檸檬酸亞錫二鈉(Disodium Stannous Citrate 簡(jiǎn)稱DSC)，是一種還原劑，在罐頭產(chǎn)品中Sn2+能逐漸消耗殘余氧，并被氧化成Sn4+，故具有抗氧化、防腐蝕和護(hù)色作用，且使用毒性較低。
　　根據(jù)《食品添加劑衛(wèi)生使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760-2007)規(guī)定：檸檬酸亞錫二鈉適用于水果、蔬菜、食用菌、藻類等罐頭制品的護(hù)色，在蘑菇罐頭、果蔬類罐頭，最大用量0.3 g/kg[1]。工業(yè)常規(guī)合成生產(chǎn)法是：由檸檬酸和氯化亞錫、氫氧化鈉生成檸檬酸二亞錫，再加氫氧化鈉和檸檬酸反應(yīng)后，得到檸檬酸亞錫二鈉溶液，經(jīng)真空濃縮、濾去不溶物后真空干燥而成。以下就其干燥設(shè)備的改進(jìn)及過程優(yōu)化作以論述。

1 改進(jìn)前DSC 干燥設(shè)備存在的問題
　　在檸檬酸鉀、檸檬酸鈉生產(chǎn)中，合成液通過濃縮皆可蒸出結(jié)晶。而檸檬酸亞錫二鈉合成液，真空濃縮液至d=1.7~2.0 g/L，液面已出現(xiàn)較大量氣泡時(shí)仍未出現(xiàn)結(jié)晶，將此濃縮液冷卻至室溫，添加晶種亦未能產(chǎn)生結(jié)晶，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是：檸檬酸亞錫二鈉中特有的錫羥基鍵使自身分子間及與水分子間產(chǎn)生較強(qiáng)氫鍵，或濃縮分解產(chǎn)生少量錫鹽氫氧化膠狀物，使?jié)饪s液粘度很大，導(dǎo)致檸檬酸亞錫二鈉分子在濃溶液中擴(kuò)散困難，不能形成穩(wěn)定得晶胚、晶核所致。故干燥工藝面臨采取濃溶液直接脫水的干燥操作。小型化工企業(yè)在檸檬酸亞錫二鈉干燥設(shè)備的選型中，通常采用利舊的方式，即利用現(xiàn)有的不銹鋼真空雙錐回轉(zhuǎn)干燥器，進(jìn)行后續(xù)真空濃縮干燥。雖然噴霧干燥適用于熱敏性濃溶液的干燥，且噴霧干燥產(chǎn)能靈活性也非常大，從每小時(shí)幾千克至200 t，但由于投資費(fèi)用比較高，加之噴霧干燥屬于對(duì)流型干燥設(shè)備，熱效率較低，一般為30 %~40%(除非利用非常高的干燥氣流溫度，但高溫又易造成亞錫的氧化)，故一般不予采用[2]。
　　在實(shí)際生產(chǎn)中，使用不銹鋼真空雙錐回轉(zhuǎn)干燥檸檬酸亞錫二鈉，物料的升溫段時(shí)間較長(zhǎng)，由于產(chǎn)品的特性，在濃縮烘干過程中不可避免的產(chǎn)生了物料堵塞真空管和粘壁現(xiàn)象，并導(dǎo)致在相同加熱量下，干燥器內(nèi)真空度下降，干燥器物料溫度上升。干燥器內(nèi)水蒸氣排出不暢和熱量蓄集致使烘干產(chǎn)品結(jié)塊(部分為球狀含水率較高、不干)，局部物料易受到氧化產(chǎn)生高價(jià)錫(特別是結(jié)壁產(chǎn)品)。用此法干燥生產(chǎn)的產(chǎn)品，在水不溶物檢測(cè)時(shí)，溶液往往產(chǎn)生濁度(可能是亞錫的氧化產(chǎn)物造成)，并且亞錫的含量也只有25 %~28 %(含水率高和亞錫的氧化產(chǎn)物造成)。這些問題的存在嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品的交期，為此我們對(duì)真空雙錐回轉(zhuǎn)干燥設(shè)備做了以下改進(jìn)，并探索性的進(jìn)行了干燥設(shè)備的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2 DSC 干燥設(shè)備的改進(jìn)
2.1 現(xiàn)行干燥設(shè)備的改進(jìn)
　　為解決真空管的堵塞，在雙錐干燥器的主動(dòng)軸真空管的軸向方向，安裝一壓縮凈化氣體反沖管，在干燥的過程中采用凈化的壓縮氣體不定時(shí)反沖，這樣既清除了黏附在過濾網(wǎng)上的粉塵狀物料，保證真空管的暢通；又克服了干燥過程抽氣量的下降，維持了真空系統(tǒng)對(duì)錐體的有效抽氣速率。
　　為解決產(chǎn)品粘壁現(xiàn)象，可將一定體積不同直徑的不銹鋼球與濃縮液一起加到雙錐干燥器中，這樣在升速和恒速干燥階段的初期，鋼球可以起到抑制粘稠液體爆沸現(xiàn)象，在恒速干燥的后期和降速干燥階段，它又可起到對(duì)濃縮蒸出的固體的撞擊和研磨作用，使粘壁的物料脫落團(tuán)聚結(jié)塊的物料破碎，同時(shí)可省去后續(xù)的粉碎工序。
　　由于檸檬酸亞錫二鈉的干燥溫度要求≤80 ℃，故可將蒸汽加熱改為T≤90 ℃的熱水循環(huán)加熱，水浴加熱可以減少升速和恒速干燥階段的初期，物料升溫過快產(chǎn)生的粘壁現(xiàn)象，并可杜絕結(jié)壁產(chǎn)品過熱造成的分解。
　　通過以上對(duì)真空雙錐回轉(zhuǎn)干燥系統(tǒng)的改進(jìn)，干燥后的物料含水率下降，產(chǎn)品粒度也較為均勻，無團(tuán)塊現(xiàn)象，Sn2+含量也提高到27.0 %~29.0 % ，本次改進(jìn)雖取得一定效果，但產(chǎn)品的一次合格率也僅有70 %~80 % ，這說明改進(jìn)后的真空雙錐干燥，并非較徹底的動(dòng)態(tài)干燥，提高液體物料在干燥器內(nèi)的流動(dòng)性及布膜面積是保證干燥質(zhì)量，加快干燥速度的關(guān)鍵。
2.2 熱敏性粘稠液體傳統(tǒng)干燥設(shè)備的選擇
　　作者建議對(duì)熱敏性粘稠液體物料的干燥，一方面從提高液體物料在干燥器內(nèi)的流動(dòng)性來講，小批量間歇生產(chǎn)可考慮選用圓筒攪拌式真空干燥：圓筒攪拌式真空干燥機(jī)在真空條件下，液體物料被回轉(zhuǎn)的攪拌軸攪拌 ，攪拌葉片與干燥室筒壁和兩頭端蓋之間的距離約1 mm，故完全可以杜絕物料粘壁和結(jié)塊現(xiàn)象，并具有較高的傳熱效率。據(jù)報(bào)道圓筒攪拌式真空干燥機(jī)的干燥速度顯著的高于雙錐回轉(zhuǎn)式干燥器，特別是適用初水分高、粘度大的物料干燥[3]；另一方面從液體布膜及熱傳導(dǎo)與傳質(zhì)方向一致性來講，較大批量間歇生產(chǎn)或連續(xù)生產(chǎn)可考慮選用真空轉(zhuǎn)鼓干燥：真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)是一種內(nèi)加熱傳導(dǎo)型轉(zhuǎn)動(dòng)干燥機(jī)，其物料是從轉(zhuǎn)鼓外壁上獲得以熱傳導(dǎo)方式傳遞的熱量(這一點(diǎn)與真空雙錐回轉(zhuǎn)干燥不同)，脫除水分后，使產(chǎn)品達(dá)到所要求的濕含量。在干燥過程中，來自熱蒸汽或熱水的熱量從鼓內(nèi)經(jīng)鼓壁傳到鼓外表面，再穿過料膜，其熱效率高，可連續(xù)操作。液態(tài)物料在轉(zhuǎn)鼓的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期中完成布膜、脫水、刮料，最后得到干燥產(chǎn)品。料膜中的傳質(zhì)方向與傳熱方向一致，并且傳熱速率越大，傳質(zhì)速度也越大[3]。相比之下真空轉(zhuǎn)鼓干燥應(yīng)有更高的熱效率，且絕干物料不會(huì)被真空抽走而損失，也無粉塵產(chǎn)生，因此干燥系統(tǒng)中不用再設(shè)置干料回收裝置，這樣管道系統(tǒng)的氣阻必將大大降低，使系統(tǒng)保持較高的干燥速率。經(jīng)上述對(duì)比分析，選用真空轉(zhuǎn)鼓干燥檸檬酸亞錫二鈉更為適宜。

3 真空微波干燥DSC 實(shí)驗(yàn)
3.1 應(yīng)用真空微波干燥的意義和目的
　　檸檬酸亞錫二鈉中的檸檬酸根和亞錫離子受熱均易被氧氧化，降低干燥溫度，提高干燥速率對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有重要意義。真空微波干燥具有干燥溫度低、干燥速度快、加熱均勻、干燥產(chǎn)品質(zhì)量好、節(jié)能、高效、環(huán)保等特點(diǎn)，對(duì)含水率≤35 %的化工產(chǎn)品，干燥速度可縮短數(shù)百倍，具有傳統(tǒng)干燥無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
　　傳統(tǒng)真空干燥設(shè)備一般使用蒸汽、水浴、或油浴進(jìn)行加熱，熱力傳遞一般是由外部傳到物料內(nèi)部即為外加熱，物料的溫度梯度與水蒸氣的的排出方向相反，阻礙了水分子由內(nèi)向物料表面移動(dòng)熱阻較大。微波干燥是從內(nèi)到外對(duì)物料同時(shí)加熱，而邊界的散熱條件好與中心部位，故中心部位的的溫度略高于邊界區(qū)(真空微波干燥較明顯)使被加熱的物體本身成為加熱體即為內(nèi)加熱，此時(shí)物料的溫度梯度方向與水蒸氣排出方向一致，有利于物料的脫水熱阻較小。制造低溫體系是傳統(tǒng)真空干燥的優(yōu)勢(shì)，為了減少干燥過程亞錫的氧化，就必須降低系統(tǒng)干燥溫度，若單獨(dú)采用傳統(tǒng)真空干燥，如將雙錐干燥溫度由≤80 ℃降至≤50 ℃，就得要求系統(tǒng)的壓力降至≤12.33 KP，系統(tǒng)真空度提高，相對(duì)來講物料傳質(zhì)脫水速度加快的同時(shí)熱阻也將加大。如果單獨(dú)采用微波干燥雖可消除或減少傳統(tǒng)真空干燥熱阻大的瓶頸，但在保證一定干燥速度的同時(shí)干燥溫度又無法控制在低溫范圍。
　　為解決上述問題，我們將真空干燥溫度低，系統(tǒng)相對(duì)缺氧可降低熱敏性物料氧化的特征，加入到微波干燥中組成真空微波干燥制式，此制式兼容了二者的優(yōu)點(diǎn)，適用于檸檬酸亞錫二鈉干燥。

3.2 真空微波干燥實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)述
　　為了驗(yàn)證真空微波干燥對(duì)檸檬酸亞錫二鈉的適用性，我們參照?qǐng)D1 對(duì)家用微波爐進(jìn)行了改造，在家用微波爐壁上開一個(gè)圓孔，將真空管置于家用微波爐腔外側(cè)，內(nèi)裝有100 mL 濃縮液的圓底燒瓶(瓶?jī)?nèi)加幾粒玻璃珠)與玻璃真空管件相聯(lián)，真空管通過與微波爐外壁鉚接的銅套管或鋁套管[4]。在圖示裝置我們采取干燥系統(tǒng)絕壓≤12.33 KP，真空泵抽氣量由大到小(通過調(diào)節(jié)閥控制以避免干燥前期液體暴沸及后期抽出粉塵)，微波功率由中間、中檔、中低檔調(diào)整，對(duì)d=1.7~2.0 g/L 的檸檬酸亞錫二鈉溶液進(jìn)行真空微波干燥。所得產(chǎn)品Sn2+含量≥30.0%，各項(xiàng)指標(biāo)符合或超過Q/STXH108-2007 標(biāo)準(zhǔn)，且干燥產(chǎn)品呈半透明狀有明顯的晶體光澤。

4 DSC 干燥過程的設(shè)備優(yōu)化方案
　　70 %~90 %高含水率物料在微波干燥過程中，對(duì)微波功率源而言是重載，難以體現(xiàn)微波干燥的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。為此有必要對(duì)檸檬酸亞錫二鈉濃縮液的干燥設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化組合。綜上所述對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)檸檬酸亞錫二鈉的干燥，作者建議采取“圓筒攪拌式真空干燥+動(dòng)態(tài)微波真空干燥”或“真空轉(zhuǎn)鼓干燥+動(dòng)態(tài)微波真空干燥”組合式兩級(jí)干燥(連續(xù)操作亦可采取“真空帶式干燥+連續(xù)式微波真空干燥”組合式兩級(jí)干燥)。按此兩級(jí)組合干燥，干燥時(shí)先將檸檬酸亞錫二鈉溶液通過第一級(jí)干燥使其含水率降至10 %~30 %以下，再通過第二級(jí)干燥進(jìn)一步脫水使其含水率達(dá)到1.0 %~2.0 %。這種組合式兩級(jí)干燥的特征在于它不僅體現(xiàn)了真空干燥低溫的特點(diǎn)，又充分發(fā)揮微波干燥加熱均勻、干燥速率高、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又克服了傳統(tǒng)真空干燥的中后期熱能傳導(dǎo)困難，并消除了高含水率物料，對(duì)微波功率源因重載造成嚴(yán)重失配的不利因素。但此組合式兩級(jí)干燥的優(yōu)化還有待于我們?cè)诮窈蟮母倪M(jìn)中加以進(jìn)一步驗(yàn)證，特別是應(yīng)展開對(duì)同一含水率的檸檬酸亞錫二鈉濃溶液，應(yīng)用不同干燥制式或組合式二級(jí)干燥，將其干燥到同一濕含量時(shí)干燥速度及能耗數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證。
　　對(duì)熱敏性濃溶液，真空干燥與其它干燥方法組合能提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本，為此這種組合方式符合綠色化學(xué)發(fā)展的12 項(xiàng)原則，應(yīng)給予大力提倡。

參考文獻(xiàn)
[1]中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)．GB2760-2007，食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S]．中國(guó)，2007-08-23．
[2]王喜東，于才淵，周才君．噴霧干燥[M]．(第二版)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：5-6．
[3]徐成海，張世偉，關(guān)奎之．真空干燥[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：9-130，133，116．
[4]王利民，田禾．精細(xì)有機(jī)合成新方法[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：52．
(本文文獻(xiàn)格式：肖克強(qiáng)，林柳武，周紅艷．檸檬酸亞錫二鈉干燥設(shè)備的改進(jìn)及優(yōu)化[J]．廣東化工，2010，37(12)：218-219)