Sản xuất sản phẩm #H007 – Muối nở

Lịch sử

Muối nở là một chất bột tinh thể màu trắng (NaHCO3), được biết đến trong hóa học là natri bi các-bonat (sodium bicarbonate), natri hydro các-bonat, hoặc natri axit các-bonat. Nó được phân loại là một loại muối axit, hình thành bằng cách kết hợp một axit (các bonic) và một ba-zơ (natri hydroxide), và chúng phản ứng hóa học với nhau. Ở nhiệt độ trên 300 độ Fahrenheit (149 độ C), muối nở phân hủy thành natri các-bonat (một chất ổn định hơn), nước và các-bon đi-oxide.

Đặc tính vật lý và hóa học của muối nở giúp nó có nhiều ứng dụng thực tế, bao gồm làm sạch, khử mùi, đệm, và dập lửa. Muối nở làm trung hòa mùi hóa học, hơn là che phủ hoặc hút chúng. Kết quả là nó được dùng trong muối bồn tắm và các bột thân thể khử mùi. Muối nở có xu hướng duy trì độ pH ở khoảng 8.1 (7 là trung tính) ngay cả khi axit, có độ pH thấp, hoặc ba-zơ, làm tăng pH, được thêm vào dung dịch. Khả năng của nó có thể tạo thành viên giúp nó làm một thành phần sủi bọt tốt trong các sản phẩm làm sạch răng và chống axit. Muối nở cũng có trong một số sản phẩm súc miệng và kem đánh răng. Khi muối nở được dùng làm chất làm sạch ở dạng kem hoặc khô trên bọt biển ẩm, cấu trúc dạng tinh thể của nó tạo ra sự ăn mòn nhẹ giúp loại bỏ bẩn mà không làm trầy xước các bề mặt nhạy cảm. Tính kiềm nhẹ của nó hoạt động để chuyển các axit béo có trong bụi bẩn và dầu mỡ thành dạng xà phòng có thể hòa tan trong nước và tẩy rửa dễ dàng. Muối nở cũng được dùng làm chất lên men trong việc làm các món nướng như bánh mỳ hoặc pancake. Nếu kết hợp nó với một chất tính axit (như nước chanh), khí các-bon đi-oxide được giải phóng và được hấp thụ bởi các tế bào của sản phẩm. Khi khí nở ra trong khi nướng, các thành tế bào cũng nở ra, tạo ra sản phẩm được lên men.

Ngoài rất nhiều những ứng dụng trong gia đình, muối nở cũng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Lấy ví dụ, muối nở sinh ra khí các-bon đi-ô-xít khi nung nóng. Do khí các-bon đi-ô-xít nặng hơn không khí nên nó có thể dập lửa bằng cách cách ly khí ô-xy, do đó muối nở trở thành một chất hữu dụng trong các bình chữa cháy. Các ứng dụng khác bao gồm điều chỉnh ô nhiễm không khí (bởi vì nó có thể hút sulfur đi-ô-xít và các chất khí thải axit khác), đánh bóng để loại bỏ lớp phủ bề mặt, sản xuất hóa chất, thuộc da, chất lỏng khoan giếng dầu (do nó kết tủa canxi và hoạt động như chất bôi trơn), sản xuất nhựa và cao su, sản xuất giấy, xử lý vải dệt, và xử lý nước (do nó làm giảm lượng chì và các kim loại nặng khác).

Được nhập khẩu từ Anh Quốc, muối nở được dùng đầu tiên tại Hoa Kỳ trong suốt thời kỳ thuộc địa, nhưng nó không được sản xuất tại Hoa Kỳ cho đến năm 1839. Trong năm 1846, Austin Church, một nhà vật lý vùng Connecticut, và John Dwight, một nông dân đến từ Masachusetts, đã xây dựng một nhà máy ở New York để sản xuất muối nở. Con trai của tiến sĩ Church, John, làm chủ một cối xay gọi là Vulcan Spice Mills. Vulcan, vị thánh rèn và lửa của La Mã, được tượng trưng bởi một cánh tay và búa, và công ty muối nở mới đã lấy logo cánh tay và búa trên logo của nó. Ngày nay, thương hiệu muối nở Arm & Hammer (cánh tay và búa) là một trong những thương hiệu được biết đến nhiều nhất.

Được đặt tên sau Nicolas Leblanc, nhà hóa học người Pháp đã sáng chế ra nó, quy trình Leblanc là quy trình sản xuất bụi soda (Na CO ) sớm nhất, đây là vật liệu để tạo thành muối nở. Natri clorit (muối ăn) được nung với axit sun-phu-ric, tạo ra natri sun-phát và axit hydrochloric. Natri sun-phát sau đó được nung với than và đá vôi để tạo thành natri các-bo-nát hay bụi soda.

Cuối những năm 1800, một phương pháp sản xuất bụi soda khác được nghĩ ra bởi Ernest Solvay, một kỹ sư hóa học người Bỉ. Phương pháp Solvay sớm được sử dụng ở Hoa Kỳ, thay thế cho quy trình Leblanc. Trong quy trình Solvay, các-bon đi-ô-xít và ammonia đi qua dung dịch natri clorit đặc. Natri bi-các-bo-nát thô kết tủa và được nung để tạo thành bụi soda, rồi sau đó được xử lý tiếp và tinh lọc lại để tạo thành natri bi-các-bo-nát tinh khiết.

Mặc dù phương pháp sản xuất muối nở này được sử dụng rộng rãi, nó cũng có vấn đề do các hóa chất được sử dụng trong quy trình là những chất gây ô nhiễm và gây ra các vấn đề xử lý chất thải. Một phương pháp khác là tinh lọc bụi soda từ quặng trona, một khoáng vật tự nhiên.

Các vật liệu thô

Muối nở, hay sodium bi-các-bo-nát, được tạo thành từ bụi soda thu được từ quy trình Solvay hoặc từ quặng trona, một vật liệu tinh thể cứng. Trona được hình thành từ 50 triệu năm trước, tại các vùng đất bao quanh sông xanh (Green River), Wyoming, được bao phủ bởi một hồ nước rộng 600 dặm vuông (1,554 kilomet vuông). Khi nó bốc hơi theo thời gian, hồ nước này để lại 200 tỷ tấn quặng trona tinh khiết giữa các lớp đá cát và đá phiến. Lượng quặng tại vùng Green River đủ lớn để đáp ứng nhu cầu về bụi soda và natri bi-các-bo-nát của cả thế giới trong hàng ngàn năm.

DO quy trình tổng hợp dùng trong phương pháp Solvay gây ra các vấn đề về ô nhiễm môi trường nên công ty Church & Dwight ngày càng sản xuất dựa trên khai thác quặng trona. Một nhà sản xuất bụi soda lớn khác là tập đoàn FMC, cũng dựa trên quặng trona để sản xuất bụi soda và natri bi-các-bo-nát. Trona được khai thác tại độ sâu 1,500 feet (457.2 m) tính từ mặt đất. Các mỏ của FMC gồm gần 2,500 dặm đường hầm (4,022.5 km) và phủ 24 dặm vuông (62 kilomet vuông). Rộng 15 feet (4.57 m) và cao 9 feet (2.74 m), những đường hầm này cho phép các thiết bị cần thiết và phương tiên có thể di chuyển bên trong.

Quy trình sản xuất

Làm bụi soda

  • 1 Bụi soda có thể được sản xuất theo phương pháp hóa học dùng quy trình Solvay, hoặc nó có thể được làm ra từ quặng trona. Nếu quặng trona được sử dụng, đầu tiên nó phải được khai thác. Sau khi nó được mang lên mặt đất, quặng trona được vận chuyển tới các nhà máy xử lý khác nhau. Ở đó, quặng này được tinh lọc trong một bể tẩy rửa kiềm natri sesquicarbonate, một sản phẩm bụi soda trung gian thực tế bao gồm cả bụi soda (natri các-bo-nát) và muối nở (natri bi-các-bo-nát).

Làm muối nở

  • 2 Tiếp theo, dung dịch bụi soda trung gian được đặt vào trong một máy ly tâm, để phân tách chất lỏng ra khỏi các tinh thể. Các tinh thể này sau đó được hòa tan trong một dung dịch bi-các-bo-nát (một dung dịch bụi soda được tạo bởi nhà sản xuất) trong một dung môi quay (rotary dissolver), nhờ đó mà trở thành một dung dịch bão hòa. Dung dịch này được lọc để loại bỏ bất cứ vật liệu không hòa tan nào và sau đó được bơm qua một bề cấp tới đỉnh của một tháp các-bo-nát.
  • 3 Các-bon đi-ô-xít tinh khiết được đưa vào đáy tháp và giữ dưới áp suất. Khi dung dịch natri bão hòa di chuyển qua tháp này, nó làm mát và phản ứng với các-bon đi-ô-xít để tạo thành các tinh thể natri bi-các-bo-nát. Những tinh thể này được gom lại tại đáy tháp và chuyển tới một buồng ly tâm khác, tại đó dung dịch thừa được lọc ra. Các tinh thể này sau đó được tẩy rửa trong dung dịch bi-các-bo-nát, tạo thành một chất giống như bánh và sẵn sàng để làm khô. Chất này được loại bỏ khỏi buồng ly tâm để tái sử dụng cho dung môi quay này (rotary dissolver), tại đó nó được dùng để làm bão hòa các tinh thể bụi soda trung gian hơn.
  • 4 Bánh lọc được rửa sạch này sau đó được sấy kho trên băng chuyền liên tục hoặc trong một máy sấy dạng ống thẳng đứng được gọi là máy sấy flash (flash dryer). Sản lượng lý thuyết từ quy trình này, theo công ty Church & Dwight là khoảng từ 90 tới 95%, và muối nở được sản xuất tinh khiết tới 99%.
Quy trình sản xuất muối nở. Bước chủ chốt trong quy trình này xảy ra tại tháp các-bo-nát. Tại đây, dung dịch bụi soda bão hòa di chuyển từ đỉnh tháp xuống dưới. Khi nó rơi, dung dịch được làm mát và phản ứng với các-bon đi-ô-xít để tạo thành natri bi-các-bo-nát – tinh thể muối nở. Sau khi được lọc, làm sạch và sấy, các tinh thể này được phân loại theo kích thước hạt và đóng gói thích hợp.

Phân loại và lưu trữ các phân cấp khác nhau

  • 5 Tiếp đó, các tinh thể natri bi-các-bo-nát đã sấy được tách thành những phân cấp khác nhau dựa theo kích thước tinh thể. Phân cấp tiêu chuẩn của natri bi-các-bo-nát và các phân cấp đặc biệt được sản xuất theo yêu cầu cụ thể của khách hàng, và kích thước hạt là điểm xác định quan trọng của phân cấp. Bột #1 và hạt tinh #2 có ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm, hóa chất và dược phẩm. Hạt phân cấp #4 và #5 được dùng trong thực phẩm và bánh rán, các chất làm sạch, dược phẩm và nhiều sản phẩm khác. Natri bi-các-bo-nát phân cấp công nghiệp được dùng trong nhiều ứng dụng, bao gồm chất lỏng khoan, vật liệu chữa cháy, và xử lý nước.
  • 6 Mỗi phân cấp được đưa tới một thùng chứa mà tại đó không khí, các-bon đi-ô-xít và hàm lượng hơi nước được điều khiển để “hong khô” sản phẩm. Sau khi được hong khô, các phân cấp này sẵn sàng để đóng gói và vận chuyển.

Quản lý chất lượng

Chất lượng của natri bi-các-bo-át được quản lý tại mỗi khâu của quy trình sản xuất. Các vật liệu, thiết bị, và bản thân quy trình được lựa chọn để đảm bảo natri bi-các-bo-nát có chất lượng cao nhất có thể được. Theo quy trình của FMC, khi công ty này xây dựng các nhà máy, họ đã lựa chọn các vật liệu và thiết bị sao cho phù hợp với các đòi hỏi chất lượng khắt khe để tạo thành natri bi-các-bo-nát dùng cho y tế. FMC cũng dùng Điều khiển quy trình thống kê (Statistical Process Control – SPC) để duy trì chất lượng hằng ngày không đổi, và các thông số vận hành chính được xây dựng thành biểu đồ để duy trì quá trình điều khiển. Các thông số chất lượng sản phẩm này được lưu giữ theo số lô, và các mẫu được giữ trong hai tới ba năm.

Tất cả các hạng U.S.P đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của bộ luật hóa chất dùng trong thức ăn và y tế của Hoa Kỳ (United States Pharmacopoeia and Food Chemicals Codex). Ngoài ra, natri bi-các-bo-nát hạng thực phẩm cũng thỏa mãn những yêu cầu đưa ra bởi Cục quản lý thực phẩm và thuốc Hoa Kỳ (U.S Food and Drug Administration) là một chất được chứng nhận an toàn (Generally Recognized as Safe – GRAS)

Tương lai

Đầu thế kỷ 20, 53 nghìn tấn muối nở được bán ra hàng năm. Mặc dù dân số tăng nhanh, nhưng doanh số trong năm 1990 giảm xuống còn khoảng 32 nghìn tấn hàng năm. Bột mỳ tự nở và hỗn hợp bánh đã làm giảm nhu cầu của muối nở với vai trò một thành phần làm bánh quan trọng. Dù vậy, nhu cầu cho sản phẩm này vẫn còn rất lớn. Những nhà sản xuất bánh thương mại (điển hành là các nhà sản xuất bánh cookie) là một trong những nhà tiêu thụ chính sản phẩm này. Một trong những thuộc tính quan trọng nhất của natri bi-các-bo-nát là khi nó chịu nhiệt, nó sẽ giải phóng khí các-bon đi-ô-xít (CO ) làm cho các bánh nướng nở ra. Natri bi-các-bo-nát cũng được dùng trong các ngành công nghiệp y tế và sức khỏe, và cũng như nhiều ứng dụng công nghiệp khác. Do đó nó vẫn sẽ tiếp tục trở thành một sản phẩm quan trọng trong ngày nay và tương lai.

Đọc thêm

Coyle, L. Patrick, Jr. The World Encyclopedia of Food. Facts on File, 1982.

Root, Waverley and Richard de Rochemont. Eating in America: A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.

Grosswirth, Marvin. “The Wonders of NaHCO ,” Science Digest. March, 1976.

History of the Arm & Hammer Trademark. Church & Dwight Co., Inc.

Sodium Bicarbonate. FMC Corporation.

Sodium Bicarbonate — Chemical Properties, Manufacturing. Church & Dwight Co., Inc.

(dịch từ madehow)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.