PT88810B - Processo para a preparacao de fosfatos acidos de aluminio e de sodio cristalizados - Google Patents

Description

A presente invenção diz respeito a um processo para a preparação de fosfatos ácidos de alumínio e de sódio cristalizados de fórmula geral

^Naa^A1h^He^(pO₄)_d, nH₂O na qual a, b, c, â e n representam números respectivamente compreendidos inclusivamente entre 0,6 e 3,3; 1,8 e 3,3; 12 e 16; 7 © 9; 0 e 5, respeitanto a relação a+3b+c = 3d.

Os fosfatos ácidos de alumínio e de sódio (SAP) são compostos bem conhecidos que encontraram nestes últimos anos uma grande saída na indústria alimentar.

São utilizados especialmente como leveduras com efei to retardador para um certo número de produtos de padaria e/ /ou pastelaria, como aditivos para regularizar a fusão dos queijos e como aditivos de fixação das gorduras nas carnes.

composto de fórmula NaAl^H^^ ® actual mente o que apresenta maior importância industrial, pois foi reconhecido e aprovado depois de numerosos anos na qualidade de levedura ácida corrente na cozedura de pastas levedadas.

Conhece-se actualmente dois processos -principais pa ra a preparação de SAP cristalizados.

primeiro, descrito especialmente na patente de invenção norte-americana N2 2 550 490, é um processo do tipo descontínuo mais conhecido sob o nome de processo via metanol, que consiste em concentrar e depois em cristalizar uma solução precursora do SAP pretendido até à obtenção de uma calda muito viscosa contendo cristais de SAP, depois em sepa rar mediante filtração os referidos cristais do meio de cris talização e isto graças a uma suspensão prévia mediante adição de metanol.

Este processo apresenta dois inconvenientes princi pais; por um lado, utiliza metanol, composto altamente infla mável e toxico, o que impõe etapas de purificação ulteriores e, por outro lado, necessita de um equipamento de agitação potente e muito caro, devido às variações extremas da viscosidade do meio no decurso do processo.

segundo, descrito na patente de invenção norte-americana K² 3 311 448 e conhecido sob o nome de processo Kneadermaster, baseia-se num processo de cristalização contínuo utilizando zonas separadas para a reacção e depois a cristalização da solução precursora.

Na prática, estas duas etapas são realizadas em re gime contínuo em aparelhos do tipo transportador-misturador, mantidos a altas temperaturas, entrando a solução precursora por uma das extremidades do aparelho e saindo então o SAP · cristalizado pela outra extremidade.

Infelizmente, a utilização industrial deste proce_s f z* so necessita de investimentos importantes ao nível da aparelhagem que é simultaneamente volumosa, cara e grande consumi dura de energia, o que constitui, evidentemente um sério im-3-

pedimento económico para a utilização desta técnica.

Por outro lado, ambos os processos referidos antes apresentam o inconveniente de serem de controlo delicado e, por consequência, dificilmente conduzem a compostos finais de qualidade constante.

Por qualidade, entende-se aqui prineipalmente por um lado a estequiometria (e mais particularmente o número de moléculas de água de cristalização) e nor outro lado a taxa de cristalização do composto obtido.

Este último parâmetro, entre outros, tem uma grande importância no plano das propriedades de uso do SAP. Assim, de uma maneira geral, observa-se, por um lado, que um SAP per feitamente cristalizado apresenta as melhores propriedades de reacção de efeito retardador com o hidrogenocarbonato quando utilizado como levedura e, por outro lado, que ele é fracamen te higroscópico, o que evita problemas de continuação em massa sempre incómodos no plano industrial quando do armazenamen to e/ou da manipulação dos compostos.

É aliás para lutar contra as nocivas propriedades higroscópioas (portanto a má cristalinidade) dos SAP obtidos pelos processos clássicos descritos antes, que se lhes introduziu, no processo anterior, elementos estabilizantes, tais como o potássio, o que ocasiona evidentemente um aumento do preço de fabricação.

A presente invenção tem portanto por objectivo resolver todos os problemas referidos antes e propor meios simples, eficazes, económicos e de fácil utilização, para obter de maneira fiável e reprodutível fosfatos ácidos de alumínio e de sódio perfeitamente cristalizados e de estequiometria constante.

Para este efeito, a requerente afinou um novo processo para a preparação de fosfatos ácidos de alumínio e de sodio cristalizados de formula geral

Na_aAl_tH₀ (P0₄)_a, nH₂O na qual a, h, c, d e n representam números respectivamente compreendidos, inclusivamente, nos intervalos 0,6-3,3;

1,8-3j3j 12-16; 7-9 e 0-5 respeitando a relação a+3h+c = 3d, caracterizado pelo facto de se pulverizar uma solução precursora do referido fosfato ácido sobre um leito agitado de partículas solidas.

Globalmente, no seu princípio, a presente invenção consiste pois em revestir em contínuo com gotinhas finas formadas por pulverização, suportes (partículas) mantidas sob agitação constante, sendo a função dos referidos suportes - assegurar a secagem e a cristalização das gotinhas depositadas na sua superfície; o dissolvente evapora-se enquanto o ex tracto seco se sbbrepõe por camadas sucessivas na superfície do suporte constituindo assim o composto pretendido.

No entanto, a presente invenção será mais facilmen te compreendida através da leitura da descrição que vai seguir-se e dos exemplos concretos, mas não limitativos, relativos à sua realização prática.

A preparação da solução -precursora de partida não põe problemas particulares e pode ser realizada por qualquer meio hem conhecido dos entendidos na matéria neste domínio.

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Eundamentalmente, a maior parte dos processos conhe eidos e inteiramente convenientes no caso presente, consiste em fazer reagir um composto de sódio (hidróxido de sódio, car honato, hidrogenocarhonato, etc.) e um composto de alumínio trivalente (alumina, hidróxido, eto.) com ácido fosfórico aquoso mantido entre sensivelmente a temperatura ambiente e o seu ponto de ebulição, sendo as proporções entre os diversos reagentes no seio da solução inicial ajustados classieamente em função da estequiometria pretendida no composto final.

É igualmente possível preparar esta solução inicial fazendo reagir uma solução aquosa de fosfato ácido de alumínio com um composto de sódio, de acordo com o processo indicado na patente de invenção norte-americana ΪΡ 3 501 314, citada aqui como referência.

A solução assim preparada pulveriza-se então, ou se ja transforma-se em uma grande quantidade de gotinhas finas.

Esta pulverização pode realizar-se de acordo com qualquer meio já conhecido, partieularmente com um booal de pulverização do tipo crivo de regador ou outro. Entre as diversas técnicas de pulverização susceptíveis de serem utilizadas neste processo, poder-se-á referir especialmente a obra de referência de ;\MASTERS intitulada SPRAY-DRYING (segunda edição, 1976, edições George Goldwin-Londres).

De acordo com a presente invenção, a pulverização faz-se sobre um leito agitado de partículas solidas.

Por leito agitado, entende-se aqui um conjunto de partículas mantidas em movimento umas em relação às outras, e isto por qualquer meio conveniente, mecânico ou outro.

A temperatura do leito deve ser, bem entendido, su ficiente para assegurar a secagem e a cristalização das gotinhas obtidas por pulverização. Na prática, esta temperatura está geralmente compreendida entre 50° e 150°C, de preferência entre 60°C e 100°C.

Um modo particularmente prático de utilização do processo de acordo com a presente invenção consiste em utili zar a técnica dita dos leitos fluidizados por corrente gasosa.

De acordo com esta técnica, introduz-se em um reac tor partículas sólidas que são então expandidas e mantidas neste estado, por meio de uma corrente gasosa que chega geralmente à base do reactor.

No caso da presente invenção, utiliza-se então de preferência uma corrente de ar quente de maneira que as funções de expansão por um lado e de aquecimento do leito agita do por outro lado, sejam simultaneamente preenchidas pelo mesmo agente.

A temneratura da corrente gasosa que entra está en tão geralmente compreendida entre 100° e l80°C e a da corren te gasosa que sai está compreendida entre 50°C e 150°0, sendo estas temperaturas, bem entendido, ajustadas em função de considerações clássicas de débitos gasosos, de massa a suspender e da temperatura do leito a atingir.

Pulveriza-se então em regime contínuo a solução precursora descrita antes sobre o referido leito agitado de partículas, encontrando-se as referidas partículas revestidas progressivamente por camadas sucessivas de fosfato ácido de alumínio e de sódio cristalizado ou em curso de cristalização

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De acordo com uma caracteristica importante do processo segundo a presente invenção, prepara-se tudo para que o tempo médio de permanência no reactor de uma partícula revestida esteja compreendido entre uma e várias horas, e isto com o objectivo de se obter uma cristalização perfeita do fosfato pretendido.

A natureza das partículas que constituem o leito agitado não é crítica; estas partículas devem contudo ser qui micamente inertes em relação ao fosfato ácido pretendido. Pode-se assim tratar de partículas de vidro, de metal ou de cerâmica, ou então ainda de partículas constituídas por cristais do fosfato ácido pretendido.

Um modo particular de realização do processo segundo a presente invenção pode então ser o seguinte: pequenas partículas, de vidro por exemplo, são introduzidas em um rea_c tor e depois fluidizadas de acordo com uma técnica tal como a descrita antes; pulveriza-se então sobre estas partículas a solução precursora do fosfato pretendido e retira-se depois de modo contínuo do leito fluidizado o composto revestido; elimina-se então o revestimento, que constitui a protecção, da superfície das partículas de vidro por qualquer meio já conhecido, por exemplo mediante atrito, e introduz-se as par tículas de vidro assim desembaraçadas de novo no leito agitado para servirem de suporte de revestimento.

processo funciona assim em regime contínuo.

No caso mais particular e preferido em que se utiliza partículas constituídas por cristais do fosfato ácido pretendido, as partículas revestidas que são retiradas do leito agitado são então trituradas e uma parte do pó assim obtido e envidada de novo para o leito agitado para servir de suporte de revestimento, constituindo a outra parte a produção. Nesse caso ainda, o processo funciona de maneira contínua.

Os pés de fosfato ácido de alumínio e de sodio que constituem a produção podem eventualmente sofrer uma etapa de trituração suplementar destinada à obtenção de uma granulometria rigorosa.

A análise mostra que, em todos os casos, os nos ob tidos pelo processo de acordo com a presente invenção são perféitamente cristalizados, perfeitamente homogéneos em com posição e sem desvio em relação à estequiometria da solução inicial.

processo de acordo com a presente invenção convém assim particularmente bem para a preparação dos fosfatos cristalizados de formula

NaAl₃H₁₄ CPO₄)_g, 4H₂0.

É finalmente de assinalar que pode ser possível, se necessário, introduzir nos fosfatos ácidos preparados pelo processo de acordo com a presente invenção certos agentes destinados a diminuir ainda muito sensivelmente o seu carácter higroscopico.

Estes· agentes são bem conhecidos dos entendidos na matéria: trata-se particularmente do potássio, do cálcio ou da sílica.

potássio e o cálcio podem ser introduzidos quer quando da preparação da solução precursora inicial (sob a for ma de um hidróxido, de um carbonato, de um hidrogenocarbonato,

9de um fosfato, etc.) quer por mistura com o fosfato ácido obtido no fim do processo.

Quanto à adição de sílica, ela far-se-á no fim do processo por mistura dos pós.

As quantidades dos agentes dopantes potássio e cálcio eventualmente introduzidas devem então ser tais que o pro duto final corresponda à fórmula global seguinte:

^líaa^Ex^Cay^A1l>^Ho^(P04⁾a’ ^nH2° na qual a,b,c,d e n têm os significados definidos antes e os índices x, y e Z representam números respectivamente compreendidos, inclusivamente, nos intervalos 0-0,2; 0-0,2 e 0-0,1; entendendo-se que os índices indicados antes verificam a relação de neutralidade eléctrica global.

Os exemplos que se seguem ilustram a presente inven ção sem no entanto a limitarem.

EXEMPLO 1

A 1045,5 g de ácido fosfórico a 75%, adiciona-se 235,0 g de uma solução de hidróxido de alumínio com 66,5 % AlgO^; aquece-se a suspensão a refluxo sob agitação até à d is solução total. Arrefece-se a solução assim obtida a 50°C. Adi ciona-se então lentamente uma solução de 84 g de hidrogenocar bonato de sódio em 934 g de água,sob agitação. Obtém-se deste modo uma solução com 39,7 % de extracto seco a 120°0, que é perfeitamente límpida e estável durante vários meses à temperatura ambiente.

-10Pulveriza-se esta solução pré-aquecida a 50°C à razão de 6 kg/h sobre um leito fluidizado de partículas com a mesma com-posição, mantido em expansão por uma corrente de ar quente a 140°0. Arós um tempo médio de permanência no reactor da ordem das 2 horas, o comnosto obtido sob a forma de granup lados não poeirentos, à razão de 40 kg/hora m , apresenta, após trituração, a particularidade notável de ser perfeitamen te cristalizado, muito fracamente higroscopico e não aderente.

A análise físico-química está de acordo com a estru tura cristalina NaAl^H^CPO^g, 4H₂0.

EXEMPLO 2

A 522,7 g âe ácido fosfórico a 75$, adiciona-se pela seguinte ordem:

- 117,6 g de hidróxido de alumínio Al(0H)₃$ agita-se e aquece-se a 108°C até à dissolução total,

- 2,55 g de carbonato de cálcio CaCO^

- 5jO6 g de hidrogenocarbonato de potássio em solução em 93 g de água,

- 33,6 g de hidrogenocarbonato de sódio NaHCOg em solução em 373 g de água.

Após uma hora de agitação, obtém-se uma solução com 39,1$ de extracto seco a 120°C, límuida e estável.

Seca-se esta solução nas mesmas condições que as descritas no exemplo 1. Após trituração, o pé obtido apresenta uma excelente resposta à humidade do ar ambiente.

A análise por difracção de raios X mostra que este pó é homogéneo e perfeitamente cristalizado. Corresponde por

ou.tro lado à fórmula bruta ^Na0,8^K0,l^Ca0,05^A13^H14^^PO4^8’ ^3,8H2^0,

EXEMPLO 3

Neste exemplo, prepara-se o mesmo comuosto que no exemplo 1. A 1045,5 g de acido fosfórico a 75%, adiciona-se pela seguinte ordem:

- 235,0 g de Al(OH)^ sob agitação e aquece-se a refluxo ate dissolução completa,

-26,6 g de carbonato de sódio Na^OO^ dissolvido em 133 g de água,

- 42 g de hidrogenocarbonato de sódio NaHCOg dissol vido em 467 g de água.

Após reacção, a solução e límpida e estável; o seu extracto seco a 120°C eleva-se a 48,1% em peso.

Esta solução (d = 1,44), muito viscosa à temperatura ambiente, seca-se nas mesmas condições descritas nos exemplos anteriores, com todavia uma produtividade melhorada.

A análise físico-química do pó obtido anós três tri turações mostra que a sua fórmula bruta é :

NaAl₃H_l4(PO₄)_g, 4H₂0 sob uma forma perfêitamente cristalizada e não aderente.

EXEMPLO 4

Este exemplo tem por objectivo ilustrar um outro mo do de preparação possível para a solução percursora inicial.

Adiciona-se a 20,0 kg de uma solução de fosfato monoalumínicoa 50% de extracto seco, aquecida a refluxo, O,398Kg de AI2O3

Após dissolução, arrefece-se a 50°0 e adiciona-se a 0,625 kg de Após reacção, a solução obtida é límpida e muito viscosa.

Seca-se esta solução pré-aquecida a 60°C como se indicou no exemplo 1 sobre um leito fluidizado de partículas com a mesma composição.

Obtem-se deste modo um composto homogéneo perfeita mente cristalizado de fórmula bruta:

Claims (8)

1. - Processo para a preparação de um fosfato ácido de^alumínio e de sódio cristalizado correspondente à fórmula geral ^Naa^A1b^Hc ^<P04⁾d' ^{n H}2° na qual a,b,c,d e n representam números respectivamente compreendidos inclusivamente entre os intervalos 0,6 e 3,3,

1,8 e 3,3; 12 e 16; 7 e 9 ; 0e5 respeitando a relação

J a + 3b + C = 3d, caracterizado pelo facto de se pulverizar uma solução precursora do dito fosfato ácido sobre um leito agitado de partículas sólidas.

2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a temperatura do referido leito agitado estar compreepdida entre 50° e 150°C.

3. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de a referida temperatura estar compreendida entre pr

-ί

60° e 1OO°C.

4. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de se obter o referido leito agitado mediante fluidificação das partículas sólidas por meio de uma corrente gasosa.

5. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de a referida corrente gasosa ser uma corrente de ar quente.

6. - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de a temperatura de entrada da referida corrente de ar quente estar compreendida entre 100° e 180°C e de a sua tempera tura de saída estar compreendida entre 50° e 150°C.

7. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de as referidas partículas sólidas terem a mesma composição que o fosfato ácido a preparar.

8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a estequiometria da solução precursora corresponder à obtenção de um fosfato ácido de alumínio e de sódio de fórmula NaAl^H^^(PO^)θ,4H₂O,