无水柠檬酸一钠的制备方法及制备系统与流程

本发明涉及化工产品的生产技术领域，具体涉及一种无水柠檬酸一钠的制备方法及制备系统，该制备方法及制备系统生产的无水柠檬酸一钠可以用作发泡助剂。

背景技术：

柠檬酸一钠，英文名称:sodiumcitratemonobasic，cas号:18996-35-5，ec号：242-734-6，分子式:c6h7nao7，分子量:214.11，白色颗粒晶体或结晶性粉末，在潮湿空气中轻微潮解，易溶于水，几乎不溶于乙醇。中文别名:枸橼酸一钠；柠檬酸二氢钠；无水柠檬酸一钠；无水枸橼酸一钠。

柠檬酸一钠是一种表面活性剂，改善界面效果，使泡沫塑料中亲水性和疏水性相差很大的原料乳化成为均匀体系，各组分充分接触，使各种反应能较平衡地进行。表面活性剂的用量虽小，但它对塑料发泡工艺影响很大，使发泡过程中各组份充分混合均匀，形成均匀微细多泡孔结构，还可以加快反应过程，缩短固化时间，对泡沫制品的抗压强度，泡孔尺寸等均有较大的影响。

而现有工艺中制备柠檬酸一钠方法是采用柠檬酸与碳酸钠中和反应，通过结晶干燥等工序制备含结晶水的柠檬酸一钠，晶体颗粒粒径分布较宽，对发泡剂的发气量、分解温度、分解速度造成影响，塑料发泡应用的无水柠檬酸一钠粒径要求为10-15μm，粒度要求细小且均匀。因此将柠檬酸一钠作为塑料发泡助剂使用，需要通过反应制得的无水柠檬酸一钠的粒度及含水量需要满足一定的要求才能很好地应用到塑料发泡剂领域。

以下公开了一种无水柠檬酸一钠的制备方法：

对比文件1：cn102311336b公开一种无水柠檬酸一钠的制备方法，其具体以柠檬酸和液碱为原料，利用酸碱中和反应制备好柠檬酸一钠，采用真空转鼓90～120℃温度下二次干燥8～10小时能到达干燥减量在0.3％以下的要求，再通过粉碎机粉碎过筛能达到平均粒径为10～15μm的要求。

以上对比文件公开的无水柠檬酸一钠的制备方法是以柠檬酸和液碱为原料，利用酸碱中和反应制备得含水柠檬酸一钠结晶体，然后通过干燥除去结晶体中的水分，制得无水柠檬酸一钠。上述制备方法的反应时间和干燥时间较长，造成生产成本及生产效率较低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种以柠檬酸钠和柠檬酸作为反应原料，反应平稳，放热少；能缩短反应时间以及干燥时间，且能降低生产成本，提高生产效率的无水柠檬酸一钠的制备方法及制备系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种无水柠檬酸一钠的制备方法，是一种以柠檬酸钠和柠檬酸作为反应原料制备无水柠檬酸一钠的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：

a1、向中和罐内加入罐体25％-35％体积的纯化水，开启搅拌；

a2、向中和罐内加入柠檬酸钠，然后升温至70-75℃使其充分溶解在纯化水中；

a3、然后向中和罐内加入柠檬酸并使其充分溶解；

a4、投料结束后，调整ph值在2.6-2.8，保证生成的为柠檬酸一钠；

物料按照如下反应方程式充分反应1-2小时；

2c6h8o7+c6h5o7na3.2h2o→3c6h7nao7+h2o

a5、物料反应完全后进行过滤，滤液通过管道进入浓缩罐内，保持浓缩罐温度在60-80℃反应5-6小时；

a6、在反应过程中取样检测晶体生成情况，产生大量结晶并且溶液分层明显后，利用自动离心机进行固液分离；

a7、固液分离所得结晶直接进入振动流化床干燥机，于70-80℃下干燥2-3分钟，去掉表面水，直接得到无水柠檬酸一钠；

a8、将干燥好的无水柠檬酸一钠用微粉机进行粉碎，并通过60目的筛网进行分筛，去除没有粉碎好的物料，确保粒度均匀，即得成品。

进一步地，

所述柠檬酸：柠檬酸钠的摩尔比为2.5-2:1。

进一步地，

上述制备方法还包括步骤：

a9、将步骤a8分筛后的物料用内袋以及纸塑复合袋包装好制得成品。

进一步地，

从步骤a6固液分离出来的母液进入中和罐循环使用。

优选地，

步骤a4中，控制反应溶液的质量浓度为1.26g/ml-1.28g/ml，有利于结晶的形成。

优选地，

上述柠檬酸钠及柠檬酸的纯度在99％以上。

本发明还提供一种能实现上述无水柠檬酸一钠制备方法的无水柠檬酸一钠的制备系统，所述无水柠檬酸一钠的制备系统包括：

依次连接的中和罐、过滤装置、浓缩罐、自动离心机、振动流化床干燥机、微粉机、筛网；

所述中和罐还设有搅拌装置、加热升温装置、投料装置；

所述浓缩罐设有搅拌装置、加热升温装置、取样口。

进一步地，

所述制备系统还包括连接在筛网后的包装机。

本发明的有益效果：

1、相比对比文件1采用柠檬酸和氢氧化钠作为反应原料进行反应，其反应剧烈，会产生大量的热量，反应不稳定；

而本发明利用柠檬酸和柠檬酸钠为原料进行反应相比柠檬酸与氢氧化钠做反应原料，反应更平稳，能避免剧烈反应及产生大量的热量，便于操作。

2、本发明控制结晶温度在60-80℃，能直接生成无水柠檬酸一钠，不含结晶水。若温度低于60℃，则会形成含结晶水的柠檬酸一钠。

3、相比传统生产工艺，传统生产工艺的结晶完成时间需要16个小时以上；

本发明提供的制备方法的结晶时间只需要5-6小时，即可完成。

4、相比传统生产工艺，传统的生产工艺，需要进行二次干燥，干燥时间需要8-10小时；

本发明提供的制备方法只需通过流化床进行干燥，干燥时间仅需要几分钟即可完成。

本发明利用自动离心机分离出结晶，结晶经振动流化床干燥机一步干燥，经取样检测结果表明，水分含量都在0.3％以下。

因此，本发明能极大缩短反应(结晶)时间及干燥时间，从而能减少生产成本，提高生产效率。

依照本发明提供的制备方法制出的无水柠檬酸一钠，符合塑料发泡助剂的要求的新型高效、环保、多功能，能提高发泡的均匀、细密程度，使产品单位面积内发泡数量增多，从而改善发泡剂的分散性，稳定泡沫结构；调节发泡剂的分解温度和分解速率，从而使发泡剂分解温度与塑料加工的温度相适应，使塑料加工更快捷简便；改善ac发泡剂的架桥，从而改善塑料制品的三维网状结构，改善塑料制品性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例无水柠檬酸一钠的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例无水柠檬酸一钠的制备系统结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图2所示，本实施例提供一种无水柠檬酸一钠的制备系统，包括：

依次连接的中和罐1、过滤装置2、浓缩罐3、自动离心机4、振动流化床干燥机5、微粉机6、筛网7、包装机8；

中和罐1设有搅拌装置、加热升温装置和投料装置；

浓缩罐3设有搅拌装置、加热升温装置、取样口。

实施例2

如图1所示，本实施例采用实施例1提供的无水柠檬酸一钠的制备系统，提供一种以柠檬酸钠和柠檬酸作为反应原料制备无水柠檬酸一钠的制备方法，本实施例的制备方法具体包括如下步骤：

a1、向中和罐1内加入罐体25％体积的纯化水，开启搅拌；

a2、向中和罐1内加入柠檬酸钠，然后升温至70℃使其充分溶解在纯化水中；

a3、然后向中和罐1内加入柠檬酸并使其充分溶解；

柠檬酸：柠檬酸钠的摩尔比为2:1；柠檬酸钠及柠檬酸的纯度在99％以上；

a4、投料结束后，物料按照如下反应方程式充分反应1小时；

2c6h8o7+c6h5o7na3.2h2o→3c6h7nao7+h2o

反应ph值控制在2.6；保证生成的为柠檬酸一钠；

控制反应溶液的质量浓度为1.26g/ml，有利于结晶的形成。

a5、物料反应完全后通过过滤装置2进行过滤，滤液通过管道进入浓缩罐3内，保持浓缩罐3温度在60℃反应6小时；

a6、在结晶过程中通过浓缩罐3的取样装置取样检测晶体生成情况，产生大量结晶并且溶液分层明显后，利用自动离心机4进行固液分离；

a7、固液分离所得母液进入中和罐1循环使用，结晶直接进入振动流化床干燥机5，于70℃下干燥3分钟，去掉表面水，直接得到无水柠檬酸一钠；

a8、将干燥好的无水柠檬酸一钠用微粉机6进行粉碎，并通过60目的筛网7进行分筛，去除没有粉碎好的物料，确保粒度均匀；

a9、将步骤a8分筛后的物料通过包装机8用内袋以及纸塑复合袋包装好制得成品。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：

(1)a1、中和罐1中加入35％体积的纯化水；

(2)a2、升温至75℃，使柠檬酸钠充分溶解；

(3)a3、柠檬酸：柠檬酸钠的投入摩尔比为2.5:1；

(4)a4、投料结束后，物料反应时间为2小时；反应ph值控制在2.8；控制反应溶液的质量浓度为1.26g/ml。

(5)a5、保持浓缩罐3温度在80℃结晶5小时；

(6)a7、结晶直接进入振动流化床干燥机，于80℃下干燥2分钟。

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于：

(1)a1、中和罐1中加入30％体积的纯化水；

(2)a2、升温至72℃，使柠檬酸钠充分溶解；

(3)a3、柠檬酸：柠檬酸钠的投入摩尔比为2.2:1；

(4)a4、投料结束后，物料反应时间为1.5小时；

(5)a5、保持浓缩罐3温度在70℃结晶5.5小时；

(6)a7、结晶直接进入振动流化床干燥机，于75℃下干燥2分钟；

实施例5对比实施例

本实施例与实施例1的区别在于：采用40℃低温结晶6小时。

实施例6对比实施例

本对比实施例以柠檬酸与氢氧化钠作为反应原料制备无水柠檬酸一钠，具体制备过程如下：

(1)采用柠檬酸与氢氧化钠作为反应原料；向中和罐中先加入氢氧化钠，待氢氧化钠完全溶解后加入柠檬酸，柠檬酸：氢氧化钠摩尔比为1:1；投料的同时进行搅拌；

(2)投料结束后，反应温度控制在80℃，反应时间2小时；

(3)物料反应完毕后，将反应液通过过滤装置过滤，滤液进入浓缩罐冷却至40℃时停止冷却并保持16小时，反复进行搅拌；

(4)在结晶过程中通过浓缩罐的取样装置取样检测晶体生成情况，产生大量结晶并且溶液分层明显后，利用自动离心机进行固液分离；

(5)母液进入中和罐循环使用，结晶进入振动流化床干燥机80℃干燥5分钟，得到含水柠檬酸一钠；

(6)启动双锥干燥机进行二次干燥；干燥温度120℃，干燥8小时，得到无水柠檬酸一钠；

(7)将二次干燥好的物料用微粉机进行粉碎；

(8)将粉碎好的物料通过60目的筛网进行分筛，去除没有粉碎好的物料，确保粒度均匀；

(9)将分筛后的物料通过包装机用内袋以及纸塑复合袋包装好制得成品。

实施例7对比实施例

本实施例与实施例6的区别在于：步骤(3)：50℃低温结晶16小时。

实施例2-7工艺参数比较如下表1所示：

表1工艺参数比较情况表

上述实施例2-7制得产品的质量指标如下表2所示：

表2产品质量指标比较情况表：

通过上述实施例2-7的制备实施例得出如下结论：

1、本发明利用柠檬酸和柠檬酸钠为原料进行反应相比柠檬酸与氢氧化钠做反应原料，反应更平稳，能避免剧烈反应及产生大量的热量，便于操作。

2、本发明控制结晶温度在60-80℃，能直接生成无水柠檬酸一钠，不含结晶水。若结晶温度低于60℃，会形成含结晶水的柠檬酸一钠，因此若只干燥一次，水分含量会达到4.62％(实施例5)。

3、本发明提供的制备方法采用高温结晶，只需要结晶反应5-6小时，即可反应完全；而对比实施例的制备方法采用低温结晶，结晶反应时间在16小时以上。

4、本发明提供的制备方法只需通过流化床进行一次干燥，干燥时间仅需要2-3分钟即可完成；而对比实施例需要进行二次干燥且干燥时间长达8小时以上。

5、本发明利用自动离心机分离出结晶，结晶经振动流化床干燥机一步干燥，经取样检测结果表明，水分含量都在0.3％以下。

综上，本发明提供的制备方法能极大缩短结晶(反应)时间及干燥时间，从而能减少生产成本，提高生产效率。

依照本发明提供的制备方法制出的无水柠檬酸一钠，符合塑料发泡助剂的要求的新型高效、环保、多功能，能提高发泡的均匀、细密程度，使产品单位面积内发泡数量增多，从而改善发泡剂的分散性，稳定泡沫结构；调节发泡剂的分解温度和分解速率，从而使发泡剂分解温度与塑料加工的温度相适应，使塑料加工更快捷简便；改善ac发泡剂的架桥，从而改善塑料制品的三维网状结构，改善塑料制品性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。