CN102476993A - 一种柠檬酸钠的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柠檬酸钠的制备方法，其特征在于，该方法包括在水中，将硫酸钠与柠檬酸氢钙接触，固液分离，得到含有柠檬酸氢钠的溶液A，将含有柠檬酸氢钠的溶液A与阴离子交换树脂接触，收集与阴离子交换树脂接触后的溶液，得到含有柠檬酸氢钠的溶液B，将含有柠檬酸氢钠的溶液B与氢氧化钠接触，得到柠檬酸钠溶液，所述阴离子交换树脂为硫酸根离子选择性阴离子交换树脂。本发明的方法是一种新的制备柠檬酸钠的方法。

Description

一种柠檬酸钠的制备方法

技术领域

本发明涉及一种柠檬酸钠的制备方法。

背景技术

柠檬酸钠是目前工业上最重要的一种柠檬酸盐，用途极其广泛，可用于食品、医药、环保、电镀和酿造等行业。例如广泛用于食品加工的调味、稳定剂，无毒电镀工业作缓冲剂和副络合剂，医药工业用作抗凝血剂、化痰药和利尿药等。

现有技术中，柠檬酸钠的生产方法是用柠檬酸成品溶液或较纯净的柠檬酸液体，与氢氧化钠或碳酸钠反应后，经调节pH、脱色、浓缩、结晶、离心、烘干后得到柠檬酸钠成品。该方法对原料柠檬酸的要求高，需要前期对柠檬酸发酵液进行提纯，提纯的过程中需要消耗碳酸钙、硫酸，产生硫酸钙废渣，生产成本高。

现有技术中，也有采用柠檬酸钙与碳酸钠复分解生产柠檬酸钠的方法，由于液体中钠离子含量高，造成碳酸钠电离困难，要保证柠檬酸钙反应彻底，碳酸钠的用量要在柠檬酸钙摩尔量的3倍以上，这样会造成柠檬酸钠溶液中含有大量的碳酸钠。后期需要用柠檬酸反调溶液的pH至弱酸性，用以除去溶液中的碳酸钠，过程中需要消耗较为纯净的柠檬酸，调pH值的过程相当于是在用柠檬酸和碳酸钠反应生成柠檬酸钠；又由于柠檬酸和碳酸钠的价格较高，采用碳酸钠与柠檬酸反应得到柠檬酸钠，从成本角度考虑不经济。另外，由于柠檬酸钙颗粒是由细小的柠檬酸钙晶体集聚形成的晶簇颗粒，其中包含有较多的杂质，得到的柠檬酸钠溶液的色泽较黄，杂质多，给后续的精制工序带来了困难。

采用柠檬酸氢钙和碳酸钠反应的方法得到柠檬酸钠，其反应机理同柠檬酸钙和碳酸钠反应类似，得到的都是柠檬酸钠溶液和碳酸钙固体，也同样存在着柠檬酸钠溶液中含有大量碳酸钠的情况。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种新的制备柠檬酸钠的方法。

本发明提供一种柠檬酸钠的制备方法，其特征在于，该方法包括在水中，将硫酸钠与柠檬酸氢钙接触，固液分离，得到含有柠檬酸氢钠的溶液A，将含有柠檬酸氢钠的溶液A与阴离子交换树脂接触，收集与阴离子交换树脂接触后的溶液，得到含有柠檬酸氢钠的溶液B，将含有柠檬酸氢钠的溶液B与氢氧化钠接触，得到柠檬酸钠溶液，所述阴离子交换树脂为硫酸根离子选择性阴离子交换树脂。

本发明的发明人发现，将硫酸钠与柠檬酸氢钙接触，只需等摩尔量硫酸钠就可使反应充分进行，得到含有柠檬酸氢钠的溶液，经离子交换去除杂质离子后，与氢氧化钠接触，得到柠檬酸钠溶液，该柠檬酸钠溶液经浓缩、结晶能够高收率得到高纯度的柠檬酸钠。在本方法中，由于对柠檬酸氢钙质量的要求不高，柠檬酸氢钙可以为柠檬酸一氢钙、柠檬酸二氢钙或柠檬酸一氢钙和柠檬酸二氢钙的混合物，并且本发明中的硫酸钠用量相对于碳酸钠的用量可以少很多，而且由于硫酸钠的成本要低于碳酸钠，因此，无论从原料柠檬酸氢钙还是从原料硫酸钠来看，本发明的方法都具有成本低的特点。另外，由于本发明的方法相对于传统方法不消耗浓硫酸，降低了氢氧化钠的用量，减少了硫酸钙的产生量；同时，采用本发明的方法得到的柠檬酸钠溶液同用柠檬酸钙和碳酸钠制取的柠檬酸钠溶液相比，具有质量高的优点。

具体实施方式

本发明提供一种柠檬酸钠的制备方法，其特征在于，该方法包括在水中，将硫酸钠与柠檬酸氢钙接触，固液分离，得到含有柠檬酸氢钠的溶液A，将含有柠檬酸氢钠的溶液A与阴离子交换树脂接触，收集与阴离子交换树脂接触后的溶液，得到含有柠檬酸氢钠的溶液B，将含有柠檬酸氢钠的溶液B与氢氧化钠接触，得到柠檬酸钠溶液，所述阴离子交换树脂为硫酸根离子选择性阴离子交换树脂。

根据本发明的方法，所述硫酸钠的用量不需要很高，具体地，所述柠檬酸氢钙与硫酸钠的摩尔比为1∶1-1.05时，就可使柠檬酸氢钙与硫酸钠完全反应。进一步从成本上考虑，优选为所述柠檬酸氢钙与硫酸钠的摩尔比为1∶1-1.02。

所述水在本发明中作为溶剂使用，其用量没有特别的限制，只要将硫酸钠完全溶解即可。具体地，所述硫酸钠与水的摩尔体积比可以为1.4-1.8mol/L；优选为水溶液与硫酸钠的摩尔体积比可以为1.5-1.6mol/L。

在本发明中，由于提高温度能够增加原料硫酸钠在水中的溶解度，并且能够提高反应的速度和降低硫酸钙的溶解度。因此，所述硫酸钠与柠檬酸氢钙接触优选在加热条件下进行。具体地，所述硫酸钠与柠檬酸氢钙接触温度至少为60℃，接触的时间至少为2小时；优选为硫酸钠与柠檬酸氢钙接触温度可以为60-90℃，接触的时间可以为2-6小时；在确保上述效果的情况下，从时间、效率上考虑，进一步优选为硫酸钠与柠檬酸氢钙接触温度可以为80-85℃，接触的时间可以为4-5小时。另外，反应可以采用连续的方式进行，也可以以间歇的方式进行；优选采用连续的方式进行，更优选为多级反应罐连续反应。

在本发明中，所述柠檬酸氢钙与硫酸钠的摩尔比为1∶1-1.05时，就可使柠檬酸氢钙与硫酸钠完全反应，硫酸钠的用量小，降低了成本。并且，在上述反应条件下反应得到的产物中的硫酸根离子和钙离子的含量也低，具体地，在上述反应条件下反应得到的产物中的硫酸根离子的含量小于2500ppm，钙离子含量小于1000ppm。

反应完成后，通过固液分离，得到含有柠檬酸氢钠的溶液，所述固液分离可以采用本领域所公知的各种方法。例如离心，过滤等。本发明优选为过滤。由于经固液分离后得到的固体中含有少量的柠檬酸氢钠，为了提高收率，优选采用80-85℃的水淋洗固体，所述水的用量没有特别的限制，一般为反应液体积的0.3-0.5倍。所述固体为硫酸钙。

在本发明中，柠檬酸氢钙可以为柠檬酸一氢钙和/或柠檬酸二氢钙。且采用本发明的方法对制备柠檬酸氢钙的原料的质量要求不高，所使用的柠檬酸氢钙可以是通过将柠檬酸发酵液经固液分离除去菌体等固形物后得到的柠檬酸清液与柠檬酸钙和/或碳酸钙反应制得的柠檬酸一氢钙、柠檬酸二氢钙或柠檬酸一氢钙和柠檬酸二氢钙的混合物。可以是柠檬酸一氢钙、柠檬酸二氢钙或柠檬酸一氢钙和柠檬酸二氢钙的混合物的原因是无论是柠檬酸一氢钙还是柠檬酸二氢钙都能跟硫酸钠很好的反应生成柠檬酸氢钠。

根据本发明的方法，为了提高产品的外观，优选在将硫酸钠与柠檬酸氢钙接触，固液分离，得到含有柠檬酸氢钠的溶液A后，对含有柠檬酸氢钠的溶液A进行脱色后过滤除去脱色剂。脱色使用的脱色剂可以为本领域所公知的各种脱色剂，例如粉末活性碳、颗粒活性炭和脱色树脂的一种或多种。本发明优选为活性碳；更优选为GH-15型颗粒活性炭。脱色剂的用量可以为本领域的常规用量，例如可以为待脱色的含有柠檬酸氢钠的溶液A的0.1-0.5重量％。

本发明中，所述硫酸根离子选择性阴离子交换树脂是指相对于除硫酸根离子之外的阴离子，该阴离子交换树脂对硫酸根离子的吸附性明显高得多。

根据本发明的方法，所述含有柠檬酸氢钠的溶液A与阴离子交换树脂接触的方式可以为本领域所公知的各种方式。例如让含有柠檬酸氢钠的溶液A通过阴离子交换树脂层；含有柠檬酸氢钠的溶液A与阴离子交换树脂均匀混合等方式。由于本发明中所使用的阴离子交换树脂是为了选择性去除硫酸根离子，是一种硫酸根离子选择性阴离子交换树脂，该树脂对柠檬酸氢根离子也有一定的吸附性，但由于该树脂对硫酸根离子的吸附性好很多，可以将柠檬酸氢根离子替换下来。因此，本发明优选让含有柠檬酸氢钠的溶液A通过阴离子交换树脂层，通过控制流速来使含有柠檬酸钠的溶液A与阴离子交换树脂层的接触时间至少为30min，以保证极大多数的硫酸根离子被吸附，柠檬酸氢根离子几乎不被吸附。优选为30-180min。在保证上述吸附效果的同时，从效率上的考虑，接触时间优选为40-120min。经过阴离子交换树脂交换后得到的液体中的硫酸根离子含量可以为小于10ppm。另外，上述含有柠檬酸氢钠溶的液A中的柠檬酸氢根离子与阴离子交换树脂的摩尔体积比可以为25-45mol/L。

在本发明中，满足上述条件的阴离子交换树脂可以为大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂和大孔强碱性阴离子交换树脂中的一种或多种，优选为D318大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂、D201大孔强碱性阴离子交换树脂和D818大孔丙烯酸性阴离子交换树脂的一种或多种，进一步优选为D318大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂。

为了保证极大多数的硫酸根离子被吸附，上述含有柠檬酸钠的溶液A中的硫酸根离子与阴离子交换树脂的摩尔体积比可以为0.3-0.5mol/L；优选为0.4-0.45mol/L。所述阴离子交换树脂的工作交换容量为0.3-0.7mmol/mL。

根据本发明的方法，通过氢氧化钠与含有柠檬酸氢钠的溶液B接触来得到柠檬酸钠溶液。氢氧化钠的用量可以根据含有柠檬酸氢钠的溶液B的pH值来控制。一般通过在搅拌的条件下加入氢氧化钠，使加入氢氧化钠后的溶液的pH值达到一定范围即可。具体地，可以为氢氧化钠的用量使得柠檬酸钠溶液的pH值为7.0-7.5。

将硫酸钠与柠檬酸氢钙接触，固液分离，得到含柠檬酸氢钠溶液，将含柠檬酸氢钠溶液与上述的阴离子交换树脂接触，除去硫酸根离子，将除去硫酸根离子后的含有柠檬酸氢钠的溶液B与氢氧化钠接触，得到柠檬酸钠溶液后，优选的情况下，本发明的方法还包括将柠檬酸钠溶液与碳酸钠接触，以进一步除去柠檬酸钠溶液中的钙离子。在此，碳酸钠的用量可以根据柠檬酸钠溶液中的钙离子的浓度来选择。具体地，碳酸钠的用量使得柠檬酸钠溶液中的钙离子含量小于100ppm。由于在本发明中，大部分的钙离子已经在硫酸钠与柠檬酸氢钙接触过程中沉淀下来，因此只需少量的碳酸钠即可。

据本发明的方法，该方法还包括柠檬酸钠溶液经浓缩和/或降温结晶后，进行固液分离，分离得到的固体经干燥得到柠檬酸钠。所述浓缩和/或降温结晶可以采用本领域技术所公知的方法进行。例如，一般浓缩至出现晶体后进行降温结晶。浓缩结晶的温度可以为55-70℃，降温结晶的终点温度可以为15-30℃，降温结晶所需时间可以为6-10小时。

以下通过实施例对本发明进行进一步说明，但本发明并不仅限于下述实施例。

以下实施例中硫酸根离子含量采用硫酸钡沉淀比色法测定，钙离子采用赛默飞世尔科技有限公司(美国热电)生产的原子吸收光谱仪测定。

以下实施例中使用的柠檬酸一氢钙的制备方法为：取柠檬酸发酵液1000升(柠檬酸含量为112mg/mL)，加热至70℃，保温30分钟后，用板框式压滤机进行固液分离除去固形物，得到柠檬酸清液；柠檬酸清液与44.09kg碳酸钙连续流加入三级反应罐中，控制反应温度为70℃，反应终点pH值为3.0，反应时间为4.5小时，得到柠檬酸一氢钙浆液；柠檬酸一氢钙浆液用胶带机进行固液分离并用460升70℃热水洗涤固相，得到固体柠檬酸一氢钙92.72kg。

柠檬酸一氢钙和柠檬酸二氢钙的混合物的制备方法为：将100L的柠檬酸发酵液(柠檬酸含量为117mg/mL)经过滤分离除去菌体等固形物后得到柠檬酸清液，向柠檬酸清液中加入2856g碳酸钙反应4.5小时，使得反应液的pH值为2.35，经固液分离后得到6864g柠檬酸一氢钙和柠檬酸二氢钙的混合物。

实施例1

取45kg的硫酸钠溶于200L温度为70℃的水中，保温搅拌，缓慢加入72kg柠檬酸一氢钙后，继续在70℃下搅拌6小时后(硫酸根离子含量为2100ppm，钙离子含量为950ppm)，将上述反应液用离心机进行固液分离，并使用90L的水(80℃)洗涤固相，得到含柠檬酸氢钠溶液，加入620g粉炭(芝星活性炭有限公司柠檬酸专用活性炭)在75℃下搅拌脱色30min后过滤，使过滤除去粉炭后的含柠檬酸氢钠溶液通过11.6kg(体积为16.4L)的D318大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂层(购自苏青公司，工作交换容量为0.4mmol/mL)，控制通过的流速使溶液与阴离子交换树脂的接触时间为60min，分离出液体(硫酸根离子含量为7ppm)，用氢氧化钠调节pH值至7.3后得到柠檬酸钠溶液，液体经在温度为55℃下进行浓缩，浓缩至出现柠檬酸氢钠晶体后，进行降温结晶，降温速率为3℃/小时，终点温度为25℃，用离心机进行固液分离，得到纯度为99.6％的柠檬酸钠，收率为97.3％。

实施例2

取60kg的硫酸钠溶于270L温度为86℃的水中，将硫酸钠溶液缓慢加入到102kg柠檬酸一氢钙中，继续在86℃下搅拌3小时后(硫酸根离子含量为1900ppm，钙离子含量为870ppm)，将上述反应液用胶带机进行固液分离，并使用120L的水(84℃)洗涤固相，得到含有柠檬酸氢钠的溶液，加入940g的GH-15型颗粒活性碳在85℃下搅拌脱色30min后过滤，将过滤除去粉炭后的含有柠檬酸氢钠的溶液通过13.6kg(体积为19L)的D818大孔丙烯酸性阴离子交换树脂层(苏青公司，工作交换容量为0.42mmol/mL)，控制通过的流速使溶液与阴离子交换树脂的接触时间为40min，分离出液体(硫酸根离子含量为5ppm)，之后添加氢氧化钠来调节溶液的PH值为7.1，再加入900g碳酸钠后，搅拌60min，过滤回收液体溶液(钙离子含量为97ppm)。液体在温度为60℃下进行浓缩，浓缩至出现柠檬酸钠晶体后，进行降温结晶，降温速率为3℃/小时，终点温度为30℃，用离心机进行固液分离，得到纯度为99.7％的柠檬酸钠，收率为94.8％。

实施例3

取45kg的硫酸钠溶于200L温度为60℃的水中，将硫酸钠溶液与72Kg柠檬酸一氢钙一同连续加入三级连续反应罐中，硫酸钠溶液与柠檬酸氢钙连续加入第一级反应罐中，柠檬酸氢钠和硫酸钙连续由第三级反应罐中输出；过程中保持各级反应罐温度为76℃，反应5小时后(出料料液中硫酸根离子含量为2200ppm，钙离子含量为930ppm)，将上述反应液用胶带机进行固液分离，并使用90L的水(80℃)洗涤固相，得到含有柠檬酸氢钠的溶液，加入660g的GH-15型颗粒活性碳在75℃下搅拌脱色30min后过滤，在过滤除去粉炭后的含有柠檬酸氢钠的溶液再通过13kg(体积为18L)的D201大孔强碱性阴离子交换树脂层(购自苏青公司，工作交换容量为0.38mmol/mL)，控制通过的流速使溶液与阴离子交换树脂的接触时间为60min，分离出液体(硫酸根离子含量为7ppm)，之后添加氢氧化钠来调节溶液的PH值为7.1，再加入690g碳酸钠后，搅拌90min，过滤回收液体溶液(钙离子含量为87ppm)。液体在温度为60℃下进行浓缩，浓缩至出现柠檬酸钠晶体后，进行降温结晶，降温速率为3℃/小时，终点温度为30℃，用离心机进行固液分离，得到纯度为99.9％的柠檬酸钠，收率为97.6％。

实施例4

采用实施例1的方法进行，不同的是将柠檬酸氢钙替换为柠檬酸一氢钙和柠檬酸二氢钙的混合物，得到纯度为99.8％的柠檬酸钠，收率为96.6％。

Claims (14)

1.一种柠檬酸钠的制备方法，其特征在于，该方法包括在水中，将硫酸钠与柠檬酸氢钙接触，固液分离，得到含有柠檬酸氢钠的溶液A，将含有柠檬酸氢钠的溶液A与阴离子交换树脂接触，收集与阴离子交换树脂接触后的溶液，得到含有柠檬酸氢钠的溶液B，将含有柠檬酸氢钠的溶液B与氢氧化钠接触，得到柠檬酸钠溶液，所述阴离子交换树脂为硫酸根离子选择性阴离子交换树脂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柠檬酸氢钙与硫酸钠的摩尔比为1∶1-1.05，所述硫酸钠与水的摩尔体积比为1.4-1.8mol/L，硫酸钠与柠檬酸氢钙进行接触的温度至少为60℃，接触的时间至少为2小时。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述柠檬酸氢钙与硫酸钠的摩尔比为1∶1-1.02，所述硫酸钠与水的摩尔体积比为1.5-1.6mol/L，硫酸钠与柠檬酸氢钙进行接触的温度为60-90℃，接触的时间为2-6小时。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，含有柠檬酸氢钠的溶液A中的硫酸根离子与阴离子交换树脂的摩尔体积比为0.3-0.5mol/L，接触的时间使得与阴离子交换树脂接触后的溶液中硫酸根离子的含量小于10ppm。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，含有柠檬酸氢钠溶的液A中的柠檬酸氢根离子与阴离子交换树脂的摩尔体积比为25-45mol/L，接触的时间为30-180min。

6.根据权利要求1、4或5所述的方法，其中，所述阴离子交换树脂的工作交换容量为0.3-0.7mmol/mL。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，氢氧化钠的用量使得柠檬酸钠溶液的pH值为7-7.5。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括在将含有柠檬酸氢钠的溶液B与氢氧化钠接触后，将得到的柠檬酸钠溶液再与碳酸钠接触。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，从与碳酸钠接触后的柠檬酸钠溶液中分离出固体产物。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，碳酸钠的用量使得分离出固体产物后的柠檬酸钠溶液中钙离子含量小于100ppm。

11.根据权利要求1、4、5、8或9所述的方法，其中，所述阴离子交换树脂为大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂和大孔强碱性阴离子交换树脂中的一种或多种。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括将柠檬酸氢钠溶液与阴离子交换树脂接触前，对柠檬酸氢钠溶液进行脱色。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括将与氢氧化钠接触后的溶液经浓缩和/或降温结晶后，进行固液分离。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柠檬酸氢钙为柠檬酸一氢钙和/或柠檬酸二氢钙。