Thông tin tài liệu
C«ng nghÖ s¶n xuÊt sorbitol
TS Vò ThÞ Thu Hµ
ViÖn Hãa häc C«ng nghiÖp
Hµ Néi - 6/2007
I. Mở đầu
Sorbitol là một loại đờng tự nhiên thuộc nhóm polyol và đợc chuyển
hoá thành fructoza trong cơ thể con ngời. Trong tự nhiên, ngời ta tìm thấy
chúng trong nhiều loại rau. Sorbitol có ứng dụng rộng rãi trong các ngành thực
phẩm, mỹ phẩm, y tế và các ứng dụng công nghiệp khác. Sorbitol đợc sản
xuất từ quá trình hydro hoá glucoza (sản phẩm của quá trình lên men tinh
bột).
Hin nay, mỗi năm nc ta sử dụng đến vài chục nghìn tấn sorbitol và
phi nhp ngoi hoàn toàn. Ngoài ra, trong chiến lợc phát triển ngành công
nghiệp Hoá dợc, Chính phủ có đề cập đến việc xây dựng nhà máy sản xuất
vitamin C sử dụng nguyên liệu sorbitol. Tn dụng ngun nguyên liu sn có
trong nc sn xut sorbitol phục vụ nhu cầu trong nớc, đồng thời làm
nguyên liệu cho nhà máy sản xuất vitamin C thì không những thay th c
nguyên liu nhp ngoi m còn có th có sn phm xut khu.
Vì lý do đó, trong khuôn khổ chuyên đề này, sẽ có phần trình bày các
công nghệ hydro hoá glucoza thành sorbitol trên thế giới, phân tích u nhợc
điểm và đề xuất các phơng án công nghệ tiến tiến và hiệu quả nhằm định
h
ớng 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 đợc đề
cập ở đây. Công nghệ này đã đợc nghiên cứu từ rất lâu ở Việt Nam và đã
đợc đa vào sản xuất công nghiệp với công nghệ sản xuất ngày càng đợc cải
tiến và hoàn thiện hơn.
3
II. Tổng quan về sorbitol, sản lợng và tình hình tiêu
thụ
Sorbitol (hay hexa-ancol, d-glucozahexitol, sorbite, sorbol, d-glucitol,
E420), là một loại đờng tự nhiên thuộc nhóm polyol và đợc chuyển hoá
thành fructoza trong cơ thể con ngời. Sorbitol đợc nhà hoá học ngời Pháp
Joseph Boussingault phân lập lần đầu tiên năm 1872 từ quả một loại lê [1].
Sorbitol có ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, mỹ phẩm, y tế và
các ngành công nghiệp khác. Sorbitol đợc sử dụng nh một chất làm ngọt có
hàm lợng calo thấp và là chất thay thế đờng cho ngời bị bệnh tiểu đờng.
Sorbitol đợc sử dụng để ngăn ngừa sự mất nớc của cơ thể và nhiều bệnh lý
khác, trong đó có các bệnh về tiêu hoá và bệnh mất trơng lực của túi mật.
Trong công nghiệp, sorbitol đợc sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất
vitamin C. Với ứng dụng là phụ gia thực phẩm, ngời ta tìm thấy sorbitol
trong rất nhiều loại thực phẩm nh bánh, kẹo, kem, xúc xích, kẹo cao
suTrong kem đánh răng, sorbitol (hàm lợng 70 %) chiếm 35 40 % [2].
Sorbitol có ứng dụng trong thành phần thuốc đánh răng là nhờ nó có những
tính chất đặc biệt, có vai trò nh một chất ổn định, chất giữ ẩm, chất làm dịu
vị, chất kháng khuẩn trong miệng. Sorbitol còn có trong thành phần của nhiều
mỹ phẩm chăm sóc sắc đẹp vì nó có tác dụng giữ ẩm và làm cho làn da trở nên
mềm mại và mịn màng [3]. Trong ngành sản xuất thuốc lá, sorbitol có tác
dụng ngăn ngừa sự vỡ vụn của sợi thuốc lá và là chất dịu vị trong thuốc lá
nhai. Ngoài ra, sorbitol còn có ứng dụng trong ngành tổng hợp polyme (nh
chất ổn định và chống oxy hoá), ngành chế biến polyme (chất dẻo hoá dùng
trong kỹ thuật đúc phun), ngành điện hoá và ngành dệt [4]. Bảng 1 tóm tắt các
ứng dụng đa dạng liên quan đến các đặc tính của sorbitol và Hình 1 biều diễn
thị trờng tiêu thụ sorbitol toàn cầu. Điều này giải thích vì sao rất nhiều ngành
công nghiệp có sự quan tâm đặc biệt đến sản l
ợng sorbitol [5].
4
Bảng 1 . Các tính chất và ứng dụng của sorbitol
Lĩnh
vực
Tính chất ứng dụng
Thực
phẩm
- Tăng thời gian bảo quản
- Làm dịu vị
- Giữ ẩm
- Làm ngọt
- Không ảnh hởng đến hàm lợng đờng
trong máu
- Không làm hỏng răng (không bị lên men)
Chế biến thực phẩm:
- Kẹo cao su
- Sôcôla
- Bánh mỳ
- Đồ uống
- Kem
Mỹ
phẩm
- Giữ ẩm
- Không làm hỏng răng
- Hoá dẻo
- Làm cho da mịn màng
- Sữa rửa mặt
- Kem đánh răng
- Bọt cạo râu
Dợc - Các tính chất sinh lý học
- Thay thế đờng cho ngời bị bệnh tiểu
đờng
- Chất nền
- Giữ ẩm
Có trong :
- Viên nén
- Viên nhộng
- Dịch nhũ tơng
- Siro chống ho
Công
nghiệp
- Hoá dẻo
- Làm dịu vị
- Bền nhiệt
- Bền với axit và bazơ
- Nhớt
- Giữ ẩm
- Tạo nhũ
- Tác nhân tạo phức càng cua với kim loại
nặng
- Nguyên liệu sản
xuất vitamin C
- Chất tẩy rửa
- Công nghiệp giấy,
vải, da
- Gelatin
- Keo dán
- Hạn chế sự oxy
hoá dầu bởi các
kim loại nặng
- Thuốc nổ
- Sơn và verni
- Polyuretan
- Este nhựa thông
5
Kem đánh răng 28%
Thực phẩm, bánh kẹo 35%
Vitamin C 10%
Mỹ phẩm 8%
Chất tẩy rửa 9%
Dợc phẩm
7%
Thị trờng tiêu thụ sorbitol ở Mỹ
Thị trờng tiêu thụ sorbitol ở châu Âu
Thực phẩm, bánh kẹo 28
%
Kem đánh răng,
mỹ phẩm 23%
Vitamin C 15%
Dợc phẩm 13%
Khác
7%
PU 7%
Chất tẩy rửa 6%
Thị trờng tiêu thụ sorbitol ở châu á
Kem đánh răng, mỹ phẩm 30%
Vitamin C 36%
Thực phẩm,
bánh k
ẹ
o
13%
Dợc phẩm 7%
Chất tẩ
y
rửa 8%
Khác
6%
Hình 1 . Thị trờng tiêu thụ sorbitol toàn cầu
(Llợc trính từ Sổ tay kinh tế về hoá chất, 8/2005)
6
Trên thế giới, công suất sản xuất hiện tại đối với sorbitol loại 70% đã
vợt quá 2 triệu tấn/năm, chủ yếu do một số nhà sản xuất dới đây
[6] (Bảng 2):
Bảng 2. Các nhà sản xuất sorbitol lớn trên thế giới
Nhà sản xuất Địa điểm nhà máy Công suất nhà máy (t/n)
Roquette Pháp
Trung Quốc
Hàn Quốc
300 000
160 000
20 000
Sorini Indonesia
Trung Quốc
156 000
120 000
ADM Mỹ 163 000
Cargill Đức 100 000
SPI Mỹ
Brazil
177 000
50 000
Shouguang Sơn Đông - Trung Quốc 150 000
Nikken Nhật Bản 90 000
Purechem Thái Lan 40 000
Hiện tại, các nhà máy sản xuất sorbitol trên thế giới đang chạy 2/3 công
suất thiết bị. ở châu á, sản lợng sorbitol theo lý thuyết là 1 triệu tấn/năm và
các nhà máy mới chạy khoảng 67% công suất của mình.
Trên thị trờng, sorbitol đợc bán dới dạng lỏng và rắn. Dới đây là một
số đặc tính của các dạng sorbitol thơng phẩm [7] (Bảng 3).
7
Bảng 3 . Đặc tính của các dạng sorbitol thơng phẩm
TT Thông số Đơn
vị
Đặc tính tiêu chuẩn
Lỏng Bột
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Vẻ bề ngoài
D-Sorbitol
pH
Trọng lợng riêng
Đờng tổng
Đờng khử
Clo (Cl)
Sunfat (SO
4
)
Kim loại nặng (Pb)
Asen (As)
Độ ẩm
Chỉ số khúc xạ
-
%
-
g/ml
%
%
ppm
ppm
ppm
ppm
%
-
Siro trong suốt, gần nh
không màu
68,0-71,0
6,0-7,0 (dung dịch10%)
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
Bột màu trắng
96,0 min
5,0-7,0(dung dịch 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 dạng dung dịch có các ứng dụng sau đây :
- Chất thấm ớt trong kem đánh răng
- Chất đờng (calo thấp và không gây sâu răng) trong thực phẩm và bánh kẹo
- Chất làm mềm da trong mỹ phẩm
- Thành phần không phải đờng ăn trong một số công thức thực phẩm
- Chất ổn định cho các dung dịch huyền phù cho sản xuất thuốc chữa
bệnh và vitamin
Sorbitol dạng bột tinh khiết (hay sorbitol loại C), có các ứng dụng sau đây:
- Nguyên liệu lên men để sản xuất vitamin C
8
ở Trung Quốc, 55% sorbitol đợc sản xuất thành sorbitol loại C để làm
nguyên liệu sản xuất vitamin C cho 5 nhà sản xuất lớn cung cấp vitamin C cho
toàn thế giới với sản lợng khoảng 200. 000 tấn sorbitol C/năm.
ở Việt Nam, trong chiến lợc phát triển công nghiệp hoá Dợc, Chính
phủ có đề cập đến việc xây dựng nhà máy sản xuất vitamin C công suất 1.000
tấn/năm sử dụng nguồn nguyên liệu trong nớc. Vì thế, việc sản xuất sorbitol
loại C cũng cần thiết ở nớc ta.
- Làm chất nền cho sản xuất các chất tẩy rửa: Có nhiều nhà sản xuất este
sorbitan và este etoxylat trên thế giới dùng sorbitol C làm nguyên liệu
nền để sản xuất nhiều chất tẩy rửa loại không ion đặc biệt.
- Làm tá dợc sản xuất thuốc viên: nhu cầu sorbitol bột trong dợc phẩm
rất lớn, chủ yếu làm chất làm ngọt calo thấp hay làm tá dợc trong
thuốc viên. Sản phẩm sorbitol dạng bột có thị trờng rất tiềm năng với
lợi nhuận cao nhng sẽ đòi hỏi vốn đầu t lớn (chủ yếu cho tháp sấy
phun).
ở Việt nam, do không có thị trờng xác định cho các sản phẩm sorbitol
dạng bột nên trong báo cáo nghiên cứu tiền khả thi trình Tổng công ty Hoá
chất Việt Nam, Công ty Unilever Việt Nam đề nghị thiết kế nhà máy sản xuất
sorbitol chủ yếu dới dạng siro 70% cho đến khi thị trờng tiêu thụ loại
sorbitol bột phát triển rõ ràng. Tuy nhiên, trong thời gian chờ đợi thị trờng
phát triển, Viện Hoá học Công nghiệp đã và đang đầu t nghiên cứu và phát
triển công nghệ sản xuất sorbitol bột bằng phơng pháp sấy phun. Vì vậy,
trong chuyên đề này, ngoài việc tìm hiểu công nghệ hydro hoá glucoza thành
sorbitol, một số thông tin cơ bản liên quan đến công nghệ chế biến sorbitol
bột bằng phơng pháp sấy phun cũng sẽ đợc trình bày.
Hiện tại, giá bán sorbitol (loại không kết tinh dùng trong kem đánh răng)
ở châu á hầu nh không đổi và khá thấp. Ví dụ, giá sorbitol chào hàng (CIF)
tại cảng Sài Gòn của nhà sản xuất Sorini là 345 USD/tấn (đóng gói trong
thùng phuy) [7].
ở Việt Nam, chỉ riêng nhu cầu sử dụng dung dịch sorbitol 70 % làm
nguyên liệu sản xuất kem đánh răng tại nhà máy của Unilever Việt Nam
(ULVN) đã vào khoảng 10 000 tấn/năm và hiện đang phải nhập ngoại hoàn
toàn. ULVN thấy đợc cơ hội tăng sản lợng sản xuất kem đánh răng cho thị
9
trờng nội địa và xuất khẩu do ULVN giành đợc một số hợp đồng cung cấp
sản phẩm kem đánh răng cho một số công ty thuộc Unilever tại một số nớc
châu á. Vì vậy, kế hoạch tìm kiếm nguồn cung cấp sorbitol đáp ứng yêu cầu
20. 000 tấn/năm với giá rẻ hơn giá hiện tại đang đợc đặt ra.
III. Quá trình công nghệ hydro hoá glucoza thành
sorbitol
Phản ứng hydro hoá glucoza thành sorbitol là phản ứng toả nhiệt nhẹ. Về
mặt nhiệt động học, phản ứng hydro hoá glucoza thành sorbitol xảy ra hoàn
toàn tại 150C.
Trên thực tế, ngời ta thờng tiến hành phản ứng ở 100 - 140C dới áp
suất hydro trong khoảng 10 - 125 atm [8]. Độ chuyển hoá và chọn lọc của quá
trình thờng rất cao. Sản phẩm phụ của quá trình là axit glucozanic (tạo thành
bởi phản ứng Cannizaro) và mannitol (tạo thành bởi quá trình epime hoá
sorbitol).
HOOH
OHHO
O
HO
HOOH
OHHO
HO
HO
D-Glucoza
Sorbitol
HOOH
HOOOH
HO
HO
Axit
g
luconic
Man ni tol
HOOH
HO OH
HO
HO
H
2
Xúc tác
Xúc tác truyền thống cho quá trình hydro hoá glucoza thành sorbitol là
xúc tác Ni-Raney hoặc Ni hoạt tính mang trên chất mang. Gần đây, hệ xúc tác
Ru trên các chất mang khác nhau đã dần dần thay thế hệ xúc tác Ni vì hệ xúc
10
tác Ru có nhiều u điểm hơn. Với xúc tác thế hệ mới Ru/C, có thể tiến hành
phản ứng hydro hoá trong điều kiện không quá khắc nghiệt mà vẫn đạt hiệu
suất trên 99%. Hơn nữa, các chất xúc tác thế hệ mới không bị tan vào môi
trờng phản ứng làm cho tuổi thọ của xúc tác kéo dài đồng thời quá trình tinh
chế sản phẩm trở nên đơn giản hơn rất nhiều.
Trên thế giới hiện nay tồn tại 2 dạng công nghệ, công nghệ gián đoạn và
công nghệ liên tục. Bảng 4 phân loại các công nghệ hydro hoá glucoza thành
sorbitol.
Bảng 4 . Các công nghệ hydro hoá glucoza thành sorbitol
Công nghệ Trạng thái của
xúc tác
Xúc tác Thiết bị
hydro hoá
Mức độ
tiên tiến
Gián đoạn
Xúc tác ở dạng
huyền phù trong
dung dịch glucoza
Ni-Raney Thiết bị chịu
áp có khuấy
Truyền
thống
Xúc tác ở dạng
huyền phù trong
dung dịch glucoza
Ni-Raney
hoặc Ni/chất
mang, hoặc
Ru/C
ống phản ứng
chịu áp nối
tiếp nhau
Tiên tiến
Liên tục
Xúc tác ở dạng lớp
cố định trong ống
phản ứng
Ru/C
ống phản ứng
trickle-bed, có
lới đỡ xúc tác
Tiên tiến
nhất
III.1. Các quá trình gián đoạn
Trên 80% quá trình sản xuất sorbitol trên thế giới dựa trên quá trình gián
đoạn. So với quá trình liên tục, công nghệ gián đoạn có các u điểm là có độ
mềm dẻo cao tức là có thể thay đổi nguồn nguyên liệu theo từng mẻ.
Các thông số chính của quá trình (đợc công bố trên tài liệu) nh sau :
- Dung dịch glucoza: 40 50 %
- Xúc tác: Ni-Raney
- Nhiệt độ: 120 150C
11
[...]... khai công nghệ này ở Việt Nam với triển vọng rất khả quan Các nghiên cứu trong thời gian sắp tới sẽ cho phép Viện Hóa học Công nghiệp hoàn thiện công nghệ và triển khai sản xuất pilot ở qui mô công nghiệp 300 500 tấn/năm Một số đề xuất để định hớng công nghệ triển khai Dự án sản xuất sorbitol ở Việt Nam: 1/ Nên định hớng áp dụng công nghệ tiên tiến đối với quá trình hydro hoá glucoza thành sorbitol (công. .. quá trình phát triển công nghệ đã nêu Công nghệ đợc đề xuất là công nghệ tiên tiến, sử dụng xúc tác tiên tiến, tạo ra sản phẩm có độ sạch cao mà không cần phải qua các công đoạn xử lý sản phẩm: công nghệ hydro hoá sử dụng xúc tác Ru/C ở dạng lớp cố định trong thiết bị phản ứng 3 pha dạng dòng liên tục Công nghệ này có nhiều u điểm nổi bật so với công nghệ truyền thống là công nghệ sử dụng xúc tác NiRaney... năng sản xuất cao, chi phí sản xuất thấp, xúc tác không làm nhiễm bẩn sản phẩm Để tiến tới việc xây dựng nhà máy sản xuất sorbitol từ tinh bột sắn công suất 40 000 tấn/năm, trớc mắt, cần triển khai xây dựng pilot công nghiệp hydro hoá glucoza thành sorbitol công suất 300-500 tấn/năm Giai đoạn tiếp theo là triển khai công nghệ đã đợc thử nghiệm trên dây chuyền pilot công nghiệp vào sản xuất qui mô công. .. xây dựng nhà máy sản xuất sorbitol từ tinh bột công suất 40 000 tấn/năm sẽ đợc ớc tính khoảng 20 29 triệu USD IV Nghiên cứu công nghệ sản xuất sorbitol tại Việt Nam Thời gian qua, các nhà nghiên cứu công nghệ sinh học thuộc Viện Hóa Học Công nghiệp đã tiến hành nghiên cứu triển khai quá trình hydro hoá glucoza thành sorbitol ở qui mô phòng thí nghiệm Công nghệ đợc áp dụng là công nghệ liên tục với... phí nhân công thấp Chi phí sản xuất cao Có nhiều chất thải rắn và lỏng cần đợc xử lý Không cần lọc, rửa xúc tác Không cần tinh chế sản phẩm Tiêu hao nguyên liệu và năng lợng thấp Chi phí nhân công thấp Chi phí sản xuất thấp Không có chất thải Công nghệ gián đoạn và CN liên Công nghệ liên tục với lớp xúc tác tục với xúc tác huyền phù cố định Hình 8: Các công đoạn chính trong quá trình sản xuất sorbitol. .. phát triển công nghệ bằng cách sử dụng các kết quả nghiên cứu triển khai trong nớc Bằng cách này, chúng ta có thể làm chủ hoàn toàn đợc 33 công nghệ, đồng thời giảm ngoại tệ do nhập khẩu công nghệ mà vẫn có đợc công nghệ tiên tiến VI Kết luận Dựa trên các nghiên cứu tổng quan cũng nh các kết quả nghiên cứu triển khai công nghệ hydro hoá glucoza thành sorbitol, các nhà nghiên cứu đã đề xuất công nghệ nên... chuyền công nghệ mới Họ thích chọn hớng cải tiến công nghệ truyền thống hơn là hớng áp dụng công nghệ mới Vì thế, công nghệ hydro hoá liên tục glucoza sử dụng xúc tác dạng lớp cố định thờng đợc khuyên dùng đối với các nhà máy xây mới Thực tế, hiện nay công nghệ này đã đợc áp dụng tại các cơ sở sản xuất của Roquette (Pháp) Hình 7 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị hydro hoá glucoza theo công nghệ. .. giai đoạn tinh chế sản phẩm Gần 20% sản lợng sorbitol trên thế giới đợc sản xuất theo công nghệ liên tục sử dụng xúc tác huyền phù Quá trình hydro hoá liên tục glucoza sử dụng xúc tác dạng lớp cố định để sản xuất sorbitol là công nghệ tiên tiến nhất, cho hiệu suất cao nhng còn khá mới mẻ nên cha đợc ứng dụng đại trà trên thế giới Lý do chính là do các nhà đầu t không muốn bỏ công nghệ truyền thống họ... xúc tác sử dụng cho quá trình hydro hoá glucoza thành sorbitol, chúng ta có thể nhận thấy các u, nhợc điểm của các quá trình công nghệ hiện hành Bảng 7 và hình 8 tóm tắt một số u, nhợc điểm chính của ba công nghệ Bảng 7: So sánh các công nghệ hydro hoá glucoza đang hiện hành Công nghệ gián đoạn Công nghệ liên tục với lớp xúc tác huyền phù Công nghệ liên tục với lớp xúc tác cố định Độ mềm dẻo cao vì... hay trong sản xuất thực phẩm, đồ uống thì dung dịch sorbitol phải đợc làm đặc tới 70% Quá trình cô đặc xảy ra khi gia nhiệt siro sorbitol trong chân không ở thiết bị cô đặc một giai đoạn 12 Yêu cầu vận hành Công suất của dây chuyền sản xuất khá đa dạng và đợc thiết kế theo yêu cầu Dới đây là mức tiêu hao nguyên liệu và các chất phụ trợ cụ thể của một dây chuyền đang sản xuất sorbitol theo công nghệ PIC . men để sản xuất vitamin C
8
ở Trung Quốc, 55% sorbitol đợc sản xuất thành sorbitol loại C để làm
nguyên liệu sản xuất vitamin C cho 5 nhà sản xuất lớn. công nghệ.
Bảng 7: So sánh các công nghệ hydro hoá glucoza đang hiện hành
Công nghệ gián đoạn
Công nghệ liên tục với
lớp xúc tác huyền phù
Công nghệ
Ngày đăng: 16/03/2014, 20:21
Xem thêm: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SORBITOL pot, CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SORBITOL pot