食品级磷酸氢二钠的制造方法
发布日期:2021/2/25 11:45:57
背景及概述[1][3]
磷酸氢二钠是重要的化工原料，在生物发酵、食品、医药、饲料、化工和农业等工业部门中有广泛的应用。磷酸氢二钠的制造方法主要有中和法、萃取法、离子交换法、复分解法、直接法、结晶法和电解法等。
磷酸盐是目前世界各国应用最广泛的食品品质改良剂，概括起来，磷酸盐在食品加工中的功能主要有两个方面：一是品质改良剂，磷酸盐的特殊结构使它具有络合金属离子、增加制品持水性、pH值调节、缓冲作用，与蛋白质作用，可起到抑菌保鲜、缓冲抗结、乳化分散等作用；二是营养强化剂，磷酸盐可作为钙、铁的营养源，用于儿童食品和营养强化食品的钙、铁强化剂。它具有安全、无毒，可改善食品品质及对人体有补铁、补锌等作用。同时，磷在人体中具有重要的生理功能，它以磷酸根(PO43-)的形式参与许多对生命活动非常重要的物质代谢过程：血液中的磷酸盐是构成血液缓冲体系的重要组成成分之一，在维持体液酸碱平衡上有缓冲作用；构成磷脂，进而与蛋白质结合，是人体合成细胞壁的基础物质；参与许多代谢反应过程，尤其是氧化磷酸化过程；参与DNA、RNA以及许多辅酶的构成。因而它广泛应用于加工型食品各个领域，对于食品品质改良起着重要作用。
制备[1-3]
报道一、
一种利用工业湿法净化磷酸制造食品级磷酸氢二钠的方法，其步骤是：
⑴加水稀释取质量符合HG/T4069-2008《工业湿法净化磷酸》规定的合格品和质量百分浓度为85％的工业湿法净化磷酸于耐酸容器中，在搅拌的情况下，加入其质量倍数1.12倍的反渗透法纯水，继续搅拌0.5小时，得质量百分浓度为40％的工业湿法净化磷酸稀释液。控制本步骤整个过程中，搅拌速度为100rpm。
⑵中和反应与脱氟硫取步骤⑴所得质量百分浓度为40％的工业湿法净化磷酸稀释液1.85kg于耐酸容器中，在不断搅拌的情况下，加入其质量分数0.5％的碳酸钡作为脱氟硫剂，继续搅拌4.5小时，直到无气泡(二氧化碳)产生，使碳酸钡充分溶解和充分与磷酸稀释液中的氟离子及硫酸根反应，得反应混合物；维持搅拌，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液中和反应混合物至pH为4.2，继续搅拌7小时，得中和液；控制中和液的温度30℃，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离硫酸钡、氟硅酸钡和其他固体颗粒，得精密过滤的中和液备用。控制本步骤整个过程中，搅拌速度为145rpm。
⑶氧化脱砷、微碱性脱重金属与膜过滤在不断搅拌的情况下，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液，将步骤⑵所得精密过滤的中和液的pH调节至7.5，加入中和液质量分数1％的漂白粉作为氧化剂，将混合物的温度加热到85℃并维持85℃，在搅拌的情况下回流保温氧化4.5小时之后，打开冷却水将混合物温度降低至40℃，继续搅拌5小时，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离砷酸钡、砷酸钠、氧化铅和氧化镉等不溶物，得精密过滤的微碱性脱重金属和氧化脱砷液备用。控制本步骤整个过程中，搅拌速度为115rpm。
⑷pH调节与浓缩在不断搅拌的条件下，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液将步骤⑶所得微碱性脱重金属和氧化脱砷液的pH调节至9.3，得磷酸氢二钠溶液；用旋转蒸发真空浓缩法在真空度为0.95MPa和温度为95℃的条件下，将磷酸氢二钠溶液浓缩至质量百分浓度为50.5％，得磷酸氢二钠浓缩液备用。控制本步骤的搅拌速度为145rpm。
⑸降温结晶将步骤⑷所得磷酸氢二钠浓缩液转入结晶设备内，降温至30℃结晶磷酸氢二钠10小时之后，以1.5℃/小时的降温速度，将其温度降低至5℃，继续结晶30小时，直到无结晶生成为止；结晶混合物经固液分离得磷酸氢二钠湿结晶和磷酸氢二钠的结晶母液(磷酸氢二钠的结晶母液经浓缩-结晶或者浓缩-喷雾干燥可得农用级的磷酸氢二钠，作农用钠磷肥使用)，取磷酸氢二钠湿结晶备用。
⑹结晶干燥将步骤⑸所得磷酸氢二钠湿结晶，用温度为105℃、速度为3.5m/s和相对湿度为70％的热风，干燥至水分的质量百分含量﹤2％，冷却即得食品级磷酸氢二钠产品0.97kg。
经测定，所得的食品级磷酸氢二钠，为白色晶状粉末或颗粒；磷酸氢二钠含量(Na2HPO4)(以干基计，质量百分含量,％)≧98.0，水不溶物≤0.2，砷(As，mg/kg)≤3，重金属(以Pb计，mg/kg)≤10，铅(Pb，mg/kg)≤4，氟化物(以F计，mg/kg)≤50，pH(10g/L)为8.8～9.2，干燥减重(质量百分含量,％)≤2.0。各项理化指标均达到或超过食品安全国家标准GB25568-2010《食品添加剂磷酸氢二钠》的要求。
报道二、
一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钠的方法，其步骤是：
⑴膜过滤：取主要成分为磷酸含量为40％(质量分数)、硫酸根含量1.5％(质量分数)和氟离子含量为0.5％(质量分数)的湿法稀磷酸(水溶液)1.85kg于耐酸容器中，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离色素颗粒、悬浮物和固体微粒等，得精密过滤的湿法稀磷酸备用。
⑵中和反应与同时脱氟脱硫：取步骤⑴所得精密过滤的湿法稀磷酸于耐酸容器中，在不断搅拌的情况下，加入其质量分数4.1％的碳酸钡作为脱氟脱硫剂，继续搅拌4.5小时，直到无气泡(二氧化碳)产生，使碳酸钡充分溶解和充分与精密过滤的湿法稀磷酸中的氟离子及硫酸根反应，得反应混合物；维持搅拌，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液中和反应混合物至pH为4.2，继续搅拌7小时，得中和液；控制中和液的温度30℃，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离硫酸钡、氟硅酸钡和其他固体颗粒，得精密过滤的中和液备用。控制本步骤整个过程中，搅拌速度为145rpm。
⑶氧化脱砷、微碱性脱重金属与膜过滤：在不断搅拌的情况下，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液，将步骤⑵所得精密过滤的中和液的pH调节至7.5，加入中和液质量分数4％的双氧水作为氧化剂，将混合物的温度加热到85℃并维持85℃，在搅拌的情况下回流保温氧化4.5小时之后，打开冷却水将氧化液温度降低至40℃，继续搅拌5小时，用膜材料为碳化硅、膜孔为0.04μm和膜组件形式为蜂窝煤型内管式膜的微孔膜设备对其精密过滤，分离砷酸钡、砷酸钠、氧化铅和氧化镉等不溶物，得精密过滤的微碱性脱重金属和氧化脱砷液备用。控制本步骤整个过程中，搅拌速度为115rpm。
⑷pH调节与浓缩：在不断搅拌的条件下，用质量百分浓度为45％的氢氧化钠溶液，将步骤⑶所得微碱性脱重金属和氧化脱砷液的pH调节至9.3，得磷酸氢二钠溶液；用旋转蒸发真空浓缩法在真空度为0.95MPa和温度为95℃的条件下，将磷酸氢二钠溶液浓缩至磷酸氢二钠的质量百分浓度为50.5％，得磷酸氢二钠浓缩液备用。控制本步骤的搅拌速度为145rpm。
⑸降温结晶：将步骤⑷所得磷酸氢二钠浓缩液转入结晶设备内，降温至30℃结晶磷酸氢二钠10小时之后，以1.5℃/小时的降温速度，将其温度降低至5℃，继续结晶30小时，直到无结晶生成为止；结晶混合物经固液分离得磷酸氢二钠湿结晶和磷酸氢二钠的结晶母液(磷酸氢二钠的结晶母液经浓缩-结晶或者浓缩-喷雾干燥可得农用级的磷酸氢二钠，作农用钠磷肥使用)，取磷酸氢二钠湿结晶备用。
⑹结晶干燥：将步骤⑸所得磷酸二氢钠湿结晶，用温度为105℃、速度为3.5m/s和相对湿度为70％的热风，干燥至水分的质量百分含量﹤2％，冷却即得食品级磷酸氢二钠产品0.97kg。
经测定，所得的食品级磷酸氢二钠，为白色晶状粉末或颗粒；磷酸氢二钠含量(Na2HPO4)(以干基计，质量百分含量,％)≧98.0，水不溶物≤0.2，砷(As，mg/kg)≤3，重金属(以Pb计，mg/kg)≤10，铅(Pb，mg/kg)≤4，氟化物(以F计，mg/kg)≤50，pH(10g/L)为8.8～9.2，干燥减重(质量百分含量,％)≤2.0。各项理化指标均达到或超过食品安全国家标准GB25568-2010《食品添加剂磷酸氢二钠》的要求。
报道三、
将质量浓度为10％的碳酸钠溶液缓慢加入到比重为1.13的稀释磷酸200mL中，进行中和反应，控制中和反应的反应温度为40℃，当中和液的pH值达到8.32时停止反应；将此溶液进行蒸发浓缩后，得到磷酸氢二钠晶体。经分析检测，产品符合食品添加剂十二水磷酸氢二钠国家标准GB1909-1987的指标要求。
参考文献
[1][中国发明]CN201810906999.4一种利用工业湿法净化磷酸制造食品级磷酸氢二钠的方法
[2][中国发明]CN201810902758.2一种利用湿法稀磷酸制造食品级磷酸氢二钠的方法
[3][中国发明]CN200910102800.3一种食品级磷酸氢二钠的制备方法
