | Blechturmgasse 11 | A-1051 Вена | Австрия | vienna@vogelbusch.com
www.vogelbusch-biocommodities.com