способ получения высококонденсированного фосфата аммония цепного строения

Формула изобретения

Способ получения высококонденсированного фосфата аммония цепного строения, включающий нагрев смеси, содержащей мочевину и ортофосфат аммония при их соотношении (1-1,2): 1 соответственно при температуре 270-300^oC в присутствии полифосфата аммония, и последующий размол продукта, отличающийся тем, что смесь ортофосфата аммония и мочевины подают со скоростью 95-195 кг/ч на слой полифосфата аммония высотой 0,25-1 м и размером гранул не более 3 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессу получения полифосфата аммония, применяющегося в составе огнезащитных покрытий и при изготовлении огнестойких конструкционных материалов.

Эффективность действия полифосфатов аммония как антипирена обусловлена их степенью полимеризации. Чем выше длина цепи полифосфата, тем эффективнее действие антипирена, выше огнезащитные свойства покрытий и огнестойкость конструкционных материалов.

Известен способ получения полифосфата аммония цепного строения общей формулы (NH₄PO₃)_n, где n = 10-400, во вращающейся трубчатой печи с использованием ретура (ретурность равна 1) и весовом соотношении исходных компонентов реакции к полифосфату аммония равном 1:2 (Патент ФРГ N 1767205, C 01 B 25/38,1972).

К недостаткам способа можно отнести следующие моменты:

- потери продукта при транспортировке ретура и с пылью, содержащейся в уходящих газах, могут достигать 10%;

- при описанной организации процесса для того, чтобы предотвратить налипание материала на внутренние стенки аппарата и образование крупных и прочных агломератов продукта, необходимо применение внутренних дробящих устройств в виде стальных шаров и цепей, что приводит к загрязнению продукта осколками дробящих устройств, повышенному износу металлоконструкций печи и как следствие повышенной материалоемкости производства;

- наличие устройств для транспортировки и дозирования ретура обуславливает повышенные эксплуатационные и капитальные затраты производства;

- даже при наличии внутренних дробящих устройств из печи выходит продукт с максимальным размером агломератов продукта до 10 мм. Для размола такого продукта требуется достаточно больше времени, что приводит к деструкции полиформы, степень которой может достигать 20-30%.

Известен также способ получения высококонденсированного полифосфата аммония, согласно которому ортофосфат аммония и мочевину подают в герметичный аппарат типа вращающейся барабанной печи с косвенным обогревом и нагревают в присутствии части готового продукта (ретура) в атмосфере газов, содержащих 60-65% NH₃. Мольное соотношение исходных компонентов приблизительно равно 1:1. Ретурность процесса также равна 1. При этом на выходе из печи получают продукт с п = 440-1000 и крупностью агломератов до 10 мм (А.с. СССР N 899469, кл. C 01 B 25/28,1981).

Основным недостатком способа являются высокая степень деструкции полифосфата аммония при последующем размоле продукта (20-30%), зависящая от длины полимера, а также потери продукта при транспортировке ретура, достигающие 10%. Необходимость транспортировки ретура и размол относительно крупных и прочных агломератов продукта, выходящего из печи, приводит к увеличению энергетических и эксплуатационных затрат на процесс получения полифосфата.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения полифосфата аммония, в котором ортофосфат аммония смешивают с мочевиной в мольном соотношении 1:(1 - 1,2) и в смесь добавляют полифосфат аммония в количестве 0,8-1,4 вес. ч. на 1 вес.ч. смеси. Затем смесь нагревают и выдерживают при температуре 270-300^oC в течение 0,5-2,0 ч в атмосфере газообразного аммиака. Способ характеризуется низкой скоростью нагрева исходной смеси, которая не превышает 5 градусов в минуту. При этом стадии плавления и кристаллизации исходной смеси растягиваются во времени, что приводит к упрочнению структуры получаемого продукта и в конечном итоге к высокой степени деструкции полифосфта (20-30%) при его размоле. Кроме того, недостаточное количество полифосфата в зоне реакции приводит к образованию крупных агломератов продукта, что увеличивает время его размола и также увеличивает степень деструкции. Потери продукта в указанном процессе достигают 15% (А.с. СССР N 710927, C 01 B 25/28, 1979).

Нами предлагается способ получения высококонденсированного фосфата аммония цепного строения, включающий нагрев смеси, содержащей мочевину и ортофосфат аммония при температуре 270-300^oC в присутствии полифосфата аммония с последующим размалыванием полученной смеси, в котором смесь ортофосфата аммония и мочевину подают со скоростью 95-195 кг/ч на слой полифосфата аммония высотой 0,25-1 м с размером гранул полифосфата не более 3 мм. По этому способу соотношение мочевины и ортофосфата аммония берут равным (1-1,2):1, а после проведения стадии термической дегидратации (нагрев) полученный продукт размалывают. Процесс термической дегидратации ведут во вращающейся многозонной герметичной печи с подогревом через стенку.

Сущность способа заключается в следующем.

При проведении процесса для получения высококонденсированого фосфата цепного строения необходимо достичь достаточно высокой скорости дегидратации и не допустить образования крупных, обладающих высокой прочностью агломератов продуктов реакции дегидратации. Поэтому для достижения высокой скорости реакции дегидратации смесь ортофосфата и мочевины подают на слой полифосфата аммония с определенной скоростью при определенной толщине слоя и определенного гранулометрического состава. Высота слоя регламентируется не только необходимой скоростью дегидратации, но также и необходимостью достижения определенного соотношения между смесью ортофосфата аммония и мочевины и гранулированного полифосфата аммония (1:5-20 вес.ч. соответственно). Большую роль играет и грануляционный состав полифосфата аммония. Размер гранул в нем должен быть не более 3 мм. Наилучшим является использование фракции с размером 1-1,5 мм. Увеличение размера гранул приведет к снижению поверхности высококонденсированного полифосфата аммония, что в свою очередь приводит к образованию крупных агломератов. Увеличение слоя гранул выше 1 мм приведет к образованию повышенного количества пыли и уносу ее с отходящими газами и как следствие к резкому повышению потерь продукта. Кроме того, изменение величины слоя приводит к значительному повышению концентрации аммиака в газах относительно оптимальной, что затрудняет получение продукта высокой степени полимеризации.

Скорость подачи исходной смеси ортофосфата аммония и мочевины также влияет на скорость нагрева и, следовательно, на скорость прохождения реакции. Увеличение скорости подачи приводит к снижению скорости реакции конденсации (за счет ухудшения теплообмена), а уменьшение ее экономически нецелесообразно из-за возрастания времени процесса. Кроме того, при этом возникают локальные перегревы и подплавы.

Способ проиллюстрирован следующим примером. 875 кг смеси, содержащей ортофосфат аммония в количестве 575 кг и 300 кг мочевины (мольное соотношение 1: 1), подают со скоростью 100 кг/ч во вращающуюся печь на слой гранулированного полифосфата аммония (фракция 1-1,5 мм). Высота слоя составляет 0,25 м. Температура нагрева 300^oC. Скорость нагрева при этом составляет 150^oC /мин. В результате получают продукт, содержащий: P₂O₅ общ. 72%, P₂O₅ в.р. - 25%, N общ. - 14,5%, pH водной вытяжки - 6,5%, степень конденсации - 400.

Результаты других опытов сведены в табл. 1 и 2.

Использование предложенного способа позволит значительно снизить степень деструкции полимера, резко сократить потери продукта. Кроме того, процесс значительно сокращает энергозатраты за счет ликвидации узла возврата ретура и ускорения процесса термической дегидратации.