檸檬酸鈣制備的研究畢業(yè)設計論文

1、 畢 業(yè) 設 計檸檬酸鈣制備的研究hunan chemical industry vocation technology collegegraduation design research on preparing calcium citrate branches: chemical engineering department class: chemical class 0814 name: zheng yue long number: 200801020536 tnstructor: yan xin professor december ,2010目錄摘要5abstract6第一章 文獻綜

2、述81.1檸檬酸鈣的物理性質與化學性質及用途81.2檸檬酸鈣粉體的制備81.3檸檬酸鈣制備研究的現(xiàn)狀91.4檸檬酸鈣制備方框流程圖91.5本課題研究的意義與內容91.5.1本課題研究的意義與目標101.5.2本課題研究的內容10第二章 實驗部分102.1實驗藥品102.2實驗儀器設備102.3實驗操作過程11第一種方法：檸檬酸滴定氫氧化鈣11第二種方法：氫氧化鈣滴定檸檬酸122.4檸檬酸鈣制備過程的實驗數據13第三章 實驗室檸檬酸鈣制備的工藝條件的研究13 3.1檸檬酸鈣制備的反應機理173.1.1石灰乳滴加入檸檬酸溶液中的反應過程183.1.2檸檬酸溶液滴加入石灰乳中的反應過程183.1.3

3、檸檬酸鈣水解方程式183.2消化過程193.2.1 溫度的選擇193.3檸檬酸鈣制備的反應條件203.3.1電動攪拌機對反應效果的影響203.3.2正反滴定對反應產生的影響203.3.3滴定速度對反應產生的影響213.4滴定終點的判斷213.5干燥過程的控制213.6檸檬酸鈣制備工藝流程圖22第四章 總結23致謝語24參考文獻25摘 要檸檬酸鈣是一種重要的食品添加劑，工業(yè)中常作螯合劑、緩沖劑、組織凝固劑、鈣劑強化劑、乳化鹽等。作為鈣質強化劑，具有無味的特點。檸檬酸鈣的鈣含量高，吸收率高，被廣泛應用于包括嬰兒配方食品、果汁、乳制品、固體飲料、運動飲料、牛乳、豆乳、保健品和谷物制品等。檸檬酸鈣屬于

4、有機酸鈣，較無機鈣溶解度大且生物利用率高。鈣是人體內第五大元素，它對人體內的許多生理過程都起著十分重要的作用。人類的牙齒和骨骼中99%是鈣。因此，不管是營養(yǎng)性還是代謝性的缺對人體的健康都會有極廣的負面影響。骨質疏松癥就是最常見的一種由于缺鈣所引起的代謝性骨疾。缺鈣不僅是對骨骼有害，而且也會導致增加得高血壓、乳癌和腎結石的危險。所以補鈣對身體健康是非常重要的。在補鈣過程中，檸檬酸鈣相對于碳酸鈣等無機鈣來說，具有非常大的優(yōu)點，因為檸檬酸鈣在吸收過程中不會生成co2產生胃脹等情況，且含鈣量高。 本論文通過對檸檬酸鈣制備過程的影響因素的研究，確定了溫度、ca(oh)2的純度、檸檬酸用量、制備過程中的酸

5、度曲線，為實際生產提供工藝參數。關鍵詞:檸檬酸鈣；食品添加劑；補鈣；影響因素。abstractcitric acid calcium is an important kind of food additives, industry commonly make chelating agent, the slow granule, organization concreting, calcium fortifier, emulsifying salts, etc. as calcium fortifier, with tasteless characteristics. citric acid c

6、alcium content high calcium, high of absorptivity, have been widely applied in including infant formula, juice, beverage, dairy products, solid sports drinks, milk, bean milk, health products and cereal products, etc. citric acid calcium than inorganic acid calcium, belong to calcium solubility larg

7、e and biological utilization rate. calcium is human body first five elements, it to the human body of many physiological processes plays a very important role. human teeth and bones in 99% is calcium. therefore, whether the shortage of nutritional or metabolic to the health of human body will have e

8、xtremely extensive negative influence. osteoporosis is one of the most common due to lack calcium caused by the metabolic bone disease. calcium is not only harmful to bone, but also can lead to high blood pressure, breast and increased the risk of kidney stones. so calcium for health is very importa

9、nt. in the process of calcium, citric acid calcium carbonate and other inorganic relative to calcium speaking, have very big advantage, because citric acid calcium during absorption without formation of carbon dioxide generated stomach bilge, etc., and calcium high. this paper will citric acid calci

10、um preparation process factors, temperature, determine the hl purity, citric acid, dosage of preparation process of acidic curve, provided for practical production process parameters. keywords: citric acid calcium, food additives, calcium, and influencing factors 第一章 文獻綜述1.檸檬酸鈣的物理與化學性質及用途檸檬酸鈣,化學名2-羥

11、基-1,2,3-丙三羧酸鈣，別名，枸椽酸鈣，分子式為ca3(c6h5o7)24h2o.常為細小的白色晶體或白色粉末，通常含有4個結晶水，晶體分子量571.31。 檸檬酸鈣在水中的溶解度較?。徊⑶译S溫度升高降低。如果升溫至70，失去部分結合水而轉變?yōu)閏a3(c6h5o7)24h2o。結晶水加熱至100時逐漸失去水，120時完全失水。檸檬酸鈣的溶解度為0.95g/l水隨著溫度升高至95100，ca3(c6h5o7)24h2o的溶解度可降低到0.578g/l水。檸檬酸鈣的溶解度還和酸度有關，ph值降低時溶解度增大。檸檬酸鈣常做為鈣質強化劑、螯合劑。檸檬酸鈣屬于有機酸鈣，較無機鈣溶解度大且生物利用率高

12、。作為鈣質強化劑，檸檬酸鈣的鈣含量高，味道平和，氣味適中，吸收率高，可用于多種食品的強化，包括嬰兒配方食品、果汁、乳制品、固體飲料、運動飲料、牛乳、豆乳、保健品和谷物制品等。另外還可在食品工業(yè)中作螯合劑、緩沖劑、組織凝固劑等。1.2檸檬酸鈣粉體的制備粉體制備過程中，首先原料的純度是制約產品質量的一個重要的標準，其主要體現(xiàn)在碳酸鈣的燒制程度和氧化鈣含量等問題。再就是中和滴定過程中滴定的質量非常重要。以檸檬酸為標準溶液滴定氫氧化鈣為例，當檸檬酸量不夠，主要表現(xiàn)是氫氧化鈣反應不完全。影響產品的質量，達不到理論值所允許的誤差。檸檬酸過量，會導致檸檬酸鈣繼續(xù)反應生成檸檬酸一鈣和檸檬酸二鈣。1.3檸檬酸鈣

13、制備研究的現(xiàn)狀當前檸檬酸鈣的工業(yè)生產一般是利用生物發(fā)酵方法制取原料檸檬酸。鈣元素主要是利用豐富的無機鈣煅燒生產氫氧化鈣，做成食品添加劑，一般需要氫氧化鈣的純度非常高，所以有的才用二次煅燒法，里面包括碳化過程，再煅燒提取純度非常高的氫氧化鈣溶液。再與檸檬酸進行中和反應制取產品檸檬酸鈣。1.4檸檬酸鈣制備方框流程圖 碳酸鈣煅燒粉末（cao）消化ca(oh)2中和（檸檬酸）加熱沉淀抽濾檸檬酸鈣干燥粉碎壓片產品1.5本課題研究的意義與內容1.5.1本課題研究的意義與目標. 檸檬酸鈣是一種理想的鈣劑人體吸收容易、生物利用率高。25時檸檬酸鈣的溶解度是碳酸鈣的67.8倍，也是溶解度最高的有機鈣，口感上有明

14、顯的檸檬味，在沒有胃酸的情況下，不需胃酸活化液可以直接被人體吸收利用。.無副作用。檸檬酸鈣吸收過程不會被胃酸分解產生二氧化碳使胃脹氣和產生便秘等副作用。.抑制腎結石的發(fā)生。檸檬酸鹽在血中的溶解度比產生結石的草酸鹽為高，能將草酸鈣轉變?yōu)闄幟仕徕}，因此能起到預防結石的功能。1.5.2本課題研究的內容 本課題主要是對檸檬酸鈣晶體的制備及其工藝條件的試驗。當前的制備方法一般是采用氧化鈣消化制取氫氧化鈣，再去中和滴定檸檬酸來制取檸檬酸鈣。在試驗過程中，主要針對滴定和反滴定所使用試劑的量，主要體現(xiàn)在ph值的變化來判斷反應所生成的產物。并且特別要注意消化過程和反應過程中的溫度。另外滴定速度對反應的影響等因素

15、。用來進行物料衡算。第二章 實驗部分2.1實驗藥品檸檬酸晶體，氧化鈣，水，ph試紙。2.2實驗設備燒杯 攪拌器1000ml容量瓶 過濾篩 玻璃棒 錐形瓶 酸度計酸、堿式滴定管/移液管 鐵架臺 布氏漏斗 濾紙 抽濾瓶 真空機 恒溫干燥器 磨粉機 壓片機 ph試紙 溫度計 電子秤2.3實驗操作過程 準備工作：清洗設備和儀器，為實驗做準備，把恒溫箱溫度調至70左右。第一種方法：檸檬酸滴定氫氧化鈣1秤取60g生石灰，用錘子稍加粉碎，直徑大概為23cm。加熱500ml水至70，開啟攪拌器，再緩慢加入全部生石灰，停止加熱。當溫度計溫度不再上升，可停止攪拌，靜置冷卻。2.同時用電子秤秤取500g檸檬酸晶體，

16、倒入燒杯中，加入600ml左右40的去離子水。并加以攪拌，直至完全溶解。并用1000ml的容量瓶定容（至少洗三次燒杯）。3.當2中的氫氧化鈣溶液冷卻至常溫時，用80目的過濾篩開始過濾，多次用去離子水洗滌燒杯和過濾篩，濾液備用，移至錐形瓶。4，把酸度計插入上面的氫氧化鈣濾液中，用酸式滴定管移取檸檬酸標準溶液，緩慢滴加到氫氧化鈣濾液中，進行中和滴定，并要不斷用ph試紙測取中和液的 ph值。在分批滴加時，要適時記取實驗數據，并觀察實驗現(xiàn)象。5.滴定完之后，把中和液靜置冷卻至常溫，當溫度為常溫時，用 抽濾裝置進行抽濾，并要多次洗滌中和錐形瓶，當濾液滴落速度為6s每滴時，可以停止抽濾。把濾餅（檸檬酸鈣）

17、移入玻璃皿中。6.然后放入恒溫(70)中進行干燥。干燥時間一般在3個小時左右，得到檸檬酸鈣晶體。7.稱量所制取的檸檬酸鈣晶體，記取數據（用于后面的物料衡算），把所有的晶體倒入磨粉機里面進行磨粉粉碎。8.把粉體進行壓片，制成最后的產品。9.整理所有的實驗數據，洗滌實驗裝置和打掃實驗臺。第二種方法：氫氧化鈣滴定檸檬酸一、以氫氧化鈣為原料配制氫氧化鈣溶液1) 稱取氫氧化鈣粉末60g，倒入裝有300ml 70的熱水中進行消化反應，生產實驗所需的氫氧化鈣溶液。再把制取的氫氧化鈣溶液進行定容，做成氫氧化鈣的標準溶液。用移液管量取140ml檸檬酸置于1000ml的燒杯中，將燒杯放在電子攪拌器上，裝好酸度計。

18、2) 將配制好的氫氧化鈣溶液進行滴定，在滴定過程中，要不斷攪拌氫氧化鈣溶液。直至其ph為7為滴定終點。3) 將檸檬酸鈣溶液進行抽濾。4) 把抽濾后的檸檬酸鈣干燥3小時。5) 粉碎，稱量產品質量。二、以氧化鈣為原料配制氫氧化鈣溶液滴定檸檬酸1) 稱取氧化鈣粉末60g，在裝有300ml 70 的水中溶解。2) 用移液管量取140ml檸檬酸置于1000ml的燒杯中，將燒杯放在電子攪拌器上，裝好酸度計。3) 將配制好的氫氧化鈣溶液進行滴定，在滴定過程中，要不斷攪拌氫氧化鈣溶液。直至其ph為7為滴定終點。4) 將檸檬酸鈣溶液進行抽濾，直至濾液滴落的速度為6s每滴的時候，方可停止抽濾。5) 把抽濾后的檸檬

19、酸鈣的恒溫（70）干燥箱內穩(wěn)定干燥3小時。6) 把干燥后的檸檬酸鈣晶體進行粉碎，并稱量產品質量。7) 把粉碎后的檸檬酸鈣粉體加入少量的葡萄糖之類的東西，再放入壓片機里面進行壓片，片體的大小要適當。2.4試驗數據一、檸檬酸滴定氫氧化鈣時，溶液的ph隨檸檬酸體積的變化檸檬酸的體積 vmlph012.102012.084011.956011.878011.6810011.1112011.52137.611.0414011.31141.410.77溶液ph的計算：k1=7.410-4；k2=1.710-5；k3=4.010-7h+=k=5.010-15ph=-logh+=8-log8=7.11.產率的

20、計算：理論產量：實際產量：94.5g產率：94.5102.810091.9二、氫氧化鈣滴定檸檬酸時溶液ph隨氫氧化鈣體積的變化（氫氧化鈣為溶質）氫氧化鈣溶液的體積vmlph05.88256.18506.30756.501006.671256.841506.971757.021957.062056.932156.952206.96223.58.24溶液ph的計算：k=5.010-15h+=ph=-logh+=7.41產率的計算：理論產量：103.8g實際產量：94.1g產率：94.1103.810090.7三、氫氧化鈣滴定檸檬酸時溶液ph隨氫氧化鈣體積的變化（氧化鈣為溶質）氫氧化鈣溶液的體積vm

21、lph06.08256.11506.17756.271006.431256.551506.631756.702006.762256.832506.902756.973007.103257.253507.413757.603807.803958.01溶液ph的計算：k=5.010-15h+=ph=-logh+=7.31產率的計算：理論產量：103.8g實際產量：88g產率：88103.810084.8第三章 實驗室檸檬酸鈣制備的工藝條件的研究3.1反應機理利用石灰石高溫煅燒，制取中間產物氧化鈣。再把生石灰進行消化，制取熟石灰，使用過濾器除去石灰水里面的雜質，得到較純的氫氧化鈣溶液，再利用檸檬酸與

22、氫氧化鈣在一定的條件下，進行中和反應，得到所需產品檸檬酸鈣晶體。主要反應方程式為： caco3=cao+co2 cao+h2o=ca(oh)23ca(oh)2+c6h5o7(c6h5o7)2ca3+c6h5o7(c6h6o7)2ca2+c6h5o7(c6h7o7)2ca3.1.1石灰乳滴加入檸檬酸溶液中的反應過程3.1.2檸檬酸溶液滴加入石灰乳中的反應過程3.1.3檸檬酸鈣水解方程式k1=7.410-4；k2=1.710-5；k3=4.010-7 3.2消化過程3.2.1 溫度的選擇 消化過程的反應方程式為：cao+h2o ca(oh)2 反應為放熱反應，但起始反應溫度為70左右最為合適，因為

23、可以加快反應的反應速率。原因是氧化鈣在70的熱水中最容易發(fā)生消化反應，隨著溫度的升高，氫氧化鈣在水中的溶解度越來越小。但溫度太低時，氧化鈣發(fā)生消化反應不完全。所以，在消化過程中需注意溫度的控制。1) 氫氧化鈣直接溶解 將實驗所需質量的氫氧化鈣加入裝有300ml 水的燒杯中，放在電子攪拌器上加熱溶解。（檸檬酸滴定氫氧化鈣） 將實驗所需質量的氫氧化鈣加入裝有500 ml水燒杯中，放在電子攪拌器上加熱溶解。（氫氧化鈣滴定檸檬酸）2) 生石灰消化 稱取優(yōu)質生石灰50g,倒入裝有300ml 70熱水的燒杯中，在電子攪拌器不斷攪拌的情況下進行消化，以致充分反應為止。（檸檬酸滴定氫氧化鈣） 同樣稱取優(yōu)質生石

24、灰60g倒入裝有500ml 70熱水燒杯中，在電子攪拌器不斷攪拌的情況下進行消化，以致充分反應為止。（氫氧化鈣滴定檸檬酸） 以生石灰為原料制備氫氧化鈣溶液時，在充分反應完全之后，我們要通過過濾篩（80目）對氫氧化鈣溶液進行過濾，以制取較純凈的氫氧化鈣水溶液。3.3反應條件3.3.1.電動攪拌機對反應的影響在反應過程中，攪拌速度不宜過快，太快會導致溶液飛濺出來，影響實驗效果和準確度。但是攪拌速度過慢也不行，會導致反應不完全，致使達不到實驗效果和準確度。一般是稍微出現(xiàn)漩渦狀即可以。但隨著標準溶液的加入反應越來越慢，且燒杯底部出現(xiàn)沉淀，所以相應的要加快攪拌速度，但也不能太快，主要是由于被滴定溶液的濃

25、度減小，致使反應接觸面積減小，所以要加快攪拌速度來增大反應接觸面積，來保證標準溶液不在反應器里囤積。3.4正、反滴定對反應產生的影響 主反應為：3ca(oh)2+2c6h5o7=ca3(c6h5o7)2+6h2o但是在反應過程中，由于滴定的順序不同，所生成的中間產物也不同。在檸檬酸滴定氫氧化鈣溶液時，由于堿過量，所以直接生成了檸檬酸鈣。但是滴定終點必須ph值必須保持在79之間，不然會生成檸檬酸二鈣和一鈣等副產物。用氫氧化鈣標準溶液滴定檸檬酸時，由于酸過量，所以會生成檸檬酸一鈣，再生成檸檬酸二鈣，最后生成我們所要制備的產品檸檬酸鈣。所以在操作過程中必須穩(wěn)定而且較緩慢的進行滴定。3.5滴定速度對反

26、應產生的影響在滴定過程中，要保持較慢的滴定方法，因為氫氧化鈣是中強堿，而檸檬酸也是中強酸，在反應過程中，反應不是很激烈，所以要有充分的反應時間。而且在反應過程中也要保持較快的攪拌速度，以便于有更大的接觸面積，使反應更充分。3.6滴定終點的判斷在反應過程中，滴定終點是一個很重要的平衡標準。滴定終點判定中，我們一般以中和液的ph值作為依據。在檸檬酸滴定氫氧化鈣溶液中，當中和液穩(wěn)定時的ph值在79之間為最好的滴定范圍；而氫氧化鈣標準溶液滴定檸檬酸時，ph應在7左右，所以我們可以用酚酞試劑做為指示劑。3.7干燥過程的控制把抽濾之后的檸檬酸鈣晶體放入恒溫箱里面進行干燥，特別要注意的是溫箱溫度不能太高。檸

27、檬酸鈣在70時，失去部分結合水而轉變?yōu)閏a3(c6h5o7)24h2o。結晶水加熱至100時逐漸失去水，120時完全失水。所以要制備4個結晶水的檸檬酸鈣晶體時，我們應該把溫度調制在70左右。3.2檸檬酸鈣制備工藝流程圖 第四章 總 結檸檬酸鈣作為一種新型的食品補鈣添加劑，主要用于濃縮乳、甜煉乳、稀奶油、融化干酪、果醬、果凍、面粉和發(fā)酵豆醬作為鈣源。同時還可以作螯合劑、緩沖劑、組織凝固劑、乳化鹽等。相對于傳統(tǒng)的無機鈣劑，具有較大的優(yōu)點。在實驗室制備檸檬酸鈣過程中，我們可以根據原料的純度、滴定速度和溫度對反應效果的影響，并確定了相應工藝條件。檸檬酸鈣是重要的精細有機鈣產品。大大提高了鈣劑的利用率，

28、且不會產生副作用，因為以前的碳酸鈣鈣劑在吸收過程中會產生導致胃脹的二氧化碳，相對于其余的有機鈣劑，比如草酸鈣會比檸檬酸鈣產生結石的概率大的多。通過做實驗，我們從中總結出了每一個過程中的一些規(guī)律：一.消化過程和配制標準溶液：我們在1000ml的燒杯中加入60g生石灰與70熱水，用熱水進行消化反應時，反應尤其劇烈，并且使得溫度上升很快，有少量的蒸汽產生，與冷水消化進行比較，其消化速度更快，反應更為徹底。反應生成物ca(oh)2 顆粒更為細膩，在該消化過程中，當其溫度保持穩(wěn)定時，表示其已達到了消化終點。在1000ml的燒杯中加入500g檸檬酸晶體，在加熱攪拌情況下溶解，然后用1000ml的容量瓶進行定容，配制檸檬酸標準溶液。二.除雜質：把消化之后的氫氧化鈣溶液進行自然冷卻，冷卻完后，即可進行過濾，除去氧化鈣中所含的固體雜質，得到較純的氫氧化鈣溶液，用于檸檬酸鈣制備過程中的中和滴定。三.中和滴定：中和滴定包括正、兩種方法。即用檸檬酸標準溶液滴定氫氧化鈣溶液和氫氧化鈣溶液滴定檸檬酸溶液。在滴定過程中主要要注意反應的滴定速度，另外要不斷的攪拌反應液，以便于反應液能有更大的接觸面積。使反應更快更好的進行。在檸檬酸滴定氫氧化鈣的反應中，滴定終點應為ph在7