Backpulver

Hintergrund

Backpulver ist ein weißes kristallines Pulver (NaHCO ₃ ) Chemikern besser bekannt als Natriumbicarbonat, Natriumbicarbonat, Natriumhydrogencarbonat oder Natriumsäurecarbonat. Es wird als saures Salz klassifiziert, das durch die Kombination einer Säure (Kohlensäure) und einer Base (Natriumhydroxid) gebildet wird und mit anderen Chemikalien als mildes Alkali reagiert. Bei Temperaturen über 300 Grad Fahrenheit (149 Grad Celsius) zersetzt sich Backpulver in Natriumcarbonat (eine stabilere Substanz), Wasser und Kohlendioxid.

Die nativen chemischen und physikalischen Eigenschaften von Backpulver machen sein breites Anwendungsspektrum aus, einschließlich Reinigung, Desodorierung, Pufferung und Feuerlöschung. Backpulver neutralisiert Gerüche chemisch, anstatt sie zu überdecken oder zu absorbieren. Daher wird es in Badesalzen und Deodorant-Körperpudern verwendet. Backpulver neigt dazu, einen pH-Wert von 8,1 aufrechtzuerhalten (7 ist neutral), selbst wenn Säuren, die den pH-Wert senken, oder Basen, die den pH-Wert erhöhen, der Lösung zugesetzt werden. Seine Fähigkeit zur Tablettierung macht es zu einem guten sprudelnden Inhaltsstoff in Antazida und Prothesenreinigungsprodukten. Natriumbicarbonat ist auch in einigen Anti-Plaque-Mundspülmitteln und Zahnpasta enthalten. Wenn Backpulver als pastöser Reiniger oder trocken auf einem feuchten Schwamm verwendet wird, sorgt seine kristalline Struktur für einen sanften Abrieb, der hilft, Schmutz zu entfernen, ohne empfindliche Oberflächen zu zerkratzen. Seine milde Alkalität bewirkt, dass in Schmutz und Fett enthaltene Fettsäuren in eine Form von Seife umgewandelt werden, die sich in Wasser auflösen und leicht abspülen lässt. Backpulver wird auch als Treibmittel bei der Herstellung von Backwaren wie Brot oder Pfannkuchen verwendet. In Kombination mit einem sauren Mittel (wie Zitronensaft) wird Kohlendioxid freigesetzt und von den Zellen des Produkts absorbiert. Wenn sich das Gas während des Backens ausdehnt, dehnen sich auch die Zellwände aus, wodurch ein gesäuertes Produkt entsteht.

Neben seinen vielen Heimanwendungen hat Backpulver auch viele industrielle Anwendungen. Backpulver setzt beispielsweise beim Erhitzen Kohlendioxid frei. Da Kohlendioxid schwerer als Luft ist, kann es Flammen ersticken, indem es Sauerstoff fernhält, was Natriumbicarbonat zu einem nützlichen Mittel in Feuerlöschern macht. Andere Anwendungen sind die Luftreinhaltung (da es Schwefeldioxid und andere Sauergasemissionen absorbiert), Sandstrahlen zum Entfernen von Oberflächenbeschichtungen, chemische Herstellung, Ledergerbung, Ölbohrflüssigkeiten (da es Kalzium ausfällt und als Schmiermittel wirkt), Gummi und Kunststoffherstellung, Papierherstellung, Textilverarbeitung und Wasseraufbereitung (weil sie den Gehalt an Blei und anderen Schwermetallen reduziert).

Das aus England importierte Backpulver wurde erstmals während der Kolonialzeit in Amerika verwendet, aber erst 1839 in den Vereinigten Staaten hergestellt. Im Jahr 1846 gründeten Austin Church, ein Arzt aus Connecticut, und John Dwight, ein Bauer aus Massachusetts, eine Fabrik in New York will Backpulver herstellen. Der Sohn von Dr. Church, John, besaß eine Mühle namens Vulcan Spice Mills. Vulcan, der römische Gott der Schmiede und des Feuers, wurde durch einen Arm und einen Hammer repräsentiert, und die neue Backpulverfirma übernahm das Arm- und Hammerlogo als ihr eigenes. Heute gehört die Marke Arm &Hammer für Backpulver zu den bekanntesten Markennamen.

Benannt nach Nicolas Leblanc, dem französischen Chemiker, der es erfunden hat, war das Leblanc-Verfahren das früheste Verfahren zur Herstellung von Soda (Na ₂ CO ₃ ), aus dem Natriumbicarbonat hergestellt wird. Natriumchlorid (Kochsalz) wurde mit Schwefelsäure erhitzt, wodurch Natriumsulfat und Salzsäure erzeugt wurden. Das Natriumsulfat wurde dann mit Kohle und Kalkstein erhitzt, um Natriumcarbonat oder Soda zu bilden.

In den späten 1800er Jahren wurde von Ernest Solvay, einem belgischen Chemieingenieur, eine andere Methode zur Herstellung von Soda entwickelt. Die Solvay-Methode wurde bald in den Vereinigten Staaten adaptiert und ersetzte dort das Leblanc-Verfahren. Beim Solvay-Verfahren werden Kohlendioxid und Ammoniak in eine konzentrierte Natriumchloridlösung eingeleitet. Rohes Natriumbicarbonat fällt aus und wird erhitzt, um Sodaasche zu bilden, die dann weiter behandelt und raffiniert wird, um Natriumbicarbonat von Pharnacopoeia der Vereinigten Staaten zu bilden (U.S.P.) Reinheit.

Obwohl dieses Verfahren zur Herstellung von Backsoda weit verbreitet ist, ist es auch problematisch, da die dabei verwendeten Chemikalien Schadstoffe sind und Entsorgungsprobleme verursachen. Eine Alternative ist die Raffination von Soda aus Trona-Erz, einer natürlichen Lagerstätte.

Rohstoffe

Backpulver oder Natriumbicarbonat wird aus Sodaasche gewonnen, die entweder durch das Solvay-Verfahren oder aus Trona-Erz, einem harten, kristallinen Material, gewonnen wird. Trona ist 50 Millionen Jahre alt, als das Land um den Green River, Wyoming, von einem 1.554 Quadratkilometer großen See bedeckt war. Als er im Laufe der Zeit verdunstete, hinterließ dieser See eine 200-Milliarden-Tonnen-Lagerstätte reinen Tronas zwischen Sandstein- und Schieferschichten. Die Lagerstätte im Green River Basin ist groß genug, um den weltweiten Bedarf an Soda und Natriumbicarbonat über Tausende von Jahren zu decken.

Da der bei der Solvay-Methode verwendete synthetische Prozess einige Umweltprobleme aufwarf, stützt sich Church &Dwight Co. Inc. immer mehr auf den Trona-Bergbau. Ein weiterer großer Hersteller von Soda, die FMC Corporation, verlässt sich ebenfalls auf trona, um Soda und Natriumbicarbonat herzustellen. Trona wird in 1.500 Fuß (457,2 Meter) unter der Oberfläche abgebaut. Die Minenschächte von FMC enthalten fast 2.500 (4.022,5 Kilometer) Meilen an Tunneln und erstrecken sich über 24 Quadratmeilen (62 Quadratkilometer). Diese Tunnel sind 4,57 Meter breit und 2,74 Meter hoch und ermöglichen die Durchfahrt der notwendigen Ausrüstung und Fahrzeuge.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Soda herstellen

• 1 Soda kann chemisch nach dem Solvay-Verfahren oder aus Trona-Erz hergestellt werden. Wenn Trona-Erz verwendet wird, muss es zuerst abgebaut werden. Nachdem es an die Oberfläche gebracht wurde, wird das Trona-Erz zu verschiedenen Verarbeitungsanlagen transportiert. Dort wird das Erz zu einer Aufschlämmung aus Natriumsesquicarbonat veredelt, einem Soda-Zwischenprodukt, das tatsächlich sowohl Soda (Natriumcarbonat) als auch Backpulver (Natriumbicarbonat) enthält.

Backpulver herstellen

• 2 Als nächstes wird die Soda-Zwischenlösung in eine Zentrifuge gegeben, die die Flüssigkeit von den Kristallen trennt. Die Kristalle werden dann in einem Rotationsdissolver in einer Bicarbonatlösung (eine Sodalösung des Herstellers) gelöst, wodurch eine gesättigte Lösung entsteht. Diese Lösung wird filtriert, um alle unlöslichen Materialien zu entfernen, und wird dann durch einen Zufuhrtank zum oberen Ende eines Karbonisierungsturms gepumpt.
• 3 Gereinigtes Kohlendioxid wird in den Boden des Turms eingeführt und unter Druck gehalten. Während sich die gesättigte Natriumlösung durch den Turm bewegt, kühlt sie ab und reagiert mit dem Kohlendioxid, um Natriumbicarbonatkristalle zu bilden. Diese Kristalle werden am Boden des Turms gesammelt und in eine andere Zentrifuge überführt, wo überschüssige Lösung (Filtrat) abfiltriert wird. Die Kristalle werden dann in einer Bicarbonatlösung gewaschen und bilden eine kuchenartige Substanz, die zum Trocknen bereit ist. Das Filtrat, das aus der Zentrifuge entfernt wird, wird zum Rotationsdissolver zurückgeführt, wo es verwendet wird, um weitere Soda-Zwischenkristalle zu sättigen.
• 4 Der gewaschene Filterkuchen wird dann entweder auf einem kontinuierlichen Bandförderer oder in einem vertikalen Rohrtrockner, der als Flash-Trockner bezeichnet wird, getrocknet. Die theoretische Ausbeute des Verfahrens liegt laut Church &Dwight Company zwischen 90 und 95 Prozent, und das hergestellte Backpulver ist zu mehr als 99 Prozent rein.

Eine Illustration des Herstellungsprozesses von Backpulver. Ein wichtiger Schritt des Prozesses findet im Karbonisierungsturm statt. Dabei bewegt sich die gesättigte Soda-Lösung von der Turmspitze nach unten. Beim Fallen kühlt die Lösung ab und reagiert mit Kohlendioxid, um Natriumbicarbonatkristalle zu bilden – Backpulver. Nach dem Filtern, Waschen und Trocknen werden die Kristalle nach Partikelgröße sortiert und entsprechend verpackt.

Sortieren und Speichern der
verschiedenen Klassen

• 5 Als nächstes werden die getrockneten Kristalle von Natriumbicarbonat nach Partikelgröße in verschiedene Qualitäten aufgetrennt. Standardqualitäten von Natriumbicarbonat und Sonderqualitäten werden hergestellt, um die spezifischen Anforderungen der Kunden zu erfüllen, und die Partikelgröße ist der wichtigste Faktor für die Qualitäten. Pulver Nr. 1 und Feingranulat Nr. 2 haben ein breites Anwendungsspektrum in Lebensmitteln, Chemikalien und Pharmazeutika. Körnige Qualitäten Nr. 4 und Nr. 5 finden sich in Lebensmitteln und Donuts, Reinigungsmitteln, Pharmazeutika und vielen anderen Produkten. Natriumbicarbonat in Industriequalität wird in verschiedenen Anwendungen verwendet, einschließlich Ölbohrflüssigkeiten, Feuerlöschmaterialien und Wasseraufbereitung.
• 6 Jede Sorte geht in einen Vorratsbehälter, in dem Atmosphäre, Kohlendioxid und Feuchtigkeitsgehalt kontrolliert werden, um das Produkt zu "härten". Nach dem Aushärten können die Qualitäten verpackt und versendet werden.

Qualitätskontrolle

Die Qualität von Natriumbicarbonat wird in jeder Phase des Herstellungsprozesses kontrolliert. Materialien, Ausrüstung und das Verfahren selbst werden so ausgewählt, dass Natriumbicarbonat von höchstmöglicher Qualität erhalten wird. Laut FMC-Quellen wählte das Unternehmen beim Bau von Anlagen Materialien und Geräte aus, die den strengen Qualitätsanforderungen für die Herstellung von Natriumbicarbonat in pharmazeutischer Qualität entsprechen. FMC verwendet auch Statistische Prozesskontrolle (SPC), um eine gleichbleibende tägliche Qualität zu gewährleisten, und wichtige Betriebsparameter werden aufgezeichnet, um die Prozesskontrolle aufrechtzuerhalten. Die Produktqualitätsparameter werden nach Chargennummer erfasst und die Proben werden zwei bis drei Jahre aufbewahrt.

Alle USP Qualitäten entsprechen dem United States Pharmacopoeia and Food Chemicals Codex Spezifikationen für den Einsatz in Pharma- und Lebensmittelanwendungen. Darüber hinaus erfüllt Natriumbicarbonat in Lebensmittelqualität die Anforderungen der US-amerikanischen Food and Drug Administration als allgemein als sicher anerkannte Substanz . (GRAS).

Die Zukunft

Um die Jahrhundertwende wurden jährlich 53.000 Tonnen (48.071 Tonnen) Backpulver verkauft. Während die Bevölkerung dramatisch zunahm, ging der Absatz bis 1990 auf etwa 32.000 Tonnen (29.024 Tonnen) pro Jahr zurück. Selbst aufgehende Mehl- und Kuchen- und Keksmischungen haben die Nachfrage nach Backpulver als wichtiger Backzutat verringert. Dennoch ist die Nachfrage nach dem Produkt nach wie vor groß. Gewerbliche Bäcker (insbesondere Kekshersteller) sind einer der Hauptanwender dieses Produkts. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Natriumbicarbonat ist, dass es bei Hitzeeinwirkung Kohlendioxidgas (CO ₂ ) wodurch die Backwaren aufgehen. Natriumbicarbonat wird auch in der Pharma- und Gesundheitsindustrie verwendet und hat auch andere industrielle Anwendungen. Es ist daher auch weiterhin ein wichtiges Produkt für heute und für die Zukunft.