способ получения девятиводной соли пирофосфата натрия трехзамещенного

Формула изобретения

Способ получения девятиводной соли пирофосфата натрия трехзамещенного, включающий смешение четырех- и двухзамещенных пирофосфатов натрия, растворение в воде, кристаллизацию с последующим отделением кристаллов готового продукта, отличающийся тем, что растворение компонентов ведут при температуре 30 - 50^oС, полученный раствор фильтруют с отделением нерастворимого осадка, а кристаллизацию осуществляют путем охлаждения раствора при скорости снижения температуры 3 - 5 град./ч до получения кристаллов с размером не менее 50 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству трехзамещенного пирофосфата натрия в виде девятиводной соли и может быть использовано в пищевой промышленности при изготовлении колбасных изделий и плавленых сыров.

Известен способ получения девятиводной соли трехзамещенного пирофосфата натрия, включающий взаимодействие тетрапирофосфата натрия с соляной кислотой. По этому способу технический пирофосфат натрия растворяют в воде при 20-25^oС и раствор фильтруют от нерастворимых примесей. Из осветленного раствора, содержащего 20-22% Na₄P₂O₇, охлаждением его до 10^oС выделяют Na₄P₂O₇10 H₂O и после отделения кристаллов обрабатывают соляной кислотой концентрацией 35% при 35^oС в реакторе, снабженном мешалкой и рубашкой, в которую подают пар или воду. В полученном растворе концентрация соли не превышает 35%. При охлаждении рассолом до 0-1^oС из него выделяется кристаллический Na₃HP₂O₇9H₂O. Его отделяют от маточного раствора, содержащего NaCl. (Позин М. Е. Технология минеральных солей. Ч. 2, М.: Химия, 1970, с. 1085).

Данный способ осуществлен в промышленном масштабе. Однако способ обладает недостатками, которые делают его малоприменимым. Так как получаемая соль применяется в пищевой промышленности, к ней предъявляются особые требования по содержанию примесей. В трехзамещенном пирофосфате натрия, полученном по описанному способу, содержание примесей очень велико, %: Cl 0,8, F 0,003, Pb 0,001, As 0,0003, что значительно снижает его потребительские свойства.

Кроме того, производство соли также обладает рядом недостатков. Это прежде всего повышенная коррозия оборудования, значительные объемы маточника, содержащего NaCl, загазованность производства хлорводородом.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения девятиводной соли пирофосфата натрия трехзамещенного, включающий смешение четырех- и двухзамещенных солей пирофосфата натрия, растворение в воде, кристаллизацию с последующим отделением кристаллов готового продукта. По этому способу сначала соли отдельно растворяют в воде, смешивают растворы друг с другом и быстро упаривают. Из нагретого до кипения фильтрата выпадают кристаллы тетрагидрата. При медленном упаривании получается пентагидрат. Оба гидрата переходят при 100^oС в моногидрат. Кристаллы отделяют отстаиванием (Руководство по препаративной неорганической химии. Под ред. Г.Брауера. Изд-во "Иностранная литература", Москва, 1956 г., с. 273).

Однако данный способ не нашел промышленного применения, так как из-за большого объема воды процесс упарки очень сложен, при этом происходит гидролиз пирофосфата до ортофосфата. Способ расcчитан на чистые соли. При использовании технических солей конечный продукт имеет не удовлетворяющее потребителей качество из-за наличия примесей и присутствия метаформы.

Изобретение направлено на повышение экономичности процесса за счет упрощения производства и повышения качеств получаемого товарного продукта - девятиводной соли пирофосфата натрия трехзамещенного.

Отмеченный выше технический результат достигается тем, что в известном способе получения девятиводной соли пирофосфата натрия трехзамещенного, включающем смешение четырех- и двухзамещенных пирофосфатов натрия, растворение в воде, кристаллизацию с последующим отделением кристаллов готового продукта, согласно изобретению растворение компонентов ведут при 30-50^oС, полученный раствор фильтруют с отделением нерастворимого осадка, а кристаллизацию осуществляют путем охлаждения раствора при скорости снижения температуры 3-5^oС/ч до получения кристаллов с размером не менее 50 мкм.

Из анализа уровня техники известен способ получения трехзамещенного кислого пирофосфата натрия (японская заявка N 55-46966, C 01 В 25/42).

Данный способ включает нагрев смеси четырех- и двухзамещенного кислого пирофосфата в присутствии воды при 120-180^oС с получением трехзамещенного кислого пирофосфата натрия.

Однако, как следует из справочных данных (см., например, Ван Везер "Фосфор и его соединения", М.: Ин. Литература, 1966, с. 477), при нагреве указанной смеси в заявляемом диапазоне температур возможно только получение одноводной или безводной соли трехзамещенного пирофосфата натрия.

Следовательно, известное техническое решение относится к иному по отношению к заявляемому объекту, а именно, к получению одноводной или безводной соли пирофосфата натрия трехзамещенного.

Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем.

Проведенные исследования показали, что проведение процесса растворения смеси четырех- и двухзамещенных пирофосфатов натрия в заявляемом диапазоне температур, отфильтровывание осадка и последующая кристаллизация путем охлаждения при установленной скорости снижения температуры до получения кристаллов с размером не менее 50 мкм позволяет получить товарный продукт - девятиводную соль трехзамещенного пирофосфата натрия высокой чистоты, удовлетворяющую требованиям потребителя. Крайне важным является то, что для производства по заявляемому способу могут быть использованы технические соли, что также существенно повышает экономичность процесса.

Эксперименты показали, что заявляемый диапазон температур растворения солей является оптимальным. При температуре менее 30^oС невозможно получить раствор необходимой концентрации (большие потери продукта). При температуре выше 50^oС выпадает однозамещенный пирофосфат натрия, который теряется при фильтрации с нерастворимым остатком. После растворения необходимо провести фильтрацию раствора и отделить нерастворимые примеси, а затем проводить кристаллизацию во избежание соосаждения примесей с продуктом.

Исследования показали, что существенно важное значение для заявляемого способа имеет также величина скорости снижения температуры при охлаждении в процессе кристаллизации.

Было установлено, что при скорости охлаждения менее 3^oС/ч сильно увеличивается время кристаллизации и снижается производительность установки. И наоборот, при превышении указанного значения 5^oС/ч отмечалось уменьшение размера кристаллов до величины менее 50 мкм. Обеспечение заявляемого диапазона может достигаться, например, с помощью автоматической термостатирующей системы.

Исследования также показали, что, чтобы получить продукт, удовлетворяющий требованиям потребителя при достаточно высокой производительности процесса, размеры кристаллов продукта после стадии кристаллизации должны быть не менее 50 мкм.

При уменьшении указанного размера кристаллы плохо отделяются от маточника. Кроме того, наблюдаются большие потери кристаллов на стадии центрифугирования.

Пример. В реактор с мешалкой при перемешивании засыпают 100 кг двухзамещенного пирофосфата натрия и 110 кг четырехзамещенного пирофосфата натрия и заливают 550 л воды с температурой 40^oС. После перемешивания в течение 15 мин раствор отфильтровывают от нерастворимых примесей и заливают в кристаллизатор, снабженный мешалкой и рубашкой для охлаждения. Раствор охлаждают при перемешивании до 15^oС при скорости снижения температуры 4^oС/ч с помощью автоматической термостатирующей системы и выделившиеся кристаллы натрия пирофосфорнокислого трехзамещенного девятиводного размером 100-200 мкм в количестве 250 кг отделяют на центрифуге.

Использование предложенного способа позволяет получить из технических солей товарный продукт высокого качества, удовлетворяющий требованиям пищевой промышленности. Полученная девятиводная соль содержит, %: F 0,0004; Pb 0,0001; As 0,00005; Cl - в продукте нет.

Производство не имеет стоков, удовлетворяет предъявляемым в настоящее время экологическим требованиям (маточники чистые возвращаются в процесс), экономически выгодно.