СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕСЯТИВОДНОГО ТРИНАТРИЙФОСФАТА Российский патент 2006 года по МПК C01B25/30 

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/Р₂O₅=2,3. Далее в раствор добавляют 43 мас.%-ный раствор гидроксида натрия при температуре 80°С до соотношения Na₂O/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.

№ примераТемпература нейтрализации 1 ступени, °СТемпература нейтрализации 2 ступени, °СNa₂O/P₂O₅ после 1 ступениОбщее время процесса, часМасс. доля Р₂O₅ в продукте,%Скорость охлаждения, град./часСъем осадка на фильтре, кг/м²·час.165802,33,520,591020260802,33,520,491070370802,33,620,19960475802,33,720,39910555802,33,920,19720665802,53,820,691100765802,23,520,29850865802,564,320,591080965702,33,020,58,411301065602,33,820,18,38801165852,34,020,59,39201265902,34,620,396801365802,33,320,010,38101465802,34,220,5810301565802,35,120,679801665702,34,120,56,29901760802,34,919,07,371018601062,057,020,18,8620

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).

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 Na₂O/Р₂О₅=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 Р₂O₅ в продукте до 20,3-20,6 мас.%. 1 табл.

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 Na₂O/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.