Bereidingsmethoden van citroenzuur

,

,. ! ' . ~-,~-;

. I

r:----v.J,

~ \ \ t ₁

I

î

,

\ I

I

~ G-. INHOUD. INLEIDING. BEREIDINGSMETHODENVAN CITROENZUUR. WERKWIJZE DER PROCESSEN.

1. Het winnen uit citroenen.

2 • Het. winnen uit afval van .. de ananasindustrie.

3. Het winnen door fermentatie :van suikeroplossingen. a. Oppervlakte-fermentatie.

b. Schudmethode. ECONOMISCHE ASPECTEN. KEUZE VAN HET PROCES. ~

BESPREKING VAN HET TOEGEPASTE PROCES.

:;

3 3 4

,

6

6

,,~~.

Koölhydraatbron • . " 2. Soort organi~e.

3.

Voeding szou ten •. 4. pH. ',2. Tempera tuur. -

6.

_Druk. 2~ Tijdsduur.

8.

./Àereren. ~. 0)2bre~st.

MECHANISME VAN DE FERMENTATIEME'lliODE. 8 .

,

KEUZE VAN DE PRODUCTIE.

9

( .

. BESCERIJVING VAN HET PROCES EN TOELICHTING 'VAN HET SCHEMA. 10· TIJDSCHEMA. MATERIAALBALANS. LITERATUUR.

18

- 19 20

I f

i

f Q. , f .

r

"~ _,

.

, ,

~

.

\ , t

i

.... 2 ... ,

F JA. B R l E K S ,SC HEM A C I T ROE N ZUU,R F A' B R I EK.

INLEIDING. la

l,

1 b ); 1 ~ ) •

Citroenzuur,me~d~ systematische naàJll 2-hydroxy"'propà.an-tricar..,.

boIizuur~l,2,3.,bezit de moleculairformule c6Ha07en de strUctuur-formule:

. ,

, Het moleoulair gèwicht bed,raagt 192,12.,'

,

.

Het komt in 2 vormen voor en zijn. als zodànig in de handel te verkrijgen:

~. .Anhydrovorm

Deze beide' vormen hebben een o'verga~ste.mIie!,a tuur van 36, 6°c. Citroenzuur krista11isèert in koud water in de monohydraatvorm uit. De anhydrovorm vèr ~r ij g t men d,oor alle' bewer ki tlg en boven

36;6°Ó. uitte voeren.

ln

de praktijk, vo~r-t men echter al1:e

bewer-, ' ,

king~n boven de .500C~uit. !Je' monQhydraatvorm heeft een smelttra ...

ject, doch de anhydrovorm bèzJt een'scherpsmeltpuntvanl.530C.

,

.

Het s.g. van 'de anhy?-rovorm is 1,.542. Het' ontledingspunt iS,17.5°C. Het is een k1eurJ,Ç)ze kris-pa11ijne stofof,Wit poedèr met een aangenagle

friss~u~trlaakj v~ndaar

dat het het 'meest toegepa13te or .... gá.nisch zuu,r is in de levensmiddelenindustrie 'en de pharmacie.

De laatste tijd zijn grote technischetoepassirigen gevonden in 'de industrie o.a. in de katoendrukkerij, lak .... en verfindustrie,

polij stem van ij zer en staal en de behandelingen, cóndi tione~ing, ,', van itldustriewater.,

Eet nèutrale natriumzout wordt zeer veel gebruikt,in de v~edings­

middelen- en pharmaceutische ind,ust;r,ie; tërwijl de esters als plas~ tic'isers grote t;oepass~ng vinden.

-'.'

BEREIDINGSMETHODEN VAN CITROENZUUR •

. Hiervoor zijn 3 methoden technisch gerealiseerd. 1. Het winnen uit citroenen •.

2. Het winnen uit afval van de an~nasindustrie.

3.

Het winnen door ~èrmentatie van, suikeroplossingen; gewoonlijk melasse met behulp van f3peci,fieke fermenten·.

s'

Momenteel wint IQ.en het groo.tste deel volgens het fermentatieproces.

WERKWIJZE DER PROCESSEN.

1. Het winnen uit citroenen. 2).

Oor·spronkelijk werd dit in Italië gedaan, doch tegenwoordig ook in Californië

(U.S.4.

)en West Indië.

' . ,

De citroenen word.en gewassen~ ge$orteerd en geschild. Het, inwendige

"

" wordt in kleine stukjes gesneden,: daarna uitgeperst tussen walsen en tenslotte in tegenstroom met water uitgetroJ;cken. Het sap bevat 1/2 10

pectine en is hierdoor visceus. Men laat hét sap gedurende 4 ... 10 dágen een spontane fermentatie qn~ergaan, waarb1jde,agglomeraten van sui-ker,pectiIien en fijne albuminen in alcohol worden omgezet, zodat. men een filtreerbaar. sap verkrijgt. TijdenS het warm filtreren wordt

diatomeënaarde gebruikt om een helder strogeel sap 'te verkrijgen met een èitroenzuurgehalte van ,~6 ~. Hierna wQrdt ~alkmelk toegevoegd en het neergesla.gen calc~umcitraat atgefilti'eerd om tenslotte met een aequi valente hoeveelheid zwavelzuur in ei tD.Denzuur omgezet te;"

word~n.

2. Het winnen uit afval

van

de ananas1ndustrie.

3).

"Deze industrieëletoepassing vincitmen in Hawaii.

Het afval wordt gesneden en tot pulp verwerkt •. :Hierna wordt de pulp uitgeperst en met water uitgetrokken. Het dunne sap; dat ontstà.at; wordt geconcentreer~d en IQ.et kalkmelk wordt calciumc:i, traa t ~eergesla­ gen en dit laàtste wordt met zwavelzuur in citlDeanzuur ·omgezet ..

.... '-:,L. "; " .. . ,' _...-:;,-:. ~~-r~~~" ~ .• /~q

/.;,

.~ I 1 j

?

Het winnen door fermentatie van slliker0-plo8singen.. 4).

Dezemetho'de, die door Wehmer in

1893.5)

~itgevonçlen is,. volgt de

z.g·.oppe_rvlakte-fermenta~ie (surface .... fermentati.on), doch d~'laatste

. .

tijd, sinds de uitgebreide_studfe van Perg.uinin " .

1938

6)-,

is men' in ....

tensi~f be.zig de z.g. schudmethóde (' submèrged-fermenta'tionJin te

voeren, wat echter nog niet technisch is gerealiseerd.

a. Oppervlakte-ferinenta tie. 4) • ' .

:: Een s,teriele suikerhoud'e~de oplossin'g, waaraan enkele zouten zijn

t<?egevoegd, wordt geinoqculeerd.met d~te gebruiken fermenten, gewoon.,..

lijk een ge selec'teerde stain van: de Aspergillus ·niger~Na een fermenta-tie:tijd van 9ngev$er .5~14 dagen, waarbij de ',temperatuur goed in acht

wordt genomen en goedgeàereera: wordt, ontstaat er een c1troenzuu+'hou ....

-.

dende oplossing. Het mycelium van de fermenten wordt afgescheiden en'

- ' . "" . ' .

kalkmelk toegevoegd. Het neergeslagen calèiumcitr,fiat wordt a:fgefil~­

treerd en di t laatste wordt met zwavelzuur in c i tD.eenzuur oIÎlgezet:~

b •. Schudmethode.

7).

Men gebruikt hier' geconcentreerder suil~erhouq,ende oplossingen in

schud:\.{etels. Tijdens de fermentatie wordt,)1et > ~ >. geh,eel goed geschud en

intensief geaereerd. ~et deze methoo..eis .. een eenvoudiger' apparatuur,

minder arbeidswerkzaamheden "en kortere fermentfi'tiietijd mogelijk •.. Echter is deze methode, zoals reeds vermeld is, nog niet óp industrie ....

~le schaal uitgevoerd.

,~,

"'"

~ .~ I ',~

I

I

_I

I • r ';\ . .;~;; : . , b' " ECONOMISCHE

ASP~CT...:.N.

_ffl).

_{8 ). 8c ).;.}

8~}.

_{8e };,}

In het çègin van deze eeuw le.verde Italië ui t de winning van ei trusvruch ten

_{90 10}

_{van het calciumci tr~àt . voor" de wereldmarkt •.}

. In 1923 begon de commeréieiël~"ontwikke~ing _{van een fermentatie"'"}

metllode voor citroenbereiding in·de

_u.s.

In 1929 was Amerika reeds de grootste wereldproducent 'van ci ...

troenzuur met ca • .5000 _{ton/jaar. De productie ,heeft. zich de laat ....}

. .

ste jaren nog steeds ui tge.:t>réid, des~>ndank:s _{kan men nog niet aan}

de vraag 'Voldoen. ~e _{hui'dige proçluctie van de U.S. wordt op ca.}

15

000 ton/jaargeschat~

In 1947 was de gemiddèlde prijs in Amerika 23 d/lb.

In West-Duitsland wordt er. in ~ fabrieken 2 200' _{ton/jaar éi.,..}

t:t:0enzuur

geprodu~eerq..

₉

à_).

₉

b_{). Deze fa.brielren zijn bovendien}

de 2 enigste façrieken, waarvan de volledige gegevens bekend zijn,

daar alle andere fabrieken de toegepaste processen met ~e grootste

,

1

f

I

i

!

r

;

I-I,

.r"'. ~ ~'\ I !i!

,

I

I

I I

I

KEUZE VlIN HET PROC:ES.

Voor Neq,erland is' d~ aangewezen weg bietenmelasse als grond;'"

stof te gebruiken,_

De oppèÎ'vlakte ... fernientat~emethóde wordt hier genomen, omdat de

elegante ~chudmethode .nog

in

~~Iireseàrchstadium verkeert.

BESPREKING VAN HET TOEGEPASTE PROCES •.

OPPERV1ÁKTÈ.,..FERMENTATI]METHODE_ (Zie p. 4).

, Voor een maximale opbr'engst moet men d'e vers,chillende factoren

en omstandigheden lJ.8.uwkeurig in. acht nemen. 1. Koolhydraatbron:

,

'.

Bietenmelas,se geeft grotere op,brengsten .dan rie'tmalasse' , . ' en

bo-vendien moet'deze laatste nog geimporteer~ worden.,

Z.ui ve+>6 gluëosEWplossing geeft volgens een Brits

_.

_{- .} - - . patent 10)

een

zeer goede' opbrengst' van 6,1Dvan de aanwe~ige suiker.

Bij:gebruik van sommige bietéIlmelassesoorten, die afkomstig Zijn

van' een bepa~lde streek, moet er ~n acht word:en genbmen, ~at die'

giftige .be~tandde~ën kunnen bev.attenvobJ:'. de te' gebruikenf.erma'nten.

. .

De 'beste resultaten wordt verkregen bij ,gebruik v~n oplossingen

met een ~uikergehal te van

1.5

2 .• -Soort organisme:',

20~. 11),,'

Vele soor,ten' organiSmen kunIlen' uit suikerhoudende oplossingen

ci troenzuur.produceren. ~eallerbe,ste .resul~atèn wordén berèikt

'.

~

f

dóor gebruik ~e maken van ee'n gesele'cteer4.e stam .van Aspergillus

.

~~~

Niger; dit ':'erd in

+9~7

door èurrie-gevanden.

'.~~~)'

Welke s:am dit

'\~

/

i~,.

is niet

b~kend,

daar dit steeds strikt gehe1m wordt gehouden.

Het kweken van de fermenten geschi.edt in zuivere suikeroplossin-gen.

I ,

1.

-~

7 ...

-3·Voedingszouten: , '

Voor het leven van de fermenten zijn voedingszouten nodig, die natrium, p~osphoren magnesium bevatten •. gewoonlijk neem't men

ammonium .... , kalium-; natrium-,. of calciumnitraten, secundair kalium'" phosphaat (K₂HP0

4) :en magnesiumsulfäat. Geringe 40eveelheden zink ...

"

,~n ijzerzouten bE;lvorderen de opbrengst en de snelhe:1d 'van de zuur ... · v:orming.

.'

4. pH.: IJ) •

. Voor een maximale opbrengst, aàn citroenzuur 'en het tegengaan van infectie m?et er bij, een p~ van 1 ,,.: 2' gewerkt' worden. Deze l'H wordt verkregen door toeVOeging vanzollt4uun. 'Wordt 'er' bijeen pH van

6 .. '

7

gewerkt, dan ver~rijgt men' een maximale opbrengst van het neven-product, oxaalzuur; ~n bèvordering van de infectie.

, •. Temp~ratuur:

Deze wor<it gedurende q.e'gehele fermentatie tussen 2.5°~

3.5

00. ge .... houden. De temperatuurkeuze is afhankel.ijk van de practische er ...

--varingen van dè fabriek,en.

6.

Druk:

-Alle bewerkingen worden uitgevoerd' onder. 'atmosferischè omstandig"':

hèden~

7~ Tijdsduur:

De ferme,ntatie' heeft gewoonlijk gedUrendè

7 ..,.

10 dagen volledig' plaats gehad.

14).

;Langere fermentatietijd doet de gevormde hOe":' veelheid citroenzuur verminderen, doordat het c,i t;roenzuur verder

.

.

afgebroken,wordt tot koolzuur en w~ter.

8.

,Aëreren:

In het algemee,n ,is het invoeren van luèhtovermaat absoluut nood--:-zake.:;Lij k. Di t is. vooral il-odig .:voor het voorkom~n van de vorming. van bijproducten, o.a. gluconzuur.

'.

~

8 ....

Te grote en te kleine lUèhthoeveelh, eid is _{nad~lig. Deze} beno-digde luchthoeveelheid moet voo;r ie,dere ins' tallatie experimenteel bepaald worden. 14).

9. Opbrengst:

In de practijk wordt ca. 601013) • van de aanwezige, stiikerhoe..,. veelheid omgezet in citroenzuur.

- MECHANISME VAN DE FERMENTATIEMETHODE.

Het·juistemechanieme is tot nu toe nog niet .. opgehelderd, doch

. "

dë meest waarschijnlijke }J.ypothese is' die van Raistrick en C1ark l,a),l,b); Glucose Oxaalazijnzuur O· 2 _{Pyrodruivenzuur} Ci troenzUtir.

l.

I

I

!

....9 ...

KEUZE VAN DE PRODUCTIE.

Word,t de productie van .Amerikf? en West""Dui taland vergelèken me.t het aantal 'inwoners van de genoemde land.en, .dan worden de volgen..,. de hoeveelheden gevond~n: .iAmerils:a West-Duitsland . Aant. inw. l60niillioen 47 11 Jaarl. prod.' citroenzuur in

kg.,:

1;5 millioen

_{. . .}

_. 2;2

_"

k'g/inw.Jj aar. ca .. 0,1

"

0,0;5 16) •

31

_;f).

De Duitse hoeveelhedéfikunnen besQhouwd worden als voldoende voor het dekken Vl;i.n eigen behoeften" daar'er in die van Amerika een gro.,. te uitvoer, inbegrepen is. ~

Neemt men in Nederlat+d een :behoefte aan va'n 0,6;5 kg./inw./jaar, dan moet. de jaarproductie" op ca. 11 mi11ioen .inwonerS ca. 600 ton _, ' bedragen.

De 'invoer in 1953 . ,11). be?-roeg ruim 400 ton, zodat· bij ee,naan-genomen jaarproductie van ;500 ton de invoer gedekt wordte~ tevens een uitvoer van ,},OO ton' mogelijk Is.

-.;:.. 10 ~,

BESCHRIJVING VAN HET PROCES EN TOELICHTING VAN HET SCHEMA. , '

He.t citroenzuur wordt zoal s reeds vermeld i s volgens de fermen-tatiemethode ,bereid. Als grondstof wordt bietenmel~ssegebruikt.,

, Er wordt een jaarproductie v~n .500 tOB citroenz~ur _aangenomen.

Hiervoór' is een opslagtank nodig met éen capac,i tel t van ca.' 2,000 ton. '

Bijeen aangenom.en fermentatietijdvan 11 dagen wórdt èen'fl:;l.briek

. _.

ontworpen met 12 fermentatiek~ers~ _{Hiervan ';zijn elke dag ll,fer."} -. _{. .}

~

menta'tiekamers in bedrijf';' terwijl de gefermenteerde inhoud van de

, .

12 e fermentatiekamer in 1 etmaal verwerkt kan worden tot ei troen .... · - . - _~.

" - ' ~

zuur. Tevèns kap. deze ledige fermentatiekamerdezelfde

daggesteri-liseerd en wedero~gevuld _worden.

Om een jaarpr'oductie' van ca .. .500

to~ 't~

_{halen trlo'etWer' per dag}

.50~6~OO

=

1380,kg., citroenzR8F

~gfroduceérd

_worden.

'De opbrengêt vari citroenzuur ui tde gefermenteerde me.lasseoplos~

sing! s

~

_{a.. 9010' 18), zodat il1}

deruw~ ci'ti'o'~nzuuroplO

ssing : 100 _{90 x 13} 8 '

_P

_~1.5~0 . _{. ' .}

kg. citroenzuur aanwe'zig!llöet zijn.

De omzetting van de aanwezige suiker in de melasseoplossing tot • -. <

• i '

-·

citroenzuur geschiedt .met een opbrengst · _. v~n

," ' . 18), zodat er

ggo

x 1.500 :::" 2.500 kg •

~J.liker nOd~'g i,s~

,

. '

, Daar melassee~n _{suikergehalte van' ca.', .501obe.z;i t" 19)}

is er per

dag : ~go x 2.5QO ~ .5 000 kg_ ~elassè·. _{nOdig; De 'dichtheid' van}

melas-- ' .

s~is c~. _{1,38 19). Met een tandradpomp word~ de 5000 kg.}

=

.51~~~

=

3:620 1.' me,la$ s'e

naa~,

een

Iilee~t'á.nk·

_{gepompt. .}

De te ' fermenteren melasseoplossing moe't ca., 1.51. suiker bev'at.ten; zodat hierv:oor' een hoeveelheid.van:

~~

_x

'2.500.~

_{14 0,00}

~'.

_-water • nodig

is.

--~---~---~--~~--~-~

,

.

,ol

.,;.

'"" 11 ..,.

De m~lasseoplossi;Dg bevat ca.' 2010 wate:r.· 19). D.e " benodigde

hoeveelheid melasseoplossing 1000 1. water.

20

b~vat dus; 100 x .5 000

=

1000 kg.

=

Er moet dus nog: ) .. 4 000 ... 1 000 = '13 000 1. ;watèr toegevoegd

worden. In totaal hèeft men 14 000 +'3 620 == ca. 17 .500,l~ oplossing.

I

,Het toevoege. n en'n;e~en van het betiodigde wa'te,r mlddel van een stoominj ~cteur, wàa,rb:ij tevens d.e v.erdunde melasse .... geschiedt door,

-oplossing opgewarmd wordt. _{, ..}

Om de ca. ,17'.5000 1. ;L.51o~ige' Ifle~asseoplossing van.2000. tot 60°C. op te warmen is er' ca.': 17 ,500 XAT xc· _{P _.}

=

'17

.500·x (60 .... ~O)

x

1 =

ca~ 700 000 kcal. nodig.

. 700,000

Hiervoor heeft men' ca. '. ' . .540 ' = ca. 1300 kg., stoom nodig., Dus moet van de toe . te voeren. . waterhoeveelhe~d: '. nog 1}00 1.' af .... .. .

.

getrokken worden, zodat in tot.aal toegevoerd rnoetworden:

, 14 000 - 1666· ... 1300 = 11700 1 .. water perciag.·

De' verdunde en gede~ltelijkopgewarmde melas.seoplo'~sing wordt nu

in een sterili.sator gedurende 1 'uur op 110°0. verhit. Alle onge'" .

wenElte bacteriën worden hierdoor geB_o.ód,.' De doorsneêe van de ste ....

,

. riliss.'t:ortank is 1~7 m. eh de lengtè bedraagt 4 m. De verwarming

tot 11000! ges.ch~edt met' een stoomspiraal. '

Vervolgens wordt de gesterili se~rde melasseop10.ssing via een koeler naar de gesteri1iseerd~ .fermentatiekamer gepompt. De koeler

is nOdig. om de bplOSSiIlg van ,110°0. op de gewenste fermentatie'tem ... '

,

°

peratuur van :;0,0. te brengen •

. ' In elke ferrnep.tatiekamer zijn 44 ,áiu.miniump·annen van '2 x 2,.5 x

.0 ,.5 m. in rekken, ver'deeld in 4 groepen v:.an 11. pannen boven el~aar,

opgesteld.. Ell~e pan wordt gevuld t?t een hoogte van ca. 8 cm~ De

.. .",

vulling van 1 pan b_E9draagt dus: ,20 x 2.5 x '0, 8

=

400 1. '

i I . I . i' " ! ~"" .:&

I

!..: I

I

I 12 .;,.

De oplossing wordt geinocculeerd met de gekweel,{te fermenten, een

. ,

stapl van de Aspergillus Niger.

Voor .een goed ferIIlentatieproces moet de lucht lO-maa! per :uur

:

ververst worden •.

_.

De totale inhoud van 1 kàm.er _{' .} is: .5 x'6 x 3,.5=

-, .

10.5m3• De lIlhoud' van de oplossing is: 17.500 1. ='

17

~.5.

m3 .6nvan Q.è r'ekken, pannen enz •. word top ca. 0,,,

rli'

geschat,. zOda,thet v~ije lUÖhtvo+Ul!le:lO.5 ... (:1:-7,.5 + 0,.5) = -87m3 be dl' ae.gt .• Voor de luchtver...;.· versing i s per kamer' 1>e1' uur nodig: 10

x

87= 810

in.3

en d'aar er per dag

11

kamers in bedrijf zijn,

l'S

~r per uur: 11 x

870

=

9.570

m' lucht noà.ig. Hiervoor is er een ventilatór nodig met een c~pa,Qiteit'

~an

ca.' 10000 m3 per uur •

De lucht moet voor het geb::r;'uik gereinigd, ;ges.teriliseerd en gecon ...

. .

ditionéerd worden tot 30oe.en een relatieve vOéhtigheid van .50~

9

a). Om zomin mogelijke'stofverontreihigingen te krijgen wordt "de

beno-, . . ~ - .

-

.

.

digde lucht via een 20-m hoge toren aange~ogen. Hie~napàsseert de

'..

lucht een oliefilter

om

de aanwezige s.tofdeeltjes te vangen. :pe

af-:-.

metingen van de oliefilter zijn; ?m hoog en lm breed. 20). Er wordt

3 10060 3 ' " . :

per uur lQOOO m = ,600 ..

=

·ca. , m J?er sec., ~oor~evoerd. De lucht .... snelheid door q.e oiiefilter bèdraagt dus:

.~

'7'l,.5m per sec·.:

Vervolgens passeert de lucht. een ke.toehfilter. De 'snelheid à:Qor . . het katoenfilter mag hoogstens 1/, mper sec .• bedr"agen. 21) • Het .

3 , 2 .

,op.:pervlak ·vap. 'het katoenfilter moet dus·zijn: 1/3

=

9· m ,. Voor de afmetingen zijn däri ook genomen -een leng:te vá.n 3 m. en. een bréed te . . van, mti Voot; de hanteerbaarh.eid van (ie :f~ltersecties 2L). neemt

meBi filterSecties van .50 x 60 cm., zodat men in ,totaal 30 filter-secties nodig heeft~ De katoen is gedrenkt in een c salicylzuur.oplos-sing voor de steriliserende werking_

-

é~:---~~---~~~---~---.

, , ' I I i' I _I, I

I

De l,ucht passeert daarna ,een voorwarmer, die' s'winters de

koude lucht tot ,ca. ,20°0. ·verwarmt. Inde zomer wordt een wE\,ter-'

. "

sproeier gebruikt om de te warme1ucht gedee1teiij~ af te koelen.

, ~, -- "' . - . -.

Hierna wordt de temperatuur. van q.e lu(}ht, indien het nog 'nodig is, "

dooreen v.erwarmip,gsbuis verhoogd. Tep.slotte wordt, ~e temperatuur

, Ö

en v~chtigheid ,door een stoo,minjèctie op.30. C.en een R.V. van

, 5010 gebrac:qt.

Om een goede luchtsnelheidSverdeling te ve'rkrijgen zijn aan .~e

zijkant~nvan het rek: 1ucl1tscnermen,. aange.:t>r'acht.

Na een ferment~tietijd van 11 dagen wordt het schimmeldek af'" gesch:ept en' in eaJl ).orry gestort; :a:ierin 'wordt het naar een West-falia-separator ve;t'v~erd. De ei troenzuurhoy.d:ende oplossing wordt afgescheiden e~ de ,resterende vaste stof' als veevoer verkocht.

. Daar tijdens he;t, fermentatieproèes ca._ 4010 van het water van de me1asseop1ossing v'el'dampt, wordt er ca. 10.500 1. ruwe citroenzuur ...

oplossing overgehouden •

. De ruwe citrqenzuuroplossiIig wordt nu via een gemeenscl1appelijke , .

afvQerleidj,ng naaree~ bezink,tank geleid, waarin dè oplossing 1

nacht kan b e z i n k e n . ' · ,

~ ~

ir:

~

Na het bezinken laat men het' heldere gedeel

~p~n.

De res.-\ . / 'terende 3000 1. wordt

~ia ee~

Niagara ... fi1ter :q,aar

.d~

neers1agtank

'1:1

gepêrs~~

In deze neel'Slag:allkwotllt

h~t

citl,'oell,zuur met kalkmelk

~.;-

als calciumci,traat bij 8.50.

neerge~lagen.

Het calciumcitraat wordt

~

met behulp itan een Niagara-fllter afgescheiden. en in de omzetting .... ts'-nk 'gespoeld, ter~ij+ het filtraat 'naar' de' rioql wordt geleid. '.

- ' - , ' ; .

De ruwe

citroenzuuroPl~S~'ing

bevat"l.50·Q kg.

~ î~~O' ~

7,8

~oi.

ci.tPenzuur. ,Er is dus:

3/2 x T,8x

.56' =6,0 kg.' CaO riodig om het calciumcitraat te vormen.

~--~---~~--~~-'---~---~---! .

I·

i ,ol

I

....14 ,.;..

'. De hoeveelheid neergeslagençaloiumcitraat < bedraagt dus :

. ,. . ~

7,8 kInol.

=

7 2

,8 x .500 i: 19.50 kg. calciU1D.citraat!

2 . '

In. de omzettingstank wordt het calciumci traa t met· een aequi valen- . te hoeveelheid .501o..;'igezwavelzuur· bij' een' tertlperatuur v~n .500

c.

" . -, " . . .~

o~ezet tot eü tI' oenzuur en. tevens met water .verdund;·· tot een 201.-ige c j,'tro enzuuroplo s.sj,ng.'

. 80 ' . Om ee:n 201o.,..fge ~it~oe.tizuurop'lossing te maken is .,er: 20x 1.500 = 6000 1. water nodige ;Er is 7~8 krool. cit:r.-oen·zuur.·,We hebben dan:

,i

x

7,B

x

mol.~gew~ ~ H~S()4:= ~

x 7,8 x 98 ;,. 11.50 .kg.·1001o--ige

zwá~el

...

zuur. 'De .501ow_ige

zwavel;Z~~l"o:plossing

_{bev'at dus il.5Ö kg.}

wa~er,

_zodat

men in totaal 2300 kg • .501. .... ige

~w~velzuur ~Od

.. ig ne6ft.

'.~'

Er moet dus 60ÓO ... 11.50

=

48.50'kg. water, ·to'egevöegd' wor.deh. , De ~erwar.riJ.ing' g~schiedt .. met directe s,tooni. Hiervoor is' er:

h~hdX&

t

=

6000.

54á.

ZO ..:.

20}

=

<ia. 300

kg~

stoom' nOd!g-, zodat, er

ver • w . · .

. . ~ "

48.50 ... ,00

=

4.5.50 kg. water toegevo'e@;,a. moet worde~.,

,

.

"De

,neergeSlage.n.c~lèi~sulfaathoeve~l~eid

"bedraagt:

~

x

7,8

x 136 == 1600 :kg. Voor het I.;fsche;i.d-en

v~ordtgebruik gem'a~kt

van

~en

Niagara ... ,filter. Het calciumSulfaat wordt'via eeD;, afvoergoot in een put

op-gesl~gen en op gezette tijden naar ,elders vervberd. , _.

~ -' - .

" ,

Het filtraat, de,201o-ig'e citroenzuuroplbs.sing,Vlordt naar de voe-. :dlIlgl3t evoe-.:nk van de

in~amPinsta~la

tie

'gel~id en'daa~na

yan . .500

e.

tot

lOO~~." vo~~gë~arnid.·.Wa'rineer

we voor 'hf?t

VO?I'war~~n

'van de ca. 6000 1.

OPl~sl3ing ~ verwarm~ngs~toom .v~n ~~~oo.' ge~r~ii{E3n.

is

~r ~eÏl

_{A Tln•}

=

.5.50~ Pér dag zijn, er :6000.

x'

(100' ~·:.50)

=

20'0000 kcal .• nodig.

. 300000 ' . .-'

Per uur betekent d i t : , 24 =' 12.50~. kca,l.'

Wordt er een totale warmte~vê~d;rachtscoëft'iciënt van: U -2000'

kcal./m~/uur

jOo.-

a~ngeno~e~, ~a~m.oet

de' vootverwarm:er een·,

'1.910

vàn:

~~6go,=' 6~2.5

m2 - 6,2.5 x 10,76 =,.67

ft~ hebben~'

... ~ ...

,.

I I

I

I

I

- 1.5

Wordt er eenbtiis met. een diam. van. 1". geb+,uikt, die een V.O. bezit van: 0,'2'

'ft~/ft!.,

Çl.an ls er voor: een

V.O.

'van 67

rt~:'~:2'

=

'335

ft~

o , 0

'buis nodig. Dit geldt voo;reen t::: 1 C.,zodat~ij een t

=

55

c.:

~. . ' .

.55

=

6 ft. = 1,83 m. genomen mo~t wordemo:',Als. voorverwarmer. wordt nu een stoommantel om de-voedingsleiding van ca. 1"S m. genomen. _.

,

Om de 201o-:-1.ge c'itroenzuuroplossing tot een SOS-ige<?Plossing in ," . 2 0 · · · · " .

,te dampen moet. er: :6000 "'" ("80

x

1.509) == .56,2.5 1. water verdampt worden wàtneerkomt op:

.5~~5'

= ca.' 250 1. per uur. _{. "'}

. . .

-De war.m.testroolli Q. door het V.O. is' dan: '250 x 540 - 135000 kcal . 0 '

per uur. Er wordt .. ve;rwarl!!ingsstoom ván IlO ,C. gebruikt.

ó ' I ' . 4000

, Een 80/O-.ige citroenzuur<?plossing bevat.,4 kg. ='~ ==. ca. 21 gmol. op 1 kg. :::: 1 1. Wàter .. De moJ,.eculairekÇ>Qkpuntsverhoging vàn water .

." 0 . -: . . .' .• ,-, - " . " .

. bedraagt: 0,5

c.

gmo.l./le 22), .zodat er een kOOkpuhtsverhoging op""' trèedt van: 21 x 0,5 == 10,500.

lIét.

k?okpunt van de S01o-ige oplossing

" - 0 '

is'dus 100 +10,5

=

110,5

c.

-Voor de groot'tevan het V.O. geldt:(Q, ::::' _.. A x U x At)

" . \ ' -," .• Q", .' .. iA == H" , U ,XAt i , A i 2 waar n: '. == opp. n

m

.~ Q

=

warllitestroom inkcal./uur.

=

totale w.·o.coëff. inkc'aló/m2/u~r/oC.

=

gem temp.ver~chil in oe. ",' ...

~:Jtenip.cverschil

wordt, _.

24oG:aang~nomép.;

_.. zodat de ,groot-~ - ..

135000 ~.

=

S' 2 S -6 te van het V •

.o.'

bedraagt: A. = 2ööö x 24 2, m == 2, x 10,7 =

2

30 ft. ,

.

, t1

, . 2. ....

1"

blli4~n gebrüikt, die eén V.O., bez;itten van:

~ordener 4 ~

, 2,

0,362 ft./~t. en een lengte'van2 ft., dan heeft 1 'verdamperpijp

, 2 30

eenV~9. van: 2 x 0,362 =

q,724

ft. Er zijn dus 'nodig: 0, 724 = 41 pijpen •.

I

I'

I ' ,:

I:

I I

i'

I

I .~ " ;oZ .... ·16 - : t·' .

Ui t de Buflovak- prOspE;3ctus wordt voor di t· geval al~ afmetil;lg van de verg:amper opgègeven 0,4 x·I,.5 m •

. In deconden?or:. van de .. Buflovak-verdam~er moet per uur -2.50 kg. stoom van·lI000. gecondenseerd worden. De af te voeren warmte

bè-dr.aag~ dus: 2.50' x .540. =13.5000 kcal.luur •.

. '

Word t er koelwater van 20°0 .. geb,ruikt en~ 'de lil tl~a ttemperatuur

400~.genomèn~· ,dan bedra,agt het gem •. temp. verschil:,.

(11Q.~ .. ~O) ~,,(110 ... 20)' = 800;0.

- Bij een aangenomen U= 2000

kce.L./m~(Oo

• ./uur, moe.t het koelend opp. worden:

~66go~ 80.~

cae: 1

m~

10,

76·ft~

. .

Bij gebruik van

1/2"b~i~èn, d~e

een opp. van.: 0,163

ft~/ft.

heb-'10

'l6

~

, .'

" . .

ben, mo~.t er: 0;1. 3 = 66 ft.: buis gebruikt worden.

De benodigde hoeveellleid koelwater wordt gegeven door:

Q, == 13.5000 kcal/uur _{. ~}

=

·h.h'. water _. XA t x c _p

*

. 13.5000" 6 ' ,

h.h water = (40.~ ,20) ;x:

i

=

7.50 kg.'per·uur.

Om een voldoende b,oog. Re te verkrijgen.'wördter 300 kg. koelwater ,per uur door 1 buis

~o.·orgevoerd,zodat

er: 67.50 = 22 buizen nodig

300 Zijn. '

c ' . 66' ,,' , '

De lengte van de buizen wordt dus: 22 ~. 3.rt.

;.~ gevonden.'

9

' . ' , .

' . . ,

'

~

De

ingèdamPt~,

opio's·sing . wordt

naar~ks~krist~llisator~n ge~

~pomPten aldaa~ uit~ekr~stalliseerd. Bij een dagproductie van' 1380,"

kg. citroenzuur,

hetgeen.~eerkomt op:.l~~O

=,.57,.5

kg:

per uur;

b~-·

. . . " . ~ . .

vat de

80~~ige

?itroenzuuroplossirig:

'gg.

x 57,5 = 14,4 kg. water. 'Het tótaalg'ewichtvan de aang~"o~rdè oplossing ,bedra~gt dus: .57,.5. +

14,4 == ?1,9kg.

A8.nneme~de.datde

dichtheid van de' oplossing 1,33 is, geef.t dit:

f;,3§

~

ca.

~.5l.

per'

·uu~

•.

Dezeopl0.~sing,.

die een tempe-ratuurvan'

110~0~;z!~'iiog

qnverzadigd:daar de.oplosbàarheid bij

l_~~~""---1 I I , I: I I

I'

I

,

, I I I I

I

I I

I

i

I

I·

~ "~ .

17

o· ·100

c.

84 gew.1o bedraagt'.: 23)~

Er- wordt een W~rkspoorkristallisator van 200 x 50 x 40 cm. ge ... bruikt. D$ inhoud is dali ca. 300 1., zodat die in: ~~o == ca •. 6 uur

gevuld kan.worden.

Er zijn dus:

~

= >4 kristallisatoren,nQdig·.

De'kristallisatie kan .dusin: (24.,.. ,6) = 18 uur géschieden.

Bij de kristallisatie wordt de 't'emperatuurzodanlg geregeld, dat o ' "

diè niet beneden 50

c.

kOIn.t~ Hierdoor wordt' alleen de anhydrovorm· verkregt?n.

De kristallen worden in een centrifuge-van de.moederloog geschei~

den. Hiervoor wordt een centrifuge ge:no~èn mét een

omwentelingssnel-, '

heid van 2000 omw •. per min •. De diafJlèter bedr~agt' 50 cm'. en de hoogte

30

cm~

/ ' Vervolgens worden de kristaÜen'in

e~~"e~drOger,gedrOOgd.

Worden er

7.

platen '-'van- 5 x 7,5 x 0,5

'W?-.

genomen, dan' wordt bij een vulling van

3

cm.: hoogte, -de inh:.oüd van, 1 p~aa t:

5

x

?,

'3 x 0,3

=

11,15 1., hetgeen neerkomt op: 11:1'3 x 1,4 = ca. 16 kg~ ci'troenzuur. . Bij het gebruik van .1 droger bedraagt. :pet in totaal: 7

x

16 '::: 11'2 kg.

per. cl;J.argè.- Er worq,t, dan in:

îi~?

='

12

charges 'gedroogd •.

, . - , 24

De droogtijd van 1 charge b.edraa~t hier: 12 .= 2 uur~

. Het droge citroenzuur WO:î:'Ci.è,{ tens~otte in zG.Kk:enverpalct .• De hoe-veelheid wordt met een ba$c\lle bepaa.l~.

~r:----~----~---~----~---~---~---~---, I" l-I t ! I I' il i ... 18.-TIJDSCID!MA'! . '

De fabriek is zodanig, ge'pro.jectee;rd, dat per dag de inhoud van 1. fermentatiekamer verw~rkt kan worden. Na, eên fe;rmentat:tetijd van _{. ' . .} 11 dagen laat. :rn:er,t in d.e namiddag van 1'6 .... 18 uur, leeglopeI:l, zodat

- '" .~ . , . .. . .

de ruw~ citroenzuuroplossing s'p.achts i

₁₁

de ,bezinktaJlk kan bezinken.

, ,

De volgenll:e ochtend .. word t van _{. . . .} 8 ... 9.30 de res'top1ossing gefiltreerd

, - " ,

, ,

,'e.nyan

9.30 ....

12 wordt het calciumcitra~t ne~l'geslagen._])it 1aats~e

, , .

wordt van l? ... 1~ .. 30'I:I.~gefi1treerd. Het ~fgefiltreerde calciumcitraat wordt van 13.30 ... 16 uur omgezet tot citroenzuurèn van +6 .;:. 17.30

-wordt het calciumsulfaat afge!3cheiden. !let filtraat, de 201o,":,ige 6i-tl'oenzuurop1ossing wordt naar de voedingstank va:çt de Buflovakverdam-per geleid. De citroenzuuropl.os~ing wordt c'ontinu van

?01o

-tot 8010

ingedampt. '

Naast het verwerken van de gèfe.rmenteer~e melas,seoplossing wordt in de ochtend van,H.""" 12'uur de sterilisator gévuld. Van 12,""13'

: .... ~

uur wordt de melasseoplossing opg~war.fua, en Van 13 ... 14 uur gesteri-1i'seerd. Van .14

~.

'lê uur kan 'd,e

steriii~ator'le~ggepompt

worden en

tev~ns de 'gereedstaande gesterilise'erdefermentatiekamer gevuld

wor-den. Dit ster,ili~èrel;l. k~n g'e,schiede.n tussen 18,uur tot de volgende dag om 14 uur-~

"

~ 19 .... MATERIAALBALANS • (per dag).

1600 kg. ,5000 kg • .melasse 2000 kg. ,suiker.

J~

totaal: 14000 1. water. 17.5000 1. 1.51o'-1ge' suikeropl.

t

. s.terilf.$eren. Fermentatiekamer. _. '

J

gedurende.fermentatieproces:

6010 omzetting' suiker to citroenz.

ca. '4010 water verdampt.

10.500, 1. ruwe .citroen~.opl., (1.500 kg. citroenz.)

t

1880 kg. Ca-citraat •

.

~

~ _~e-

_ _

.o.-!:2:..<i3~0~0~k:eg,;

.5.01o"'ige' zwa-velz. CaSO 4 " (.1,500 kg. c~ troenz.)

4510 1. water.

~ .~.,

6000 1. 201o-igecitroenz.opl.

t

indampen (totaal:' ,562,5 1. wa ter) •

. >= ,

c,a •. 37,5 1. 8.o1o-ige c i troenz. opl.

t

kristalliseren,

centrifugeren, . drÇ>gen.

~---~---~-~ <I t6 '" J I , j -~

,.(

.. 20 ... LITERATUUR.

la~ A~F.Hollel)lan, Leerb. der Org. Chemie, WO:Lters, Groningen, l.5e druk, 1946"p. 293.

b . , d

1 ~ L.F.Fieser and M.Fieser, Org.' Chem., Heath & 'co, Boston,' 3r . ed., 19.50, p. 497·

IC)

Kirk & Ot4m,er, Encycl.of Chem. Techn01. , vó1.

_4,

1949, p.8. 2) •

_"

ti

,

ti

,.

11 n ti 11 _{p. 12.} '

,

,

.

~

.

~ ~ . 3)·

"

ti ',11 11 ft

"

11

"

p. 13·

,

,

,

,

.

4) •

_"

ft fI, n 11

"

"

,

_"

p. 14. <; ~

.5}. C.W~brner, _{COinpt .• rend. , ,117, 33 2" (1893) •}

6). L.H.q.Perquin, .D.i ss. , Meine.rn:a , Delft, 1938. ,

.

7)·

L.A.

Underkofler & R.J. ~ickey, Industri,a1 Fer!!i~ntation, Chem. Publ.

qo,

New York, 1~.54, p. 436.

8'). idem

IC)

,

p. 17.

Sb).

P.4.

We11s &

H.~,

B;errick, Ind. Eng. Chem. ,.2.Q., 2.5.5, (1938) ..

e

C ).

ed) •

8e ). • , 9a ).

'9

b) •

lol.

11).

12).

13).

H. W. vonLoesecke': Chem.

~ng.

News,

'n,'

19.52, (19j4.5) •

S.C. Presscott& q.G. Du~n" Industrial MÏcrobiology, 2nd ed,!, Mc Graw.,. Hil],', 1949', p. 36S.

idem 7 ),_ p. 420 - 44.5. ' BIOS FINAL REPORT No 489.

ti .' 11 No 766.

Chancey Chem. qorp. Brit. Pat.' 491' ,.534, Sept • .5, 1938. idem

IC),

p.

11.

J.N. Currie, J. Bio~. idemlb}, p. 496. idem 8c }.

14). idem Sd)" p.' .541.

1.5'). H. :B,é.istrick and H.B. Clark, Biochem. J. "ll,329(L919).

'l,5b). J.lft!. Fos,ter, Chem. Activ. of Fumgi, Acad. Press, New York, 1949, p. 378 - 416.

'",

: i -.f' -~-. I • ·1 _,

r

I :

!

,0'

r

I I

I

.". 2], -16). idem Sb),

17). Centraal Bureau van Statistiek. te Den :aaag • . 18). Bios Fina1 Report No 236.

-I ..

!

,

19); 0 .• Wohryzek, Cheniie de~ Zuekerindustrie, Springer, Ber1i,n, 1914, p., , 27

-20). t.H.

Perry, Chem.

~ng.

llandb., Me

Graw~

Hill, New York,

'3

rd edo p. 1047.

21.}-. idem 20), Il- 104SOI'

'~2)

ti Ch. D. Hodgm,an, Ha,rldb. of Chem., &; Phys!" Chem. Pub1. Co, -30

t~·

. ed;'; p .... 1802. "

. ll' -.

e ~ _, ! ", .-• . !

,\ \ '" ,; ,,- ,( , ,I ,'t', ~ :r, '~' ," .. ", " ~,

...

-, , / / (-I I / / / / / / , , -/ . / ' / ' I '-'I '0(, '»' '. ·Ir···;\:~! '.:',' f~ . . ' .~... ..~;' _,1':::. .. 'CITROENZUURrAllfU1<ACE 'VOLCEII6' F'ERHENTATIEMETHODE

DÊ:LF"T • JUNI Ut'4. SCHAAL I I