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Dokumentenidentifikation EP1230159 24.02.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001230159
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON NATRIUMBIKARBONAT MIT NAHRUNGSMITTELQUALITÄT
Anmelder Airborne Industrial Minerals Inc., Calgary, Alberta, CA
Erfinder PHINNEY, Robin, Calgary, CA
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60017581
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.10.2000
EP-Aktenzeichen 009724949
WO-Anmeldetag 24.10.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/CA00/01266
WO-Veröffentlichungsnummer 0001030698
WO-Veröffentlichungsdatum 03.05.2001
EP-Offenlegungsdatum 14.08.2002
EP date of grant 19.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2005
IPC-Hauptklasse C01D 7/24
IPC-Nebenklasse C01D 7/22   

Beschreibung[en]
FIELD OF THE INVENTION

The present invention relates to a method for formulating food grade sodium bicarbonate and more particularly, the present invention relates to a method for formulating food grade sodium bicarbonate by ion exchange purification of sodium bicarbonate.

BACKGROUND OF THE INVENTION

In the synthesis of food grade sodium bicarbonate, soda ash is typically treated with carbon dioxide or purified from product formed in the Solvay process. In order to formulate food grade sodium bicarbonate, the compound must be purified to leave a product having less than 100 ppm impurities. The prior art has addressed this need in many ways, however, the methods include the use of several unit operations, expensive equipment, high energy input among other factors all contributing to the cost of processing.

WO-A-97/11907 discloses a process for the purification of, for example, a sodium bicarbonate solution. The solution is passed over a bed of activated carbon. Magnesium and calcium ions are adsorbed during this process.

It would be desirable if a method existed, where the product could be prepared without the limitations of the prior art. The present methodology proposes a solution to the existing methods.

SUMMARY OF THE INVENTION

One object of the present invention is to provide an improved method for formulating food grade sodium bicarbonate.

A further object of one embodiment of the present invention is to provide a method for formulating food grade sodium bicarbonate by purification, comprising the steps of:

  • a) providing a saturated feedstock of sodium bicarbonate, the sodium bicarbonate containing at least sodium sulfate as an impurity;
  • b) filtering the saturated feedstock to remove impurities to form a first filtrate;
  • c) passing the filtrate through an ion exchanger containing a chelating cationic resin to reduce calcium and magnesium ion concentration present in the filtrate;
  • d) cooling the filtrate while introducing a source of ammonia or ammonium ions and carbon dioxide to retain ammonium sulfate in the filtrate and precipitating sodium bicarbonate; and
  • e) filtering precipitated sodium bicarbonate.

The processes as discussed herein offer a straightforward method of purifying sodium bicarbonate to the food grade standard using ion exchange solubility shifting with reduced levels of energy.

As a further object of one embodiment of the present invention, there is provided a method for formulating food grade sodium bicarbonate by purification, comprising the steps of:

  • a) providing a saturated feedstock of sodium bicarbonate, the sodium bicarbonate containing at least sodium sulfate, calcium and magnesium as an impurities;
  • b) filtering the saturated feedstock to remove impurities to form a first filtrate;
  • c) passing the filtrate through an ion exchanger containing a chelating cationic resin to reduce calcium and magnesium ion concentration present in the filtrate to less than 10 parts per million;
  • d) cooling the filtrate while introducing a source of ammonia or ammonium ions and carbon dioxide to retain ammonium sulfate in the filtrate and precipitating sodium bicarbonate; and
  • e) filtering precipitated sodium bicarbonate.

By making use of the ion exchangers and solubility shifting, the liquor is progressively purified without risking the introduction of additional impurities to the liquor. Further, since the processes do not require high temperatures, there is no concern with the sodium bicarbonate being converted to sodium carbonate. This typically occurs at approximately 100°C. With the use of the ion exchangers and the recognition of solubility shifting, high temperature unit operations are avoided, product yield is high and impurity concentration is reduce to an acceptable level.

Having thus described the invention, reference will now be made to the accompanying drawing illustrating preferred embodiments.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

  • Figure 1 illustrates a schematic representation of the method according to one embodiment of the present invention.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Referring now to Figure 1, shown is an overall schematic representation of the process according to one embodiment.

In the embodiment shown, sodium bicarbonate having a purity of 98%, which may be contaminated with color impurities, sulfates, sodium sulfate in a range of between 0% by weight and 5% by weight, chlorides, calcium, magnesium, silicon, iron inter alia and is therefore unsuitable as food grade, is dissolved in a vessel 10 containing deionized water at a temperature of between 90°C and 100°C to the point of saturation. Typically, 15% by weight is added with saturation approximating 20% by weight. The liquor is filtered using activated carbon filter 12 containing carbon in a size range of between 80 mesh and 300 mesh. Alternatively, an activated carbon leaf filter may be employed. This step ensures the removal of insolubles, residual organics and any color impurities. The latter are discarded; the filtrate is treated with a series of ion exchange steps for further purification.

Referring now to the ion exchange steps, the filtrate from filter 12 is passed into an ion exchange column 14, containing sodium cations. The resin is useful to remove calcium and magnesium ion concentrations to less than 10 ppm. The typical values approximate 1ppm. The resin may be regenerated by passing solution 16 on to known arrangements for regeneration purposes.

Once the solution exits column 14 at 18, it is passed into a surge tank 20 and subsequently into evaporator 22 where ammonium and water are recovered at 24. The solution is then treated in crystallizer 24 to which is added a source of ammonium ions and carbon dioxide. Use of ammonium bicarbonate may be employed. By making use of the source of ammonium, the result is that the sodium sulfate present as a contaminant is reacted with it to produce ammonium sulfate in solution. This facilitates the precipitation of sodium bicarbonate having significantly reduced sulfate occlusions. In effect, the presence of the ammonium bicarbonate shifts the solubility of the system, such that sodium sulfate remains in solution and does not co-precipitate with the sodium bicarbonate. The temperature of crystallizer 24 may be kept in the range of between 30°C and 70°C and desirably 40°C. The sodium bicarbonate crystals are grown in a size distribution of 600 µm and 106 µm (28 and 150 mesh) with 60% of the product being in the 60 mesh size distribution. The crystals are collected in a cyclone 26 with overflow being recycled via line 28 to tank 20 and subsequently evaporator 22. A sulfate ion bleed may be present at 30.

The crystals from cyclone 26 are passed into a repulp tank 32, a further cyclone 34 and washed at 36. Materials are recycled where indicated and the wash water or repulp vessel may contain approximately 1% ammonium bicarbonate. With adequate retention time, typically 60 minutes at a temperature of between 25°C and 50°C and most desirably 40°C, any residual sulfate ions remain in the ammonium sulfate form. The slurry is then cycloned and centrifuged.

The product may then be dried in drier 38 with evolved ammonia and water recovered. The dryer 38 is maintained a temperature of between 60°C and 80°C to prevent calcination of sodium bicarbonate to sodium carbonate and releases ammonium bicarbonate to the dryer exit gas.

Product analysis revealed less than 20 ppm Cl, less than 56 ppm SO4, less than 20 ppm Ca and less than 20 ppm Mg. These amounts are well within the requisite maximum quantities for food grade sodium bicarbonate.

The present technology, therefore, solves one of the most difficult problems associated with food grade sodium bicarbonate, namely the reduction of sulfate occlusions. The methodology herein provides an expeditious procedure without complicated unit operations and high energy input to formulate food grade sodium bicarbonate.

It is known in the bicarbonate synthesis field that the occlusion rate for sulfate in crystal is 800 ppm, which is significantly over that which is acceptable in food grade. The present technology satisfies the need for reduced occlusion which was previously not possible in the art.

Although embodiments of the invention have been described above, it is not limited thereto and it will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications form part of the present invention insofar as they do not depart from the spirit, nature and scope of the claimed and described invention.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von Natriumbikarbonat in Lebensmittetqualität durch Reinigung, welches die folgenden Schritte umfasst:
    • a) Bereitstellen eines gesättigten Einsatzmaterials aus Natriumbikarbonat, wobei das Natriumbikarbonat zumindest Natriumsulfat als Verunreinigung enthält;
    • b) Ausfiltern des gesättigten Einsatzmaterials zur Entfernung von Verunreinigungen, um ein erstes Filtrat zu bilden;
    • c) Durchleiten des Filtrats durch einen Ionenaustauscher, welcher ein kationisches Harz zur Chelatbildung enthält, um die in dem Filtrat vorhandene Konzentration an Kalzium- und Magnesiumionen zu verringern;
    • d) Abkühlen des Filtrats unter Einleitung einer Ammoniakquelle oder einer Quelle für Ammoniumionen und Kohlendioxid, um das Ammoniumsulfat in dem Filtrat zurückzuhalten und Natriumbikarbonat auszufällen; und
    • e) Ausfiltern des ausgefällten Natriumbikarbonats.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das gesättigte Einsatzmaterial aus Natriumbikarbonat in einer Menge zwischen 15 Gew.-% und Sättigung enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das gesättigte Einsatzmaterial aus Natriumbikarbonat Natriumsulfat in einer Menge zwischen 0 Gew.-% und 5 Gew.-% enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das gesättigte Einsatzmaterial aus Natriumbikarbonat mindestens eine der Substanzen Magnesium, Kalzium, Sulfat, Silizium, Eisen und Chlorionen, Farbverunreinigungen und Reste von organischen Stoffen in kleinerer Menge enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Lösung durch aktivierten Kohlenstoff gefiltert wird, um die unlöslichen Stoffe, Reste von organischen Stoffen und Farbverunreinigungen zu entfernen.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Ammoniakquelle bzw. die Quelle von Ammoniumionen Ammoniumbikarbonat enthält.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das kationische Harz zur Chelatbildung Natriumharz zum Entfemen von Kalzium und Magnesium enthält.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem das Ammoniumbikarbonat in einem Überschuss von 1 % zugesetzt wird, um die Löslichkeit des Ammoniumsulfats zu verschieben, damit dieses in Lösung bleibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das ausgefällte Natriumbikarbonat in einer Größenverteilung vorliegt, die zwischen 600 µm und 106 µm (Maschenzahl 28 und Maschenzahl 150) liegt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, welches des Weiteren den Schritt umfasst, bei dem das ausgefällte Natriumbikarbonat gewaschen wird.
  11. Verfahren zur Herstellung von Natriumbikarbonat in Lebensmittelqualität durch Reinigung, welches die folgenden Schritte umfasst:
    • a) Bereitstellen eines gesättigten Einsatzmaterials aus Natriumbikarbonat, wobei das Natriumbikarbonat zumindest Natriumsulfat, Kalzium und Magnesium als Verunreinigungen enthält;
    • b) Ausfiltern des gesättigten Einsatzmaterials zur Entfernung von Verunreinigungen, um ein erstes Filtrat zu bilden;
    • c) Durchleiten des Filtrats durch einen Ionenaustauscher, welcher ein kationisches Harz zur Chelatbildung enthält, um die in dem Filtrat vorhandene Konzentration an Kalzium- und Magnesiumionen auf einen Wert unter 10 ppm zu verringern;
    • d) Abkühlen des Filtrats unter Einleitung einer Ammoniakquelle oder einer Quelle für Ammoniumionen und Kohlendioxid, um das Ammoniumsulfat in dem Filtrat zurückzuhalten und Natriumbikarbonat auszufällen; und
    • e) Ausfiltern des ausgefällten Natriumbikarbonats.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, welches des Weiteren den Schritt umfasst, bei dem das ausgefällte Natriumbikarbonat gewaschen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, welches des Weiteren den Schritt umfasst, bei welchem das gewaschene Natriumbikarbonat getrocknet wird und das Ammoniakgas aufgefangen wird, das sich während der Trocknung entwickelt hat, indem während der Kristallisierung der Flüssigkeit Kohlendioxidgas zugesetzt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das gesättigte Einsatzmaterial aus Natriumbikarbonat das Natriumbikarbonat-Einsatzmaterial in demineralisiertem Wasser bei 100 °C enthält.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Filtrat auf eine Temperatur zwischen 30 °C und 70 °C abgekühlt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem das ausgefällte Natriumbikarbonat in einer Größenverteilung vorliegt, die zwischen 600 µm und 106 µm (Maschenzahl 28 und Maschenzahl 150) liegt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem mindestens 60 % der Größenverteilung eine Größe größer als 250 µm (Maschenzahl 60) aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 12, welches des Weiteren den Schritt umfasst, bei dem das ausgefällte Natriumbikarbonat mit einer wässrigen Lösung von Ammoniumbikarbonat gewaschen wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem das ausgefällte Natriumbikarbonat in der wässrigen Lösung von Ammoniumbikarbonat bei einer Temperatur von 25 ° C bis 50 °C über einen Zeitraum zurückgehalten wird, der zwischen fünf Minuten und zwei Stunden liegt.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem die Temperatur zwischen 35 °C und 40 °C liegt.
Anspruch[en]
  1. A method for formulating food grade sodium bicarbonate by purification, comprising the steps of:
    • a) providing a saturated feedstock of sodium bicarbonate, said sodium bicarbonate containing at least sodium sulfate as an impurity;
    • b) filtering said saturated feedstock to remove impurities to form a first filtrate;
    • c) passing said filtrate through an ion exchanger containing a chelating cationic resin to reduce calcium and magnesium ion concentration present in said filtrate;
    • d) cooling said filtrate while introducing a source of ammonia or ammonium ions and carbon dioxide to retain ammonium sulfate in said filtrate and precipitating sodium bicarbonate; and
    • e) filtering precipitated sodium bicarbonate.
  2. The method as set forth in claim 1, wherein said saturated feedstock of sodium bicarbonate comprises between 15% by weight sodium bicarbonate to saturation.
  3. The method as set forth in claim 2, wherein said saturated feedstock of sodium bicarbonate contains between 0% by weight sodium sulfate and 5% by weight sodium sulfate.
  4. The method as set forth in claim 2, wherein said saturated feedstock of sodium bicarbonate contains at least one of minor amounts of magnesium, calcium, sulfate, silicon, iron and chlorine ions, color impurities and residual organic materials.
  5. The method as set forth in claim 4, wherein said solution is filtered through activated carbon to remove said insolubles, residual organics and color impurities.
  6. The method as set forth in claim 1, wherein said source of ammonia or ammonium ions comprises ammonium bicarbonate.
  7. The method as set forth in claim 1, wherein said chelating cationic resin comprises sodium resin for removing calcium and magnesium.
  8. The method as set forth in claim 6, wherein said ammonium bicarbonate is added in a 1% excess for shifting the solubility of ammonium sulfate to remain in solution.
  9. The method as set forth in claim 1, wherein said precipitated sodium bicarbonate is in a size distribution of between 600 µm and 106 µm (28 mesh and 150 mesh).
  10. The method as set forth in claim 9, further including the step of washing said precipitated sodium bicarbonate.
  11. A method for formulating food grade sodium bicarbonate by purification, comprising the steps of:
    • a) providing a saturated feedstock of sodium bicarbonate, said sodium bicarbonate containing at least sodium sulfate, calcium and magnesium as an impurities;
    • b) filtering said saturated feedstock to remove impurities to form a first filtrate;
    • c) passing said filtrate through an ion exchanger containing a chelating cationic resin to reduce calcium and magnesium ion concentration present in said filtrate to less than 10 parts per million;
    • d) cooling said filtrate while introducing a source of ammonia or ammonium ions and carbon dioxide to retain ammonium sulfate in said filtrate and precipitating sodium bicarbonate; and
    • e) filtering precipitated sodium bicarbonate.
  12. The method as set forth in claim 11, further including the step of washing said precipitated sodium bicarbonate.
  13. The method as set forth in claim 12, further including the step of drying washed sodium bicarbonate and recovering ammonia gas evolved during said drying adding carbon dioxide gas to said liquor during crystallization.
  14. The method as set forth in claim 11, wherein said saturated feedstock of sodium bicarbonate comprises sodium bicarbonate feedstock in deionized water at 100°C.
  15. The method as set forth in claim 14, wherein said filtrate is cooled to a temperature of between 30°C and 70°C.
  16. The method as set forth in claim 15, wherein said precipitated sodium bicarbonate is in a size distribution of between 600 µm and 106 µm (28 mesh and 150 mesh).
  17. The method as set forth in claim 16, wherein at least 60% of said size distribution is greater than 250 µm (60 mesh).
  18. The method as set forth in claim 12, further including the step of washing said precipitated sodium bicarbonate with an aqueous solution of ammonium bicarbonate.
  19. The method as set forth in claim 18, said precipitated sodium bicarbonate is retained within said aqueous solution of ammonium bicarbonate at a temperature of between 25°C and 50°C for a period of between five minutes and two hours.
  20. The method as set forth in claim 19, wherein said temperature is between 35°C and 40°C.
Anspruch[fr]
  1. Méthode pour formuler un bicarbonate de sodium de qualité alimentaire par purification, comprenant les étapes de :
    • a) utiliser une matière première saturée de bicarbonate de sodium, ledit bicarbonate de sodium contenant au moins du sulfate de sodium comme impureté,
    • b) filtrer ladite matière première saturée afin de retirer les impuretés pour former un premier filtrat,
    • c) passer ledit filtrat à travers un échangeur d'ions contenant une résine chélatrice de cations pour réduire la concentration en ions calcium et magnésium présente dans ledit filtrat,
    • d) refroidir ledit filtrat pendant l'introduction d'une source d'ammoniac ou d'ions ammonium et de dioxyde de carbone pour retenir le sulfate d'ammonium dans ledit filtrat et précipiter le bicarbonate de sodium, et
    • e) filtrer le bicarbonate de sodium précipité.
  2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite matière première saturée de bicarbonate de sodium comprend entre 15% en masse de bicarbonate de sodium et la saturation.
  3. Méthode telle que décrite dans la revendication 2,caractérisée en ce que ladite matière première saturée de bicarbonate de sodium contient entre 0% en masse de sulfate de sodium et 5% en masse de sulfate de sodium.
  4. Méthode telle que décrite dans la revendication 2,caractérisée en ce que ladite matière première saturée de bicarbonate de sodium contient au moins une quantité mineure d'ions magnésium, calcium, sulfate, silicium, fer et chlorure, des impuretés de couleur et des matières organiques résiduelles.
  5. Méthode telle que décrite dans la revendication 4,caractérisée en ce que ladite solution est filtrée à travers du charbon actif pour retirer lesdites impuretés insolubles, de résidus organiques ou de couleur.
  6. Méthode telle que décrite dans la revendication 1,caractérisée en ce que ladite source d'ammoniac ou d'ions ammonium comprend du bicarbonate d'ammonium.
  7. Méthode telle que décrite dans la revendication 1,caractérisée en ce que ladite résine chélatrice de cations comprend une résine de sodium pour retirer le calcium et le magnésium.
  8. Méthode telle que décrite dans la revendication 6,caractérisée en ce que ledit bicarbonate de sodium est ajouté dans un excès de 1% pour modifier la solubilité du sulfate d'ammonium pour rester en solution.
  9. Méthode telle que décrite dans la revendication 1,caractérisée en ce que ledit bicarbonate de sodium précipité est dans une distribution de taille comprise entre 600 µm et 106 µm (28 mesh et 150 mesh).
  10. Méthode telle que décrite dans la revendication 9, incluant de plus l'étape de laver ledit bicarbonate de sodium précipité.
  11. Méthode pour formuler du bicarbonate de sodium de qualité alimentaire par purification comprenant les étapes de :
    • a) utiliser une matière première saturée de bicarbonate de sodium, ledit bicarbonate de sodium contenant au moins du sulfate de sodium, du calcium et du magnésium comme impuretés,
    • b) filtrer ladite matière première saturée pour retirer les impuretés pour former un premier filtrat,
    • c) passer ledit filtrat à travers un échangeur d'ions contenant une résine chélatrice de cations pour réduire la concentration d'ions calcium et magnésium présente dans le dit filtrat à moins de 10 parties par million,
    • d) refroidir ledit filtrat pendant l'introduction d'une source d'ammoniac ou d'ions ammonium et de dioxyde de carbone pour retenir le sulfate d'ammonium dans ledit filtrat et précipiter le bicarbonate de sodium, et
    • e) filtrer le bicarbonate de sodium précipité.
  12. Méthode telle que décrite dans la revendication 11, incluant de plus l'étape de laver ledit bicarbonate de sodium précipité.
  13. Méthode telle que décrite dans la revendication 12, incluant de plus l'étape de sécher le bicarbonate de sodium lavé et de récupérer l'ammoniac gazeux évaporé pendant ledit séchage en ajoutant du dioxyde de carbone gazeux à ladite liqueur pendant la cristallisation.
  14. Méthode telle que décrite dans la revendication 11,caractérisée en ce que ladite matière première saturée de bicarbonate de sodium comprend la matière première de bicarbonate de sodium dans de l'eau déminéralisée à 100°C.
  15. Méthode telle que décrite dans la revendication 14,caractérisée en ce que ledit filtrat est refroidi à une température comprise entre 30°C et 70°C.
  16. Méthode telle que décrite dans la revendication 15,caractérisée en ce que ledit bicarbonate de sodium précipité est dans une distribution de taille comprise entre 600 µm et 106 µm (28 mesh et 150 mesh).
  17. Méthode telle que décrite dans la revendication 16,caractérisée en ce qu'au moins 60% de la dite distribution de taille est supérieure à 250 µm (60 mesh).
  18. Méthode telle que décrite dans la revendication 12, incluant de plus l'étape de laver ledit bicarbonate de sodium précipité avec une solution aqueuse de bicarbonate d'ammonium.
  19. Méthode telle que décrite dans la revendication 18, ledit bicarbonate de sodium précipité est retenu dans ladite solution aqueuse de bicarbonate d'ammonium à une température comprise entre 25°C et 50°C pour une période comprise entre cinq minutes et deux heures.
  20. Méthode telle que décrite dans la revendication 19,caractérisée en ce que ladite température est comprise entre 35°C et 40°C.






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