Пищевая сода

<час />

Фон

Пищевая сода представляет собой белый кристаллический порошок (NaHCO ₃ ), более известный химикам как бикарбонат натрия, бикарбонат натрия, гидрокарбонат натрия или кислый карбонат натрия. Он классифицируется как кислотная соль, образованная путем объединения кислоты (угольной) и основания (гидроксид натрия), и реагирует с другими химическими веществами как слабая щелочь. При температуре выше 300 градусов по Фаренгейту (149 градусов по Цельсию) пищевая сода разлагается на карбонат натрия (более стабильное вещество), воду и углекислый газ.

Природные химические и физические свойства пищевой соды определяют ее широкий спектр применения, включая очистку, дезодорирование, буферизацию и тушение пожара. Пищевая сода химически нейтрализует запахи, а не маскирует или поглощает их. Следовательно, он используется в солях для ванн и дезодорирующих порошках для тела. Пищевая сода имеет тенденцию поддерживать pH на уровне 8,1 (7 - нейтральный), даже когда в раствор добавляются кислоты, которые понижают pH, или основания, которые повышают pH. Его способность к таблетированию делает его хорошим шипучим ингредиентом в антацидах и средствах для чистки зубных протезов. Бикарбонат натрия также содержится в некоторых средствах для полоскания рта и зубных пастах от налета. Когда пищевая сода используется в качестве чистящего средства в виде пасты или сушится на влажной губке, ее кристаллическая структура обеспечивает мягкое истирание, которое помогает удалить грязь, не царапая чувствительные поверхности. Его умеренная щелочность превращает жирные кислоты, содержащиеся в грязи и жирах, в форму мыла, которое можно растворить в воде и легко смыть. Пищевая сода также используется в качестве разрыхлителя при приготовлении выпечки, такой как хлеб или блины. В сочетании с кислотным агентом (например, лимонным соком) выделяется углекислый газ, который поглощается клетками продукта. Поскольку во время выпечки газ расширяется, стенки ячеек также расширяются, создавая дрожжевой продукт.

Пищевая сода может использоваться не только в домашних условиях, но и в промышленности. Например, пищевая сода при нагревании выделяет углекислый газ. Поскольку углекислый газ тяжелее воздуха, он может тушить пламя, не допуская попадания кислорода, что делает бикарбонат натрия полезным веществом в огнетушителях. Другие области применения включают контроль загрязнения воздуха (поскольку он поглощает выбросы диоксида серы и других кислых газов), абразивно-струйную очистку для удаления поверхностных покрытий, химическое производство, дубление кожи, буровые растворы для нефтяных скважин (поскольку он осаждает кальций и действует как смазка), резина и производство пластика, производство бумаги, обработка текстиля и очистка воды (поскольку это снижает уровень свинца и других тяжелых металлов).

Импортированная из Англии пищевая сода была впервые использована в Америке в колониальные времена, но в Соединенных Штатах она не производилась до 1839 года. В 1846 году Остин Черч, врач из Коннектикута, и Джон Дуайт, фермер из Массачусетса, основали фабрику в Нью-Йорк производит пищевую соду. Сын доктора Черча, Джон, владел мельницей под названием Vulcan Spice Mills. Вулкан, римский бог кузницы и огня, был представлен рукой и молотком, а новая компания по производству пищевой соды приняла логотип руки и молотка как свой собственный. Сегодня торговая марка пищевой соды Arm &Hammer является одной из самых узнаваемых торговых марок.

Названный в честь изобретателя французского химика Николя Леблана, процесс Леблана был первым средством производства кальцинированной соды (Na ₂ CO ₃ ), из которого сделан бикарбонат натрия. Хлорид натрия (поваренная соль) нагревали с серной кислотой, получая сульфат натрия и соляную кислоту. Затем сульфат натрия нагревали с углем и известняком с образованием карбоната натрия или кальцинированной соды.

В конце 1800-х годов бельгийским инженером-химиком Эрнестом Сольвеем был изобретен другой метод производства кальцинированной соды. Метод Сольве вскоре был адаптирован в Соединенных Штатах, где он заменил процесс Леблана. В процессе Solvay диоксид углерода и аммиак переходят в концентрированный раствор хлорида натрия. Неочищенный бикарбонат натрия выпадает в осадок и нагревается с образованием кальцинированной соды, которая затем обрабатывается и очищается с образованием бикарбоната натрия Фармакопеи США (U.S.P.) чистота.

Хотя этот метод производства кальцинированной соды широко используется, он также проблематичен, потому что химические вещества, используемые в процессе, являются загрязнителями и вызывают проблемы с утилизацией. Альтернативой является очистка кальцинированной соды из руды троны, природного месторождения.

Сырье

Пищевая сода или бикарбонат натрия получают из кальцинированной соды, полученной с помощью процесса Solvay, или из руды троны, твердого кристаллического материала. Трона датируется 50 миллионами лет, когда земля, окружающая Грин-Ривер, штат Вайоминг, была покрыта озером площадью 600 квадратных миль (1554 квадратных километра). Со временем это озеро испарилось, и между слоями песчаника и сланца осталось 200 миллиардов тонн чистой троны. Месторождение в бассейне Грин-Ривер достаточно велико, чтобы удовлетворить потребности всего мира в кальцинированной соде и бикарбонате натрия в течение тысяч лет.

Поскольку синтетический процесс, используемый в методе Solvay, представляет некоторые проблемы с загрязнением, Church &Dwight Co. Inc. все больше и больше основывает свое производство на добыче троны. Другой крупный производитель кальцинированной соды, FMC Corporation, также использует трону для производства кальцинированной соды и бикарбоната натрия. Трона разрабатывается на глубине 1500 футов (457,2 метра) от поверхности. Шахтные стволы FMC содержат около 2500 миль (4022,5 км) туннелей и покрывают площадь в 24 квадратных мили (62 квадратных километра). Эти туннели шириной пятнадцать футов (4,57 метра) и высотой девять футов (2,74 метра) позволяют перемещаться по ним необходимому оборудованию и транспортным средствам.

Производственный
процесс

Производство кальцинированной соды

• 1 Кальцинированная сода может быть произведена химическим путем с использованием процесса Сольвея или из руды троны. Если используется троновая руда, ее необходимо сначала добыть. После того, как она была поднята на поверхность, руда троны транспортируется на различные перерабатывающие предприятия. Там руда перерабатывается в суспензию сесквикарбоната натрия, промежуточного продукта кальцинированной соды, который фактически содержит как кальцинированную соду (карбонат натрия), так и пищевую соду (бикарбонат натрия).

Приготовление пищевой соды

• 2 Затем промежуточный раствор кальцинированной соды помещают в центрифугу, которая отделяет жидкость от кристаллов. Затем кристаллы растворяют в растворе бикарбоната (раствор кальцинированной соды, изготовленный производителем) в роторном диссольвере, тем самым превращаясь в насыщенный раствор. Этот раствор фильтруют для удаления любых нерастворимых материалов, а затем перекачивают через питающий резервуар в верхнюю часть колонны для карбонизации.
• 3 Очищенный диоксид углерода вводят в нижнюю часть колонны и выдерживают под давлением. Когда насыщенный раствор натрия движется через башню, он охлаждается и вступает в реакцию с диоксидом углерода с образованием кристаллов бикарбоната натрия. Эти кристаллы собираются на дне колонны и переносятся в другую центрифугу, где отфильтровывается избыток раствора (фильтрата). Затем кристаллы промывают раствором бикарбоната, образуя осадок, готовый к сушке. Фильтрат, который удаляется из центрифуги, возвращается в роторный диссольвер, где он используется для насыщения большего количества кристаллов промежуточной кальцинированной соды.
• 4 Затем промытый осадок на фильтре сушат либо на ленточном конвейере непрерывного действия, либо в вертикальной трубчатой ​​сушилке, называемой мгновенной сушилкой. Теоретический выход этого процесса, по данным компании Church &Dwight, составляет от 90 до 95 процентов, а производимая пищевая сода имеет чистоту более 99 процентов.

Иллюстрация процесса производства пищевой соды. Ключевой этап процесса происходит в башне для карбонизации. Здесь насыщенный раствор кальцинированной соды движется сверху вниз. По мере падения раствор охлаждается и вступает в реакцию с диоксидом углерода с образованием кристаллов бикарбоната натрия - пищевой соды. После фильтрации, промывки и сушки кристаллы сортируются по размеру частиц и соответствующим образом упаковываются.

Сортировка и хранение
различных оценок

• 5 Затем высушенные кристаллы бикарбоната натрия разделяют на различные сорта по размеру частиц. Стандартные сорта бикарбоната натрия и специальные сорта производятся в соответствии с конкретными требованиями клиентов, и размер частиц является основным фактором, определяющим сорта. Порошок №1 и мелкозернистый №2 находят широкое применение в пищевой, химической и фармацевтической промышленности. Гранулы сортов №4 и №5 содержатся в пищевых продуктах и ​​пончиках, чистящих составах, фармацевтических препаратах и ​​многих других продуктах. Бикарбонат натрия промышленного класса используется в различных областях, включая буровые растворы для нефтяных скважин, материалы для пожаротушения и водоочистку.
• 6 Каждый сорт направляется в бункер для хранения, в котором контролируется содержание атмосферы, углекислого газа и влаги для «отверждения» продукта. После отверждения сорта готовы к упаковке и отправке.

Контроль качества

Качество бикарбоната натрия контролируется на каждом этапе производственного процесса. Материалы, оборудование и сам процесс выбраны так, чтобы получить бикарбонат натрия максимально возможного качества. Согласно источникам FMC, при строительстве заводов компания выбирала материалы и оборудование, которые соответствовали бы строгим требованиям к качеству для производства бикарбоната натрия фармацевтического качества. FMC также использует статистический контроль процессов (SPC) для поддержания неизменного ежедневного качества, а ключевые рабочие параметры наносятся на карту для поддержания контроля процесса. Параметры качества продукции фиксируются по номерам лотов, а образцы хранятся от двух до трех лет.

Все USP. марки соответствуют Фармакопее США и Кодексу пищевых химикатов спецификации для использования в фармацевтике и пищевой промышленности. Кроме того, пищевой бикарбонат натрия соответствует требованиям Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США как вещество, которое в целом признано безопасным . (ГРАС).

Будущее

На рубеже двадцатого века ежегодно продавалось 53000 тонн (48 071 метрическая тонна) пищевой соды. В то время как население резко увеличилось, продажи к 1990 году упали примерно до 32 000 тонн (29 024 метрических тонны) в год. Самоподнимающаяся мука, смеси для выпечки и печенья снизили спрос на пищевую соду как важный ингредиент выпечки. Тем не менее, спрос на товар остается значительным. Коммерческие пекари (особенно производители печенья) являются одними из основных пользователей этого продукта. Одним из наиболее важных свойств бикарбоната натрия является то, что при нагревании он выделяет углекислый газ (CO ₂ ), что заставляет выпечку подниматься. Бикарбонат натрия также используется в фармацевтической промышленности и здравоохранении, а также имеет другие промышленные применения. Таким образом, он продолжает оставаться важным продуктом сегодня и в будущем.