способ получения десятиводного тринатрийфосфата
Изобретение относится к технике получения трехзамещенного фосфата натрия нейтрализацией фосфорной кислоты содой до динатрийфосфата и гидроксидом натрия до тринатрийфосфата, выделением кристаллов тринатрийфосфата после охлаждения нейтрализованного раствора. Способ заключается в нейтрализации раствора динатрийфосфата первоначально насыщенным раствором тринатрийфосфата при температуре 60-65°С до соотношения Na 2 O/Р 2 О 5 =2,3-2,5, а затем при температуре 70-80°С раствором гидроксида натрия и выделении тринатрийфосфата охлаждением нейтрализованного раствора со скоростью 7-9 град./час до температуры 53°С. Применение способа позволяет увеличить скорость фильтрации суспензии фосфата и соответственно производительность процесса в 1,2-1,4 раза, производительность фильтрации в 1,4-1,5 раза и повысить содержание Р 2 O 5 в продукте до 20,3-20,6 мас.%. 1 табл.
Формула изобретения
Способ получения десятиводного тринатрийфосфата путем нейтрализации раствора динатрийфосфата раствором гидроксида натрия и выделения тринатрийфосфата охлаждением раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и экономичности процесса, нейтрализацию ведут первоначально насыщенным раствором тринатрийфосфата при температуре 60-65°С до достижения соотношения Na 2 O/Р 2 O 5 =2,3-2,5, а затем раствором гидроксида натрия при температуре 70-80°С и выделяют тринатрийфосфат охлаждением нейтрализованного раствора со скоростью 7-9 град/ч до температуры 53°С.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к технике получения трехзамещенного фосфата натрия нейтрализацией фосфорной кислоты содой до динатрийфосфата и гидроксидом натрия до тринатрийфосфата, выделением выпавших кристаллов тринатрийфосфата после охлаждения нейтрализованного раствора.
Известный способ получения тринатрийфосфата предполагает получение продукта кристаллизацей раствора, упаренного до содержания в нем 18,7% Р 2 O 5 [1]. При этом товарным продуктом является двенадцативодный кристаллогидрат тринатрийфосфата. Низкая доля безводного фосфата (43%) в нем значительно увеличивает затраты на затарку, транспортирование и непроизводительные затраты у потребителя.
Для устранения данного недостатка раствор тринатрийфосфата подвергают сушке [2]. При этом процесс производства существенно усложняется, снижается его экологичность и экономичность из-за возрастания энергозатрат. Получаемый продукт в значительной мере (до 30%) подвержен гидролизу до двузамещенной соли, что понижает его качество.
Маловодный продукт выделяют либо введением в раствор 2-10-кратного избытка гидроксида натрия сверх стехиометрического на тринатрийфосфат [3], либо осаждают из неводного растворителя [4]. В обоих случаях продукт содержит дополнительные примеси, а себестоимость его существенно возрастает.
Тринатрийфосфат с повышенной долей основного вещества (47% безводной соли) в виде десятиводного гидрата получают медленным охлаждением отработанного раствора производства вискозного волокна [5].
В качестве прототипа предлагаемого изобретения принят наиболее близкий по технической сущности способ получения трехзамещенного фосфата натрия кристаллизацией раствора, полученного нейтрализацией фосфорной кислоты содой до динатрийфосфата и гидроксидом натрия до соотношения Na 2 O/Р 2 O 5 =3,0-3,1 [6].
Недостатком данного способа является низкая скорость фильтрации суспензии фосфата и значительные затраты на охлаждение растворов.
Задачей предлагаемого изобретения является создание режима нейтрализации раствора динатрийфосфата гидроксидом натрия, при котором достигаются условия кристаллизации хорошо фильтрующих кристаллов тринатрийфосфата в десятиводной форме и увеличение за счет этого общей производительности процесса.
Поставленная цель достигается ведением нейтрализации в две ступени. На первой стадии раствор динатрийфосфата нейтрализуют насыщенным раствором тринатрийфосфата при температуре 60-65°С до достижения соотношения Na 2 O/Р 2 O 5 =2,3-2,5, а на второй стадии - раствором гидроксида натрия при температуре 70-80°С, а охлаждение массы ведут со скоростью 7-9 град./час до температуры 53°С.
К 100 г раствора динатрийфосфата с мольным отношением Na 2 O/Р 2 O 3 =2,05 и массовой долей динатрийфосфата 52% приливают при температуре 65°С раствор тринатрийфосфата, содержащий 25% трехзамещенной соли, до достижения соотношения Na 2 O/Р 2 O 5 =2,3. Далее в раствор добавляют 43 мас.%-ный раствор гидроксида натрия при температуре 80°С до соотношения Na 2 O/Р 2 O 5 =3,1. Нейтрализованный раствор охлаждают до 53°С со скоростью 9 град./час и выделяют выпавший кристаллогидрат на фильтре. Съем осадка на вакуум-фильтре при разрежении 400 мм рт.ст. составляет 1020 кг/м 2 ·час. Масса осадка после сушки составляет 122 г и он содержит 20,5 мас.% Р 2 O 5 .
Примеры 2-18 сведены в представленную ниже таблицу.
В примерах 2-5 устанавливают влияние температуры на первой ступени нейтрализации раствора динатрийфосфата. При этом нейтрализацию проводят при значениях всех других параметров процесса, равных приведенным в примере 1.
В примерах 6-8 устанавливают влияние мольного соотношения Na 2 O/Р 2 O 5 , достигаемого в конце 1 ступени нейтрализации раствора динатрийфосфата. Значения остальных параметров поддерживают равными приведенным в примере 1.
В примерах 9-12 определяют влияние температуры на второй стадии нейтрализации раствора динатрийфосфата. Остальные параметры поддерживают аналогичными приведенным в примере 1.
В примерах 13-16 определяют влияние скорости охлаждения нейтрализованного раствора до 53°С при изменении начальной температуры раствора в пределах 70-80°С. Остальные параметры поддерживают аналогичными приведенным в примере 1.
В примере 17 охлаждение суспензии ведут до конечной температуры 50°С. Остальные параметры поддерживают аналогично приведенным в примере 1.
№ примераТемпература нейтрализации 1 ступени, °СТемпература нейтрализации 2 ступени, °СNa 2 O/P 2 O 5 после 1 ступени Общее время процесса, часМасс. доля Р 2 O 5 в продукте,% Скорость охлаждения, град./час Съем осадка на фильтре, кг/м 2 ·час. 165 802,33,5 20,591020 26080 2,33,5 20,491070 37080 2,33,6 20,19960 47580 2,33,7 20,39910 55580 2,33,9 20,19720 66580 2,53,8 20,691100 76580 2,23,5 20,29850 86580 2,564,3 20,591080 96570 2,33,0 20,58,41130 1065 602,33,8 20,18,3880 116585 2,34,0 20,59,3920 126590 2,34,6 20,39680 136580 2,33,3 20,010,3810 1465 802,34,2 20,581030 156580 2,35,1 20,67980 166570 2,34,1 20,56,2990 176080 2,34,9 19,07,3710 1860106 2,057,0 20,18,8620
100 г раствора динатрийфосфата с мольным соотношением Na 2 O/Р 2 O 5 =2,05, с массовой долей динатрийфосфата 52% и температурой 60°С смешивают с 35,8 г 43 мас.%-ного раствора гидроксида натрия с температурой 20°С. Полученный раствор тринатрийфосфата с мольным отношением Na 2 O/Р 2 O 5 =3,1 и температурой 106°С охлаждают до 53°С со скоростью 8,8 град./час. Съем осадка на фильтре составил 620 кг/м 2 ·час. Масса осадка после сушки равна 78 г, и он содержит 20,1 мас.% Р 2 O 5 .
Таким образом, оптимальная температура на 1 ступени нейтрализации раствора динатрийфосфата равна 60-65°С и на 2 ступени 70-80°С.
При повышении температур нейтрализации возрастают затраты на охлаждение растворов и снижается скорость фильтрации суспензии (примеры 3, 4 и 11, 12).
При понижении температур ниже 60 и 70°С соответственно фильтрующие свойства осадков соли также понижаются (примеры 5 и 10).
При понижении степени нейтрализации на 1 ступени ниже соотношения Na 2 O/Р 2 O 5 =2,3 фильтрующие свойства кристаллов понижаются и съем осадка падает до 620-850 кг/м 2 ·час (примеры 7 и 18).
Увеличение степени нейтрализации на 1 ступени сверх соотношения Na 2 O/Р 2 O 5 =2,5 существенно не меняет фильтрующие свойства кристаллов, тогда как производительность процесса нейтрализации понижается из-за увеличения объема возвратного раствора тринатрийфосфата (пример 8).
Увеличение скорости охлаждения раствора более 9 град./час приводит к ухудшению фильтрующих свойств кристаллов, падению съема осадка на фильтре и уменьшению доли P 2 O 5 и качества получаемого продукта (пример 13).
При уменьшении скорости охлаждения ниже 7 град./час съем осадка и качество продукта высокие, но общая производительность процесса уменьшается в 1,2-1,5 раза.
При охлаждении раствора ниже 53°С (пример 17) или при проведении нейтрализации раствора динатрийфосфата в 1 ступень только гидроксидом натрия (пример 18) снижаются качество продукта (доля Р 2 O 5 =19-20,1%), съем осадка на фильтре в 1,4-1,5 раза, производительность второй стадии нейтрализации в 1,4-2 раза.
Предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом увеличить производительность процесса в 1,2-1,4 раза, увеличить производительность фильтрации в 1,4-1,5 раза и повысить содержание Р 2 O 5 в продукте до 20,3-20,6 мас.%.
1. Позин М.Е. Технология минеральных солей, Л.: Химия, 1970, ч.2.
2. Авторское свидетельство №1544710, МКИ С 01 В 25/30. Способ получения моногидрата тринатрийфосфата (А.Ф.Гафарова, З.Л.Шевко, Н.Л.Абдуллина и др. №4325894/23-26; заявл. 10.11.87; опубл. 23.02.90, бюл. №7).
3. Реферативный журнал «Химия» М.: ВИНИТИ (РЖХ) 1998, реф. 16Л46П. Тринатрийфосфат (Йоахим Маркман, Руди Висембарски, Дарис Гисхир. Заявка 19515480. Германия. С 01 В 25/30. заявл. 27.4.95; опубл. 30.10.96).
4. Авторское свидетельство №592747, МКИ С 01 В 25/30. Способ получения безводных фосфатов натрия (Е.Д.Дзюба, В.В.Печковский, Г.И.Салонец. №2304276/23-26; заявл.29.12.75; опубл. 15.02.78, бюл. №6).
5. Авторское свидетельство №1775362, С 01 В 25/30. Способ получения десятиводного фосфата натрия (В.П.Ким, А.И.Селин, И.Т.Бондарев и другие. №4658489/26; заявл.03.03.89; опубл. 02.11.92, бюл. №42).
6. Реферативный журнал «Химия» М.: ВИНИТИ (РЖХ) 1977. реф. 6Л47П. Получение кристаллического ортофосфата натрия (Иноуе Тадаси, Комияма Тадаси, Ямасита Масао. Кл. 15 G1 (С 01 В 25/30) №51 - 11080; заявл. 03.03.71; №42-4134; опубл. 08.04.76).