ácido Cítrico

TRABAJO ESCRITO DEL LABORATORIO DE BALANCES INTRODUCCIÓN El ácido cítrico es un ácido orgánico que se puede hallar frecuentemente, producido por microorganismos en la naturaleza ya que es un compuesto intermedio en el ciclo de Crebbs, también está presente en gran cantidad de frutas. Fue aislado por primera vez por Scheele al mezclar zumo de limón con cal y disolviendo el precipitado con ácido sulfúrico. A principios del siglo XX la obtención del ácido cítrico se hacía a partir de limones, pero a mediados de siglo ese proceso se hizo cada vez menos rentable, adaptándose posteriormente, cada vez más, por la producción mediante la fermentación de un microorganismo. El ácido cítrico es usado principalmente en la industria de la alimentación para la elaboración de bebidas y otros productos, también como saborizante y conservante, aunque tiene otras muchas propiedades por las que es utilizado en esta industria. El ácido cítrico también es utilizado en la industria farmacéutica, textil, cosmética, agrícola y de detergentes. ​DESCOMPOSICIÓN DEL CITRATO Tras separar el citrato cálcico del licor post-fermentativo el proceso cal sulfúrico ha de completarse añadiendo ácido sulfúrico al citrato cálcico, lo que provocará que se forme ácido cítrico libre, que se queda solubilizado, y sulfato cálcico o yeso, que precipita. La reacción que va a tener lugar será la siguiente: Ca3(C6H5O7) 2 + 3H2SO4 Î 2C6H8O7 + 3CaSO4 El ácido sulfúrico provendrá de una disolución al 10% en peso la cual contendrá un exceso del 5% en el ácido para tener la seguridad de que todo el citrato se transforma. Esta reacción es exotérmica por lo que ha de mantenerse refrigerado el reactor y no permitir que supere los 60ºC ya que a partir de esa temperatura la conversión disminuye. Se supondrá que tras la lechada se filtra todo el citrato producido, lo cual no es cierto ya que la filtración tendrá un rendimiento que rondará el 97%, de manera que el sistema quede sobredimensionado. Se obtendrá pues el citrato cálcico que, según la estequiometría de la reacción, se combinarán con ácido sulfúrico, aumentando esta cifra en un 5%, que es el exceso que se comentaba anteriormente, se obtiene 7.481,14 kg de ácido sulfúrico. Este ácido provendrá de una disolución al 10%, y su densidad será de 1.066 g/L por lo cual será necesario tomar 70,18 m3 de ácido sulfúrico al 10%. La torta de citrato cálcico vendrá acompañada de agua, además la molécula de citrato se puede encontrar tetra o trihidratada, esta cantidad de agua se evaluará como un 30% de la masa total de citrato obtenida, es decir, el citrato estará acompañado por 4.023 L de agua. La densidad del citrato es 1.636 g/L lo que da un volumen de 7,38 m3 . Sumando todos los volúmenes resulta 81,58 m3 . Para evitar

problemas de espumas o acumulación de gases se optará por un volumen de reactor de 90 m3. Para la operación se usará un tanque de acero, que necesita ser cubierto interiormente de polietileno y fibra de vidrio, ya que se va a dar en él una neutralización. Deberá de estar provisto de un sistema agitador, para mejorar el contacto entre el citrato y el ácido sulfúrico, y de serpentín refrigerante que mantenga la temperatura adecuada, ya que la reacción que tiene lugar es exotérmica. Las conducciones de ácido sulfúrico serán de acero recubierto internamente de polipropileno ya que el ácido sulfúrico diluido ataca y corroe el metal. El ácido sulfúrico comercial se vende en gran variedad de concentraciones, desde 98% hasta 10% o 1 M. La ventaja de comprar el ácido a 98% es que se necesitan menos transportes de camiones hacia la planta y unos depósitos menores, además éstos pueden ser de metal ya que a tan alta concentración el ácido sulfúrico no lo corroe, la contrapartida es que el ácido sulfúrico a 98% es un material de alto riesgo para trabajar ya que hay que tener mucho cuidado en su transporte, depósito, dosificación y manipulación; un escape de esta sustancia es un accidente muy grave ya que se forman vapores muy tóxicos. Además para diluir esa concentración del 98% hasta el 10% requerido se necesitaría otra unidad para dilución, la cual no se puede realizar a la ligera ya que es una reacción fuertemente exotérmica y peligrosa por las salpicaduras ácidas en la que el ácido pasa de no atacar el metal a corroerlo. El inconveniente de comprar el ácido sulfúrico diluido es que aumenta el número de transportes, lo cual aumenta los costes y provoca una mayor dependencia de los suministros, además se requiere un volumen mayor de almacenaje al estar diluido y los tanques han de ser de polipropileno reforzado con fibra de vidrio. Las ventajas son que es un material menos peligroso de trabajar, que no necesita dilución previa y se introduciría directamente al reactor de craqueo.Además de ácido cítrico en el proceso se obtendrá sulfato cálcico o yeso, este yeso puede ser vendido como material de relleno en construcción principalmente y, en menor medida, en el sector alimenticio como filtrante. El problema será encontrar mercado para vender todo el yeso producido, ya que se obtiene en grandes cantidades FILTRACIÓN Tras la descomposición del citrato cálcico con ácido sulfúrico, el ácido cítrico quedará libre en disolución, pero se formará una gran cantidad de sulfato cálcico (yeso) que ha de separarse del producto. En esta etapa se usará un filtro de banda horizontal de vacío, ya que estos filtros, además de tener la misma eficacia que los de tambor, tienen un lavado mucho más efectivo al poder tratar más cantidad de torta en el mismo tiempo, además de capacidad para configurar el tipo de lavado necesario para cada situación así como incorporar un sistema de secado de torta por camisa de vapor. El inconveniente de este tipo de filtro es el gran tamaño que ocupa al tener de 2 a 3 metros de ancho y de 10 a 30 metros de largo, además de ser más lento que los de tambor. Se seleccionará pues un filtro de banda de vacío con un sistema de lavado en contracorriente en dos etapas (el más efectivo) y de secado de torta por camisa de vapor con capacidad suficiente para tratar todo el volumen del tanque de disolución con ácido

sulfúrico en no más de 6 horas. La fase líquida obtenida contiene agua, ácido cítrico y yeso en muy baja proporción además de iones disueltos de sulfato y calcio. La torta separada contendrá una ínfima proporción de producto.

Figura 1.​ Filtro de banda horizontal. [1]

CELDAS DE INTERCAMBIO IÓNICO Y CARBÓN ACTIVADO Se optará por un equipo de 2 columnas (resina cationica, resina anionica) que posea un sistema de regeneración de resinas integrado y la posibilidad, si cabe, de trabajo continuo para que los ciclos de recarga de las columnas no influyan en el proceso de intercambio iónico. El segundo será necesario tras la reacción de descomposición del citrato e incorporará una columna de carbón activado para, en primer lugar, eliminar las sustancias orgánicas solubles que puedan quedar y que darían mal color y olor al producto final y , en segundo, para eliminar iones Ca2+ y SO4 2- que quedan tras el proceso cal-sulfúrico.

BIBLIOGRAFÍA

[1]https://spanish.alibaba.com/product-detail/pbf-mobile-disc-horizontal-vacuum-belt-type-fil ter-520315471.html