Способ производства яблочной кислоты и установка для его осуществления

Способ производства яблочной кислоты и установка для его осуществления

Реферат

 

Использование: при производстве яблочной кислоты для пищевой промышленности. Сущность изобретения: способ производства яблочной кислоты предусматривает гидратацию малеиновой кислоты путем ее нагревания до 145 - 155°С и выдержки при указанной температуре под избыточным давлением 2,3 - 2,8 ати в течение 19 - 21 ч. При этом нагревают малеиновую кислоту и создают избыточное давление при помощи острого пара. Полученную реакционную массу повергают двухэтапному упариванию с промежуточным центрифугированием для очистки яблочной кислоты от примесей фумаровой и малеиновой кислот. При этом на первом этапе раствор упаривают до плотности при 50°С не более 1.31 г/см³ , а на втором - до плотности не более 1.26 г/см³ . Установка для производства яблочной кислоты включает отделение синтеза и отделение очистки. Отделение синтеза оборудовано реактором-растворителем для получения раствора малеиновой кислоты и реактором синтеза, выполненным из титана и оснащенным трубопроводом для подачи в него острого пара. Отделение очистки оборудовано сообщенными продуктопроводами, реактором-выделителем для отделения раствора яблочной кислоты, двумя реакторами-кристаллизаторами, центрифугой для выделения примесей фумаровой и малеиновой кислот, центрифугой для отделения кристаллической яблочной кислоты и сушилкой для ее высушивания. 2 с и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к производству яблочной кислоты, пригодной для использования в пищевой промышленности.

Известны способы получения яблочной кислоты из растительного сырья, например облепихи (1), махорки (2), листьев хлопчатника (3).

Однако подобные способы малопроизводительны и не могут обеспечить потребности в яблочной кислоте.

Известны способы получения синтетической яблочной кислоты для пищевой и фармацевтической отраслей. Яблочную кислоту синтезируют омылением 4,4,4-трихлор-3-оксимасляной кислоты (4,5), окислением фурфурола перекисью водорода (6). В последнем способе продуктом реакции наряду с яблочной кислотой является малеиновая и янтарная.

В связи с трудностью разделения продуктов реакции данный способ также малоперспективен.

Наибольший интерес для производства яблочной кислоты в промышленных масштабах представляет процесс гидратации малеиновой кислоты. Наибольший выход при этом обеспечивает использование катализаторов: соединений хрома (7,8), вольфрамовой кислоты (8), соединений алюминия (9).

Существенным недостатком упомянутых способов является необходимость тщательной очистки целевого продукта - яблочной кислоты, что обязательно при условии ее пищевого назначения. Однако очистка яблочной кислоты от примесей, например, на колоннах с ионообменными смолами (8), значительно удорожает продукт.

Еще одной проблемой, возникающей в процессе гидратации малеиновой кислоты, является высокая коррозионная способность последней. Данная проблема частично устранена в способе, по которому гидратацию малеиновой кислоты проводят в присутствии серной кислоты в освинцованном аппарате (10). Защитное действие серной кислоты основано на образовании пленки сульфата свинца, предохраняющей металл от разрушения. Вместе с тем, осуществление синтеза в освинцованном аппарате, в котором целевой продукт находится в контакте с солями свинца, ставит под сомнение возможность его использования в пищевой технологии.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ производства яблочной кислоты путем гидратации малеиновой кислоты (11). Способ предусматривает получение малеиновой кислоты окислением фурфурола. Такая малеиновая кислота содержит некоторое количество серной кислоты. 10%-ный раствор малеиновой кислоты подвергают гидратации путем ее нагревания выдержки в течение 8 ч при избыточном давлении 5 атм. Затем из реакционной массы, содержащей избыток серной кислоты, железо и другие тяжелые металлы, отделяют яблочную кислоту, и подвергают ее очистке через кальциевую соль. Синтез осуществляется на установке, включающей отделение синтеза с реактором синтеза и отделение очистки раствора яблочной кислоты.

Недостатком данного способа и установки по производству яблочной кислоты является необходимость сложной, трудоемкой очистки яблочной кислоты от вредных, токсичных примесей, проблематичность использования получаемой яблочной кислоты в пищевых целях, трудности, возникающие в связи с коррозией аппаратуры.

Целью изобретения является упрощение способа производства яблочной кислоты высокой степени чистоты, гарантирующее применение ее в пищевой промышленности, а также решение проблемы частой смены оборудования в связи с его коррозией.

Это достигается тем, что в способе производства яблочной кислоты, предусматривающем гидратацию малеиновой кислоты путем ее нагревания и выдержки реакционной массы под избыточным давлением, отделение раствора яблочной кислоты и его очистку, нагревают малеиновую кислоту и создают избыточное давление острым паром, выдерживают реакционную массу при 145-155^оС под избыточным давлением 2,3-2,8 ати, а очищают раствор яблочной кислоты путем двухэтапного его упаривания с промежуточным центрифугированием для выделения примесей фумаровой и малеиновой кислот.

При гидратации малеиновой кислоты выдержку реакционной массы осуществляют, преимущественно, в течение 19-21 ч.

При этом перед отделением раствора яблочной кислоты реакционную смесь выдерживают при 20-25^оС в течение 0,5-1,5 ч для кристаллизации и отделения фумаровой кислоты.

Очистку раствора яблочной кислоты лучше проводить путем упаривания на первом этапе до плотности раствора не более 1,26 г/см³ (при 50^оС), на втором этапе - до плотности не более 1,31 г/см³ (при 50^оС).

А после очистки раствор яблочной кислоты предпочтительно выдержать в течение 10-12 ч для более полной кристаллизации яблочной кислоты.

При этом гидратацию малеиновой кислоты осуществляют в реакторе из титана.

Установка для производства яблочной кислоты, включающая отделение синтеза с реактором синтеза и отделение очистки, в отделении очистки оборудовано сообщенными продуктопроводами реактором-выделителем для отделения раствора яблочной кислоты, двумя реакторами-кристаллизаторами, центрифугой для выделения примесей фумаровой и малеиновой кислот, центрифугой для отделения кристаллической яблочной кислоты и сушилкой для ее высушивания, а отделение синтеза оборудовано реактором-растворителем для получения раствора малеиновой кислоты, при этом реактор синтеза выполнен из титана и оснащен трубопроводом для подачи в него острого пара.

На чертеже приведена схема установки производства яблочной кислоты.

Установка разделена на два отделения: отделение синтеза и отделение очистки яблочной кислоты. В отделении синтеза размещены соединенные продуктопроводом реактор-растворитель 1 для получения раствора малеиновой кислоты и реактор 2 синтеза, выполненный из титана и оснащенный трубопроводом для подачи в реактор острого пара, манометром и термометром.

Отделение очистки включает реактор-выделитель 3 для кристаллизации фумаровой кислоты из реакционной массы, центрифугу для отделения раствора яблочной кислоты от кристаллов фумаровой кислоты 4, отгонный аппарат 5 для упаривания раствора яблочной кислоты при его очистке, реактор-кристаллизатор 6 для выкристаллизации примесей фумаровой и малеиновой кислот и реактор-кристаллизатор 7 для кристаллизации яблочной кислоты. Отделение оборудовано также центрифугой 8 для отделения кристаллической яблочной кислоты и сушилкой 9 для высушивания кристаллов целевого продукта. Оборудование отделения очистки соединено между собой продуктопроводами.

Способ осуществляют следующим образом.

Малеиновую кислоту, полученную в реакторе-растворителе 1 из малеинового ангидрида и конденсата острого пара, загружают в реактор 2 синтеза. Затем в реактор синтеза подают по трубопроводу острый пар, нагревая водный раствор малеиновой кислоты до температуры 145-155^оС и создавая избыточное давление в реакторе 2,3-2,8 ати. По достижении указанных параметров начинается процесс гидратации. В этих условиях реакционную массу выдерживают в течение 19-21 ч. После гидратации реакционную массу перекачивают в реактор-выделитель 3, где ее охлаждают до 20-25^оС и выдерживают при данной температуре 0,5-1,5 ч, при этом выпадают кристаллы фумаровой кислоты.

Раствор яблочной кислоты отделяют от кристаллов фумаровой кислоты на центрифуге 4, при этом получают раствор яблочной кислоты с незначительными примесями фумаровой (1-2%) и малеиновой (1-2%) кислот. От этих примесей раствор яблочной кислоты очищают путем упаривания в отгонном аппарате 5. Упаривание проводят, постепенно нагревая раствор в вакууме 73-80 КПа (550-600 мм рт.ст.) до 50-60^оС и отгоняя воду. Упаривают раствор яблочной кислоты до плотности его не более 1,26 г/см³ (при 50^оС). Затем раствор охлаждают в реакторе-кристаллизаторе 6 до 20-25^оС и центрифугируют на центрифуге 4, отделяя кристаллы фумаровой и малеиновой кислот. Раствор яблочной кислоты подают на второй этап упаривания в отгонный аппарат 5, который осуществляют аналогично первому, но упаривание ведут до плотности раствора яблочной кислоты не более 1,31 г/см³ (при 50^оС).

Полученный очищенный концентрированный раствор яблочной кислоты выдерживают в течение 10-12 ч с постепенным охлаждением до 20-25^оС в реакторе-кристаллизаторе 7. Выпавшие кристаллы яблочной кислоты отделяют на центрифуге 8 и сушат в сушилке 9. Получают кристаллическую яблочную кислоту с содержанием основного вещества не менее 99%. Выход яблочной кислоты составляет около 36,4% от теоретического.

Способ иллюстрируется следующим примером.

П р и м е р. 1500 кг малеинового ангидрида смешивают в реакторе-растворителе с 1500л воды, нагревают до 55^оС и выдерживают в течение 4 ч до образования малеиновой кислоты. Затем раствор малеиновой кислоты загружают в реактор синтеза, выполненный из титана. В рубашку реактора подают пар, а в реактор - острый пар, поднимая температуру малеиновой кислоты до 150^оС и создавая избыточное давление в реакторе 2,5 ати.

Реакционную массу выдерживают в указанных условиях в течение 20 ч. Затем ее передавливают в реактор-кристаллизатор, где в течение 6 ч охлаждают до 20-25^оС, после чего выдерживают при данной температуре 1 ч. Выкристаллизовавшуюся фумаровую кислоту выделяют на центрифуге, а отделенный раствор яблочной кислоты передают в отгонный аппарат на первый этап упаривания. Упаривание проводят в вакууме 600 мм рт.ст. при температуре 55^оС в течение 7 ч до плотности раствора 1,26 г/см³ (при 50^оС). Упаренный раствор переводят в реактор-кристаллизатор, где охлаждают его до 20^оС в течение 2 ч. Выпавшие кристаллы фумаровой и малеиновой кислот отделяют на центрифуге. Маточный раствор отправляют в отгонный аппарат на второй этап упаривания, который проводят до плотности 1,30 г/см³ (при 50^оС).

На втором этапе упаривания соблюдают тот же режим, что и на первом. Упаренный раствор охлаждают в реакторе-кристаллизаторе до 20^оС и выдерживают в течение 10 ч. Выкристаллизовавшуюся яблочную кислоту отделяют от маточника на центрифуге и сушат в сушилке при 50^оС. Получают 750 кг яблочной кислоты. Полученная кислота использована в качестве вкусовой добавки в производстве безалкогольных напитков.

Формула изобретения

1. Способ производства яблочной кислоты, предусматривающий гидратацию малеиновой кислоты путем ее нагревания и выдержки реакционной массы при избыточном давлении, отделение раствора яблочной кислоты и его очистку, отличающийся тем, что нагревают малеиновую кислоту и создают избыточное давление острым паром, выдерживают реакционную массу при 145 - 155^oС и избыточном давлении 2,3 - 2,8 ати, а очистку раствора яблочной кислоты проводят путем двухэтапного его упаривания с промежуточным центрифугированием для выделения фумаровой и малеиновой кислот.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при очистке раствора яблочной кислоты на первом этапе его упаривают до плотности при 50^oС не более 1,26 г/см³, а на втором этапе - до плотности при 50^oС не более 1,31 г/см³.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при гидратации реакционную массу выдерживают в течение 19 - 21 ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед отделением раствора яблочной кислоты реакционную массу выдерживают в течение 0,5 - 1 ч при 20 - 25^oС для кристаллизации фумаровой кислоты.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после очистки раствор яблочной кислоты выдерживают в течение 10 - 12 ч для кристаллизации яблочной кислоты.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидратацию осуществляют в титановом реакторе.

7. Установка для производства яблочной кислоты, включающая отделение синтеза с реактором синтеза и отделение очистки, отличающаяся тем, что отделение очистки оборудовано сообщенными продуктопроводами реактором-выделителем для отделения раствора яблочной кислоты, двумя реакторами-кристаллизаторами для выделения примесей фумаровой и малеиновой кислот, центрифугой для отделения кристаллической яблочной кислоты и сушилкой для ее высушивания, а отделение синтеза оборудовано реактором-раствортелем для получения раствора малеиновой кислоты, при этом реактор синтеза выполнен из титана и оснащен трубопроводом для подачи в него острого пара.

РИСУНКИ

Рисунок 1