способ получения десятиводного тринатрийфосфата

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 ₂O/Р₂O₅=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% Р₂O₅ [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 Na₂O/Р₂O₅=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 Na₂O/Р₂O₅=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.

Пример 1.

К 100 г раствора динатрийфосфата с мольным отношением Na₂O/Р₂O₃ =2,05 и массовой долей динатрийфосфата 52% приливают при температуре 65°С раствор тринатрийфосфата, содержащий 25% трехзамещенной соли, до достижения соотношения Na₂O/Р₂ O₅=2,3. Далее в раствор добавляют 43 мас.%-ный раствор гидроксида натрия при температуре 80°С до соотношения Na ₂O/Р₂O₅=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/м²·час. Масса осадка после сушки составляет 122 г и он содержит 20,5 мас.% Р₂O₅.

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 Na₂O/Р₂O₅, 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.

№ примера	Температура нейтрализации 1 ступени, °С	Температура нейтрализации 2 ступени, °С	Na2 O/P2O5 после 1 ступени	Общее время процесса, час	Масс. доля Р2O5 в продукте,%	Скорость охлаждения, град./час	Съем осадка на фильтре, кг/м2·час.
1	65	80	2,3	3,5	20,5	9	1020
2	60	80	2,3	3,5	20,4	9	1070
3	70	80	2,3	3,6	20,1	9	960
4	75	80	2,3	3,7	20,3	9	910
5	55	80	2,3	3,9	20,1	9	720
6	65	80	2,5	3,8	20,6	9	1100
7	65	80	2,2	3,5	20,2	9	850
8	65	80	2,56	4,3	20,5	9	1080
9	65	70	2,3	3,0	20,5	8,4	1130
10	65	60	2,3	3,8	20,1	8,3	880
11	65	85	2,3	4,0	20,5	9,3	920
12	65	90	2,3	4,6	20,3	9	680
13	65	80	2,3	3,3	20,0	10,3	810
14	65	80	2,3	4,2	20,5	8	1030
15	65	80	2,3	5,1	20,6	7	980
16	65	70	2,3	4,1	20,5	6,2	990
17	60	80	2,3	4,9	19,0	7,3	710
18	60	106	2,05	7,0	20,1	8,8	620

Пример 18.

100 г раствора динатрийфосфата с мольным соотношением Na₂O/Р₂O₅=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 Na₂O/Р₂O₅ =3,1 и температурой 106°С охлаждают до 53°С со скоростью 8,8 град./час. Съем осадка на фильтре составил 620 кг/м² ·час. Масса осадка после сушки равна 78 г, и он содержит 20,1 мас.% Р₂O₅.

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 Na₂O/Р₂O₅=2,3 фильтрующие свойства кристаллов понижаются и съем осадка падает до 620-850 кг/м²·час (примеры 7 и 18).

Увеличение степени нейтрализации на 1 ступени сверх соотношения Na₂O/Р₂O₅=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 P₂O₅ 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 Р₂O₅ =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 Р₂O₅ в продукте до 20,3-20,6 мас.%.

Источники информации

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).