СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕТРАНАТРИЙПИРОФОСФАТА Российский патент 1999 года по МПК C01B25/42 

Техническое решение относится к способам получения тетранатрийпирофосфата натрия, используемого в качестве реактива, пищевых добавок и реагента для органического синтеза.

Известен способ получения тетранатрийпирофосфата, включающий в себя нейтрализацию ортофосфорной кислоты едким натром или кальцинированной содой до pH 8,8-9,0, сушку и прокалку динатрийфосфата при температуре 360-400^oC, растворение порошкообразного пирофосфата в воде, кристаллизацию 10-ти водного тетранатрийпирофосфата и отделение кристаллов от маточного раствора на центрифуге (Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л.: Химия, 1970, т. II, с. 1083-1084).

Недостатками этого способа являются многостадийность процесса, большая продолжительность процесса, сложность аппаратурного оформления, высокие энергетические затраты на сушку и прокалку пирофосфата натрия, загрязнение окружающей среды газовыми выбросами от распылительной сушки с высоким пылесодержанием.

Известен способ производства тетранатрийпирофосфата, включающий смешение солей триполифосфата натрия и карбоната натрия с отношением натрий/фосфор = 1,9-2,1 и размером частиц менее 180 мк.

Полученную смесь выдерживают при температуре 300-700^oC до превращения более 95% ее в тетранатрийпирофосфат (патент США N 4873068, опубл. 10.10.89 г.).

Указанный способ обладает такими недостатками, как сложность аппаратурного оформления процесса, достаточно высокие энергетические затраты на осуществление процесса, невысокое качество получаемого продукта (95% основного вещества) из-за содержания в нем примеси непрореагировавшей соды.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков (прототип) является способ получения тетранатрийпирофосфата, заключающейся в обработке раствора триполифосфата натрия едким натром при кипячении в течение 40-60 минут при концентрации NaOH - 10-20% с образованием эквимолярных количеств тетранатрийпирофосфата и тринатрийфосфата (Продан Е. А. и др. Триполифосфаты и их применение. М.: Наука и техника, 1969, с. 235).

Указанный способ, не обладая недостатками вышеприведенных способов, имеет в свою очередь следующие недостатки:
- высокое содержание в растворе тетранатрийпирофосфата примеси ортофосфата натрия (Na₃PO₄) и NaOH, что не позволяет получить целевой продукт с высоким содержанием основного вещества и необходимой чистоты,
- высокий расход NaОН,
- относительно высокая температура раствора, необходимая для гидролиза триполифосфата натрия (выше 100^oC).

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение расхода едкого натра и повышение качества, получаемого продукта за счет снижения содержания ортофосфатов.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе получения тетранатрийпирофосфата, включающем обработку водного раствора триполифосфата натрия едким натром, обработку водного раствора триполифосфата натрия едким натром ведут при температуре 70-90^oC с мольным соотношением NaOH: Na₅P₃O₁₀, равным 0,7-0,9.

Существенные отличия заявляемого технического решения заключаются в обработке водного раствора триполифосфата натрия едким натром при температуре 70-90^oC при мольном соотношении NaОН: Na₅P₃O₁₀ = 0,7- 0,9.

Техническим результатом заявляемого способа является снижение расхода едкого натра и повышение качества получаемого тетранатрийпирофосфата за счет снижения содержания ортофосфатов. По сравнению с прототипом достигается более высокая степень перехода Na₅P₃O₁₀ в Na₄P₂O₇ (96-99%, вместо 72-73%), повышается качество готового продукта, за счет низкого содержания ортофосфатов - 0,05-01% вместо 0,2-0,3%. Кроме того, достигается практически полное отсутствие триполиформы в готовом продукте и минимальное содержание ее в конечных рабочих растворах (0,3-1,5%), а также минимальное содержание ортоформы в готовом продукте тетранатрийпирофосфата (0,05-1%) и в конечных рабочих растворах (1,5-3,5%).

Указанное выше, полностью подтверждено методом бумажной хромотографии и колориметрическим методом определения содержания PO'''₄.

Заявляемый способ позволяет снизить энергозатраты на проведение процесса (70-90^oC, вместо 100^oC и более 100^oC) и получить товарный продукт Na₄P₂P₇ • 10H₂O реактивной квалификации, соответствующей требованиям ГОСТ 342-77.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в мягких условиях осуществления процесса селективного гидролиза при недостатке щелочи (NaOH) и сравнительно невысокой температуре процесс протекает по реакции:
2Na₅P₃O₁₀ + 2NaOH - 3Na₄P₂O₇ + H₂O,
сводящей к минимуму образование ортофосфатов натрия.

Пример. В реактор-кристаллизатор заливают 747,5 воды, включают мешалку и подают 232,3 г триполифосфата натрия, суспензию нагревают до температуры 80^oC и в нее вносят 20,2 г едкого натра (мольное соотношение NаOH : Na₅P₃O₁₀ = 0,8). Раствор перемешивают в течение 60 минут, после чего проводят кристаллизацию тетранатрийпирофосфата за счет охлаждения раствора холодной водой, подаваемой в рубашку реактора-кристаллизатора до температуры 20^oC. Суспензию кристаллов тетранатрийпирофосфата расфильтровывают на роторной центрифуге. Вес кристаллов Na₄P₂O₇ • 10H₂O с влажностью 3% - 385,2 г, в том числе:
Na₄P₂O₇ • 10H₂O - 373,7 г,
H₂O адсорбц. - 11,5 г.

Кристаллы подсушивают при комнатной температуре до влажности 0,5%.

Количество подсушенной соли (W = 0,5%) - 375,6 г,
Количество испарившейся воды - 9,6 г.

Содержание в высушенных кристаллах:
Na₄P₂O₇•10H₂O - 99,2%,
ортофосфатов - 0,05%
Количество маточного раствора - 614,8 г.

Состав маточника, в %
Na₄P₂O₇ - 4,50
PO₄''' - 1,6
Na₅P₃O₁₀ - 0,37
Степень перехода Na₅P₃O₁₀ в Na₄P₂O₇ - 99%.

Были проведены опыты в заявляемых интервалах температур и соотношениях NaOH: Na₅P₃O₁₀. Результаты опытов приведены в Таблице 1 в конце описания. В таблице также указаны результаты опытов при значениях, выходящих за заявляемые пределы.

Как видно из Таблицы, снижение температуры процесса (менее 70^oC) приводит к уменьшению степени перехода Na₅P₃O₇ до 90% и снижению содержания основного вещества в готовом продукте до 97,4% (вместо 98% по требованиям ГОСТа 342-77 для марки "ч" и 99% - для марки "чда") при сравнительно низком содержании в нем ортофосфатов - 0,05% (по ГОСТу 0,2% для марки "ч" и 0,1% для марки "чда").

Повышение температуры процесса (более 90^oC) также приводит к некоторому снижению степени перехода Na₅P₂O₁₀ в Na₄P₂O₇ (до 95%) за счет образования при гидролизе Na₅P₃O₁₀ повышенного количества ортофосфатов (5,1%). Содержание ортоформы в готовом продукте повышается до 0,2%, что удовлетворяет только требованиям ГОСТа для марки "ч". Уменьшение количества подаваемой в процесс щелочи до мольного соотношения NaOH : Na₅P₃O₁₀ менее 0,7 приводит к значительному снижению при прочих равных условиях степени перехода Na₅P₃O₁₀ в Na₄P₂O₇ (до 92% при η = 0,65) и уменьшению содержания основного вещества (до 97,2%).

Увеличение количества подаваемой щелочи до мольного соотношения NaOH: Na₅P₃O₁₀ более 0,9, также вызывает некоторое снижение степени перехода Na₅P₃O₁₀ в Na₄P₂O₇ до 94% при η = 0,95), за счет повышения в растворе содержания ортофосфатов (до 5,3%) вследствие сдвига гидролиза в сторону реакции, протекающей в условиях прототипа (Na₅P₃O₁₀ + 2NaOH --> Na₄P₂O₇ + Na₃PO₄ + H₂O). В этом случае снижается также и содержание основного вещества ниже стандартного значения для марки "ч" (97,8%)
В Таблице 2 приведены показатели предлагаемого и известного (прототипа) способов.

Изобретение относится к способу получения тетранатрийпирофосфата, используемого в качестве реактива, пищевых добавок и реагента для органического синтеза. Сущность изобретения заключается в способе получения тетранатрийпирофосфата, включающем обработку водного раствора триполифосфата натрия едким натром, при этом обработку водного раствора триполифосфата натрия едким натром проводят при температуре 70 - 90^oС с мольным соотношением NaOH : Na₅P₃O₁₀, равным 0,7 - 0,9. Способ дает возможность повысить качество тетранатрийнирофосфата за счет низкого содержания ортофосфатов - 0,05 - 0,1%, способ позволяет также снизить энергозатраты на проведение процесса. В готовом продукте практически отсутствуют полиформы. 2 табл.

Способ получения тетранатрийпирофосфата, включающий обработку водного раствора триполифосфата натрия едким натром, отличающийся тем, что обработку водного раствора триполифосфата натрия едким натром ведут при температуре 70 - 90^oС при мольном соотношении NaOH : Nа₅P₃O₁₀, равном 0,7 - 0,9.