Sorbitol là một loại đường tự nhiên thuộc nhóm polyol và được chuyển
hoá thành fructoza trong cơ thể con người. Trong tự nhiên, người ta tìm thấy
chúng trong nhiều loại rau.Sorbitol có ứng dụng rộng rãi trong các ngành thực
phẩm, mỹ phẩm, y tếvà các ứng dụng công nghiệp khác. Sorbitolđược sản
xuất từ quá trình hydro hoá glucoza (sảnphẩm của quá trình lên mentinh
bột).
Hien nay, mỗi năm nuec ta sử dụng đến vài chục nghìn tấn sorbitol và
phei nhep ngoei hoàn toàn. Ngoài ra, trong chiến lược phát triển ngành công
nghiệp Hoá dược, Chính phủ có đề cập đến việc xây dựng nhà máy sản xuất
vitamin C sử dụng nguyên liệu sorbitol. Ten dụng nguen nguyên lieu sen có
trong nuec desen xuet sorbitol phục vụ nhu cầu trong nước, đồng thờilàm
nguyên liệu cho nhà máy sản xuất vitamin C thì không những thay the duec
nguyên lieu nhep ngoei màcòncó thecó sen phem dexuet kheu.
Vì lý do đó, trong khuôn khổ chuyên đềnày, sẽ có phần trình bày các
công nghệ hydro hoá glucoza thành sorbitol trên thế giới, phân tích ưu nhược
điểm và đề xuất các phương án công nghệ tiến tiến và hiệu quả nhằm định
hướng công nghệ sản xuất sorbitol có độ sạch cao áp dụng ở Việt Nam. Phần
công nghệ lên men tinh bột (sắn, gạo.) để sản xuất glucoza sẽ không được đề
cập ở đây. Công nghệ này đã được nghiên cứu từ rất lâu ở Việt Nam và đã
được đưa vào sản xuất công nghiệp với công nghệ sản xuất ngày càng được cải
tiến và hoàn thiện hơn.
36 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 2807 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Công nghệ sản xuất sorbitol, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
C«ng nghÖ s¶n xuÊt sorbitol
TS Vò ThÞ Thu Hµ
ViÖn Hãa häc C«ng nghiÖp
Hµ Néi - 6/2007
I. Më ®Çu
Sorbitol lµ mét lo¹i ®−êng tù nhiªn thuéc nhãm polyol vµ ®−îc chuyÓn
ho¸ thµnh fructoza trong c¬ thÓ con ng−êi. Trong tù nhiªn, ng−êi ta t×m thÊy
chóng trong nhiÒu lo¹i rau. Sorbitol cã øng dông réng r·i trong c¸c ngµnh thùc
phÈm, mü phÈm, y tÕ vµ c¸c øng dông c«ng nghiÖp kh¸c. Sorbitol ®−îc s¶n
xuÊt tõ qu¸ tr×nh hydro ho¸ glucoza (s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh lªn men tinh
bét).
Hiện nay, mçi n¨m nước ta sö dông ®Õn vµi chôc ngh×n tÊn sorbitol vµ
phải nhập ngoại hoµn toµn. Ngoµi ra, trong chiÕn l−îc ph¸t triÓn ngµnh c«ng
nghiÖp Ho¸ d−îc, ChÝnh phñ cã ®Ò cËp ®Õn viÖc x©y dùng nhµ m¸y s¶n xuÊt
vitamin C sö dông nguyªn liÖu sorbitol. Tận dông nguồn nguyªn liệu sẵn cã
trong nước để sản xuất sorbitol phôc vô nhu cÇu trong n−íc, ®ång thêi lµm
nguyªn liÖu cho nhµ m¸y s¶n xuÊt vitamin C th× kh«ng nh÷ng thay thế được
nguyªn liệu nhập ngoại mà cßn cã thể cã sản phẩm để xuất khẩu.
V× lý do ®ã, trong khu«n khæ chuyªn ®Ò nµy, sÏ cã phÇn tr×nh bµy c¸c
c«ng nghÖ hydro ho¸ glucoza thµnh sorbitol trªn thÕ giíi, ph©n tÝch −u nh−îc
®iÓm vµ ®Ò xuÊt c¸c ph−¬ng ¸n c«ng nghÖ tiÕn tiÕn vµ hiÖu qu¶ nh»m ®Þnh
h−íng c«ng nghÖ s¶n xuÊt sorbitol cã ®é s¹ch cao ¸p dông ë ViÖt Nam. PhÇn
c«ng nghÖ lªn men tinh bét (s¾n, g¹o...) ®Ó s¶n xuÊt glucoza sÏ kh«ng ®−îc ®Ò
cËp ë ®©y. C«ng nghÖ nµy ®· ®−îc nghiªn cøu tõ rÊt l©u ë ViÖt Nam vµ ®·
®−îc ®−a vµo s¶n xuÊt c«ng nghiÖp víi c«ng nghÖ s¶n xuÊt ngµy cµng ®−îc c¶i
tiÕn vµ hoµn thiÖn h¬n.
3
II. Tæng quan vÒ sorbitol, s¶n l−îng vµ t×nh h×nh tiªu
thô
Sorbitol (hay hexa-ancol, d-glucozahexitol, sorbite, sorbol, d-glucitol,
E420), lµ mét lo¹i ®−êng tù nhiªn thuéc nhãm polyol vµ ®−îc chuyÓn ho¸
thµnh fructoza trong c¬ thÓ con ng−êi. Sorbitol ®−îc nhµ ho¸ häc ng−êi Ph¸p
Joseph Boussingault ph©n lËp lÇn ®Çu tiªn n¨m 1872 tõ qu¶ mét lo¹i lª [1].
Sorbitol cã øng dông réng r·i trong ngµnh thùc phÈm, mü phÈm, y tÕ vµ
c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c. Sorbitol ®−îc sö dông nh− mét chÊt lµm ngät cã
hµm l−îng calo thÊp vµ lµ chÊt thay thÕ ®−êng cho ng−êi bÞ bÖnh tiÓu ®−êng.
Sorbitol ®−îc sö dông ®Ó ng¨n ngõa sù mÊt n−íc cña c¬ thÓ vµ nhiÒu bÖnh lý
kh¸c, trong ®ã cã c¸c bÖnh vÒ tiªu ho¸ vµ bÖnh mÊt tr−¬ng lùc cña tói mËt.
Trong c«ng nghiÖp, sorbitol ®−îc sö dông lµm nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt
vitamin C. Víi øng dông lµ phô gia thùc phÈm, ng−êi ta t×m thÊy sorbitol
trong rÊt nhiÒu lo¹i thùc phÈm nh− b¸nh, kÑo, kem, xóc xÝch, kÑo cao
su…Trong kem ®¸nh r¨ng, sorbitol (hµm l−îng 70 %) chiÕm 35 – 40 % [2].
Sorbitol cã øng dông trong thµnh phÇn thuèc ®¸nh r¨ng lµ nhê nã cã nh÷ng
tÝnh chÊt ®Æc biÖt, cã vai trß nh− mét chÊt æn ®Þnh, chÊt gi÷ Èm, chÊt lµm dÞu
vÞ, chÊt kh¸ng khuÈn trong miÖng. Sorbitol cßn cã trong thµnh phÇn cña nhiÒu
mü phÈm ch¨m sãc s¾c ®Ñp v× nã cã t¸c dông gi÷ Èm vµ lµm cho lµn da trë nªn
mÒm m¹i vµ mÞn mµng [3]. Trong ngµnh s¶n xuÊt thuèc l¸, sorbitol cã t¸c
dông ng¨n ngõa sù vì vôn cña sîi thuèc l¸ vµ lµ chÊt dÞu vÞ trong thuèc l¸
nhai. Ngoµi ra, sorbitol cßn cã øng dông trong ngµnh tæng hîp polyme (nh−
chÊt æn ®Þnh vµ chèng oxy ho¸), ngµnh chÕ biÕn polyme (chÊt dÎo ho¸ dïng
trong kü thuËt ®óc phun), ngµnh ®iÖn ho¸ vµ ngµnh dÖt [4]. B¶ng 1 tãm t¾t c¸c
øng dông ®a d¹ng liªn quan ®Õn c¸c ®Æc tÝnh cña sorbitol vµ H×nh 1 biÒu diÔn
thÞ tr−êng tiªu thô sorbitol toµn cÇu. §iÒu nµy gi¶i thÝch v× sao rÊt nhiÒu ngµnh
c«ng nghiÖp cã sù quan t©m ®Æc biÖt ®Õn s¶n l−îng sorbitol [5].
4
B¶ng 1 . C¸c tÝnh chÊt vµ øng dông cña sorbitol
LÜnh
vùc
TÝnh chÊt øng dông
Thùc
phÈm
- T¨ng thêi gian b¶o qu¶n
- Lµm dÞu vÞ
- Gi÷ Èm
- Lµm ngät
- Kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn hµm l−îng ®−êng
trong m¸u
- Kh«ng lµm háng r¨ng (kh«ng bÞ lªn men)
ChÕ biÕn thùc phÈm:
- KÑo cao su
- S«c«la
- B¸nh mú
- §å uèng
- Kem
Mü
phÈm
- Gi÷ Èm
- Kh«ng lµm háng r¨ng
- Ho¸ dÎo
- Lµm cho da mÞn mµng
- S÷a röa mÆt
- Kem ®¸nh r¨ng
- Bät c¹o r©u
D−îc - C¸c tÝnh chÊt sinh lý häc
- Thay thÕ ®−êng cho ng−êi bÞ bÖnh tiÓu
®−êng
- ChÊt nÒn
- Gi÷ Èm
Cã trong :
- Viªn nÐn
- Viªn nhéng
- DÞch nhò t−¬ng
- Siro chèng ho
C«ng
nghiÖp
- Ho¸ dÎo
- Lµm dÞu vÞ
- BÒn nhiÖt
- BÒn víi axit vµ baz¬
- Nhít
- Gi÷ Èm
- T¹o nhò
- T¸c nh©n t¹o phøc cµng cua víi kim lo¹i
nÆng
- Nguyªn liÖu s¶n
xuÊt vitamin C
- ChÊt tÈy röa
- C«ng nghiÖp giÊy,
v¶i, da
- Gelatin
- Keo d¸n
- H¹n chÕ sù oxy
ho¸ dÇu bëi c¸c
kim lo¹i nÆng
- Thuèc næ
- S¬n vµ verni
- Polyuretan
- Este nhùa th«ng
5
Kem ®¸nh r¨ng 28%
Thùc phÈm, b¸nh kÑo 35%
Vitamin C 10%
Mü phÈm 8%
ChÊt tÈy röa 9%
D−îc phÈm
7%
ThÞ tr−êng tiªu thô sorbitol ë Mü
ThÞ tr−êng tiªu thô sorbitol ë ch©u ¢u
Thùc phÈm, b¸nh kÑo 28%
Kem ®¸nh r¨ng,
mü phÈm 23%
Vitamin C 15%
D−îc phÈm 13%
Kh¸c
7%PU 7%
ChÊt tÈy röa 6%
ThÞ tr−êng tiªu thô sorbitol ë ch©u ¸
Kem ®¸nh r¨ng, mü phÈm 30%
Vitamin C 36%
Thùc phÈm,
b¸nh kÑo 13%
D−îc phÈm 7%
ChÊt tÈy röa 8%
Kh¸c
6%
H×nh 1 . ThÞ tr−êng tiªu thô sorbitol toµn cÇu
(Ll−îc trÝnh tõ Sæ tay kinh tÕ vÒ ho¸ chÊt, 8/2005)
6
Trªn thÕ giíi, c«ng suÊt s¶n xuÊt hiÖn t¹i ®èi víi sorbitol lo¹i 70% ®·
v−ît qu¸ 2 triÖu tÊn/n¨m, chñ yÕu do mét sè nhµ s¶n xuÊt d−íi ®©y
[6] (B¶ng 2):
B¶ng 2. C¸c nhµ s¶n xuÊt sorbitol lín trªn thÕ giíi
Nhµ s¶n xuÊt §Þa ®iÓm nhµ m¸y C«ng suÊt nhµ m¸y (t/n)
Roquette Ph¸p
Trung Quèc
Hµn Quèc
300 000
160 000
20 000
Sorini Indonesia
Trung Quèc
156 000
120 000
ADM Mü 163 000
Cargill §øc 100 000
SPI Mü
Brazil
177 000
50 000
Shouguang S¬n §«ng - Trung Quèc 150 000
Nikken NhËt B¶n 90 000
Purechem Th¸i Lan 40 000
HiÖn t¹i, c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt sorbitol trªn thÕ giíi ®ang ch¹y 2/3 c«ng
suÊt thiÕt bÞ. ë ch©u ¸, s¶n l−îng sorbitol theo lý thuyÕt lµ 1 triÖu tÊn/n¨m vµ
c¸c nhµ m¸y míi ch¹y kho¶ng 67% c«ng suÊt cña m×nh.
Trªn thÞ tr−êng, sorbitol ®−îc b¸n d−íi d¹ng láng vµ r¾n. D−íi ®©y lµ mét
sè ®Æc tÝnh cña c¸c d¹ng sorbitol th−¬ng phÈm [7] (B¶ng 3).
7
B¶ng 3 . §Æc tÝnh cña c¸c d¹ng sorbitol th−¬ng phÈm
TT Th«ng sè §¬n
vÞ
§Æc tÝnh tiªu chuÈn
Láng Bét
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
VÎ bÒ ngoµi
D-Sorbitol
pH
Träng l−îng riªng
§−êng tæng
§−êng khö
Clo (Cl)
Sunfat (SO4)
Kim lo¹i nÆng (Pb)
Asen (As)
§é Èm
ChØ sè khóc x¹
-
%
-
g/ml
%
%
ppm
ppm
ppm
ppm
%
-
Siro trong suèt, gÇn nh−
kh«ng mµu
68,0-71,0
6,0-7,0 (dung dÞch10%)
1,28-1,31
0,5 max
0,1 max
50 max
100 max
5,0 max
2,0 max
28,0-31,0
1,455-1,465
Bét mµu tr¾ng
96,0 min
5,0-7,0(dung dÞch 1%)
1,45-1,50
0,5 max
0,15 max
100 max
150 max
8,0 max
3,0 max
1,0 max
-
Sorbitol d¹ng dung dÞch cã c¸c øng dông sau ®©y :
- ChÊt thÊm −ít trong kem ®¸nh r¨ng
- ChÊt ®−êng (calo thÊp vµ kh«ng g©y s©u r¨ng) trong thùc phÈm vµ b¸nh kÑo
- ChÊt lµm mÒm da trong mü phÈm
- Thµnh phÇn kh«ng ph¶i ®−êng ¨n trong mét sè c«ng thøc thùc phÈm
- ChÊt æn ®Þnh cho c¸c dung dÞch huyÒn phï cho s¶n xuÊt thuèc ch÷a
bÖnh vµ vitamin
Sorbitol d¹ng bét tinh khiÕt (hay sorbitol lo¹i C), cã c¸c øng dông sau ®©y:
- Nguyªn liÖu lªn men ®Ó s¶n xuÊt vitamin C
8
ë Trung Quèc, 55% sorbitol ®−îc s¶n xuÊt thµnh sorbitol lo¹i C ®Ó lµm
nguyªn liÖu s¶n xuÊt vitamin C cho 5 nhµ s¶n xuÊt lín cung cÊp vitamin C cho
toµn thÕ giíi víi s¶n l−îng kho¶ng 200. 000 tÊn sorbitol C/n¨m.
ë ViÖt Nam, trong chiÕn l−îc ph¸t triÓn c«ng nghiÖp ho¸ D−îc, ChÝnh
phñ cã ®Ò cËp ®Õn viÖc x©y dùng nhµ m¸y s¶n xuÊt vitamin C c«ng suÊt 1.000
tÊn/n¨m sö dông nguån nguyªn liÖu trong n−íc. V× thÕ, viÖc s¶n xuÊt sorbitol
lo¹i C còng cÇn thiÕt ë n−íc ta.
- Lµm chÊt nÒn cho s¶n xuÊt c¸c chÊt tÈy röa: Cã nhiÒu nhµ s¶n xuÊt este
sorbitan vµ este etoxylat trªn thÕ giíi dïng sorbitol C lµm nguyªn liÖu
nÒn ®Ó s¶n xuÊt nhiÒu chÊt tÈy röa lo¹i kh«ng ion ®Æc biÖt.
- Lµm t¸ d−îc s¶n xuÊt thuèc viªn: nhu cÇu sorbitol bét trong d−îc phÈm
rÊt lín, chñ yÕu lµm chÊt lµm ngät calo thÊp hay lµm t¸ d−îc trong
thuèc viªn. S¶n phÈm sorbitol d¹ng bét cã thÞ tr−êng rÊt tiÒm n¨ng víi
lîi nhuËn cao nh−ng sÏ ®ßi hái vèn ®Çu t− lín (chñ yÕu cho th¸p sÊy
phun).
ë ViÖt nam, do kh«ng cã thÞ tr−êng x¸c ®Þnh cho c¸c s¶n phÈm sorbitol
d¹ng bét nªn trong b¸o c¸o nghiªn cøu tiÒn kh¶ thi tr×nh Tæng c«ng ty Ho¸
chÊt ViÖt Nam, C«ng ty Unilever ViÖt Nam ®Ò nghÞ thiÕt kÕ nhµ m¸y s¶n xuÊt
sorbitol chñ yÕu d−íi d¹ng siro 70% cho ®Õn khi thÞ tr−êng tiªu thô lo¹i
sorbitol bét ph¸t triÓn râ rµng. Tuy nhiªn, trong thêi gian chê ®îi thÞ tr−êng
ph¸t triÓn, ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp ®· vµ ®ang ®Çu t− nghiªn cøu vµ ph¸t
triÓn c«ng nghÖ s¶n xuÊt sorbitol bét b»ng ph−¬ng ph¸p sÊy phun. V× vËy,
trong chuyªn ®Ò nµy, ngoµi viÖc t×m hiÓu c«ng nghÖ hydro ho¸ glucoza thµnh
sorbitol, mét sè th«ng tin c¬ b¶n liªn quan ®Õn c«ng nghÖ chÕ biÕn sorbitol
bét b»ng ph−¬ng ph¸p sÊy phun còng sÏ ®−îc tr×nh bµy.
HiÖn t¹i, gi¸ b¸n sorbitol (lo¹i kh«ng kÕt tinh dïng trong kem ®¸nh r¨ng)
ë ch©u ¸ hÇu nh− kh«ng ®æi vµ kh¸ thÊp. VÝ dô, gi¸ sorbitol chµo hµng (CIF)
t¹i c¶ng Sµi Gßn cña nhµ s¶n xuÊt Sorini lµ 345 USD/tÊn (®ãng gãi trong
thïng phuy) [7].
ë ViÖt Nam, chØ riªng nhu cÇu sö dông dung dÞch sorbitol 70 % lµm
nguyªn liÖu s¶n xuÊt kem ®¸nh r¨ng t¹i nhµ m¸y cña Unilever ViÖt Nam
(ULVN) ®· vµo kho¶ng 10 000 tÊn/n¨m vµ hiÖn ®ang ph¶i nhËp ngo¹i hoµn
toµn. ULVN thÊy ®−îc c¬ héi t¨ng s¶n l−îng s¶n xuÊt kem ®¸nh r¨ng cho thÞ
9
tr−êng néi ®Þa vµ xuÊt khÈu do ULVN giµnh ®−îc mét sè hîp ®ång cung cÊp
s¶n phÈm kem ®¸nh r¨ng cho mét sè c«ng ty thuéc Unilever t¹i mét sè n−íc
ch©u ¸. V× vËy, kÕ ho¹ch t×m kiÕm nguån cung cÊp sorbitol ®¸p øng yªu cÇu
20. 000 tÊn/n¨m víi gi¸ rÎ h¬n gi¸ hiÖn t¹i ®ang ®−îc ®Æt ra.
III. Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ hydro ho¸ glucoza thµnh
sorbitol
Ph¶n øng hydro ho¸ glucoza thµnh sorbitol lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt nhÑ. VÒ
mÆt nhiÖt ®éng häc, ph¶n øng hydro ho¸ glucoza thµnh sorbitol x¶y ra hoµn
toµn t¹i 150°C.
Trªn thùc tÕ, ng−êi ta th−êng tiÕn hµnh ph¶n øng ë 100 - 140°C d−íi ¸p
suÊt hydro trong kho¶ng 10 - 125 atm [8]. §é chuyÓn ho¸ vµ chän läc cña qu¸
tr×nh th−êng rÊt cao. S¶n phÈm phô cña qu¸ tr×nh lµ axit glucozanic (t¹o thµnh
bëi ph¶n øng Cannizaro) vµ mannitol (t¹o thµnh bëi qu¸ tr×nh epime ho¸
sorbitol).
HOOH
OHHO
O
HO
HOOH
OHHO
HO
HO
D-Glucoza Sorbitol
HOOH
HOO OH
HO
HO
Axit gluconic Mannitol
HOOH
HO OH
HO
HO
H2
Xóc t¸c
Xóc t¸c truyÒn thèng cho qu¸ tr×nh hydro ho¸ glucoza thµnh sorbitol lµ
xóc t¸c Ni-Raney hoÆc Ni ho¹t tÝnh mang trªn chÊt mang. GÇn ®©y, hÖ xóc t¸c
Ru trªn c¸c chÊt mang kh¸c nhau ®· dÇn dÇn thay thÕ hÖ xóc t¸c Ni v× hÖ xóc
10
t¸c Ru cã nhiÒu −u ®iÓm h¬n. Víi xóc t¸c thÕ hÖ míi Ru/C, cã thÓ tiÕn hµnh
ph¶n øng hydro ho¸ trong ®iÒu kiÖn kh«ng qu¸ kh¾c nghiÖt mµ vÉn ®¹t hiÖu
suÊt trªn 99%. H¬n n÷a, c¸c chÊt xóc t¸c thÕ hÖ míi kh«ng bÞ tan vµo m«i
tr−êng ph¶n øng lµm cho tuæi thä cña xóc t¸c kÐo dµi ®ång thêi qu¸ tr×nh tinh
chÕ s¶n phÈm trë nªn ®¬n gi¶n h¬n rÊt nhiÒu.
Trªn thÕ giíi hiÖn nay tån t¹i 2 d¹ng c«ng nghÖ, c«ng nghÖ gi¸n ®o¹n vµ
c«ng nghÖ liªn tôc. B¶ng 4 ph©n lo¹i c¸c c«ng nghÖ hydro ho¸ glucoza thµnh
sorbitol.
B¶ng 4 . C¸c c«ng nghÖ hydro ho¸ glucoza thµnh sorbitol
C«ng nghÖ Tr¹ng th¸i cña
xóc t¸c
Xóc t¸c ThiÕt bÞ
hydro ho¸
Møc ®é
tiªn tiÕn
Gi¸n ®o¹n
Xóc t¸c ë d¹ng
huyÒn phï trong
dung dÞch glucoza
Ni-Raney ThiÕt bÞ chÞu
¸p cã khuÊy
TruyÒn
thèng
Xóc t¸c ë d¹ng
huyÒn phï trong
dung dÞch glucoza
Ni-Raney
hoÆc Ni/chÊt
mang, hoÆc
Ru/C
èng ph¶n øng
chÞu ¸p nèi
tiÕp nhau
Tiªn tiÕn
Liªn tôc
Xóc t¸c ë d¹ng líp
cè ®Þnh trong èng
ph¶n øng
Ru/C èng ph¶n øng
trickle-bed, cã
l−íi ®ì xóc t¸c
Tiªn tiÕn
nhÊt
III.1. C¸c qu¸ tr×nh gi¸n ®o¹n
Trªn 80% qu¸ tr×nh s¶n xuÊt sorbitol trªn thÕ giíi dùa trªn qu¸ tr×nh gi¸n
®o¹n. So víi qu¸ tr×nh liªn tôc, c«ng nghÖ gi¸n ®o¹n cã c¸c −u ®iÓm lµ cã ®é
mÒm dÎo cao tøc lµ cã thÓ thay ®æi nguån nguyªn liÖu theo tõng mÎ.
C¸c th«ng sè chÝnh cña qu¸ tr×nh (®−îc c«ng bè trªn tµi liÖu) nh− sau :
- Dung dÞch glucoza: 40 – 50 %
- Xóc t¸c: Ni-Raney
- NhiÖt ®é: 120 – 150°C
11
- ¸p suÊt hydro : 30 – 100 bar (29,6-98,7 atm)
- Khèi l−îng xóc t¸c/glucoza : 3-6%
- pH: 5-6
- Thêi gian ph¶n øng: 2-4 giê
C¸c qu¸ tr×nh trªn cho phÐp chuyÓn ho¸ nguyªn liÖu glucoza (®é tinh
khiÕt 98,5 - 99,5% víi hiÖu suÊt sorbitol n»m trong kho¶ng 97- 98%. Siro
sorbitol ®−îc läc ®−îc lµm s¹ch b»ng nhùa trao ®æi ion vµ than ho¹t tÝnh.
Sau ®©y lµ mét sè c«ng nghÖ gi¸n ®o¹n s¶n xuÊt sorbitol trªn thÕ giíi.
C«ng nghÖ Itali – Progetty Impianti Chimici-PIC s.r.l [9]
Dung dÞch D-glucoza s¹ch vµ xóc t¸c ®−îc trén trong thïng chøa nguyªn
liÖu. Hçn hîp t¹o thµnh ®−îc b¬m theo tõng mÎ vµo thiÕt bÞ ph¶n øng hydro
ho¸. Qu¸ tr×nh hydro ho¸ D-glucoza ®−îc tiÕn hµnh ë ¸p suÊt kho¶ng 30 bar
(29,6 atm) vµ ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é mÒm.
Bªn trong thiÕt bÞ ph¶n øng ®−îc thiÕt kÕ ®Ó ®¶m b¶o cã sù tiÕp xóc tèt
nhÊt gi÷a hai pha láng-khÝ. §iÒu ®ã lµ cÇn thiÕt ®Ó ph¶n øng x¶y ra hoµn toµn
trong mét thêi gian ng¾n. NhiÖt cña ph¶n øng ®−îc t¶i ra b»ng hÖ thèng lµm
l¹nh gi¸n tiÕp. Sau khi mÎ ph¶n øng kÕt thóc, thiÕt bÞ ®−îc x¶ ¸p.
Xóc t¸c ®−îc t¸ch khái dung dÞch sorbitol ®i ra tõ thiÕt bÞ ph¶n øng nhê
thiÕt bÞ läc.
Sau khi läc, siro sorbitol ®−îc ®−a tíi hÖ thèng tinh chÕ ®Ó lo¹i bá vÕt c¸c
hîp chÊt kh«ng mong muèn.
S¶n phÈm nhËn ®−îc lµ dung dÞch sorbitol 50%. Dung dÞch nµy sÏ ®−îc
dïng trùc tiÕp lµm nguyªn liÖu cho c¸c qu¸ tr×nh chÕ biÕn tiÕp theo kh«ng cÇn
c« ®Æc (vÝ dô, lµm nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit ascorbic (vitamin
C)). Khi sorbitol ®−îc øng dông trong ngµnh mü phÈm ( vÝ dô kem ®¸nh
r¨ng), hay trong s¶n xuÊt thùc phÈm, ®å uèng th× dung dÞch sorbitol ph¶i ®−îc
lµm ®Æc tíi 70%. Qu¸ tr×nh c« ®Æc x¶y ra khi gia nhiÖt siro sorbitol trong ch©n
kh«ng ë thiÕt bÞ c« ®Æc mét giai ®o¹n.
12
Yªu cÇu vËn hµnh
C«ng suÊt cña d©y chuyÒn s¶n xuÊt kh¸ ®a d¹ng vµ ®−îc thiÕt kÕ theo yªu
cÇu. D−íi ®©y lµ møc tiªu hao nguyªn liÖu vµ c¸c chÊt phô trî cô thÓ cña mét
d©y chuyÒn ®ang s¶n xuÊt sorbitol theo c«ng nghÖ PIC (B¶ng 5).
B¶ng 5 . ChØ tiªu tiªu hao nguyªn liÖu vµ n¨ng l−îng cho 1 tÊn sorbitol thµnh
phÈm dùa trªn 100% chÊt kh«
STT Nguyªn liÖu vµ phô trî
§¬n
vÞ
ChØ tiªu tiªu hao
1 Nguyªn liÖu
D-glucoza
Hydro
Kg
Nm3
1.010
135
2 Xóc t¸c kg 0,1
3 Ho¸ chÊt
Dung dÞch NaOH (quy vÒ 100%)
Dung dÞch HCl (quy vÒ 100%)
Peroxit h÷u c¬
NaCl
kg
kg
kg
kg
5,0
3,0
5,0
10,0
4 Phô trî
N−íc lµm l¹nh
Nit¬
H¬i n−íc
§iÖn
KhÝ phôc vô ®o l−êng
m3
Nm3
Kg
kWh
Nm3
80
20
900
300
70
Dung dÞch sorbitol thµnh phÈm cña d©y chuyÒn cã nång ®é 50 % träng
l−îng. C«ng suÊt cña d©y chuyÒn lµ 33 tÊn dung dÞch/ngµy (9.000-10-000
tÊn/n¨m).
C«ng nghÖ cña Lurgi Life Science – LLS [10]
H·ng Lurgi Life Science ®−a ra c«ng nghÖ dùa trªn viÖc sö dông xóc t¸c
Ni- Raney hoÆc xóc t¸c Ru/C.
§Æc tr−ng cña qu¸ tr×nh Ru/C
- Chi phÝ ®Çu t− thÊp
- Ho¹t tÝnh xóc t¸c cao, tèc ®é chuyÓn ho¸ cao
- Tû lÖ n−íc th¶i gi¶m
13
- ChÊt th¶i r¾n gi¶m (kh«ng cÇn thiÕt bÞ läc)
- Cã thÓ t¸i sinh vµ sö dông tuÇn hoµn xóc t¸c
- DÔ dµng c©n ®èi xóc t¸c bæ xung vµ xóc t¸c cò
- Kh«ng t¹o ra nhiÒu axit glucozanic
- ThÝch hîp cho mäi phÈm cÊp sorbitol (thùc phÈm, d−îc phÈm, kÕt
tinh, kh«ng kÕt tinh) phï hîp theo tiªu chuÈn UPS, BP, JIS, DAB
M« t¶ qu¸ tr×nh
H×nh 2 m« t¶ s¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng thiÕt bÞ hydro ho¸ theo c«ng
nghÖ LLS.
Tr−íc khi ®−a nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ ph¶n øng, pH dung dÞch nguyªn
liÖu (glucoza) ®−îc ®iÒu chØnh trong thïng cÊp nguyªn liÖu. Gi¸ trÞ pH lµ mét
th«ng sè quan träng ¶nh h−ëng tíi qu¸ tr×nh ph¶n øng. §é axit cao sÏ sÏ lµm
¶nh h−ëng tíi ho¹t tÝnh cña xóc t¸c, ®Æc biÖt lµ xóc t¸c Ni-Raney. Th«ng
th−êng dung dÞch sau ph¶n øng cã tÝnh axit nhÑ.
H×nh 2. S¬ ®å nguyªn lý hÖ thiÕt bÞ hydro ho¸ theo c«ng nghÖ cña LLS
Sorbitol ®−îc s¶n xuÊt theo mÎ trong thiÕt bÞ hydro ho¸. KhÝ hydro ®−îc
®−a vµo tiÕp xóc víi huyÒn phï glucoza vµ xóc t¸c. Ph¶n øng to¶ nhiÖt diÔn ra
ë ¸p suÊt lín nhÊt lµ 40 bar (39,5 atm) vµ nhiÖt ®é 100 - 140°C trong thiÕt bÞ.
HÖ thèng lµm l¹nh gi÷ cho møc nhiÖt ®é æn ®Þnh.
14
Sau khi kÕt thóc ph¶n øng, dung dÞch sorbitol th« cã lÉn chÊt xóc t¸c
(d¹ng huyÒn phï) ®−îc th¸o qua thïng x¶ ¸p ®Ó chuyÓn ®Õn thïng läc.
Sau khi läc b»ng thiÕt bÞ läc c¬ häc, chÊt xóc t¸c ®−îc tuÇn hoµn trë l¹i
thiÕt bÞ ph¶n øng. §èi víi xóc t¸c Ru/C, kh«ng cÇn trang bÞ thiÕt bÞ läc tinh.
Xóc t¸c míi bæ sung vµ xóc t¸c cò lÊy ra tõ thiÕt bÞ läc ®−îc c©n ®èi nhê bé
phËn ®iÒu khiÓn. HÇu hÕt c¸c c«ng ®o¹n ®−îc thùc hiÖn tù ®éng.
Trong tr−êng hîp sö dông xóc t¸c Ni-Raney, dung dÞch sorbitol th« trong
thïng läc cßn chøa mét phÇn xóc t¸c Ni-Raney. PhÇn cßn l¹i ®−îc gi÷ l¹i
trong thiÕt bÞ ph¶n øng sau khi ®Ó l¾ng. Xóc t¸c l¬ löng sÏ ®−îc lo¹i nhê qu¸
tr×nh läc c¬ häc vµ ®−îc tuÇn hoµn trë l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng. DÞch läc sorbitol
®−îc chuyÓn qua thïng chøa dÞch läc. PhÇn Ni tan trong n−íc läc sÏ ®−îc bï
bëi xóc t¸c míi.
TiÕp theo qu¸ tr×nh läc lµ qu¸ tr×nh trao ®æi ion trong thiÕt bÞ trao ®æi ion.
C¸c t¹p chÊt trong n−íc läc ®−îc khö kho¸ng vµ khö axit b»ng nhùa trao ®æi
ion vËn hµnh theo nguyªn t¾c läc kÐp. Sau ®ã, dung dÞch ®· khö kho¸ng ®−îc
c« ®Æc trong thiÕt bÞ c« ®Æc.
ChØ tiªu tiªu hao
B¶ng 6 sau ®©y ®−a ra chØ tiªu tiªu hao nguyªn liÖu vµ n¨ng l−îng ®Ó s¶n
xuÊt 1 tÊn dung dÞch sorbitol 70 % (träng l−îng).
B¶ng 6 . ChØ tiªu tiªu hao nguyªn liÖu vµ n¨ng l−îng
Nguyªn liÖu, n¨ng l−îng §¬n vÞ ®o Sè l−îng
Glucoza (quy kh«, hµm l−îng 100 %)
Hydro
Xóc t¸c :
- HoÆc Ni-Raney
- HoÆc Ru/C
H¬i ¸p suÊt thÊp
N−íc khö ion
§iÖn n¨ng
kg
Nm3
kg
kg
kg
m3
kWh
715 – 730
100
0,8
0,18
560 – 630
1,5 – 2,8
30 - 40
15
C«ng nghÖ Sorini [7]
S¬ ®å nguyªn lý d©y chuyÒn c«ng nghÖ Sorini s¶n xuÊt sorbitol tõ
glucoza ®−îc tr×nh bµy trong H×nh 6. PhÇn trong khung chÊm chÊm lµ c¸c
thiÕt bÞ xö lý vµ tinh chÕ s¶n phÈm.
Tr−íc tiªn, dung dÞch glucoza thu ®−îc tõ qu¸ tr×nh lªn men tinh bét
®−îc chuyÓn vµo thiÕt bÞ ph¶n øng. ChÊt xóc t¸c sö dông trong qu¸ tr×nh nµy
lµ Ni-Raney, nhiÖt ®é ph¶n øng lµ 140 – 160°C, ¸p suÊt khÝ H2 lµ 40 – 60 bar
(39,5-59,2 atm) vµ thêi gian ph¶n øng lµ 3,5 – 4 giê. Hçn hîp sau ph¶n øng sÏ
®−îc lµm s¹ch, sau ®ã chuyÓn sang bån läc. ChÊt xóc t¸c sau läc sÏ ®−îc ho¹t
ho¸ ®Ó t¸i sö dông.
Dung dÞch sorbitol sau khi ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng ®−îc khö mµu b»ng
than ho¹t tÝnh råi ®−îc trao ®æi ion ®Ó lo¹i bá t¹p chÊt, c¸c axit amin, c¸c cÆn
glucozanat, v.v... Nhùa trao ®æi ion (c¶ anion vµ cation) th−êng lµ nhùa cña
h·ng Rohm & Haas, víi tªn th−¬ng phÈm lµ IRA, 29, 120 vµ 910 céng thªm
AMP 200.
H×nh 6. S¬ ®å nguyªn lý qu¸ tr×nh hydro ho¸ gi¸n ®o¹n
16
III.2. Qu¸ tr×nh liªn tôc
C«ng nghÖ hydro ho¸ liªn tôc glucoza thµnh sorbitol ®−îc ph©n thµnh 2
lo¹i: c«ng nghÖ sö dông xóc t¸c d¹ng huyÒn phï trong dung dÞch glucoza vµ
c«ng nghÖ sö dông xóc t¸c ë d¹ng líp cè ®Þnh trong thiÕt bÞ ph¶n øng d¹ng
dßng liªn tôc [11-18].
Trong tr−êng hîp ®Çu tiªn, ng−êi ta cã thÓ sö dông xóc t¸c xóc t¸c Ni
mang trªn chÊt mang hoÆc xóc t¸c Ru/C, vµ sau qu¸ tr×nh ph¶n øng cÇn ph¶i
tiÕn hµnh c«ng ®o¹n xö lý s¶n phÈm. Trong tr−êng hîp sau, ng−êi ta sö dông
xóc t¸c Ru/C vµ kh«ng cÇn giai ®o¹n tinh chÕ s¶n phÈm. GÇn 20% s¶n l−îng
sorbitol trªn thÕ giíi ®−îc s¶n xuÊt theo c«ng nghÖ liªn tôc sö dông xóc t¸c
huyÒn phï.
Qu¸ tr×nh hydro ho¸ liªn tôc glucoza sö dông xóc t¸c d¹ng líp cè ®Þnh ®Ó
s¶n xuÊt sorbitol lµ c«ng nghÖ tiªn tiÕn nhÊt, cho hiÖu suÊt cao nh−ng cßn kh¸
míi mÎ nªn ch−a ®−îc øng dông ®¹i trµ trªn thÕ giíi. Lý do chÝnh lµ do c¸c
nhµ ®Çu t− kh«ng muèn bá c«ng nghÖ truyÒn thèng hä ®ang ¸p dông ®Ó ®Çu t−
x©y dùng d©y chuyÒn c«ng nghÖ míi. Hä thÝch chän h−íng c¶i tiÕn c«ng nghÖ
truyÒn thèng h¬n lµ h−íng ¸p dông c«ng nghÖ míi. V× thÕ, c«ng nghÖ hydro
ho