檸檬酸鈣制備的研究論文

1、創(chuàng)點線/躺壞般俛畢 業(yè) 設計檸檬酸鈣制備的研究200801020536教授系 別: 專業(yè)班級: 學生姓名: 學 號: 指導老師:化學工程系化工0814鄭躍龍二00年十二月hunan chemical industry vocationtechnology collegegraduation designresearch on preparing calcium citratebranches:chemical engineering departmentclass:chemical class 0814name:zhensyuelonenumber:200801020536tnstructor

2、:yanxinorofessordecember ,2010目錄摘要5abstract6第一章文獻綜述81.1檸檬酸鈣的物理性質(zhì)與化學性質(zhì)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(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)13第三章實驗室檸檬酸鈣制備的工藝條件的研究133.1檸檬酸鈣制備的反應機理173.

3、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(chǎn)生的影響203.3.3滴定速度對反應產(chǎn)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(zhì)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

4、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。檸檬酸鈣屬于有機酸鈣，較無機鈣溶解度大且生物利用 率高。鈣是人體內(nèi)第五大元素，它對人體內(nèi)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(zhì)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 co?產(chǎn)生胃脹等情況，且

5、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、制備過程中的酸度曲線，為實際 生產(chǎn)提供工藝參數(shù)。關鍵詞:檸檬酸鈣；食品添加劑；補鈣；影響因素。abstractcitric acid calcium is an im porta nt kind of food additives, industry comm only make chelating agent, the slow granule, organization concreting, calcium fortifier, emulsifying salts, etc. as c

6、alcium fortifier, with tasteless characteristics. citric acid calcium 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

7、 than inorganic acid calcium, belong to calcium solubility large 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 nu

8、tritional or metabolic to the health of human body will have extremely 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

9、 risk of kidney stones. so calcium for health is very important. 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 bil

10、ge, etc., and calcium high.this paper will citric acid calcium preparation process factors, temperature, determine the hl purity, citric acid, dosage of preparation process of acidic curve, provided for practical production process parameterskeywords: citric acid calcium, food additives, calcium, an

11、d in flue ncing factors第一章文獻綜述1檸檬酸鈣的物理與化學性質(zhì)及用途檸檬酸鈣,化學名2-疑基-1,2,3-丙三竣酸鈣，別名，枸椽酸鈣, 分子式為ca3(c6h507)2-4h20.常為細小的口色晶體或口色粉末，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小; 并且隨溫度升高降低。如果升溫至70°c,失去部分結合水而轉(zhuǎn)變?yōu)?ca3(c6h50t)2-4h20o結晶水加熱至100°c時逐漸失去水，120°c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95-100°c,ca3(c 6h5o7)

12、2 4h2o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(zhì)強化劑、 螯合劑。檸檬酸鈣屬于有機酸鈣，較無機鈣溶解度大但生物利用率高。 作為鈣質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)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(zhì)量非常重要

13、。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(chǎn)品的質(zhì)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。13檸檬酸鈣制備研究的現(xiàn)狀當前檸檬酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)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熾燒生產(chǎn)氫氧化鈣，做成食品 添加劑，一般需耍氫氧化鈣的純度非常高，所以有的才用二次鍛燒法, 里面包括碳化過程，再燉燒提取純度非常高的氫氧化鈣溶液。再與檸 檬酸進行屮和反應制取產(chǎn)品檸檬酸鈣。14檸檬酸鈣制備方框流程圖碳酸鈣-熾燒-粉末(cao)-消化ca(oh)2-中和(檸檬酸)-加熱一 沉淀

14、一抽濾-檸檬酸鈣一干燥-粉碎-壓片-產(chǎn)品15本課題研究的意義與內(nèi)容1.5.1本課題研究的意義與目標%1 .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°c吋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。%1 無副作用。檸檬酸鈣吸收過程不會被胃酸分解產(chǎn)生二氧化碳使 胃脹氣和產(chǎn)生便秘等副作用。%1 .抑制腎結石的發(fā)&。檸檬酸鹽在血中的溶解度比產(chǎn)綸結石的 草酸鹽為高，能將草酸鈣轉(zhuǎn)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(nèi)容本課題主要是對檸檬酸鈣晶體的

15、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牛成的產(chǎn)物。并且 特別耍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。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

16、恒溫箱溫度調(diào)至 70°c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，直徑人概為2 3cmo加熱 500ml水至70°c,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. 同吋用電了秤秤取500g檸檬酸晶體，倒入燒杯中，加入600ml 左右40°c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屮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

17、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(shù) 據(jù)，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）移入玻璃皿中。6. 然后放入恒溫（70°c）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(shù)據(jù)（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(chǎn)品。9整理所有的

18、實驗數(shù)據(jù)，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°c的熱 水中進行消化反應，生產(chǎn)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。2）將配制好的氫氧化鈣溶液進行滴定，在滴定過程屮，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(chǎn)品質(zhì)量。二、以氧化鈣為原料配制氫氧化鈣溶液滴定檸檬酸1

19、）稱取氧化鈣粉末60g,在裝有300ml 70 °c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）把抽濾后的檸檬酸鈣的恒溫（70°c）干燥箱內(nèi)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(chǎn)品質(zhì)量。7）把粉碎后的檸檬酸鈣粉體加入少量的葡萄糖z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(shù)據(jù)一、檸檬

20、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v/mlph012.102012.084011.956011.878011.6810011.1112011.52137.611.0414011.31141.410.77溶液ph的計算:c (h 3cit) = 2.6 moynca (oh)2 = °54 mol廠-i 3 mol /cca3(cit)2-丄d /lkxio-4； k2=1.7x105； k3=4.0x10 7 h+= qkc 鹽k=5.0x10-15h+ = a/5.ox1o",5x1.3 =8x10'8 加ph=-logh =8-log8=

21、7.11產(chǎn)率的計算：理論產(chǎn)量：4%4x3><570.5 = 102.8g實際產(chǎn)量：94.5g產(chǎn)率：94.54-102.8x100% =91.9%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(zhì)）氫氧化鈣溶液的體積v / mlph05.88256.18506.30756.501006.671256.841506.971757.021957.062056.932156.952206.96223.58.24溶液ph的計算:cca(oh)2 =%“" = 039 加%k=5.0x10-15h+=鹽h + = 75.0x10'15x0.39 = 4.4x

22、 10弋加%ph=-logh+=7.41.產(chǎn)率的計算：理論產(chǎn)量:103.8g實際產(chǎn)量：94.lg產(chǎn)率：94.1 一 103.8x100%=90.7%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(zhì)）氫氧化鈣溶液的體積v / mlph06.08256.11506.17756.271006.431256.551506.631756.702006.762256.832506.902756.973007.103257.253507.413757.603807.803958.01溶液ph的計算:1 45 mol /ca (oh )2 -丄心/l-0 4 mol /cd 3( c”)2一

23、 u 加/lk=5.0x10-15h+=h + = 75.0x10-,5x0.48 =4.8x10-5%ph=logh*=7.31.產(chǎn)率的計算：理論產(chǎn)量:103.8g實際產(chǎn)量：88g產(chǎn)率：884-103.8x100%=84. 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鍛燒，制取中間產(chǎn)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(zhì)，得到較純的氫氧化 鈣溶液，再利用檸檬酸與氫氧化鈣在一定的條件下，進行中和反應， 得到所需產(chǎn)品檸檬酸鈣晶體。主要反應方程式為：cac()3 二 cao+c()2fcao+h2o=ca(oh)23ca(oh)2+c

24、6h5o7(c6h5o7)2ca3+c6h5o7(c6h6o7)2ca2+c6h5o7->(c6h7o7)2ca 3.1.1石灰乳滴加入檸檬酸溶液中的反應過程2 h 3cit + ca (oh )2 -* ca (/ 2cit )2 + hca (h 2cit ) 2 + co (oh ) 2 t ca hcit ) 2 + h 20ca 2 hcit )2 + ca (0hca 3 (cit )2 + h 203.1.2檸檬酸溶液滴加入石灰乳中的反應過程3ca (oh )2 + 2h 3cit t co 3 (cit )2 + 3h 2o2ca 3 (cit )2 + 2h 3cit

25、t 3co 2 (hcit )22co 2 (hcit >2+47/3cit t 4ca (h 2cit )23.1.3檸檬酸鈣水解方程式ca3(cz7)2 +2h2o ca2(hcit)2 +ca(oh)2ca2(hcit)2 -2h2o ca(h2cit)2 +ca(0h)2 ca(h2cit)2 + 2h2o 2h3cit + ca(ohki=74x1()4； k2=1.7x105； k3=4.0x10'73. 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°c左右最為合適，因為 可以加

26、快反應的反應速率。原因是氧化鈣在7(rc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(zhì)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(zhì)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(zhì)生石灰50g,倒入裝有300ml 70°c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

27、樣稱取優(yōu)質(zhì)生石灰60g倒入裝有500ml 70°c熱水燒杯中，在 電了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

28、度，但也不能太快，主要是由于被滴定溶液的濃度 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。34正、反滴定對反應產(chǎn)生的影響主反應為:3ca （oh） 2+2c6h507=ca3 （c6h5o7） 2+6h20但是在反應過程中，由于滴定的順序不同，所生成的中間產(chǎn)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7 9之間，不然會生 成檸檬酸二鈣和一鈣等副產(chǎn)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，最后生成我們所耍制備的產(chǎn)品檸檬酸鈣。所以在

29、操作過程中必須穩(wěn)定而且較緩慢的進行滴定。35滴定速度對反應產(chǎn)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吋間。而且在反 應過程中也耍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屮，滴定終點是一個很重要的平衡標準。滴定終點判定屮，我們一般以中和液的ph值作為依據(jù)。在檸檬酸滴定氫氧化鈣溶液中，當中和液穩(wěn)定吋的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，所以我們可以用酚駄試劑 做為指示劑。3.7干燥過程的控制把抽濾之后的檸檬酸

30、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。檸檬酸鈣在70°c時，失去部分結合水而轉(zhuǎn)變?yōu)閏a3(c6h507)2 -4h20o結晶水加熱至100°c時逐漸失去水,120°c 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(diào)制在70°c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，主耍用于濃縮乳、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

31、據(jù)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(chǎn)品。大大提高了鈣劑的利用率，且不會產(chǎn)生副作 用，因為以前的碳酸鈣鈣劑在吸收過程屮會產(chǎn)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(chǎn)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°c熱水，用熱水進行消化反應時，反應尤其劇烈，并但 使得溫度上升很快，有少量的蒸汽產(chǎn)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，表示苴已達到了消化終點。 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(zhì)：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i古i體雜質(zhì)，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