способ получения динатрийфосфата

Формула изобретения

Способ получения динатрийфосфата, включающий нейтрализацию фосфорной кислоты кальцинированной содой в насыщенном растворе динатрийфосфата при 100 - 105^oC, кристаллизацию и отделение товарного продукта от маточного раствора, отличающийся тем, что нейтрализацию ведут при исходном молярном соотношении кальцинированной соды и фосфорной кислоты, равном (1,93 - 2,0):1, насыщенный раствор перед кристаллизацией выдерживают в течение 40-50 мин с последующей фильтрацией для отделения примесей, а кристаллизацию ведут при охлаждении до 5 - 25^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству фосфатов щелочных металлов, в частности динатрийфосфата, используемого в текстильной, стекольной, лакокрасочной промышленности, а также для культивирования дрожжей и умягчения воды в фотографии и производстве фармацевтических препаратов.

Известен способ получения динатрийфосфата, включающий нейтрализацию фосфорной кислоты кальцинированной содой в насыщенном растворе динатрийфосфата при температуре 98-100^oC, фильтрацию полученного раствора, кристаллизацию при охлаждении и отделение товарного продукта от маточного раствора. Известный способ предусматривает проведение нейтрализации исходных реагентов (кальцинированной соды и фосфорной кислоты), при этом фосфорная кислота берется в избытке от стехиометрии, кристаллизацию динатрийфосфата в виде двенадцативодных кристаллогидратов при охлаждении нейтрализованного раствора при температуре 30^oC, отделение полученных кристаллов центрифугированием с последующей сушкой товарного продукта. Маточный раствор возвращают в голову процесса (М. Е.Позин "Технология минеральных солей", ч.II, "Химия", Лен.отделение, 1970, с.1067-1069).

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная длительностью процесса, включающего большое количество энергоемких технологических операций, а также низким качеством товарного динатрийфосфата, представляющего собой мелкокристаллический продукт и содержащий примеси.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ получения динатрийфосфата, включающий нейтрализацию фосфорной кислоты кальцинированной содой в насыщенном растворе динатрийфосфата при 100-105^oC, кристаллизацию и отделение товарного продукта от маточного раствора.

Известный способ предусматривает нейтрализацию фосфорной кислоты кальцинированной содой, взятой в избытке 105-115% от стехиометрии и подаваемой в твердой фазе в насыщенный раствор динатрийфосфата при температуре 90-105^oC, выдержку полученной суспензии динатрийфосфата в реакторе около 2,5 часов с последующим направлением ее на центрифугирование для отделения кристаллов товарного продукта (динатрийфосфата) от маточного раствора, возвращаемого в реактор (авт.св. СССР N 535211, МПК C 01 B 25/30, опубл. 15.11.76).

К недостаткам известного способа, прежде всего, следует отнести низкое качество полученного динатрийфосфата. Как показали эксперименты, проведенные в условиях известного способа, товарный продукт содержит большое количество примесей (нерастворимые вещества, железо, магний и др.). Помимо всего прочего, это связано с проникновением частиц соды в кристаллическую решетку динатрийфосфата вследствие подачи избыточного количества соды, а также возвращением в голову процесса маточного раствора, содержащего значительное количество примесей. Кроме того, выдержка суспензии в реакторе в указанных температурных и временных условиях приводит к образованию мелких кристаллов товарного продукта из-за большой плотности раствора, а последующая кристаллизация, осуществляемая при высоких температурах, существенно повышает склонность полученных кристаллов товарного продукта к слеживанию. Товарный продукт, полученный таким способом, имеет определенные ограничения в области своего применения.

Данное изобретение направлено на разработку экономичного способа получения динатрийфосфата, позволяющего обеспечить высокое качество товарного продукта.

Технический результат разработанного способа заключается в повышении качества товарного динатрийфосфата за счет снижения содержания примесей в готовом продукте и получения крупных прозрачных кристаллов динатрийфосфата призматической формы.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения динатрийфосфата, включающем нейтрализацию фосфорной кислоты кальцинированной содой в насыщенном растворе динатрийфосфата при 100-105^oC, кристаллизацию и отделение товарного продукта от маточного раствора согласно способу нейтрализацию ведут при исходном молярном соотношении кальцинированной соды и фосфорной кислоты, равном (1,93-2,0) : 1, насыщенный раствор перед кристаллизацией выдерживают в течение 40-50 минут с последующей фильтрацией для отделения примесей, а кристаллизацию ведут при охлаждении до 5-25^oC.

Сущность заявленного способа состоит в следующем. Проведенные исследования позволили установить, что проведение нейтрализации раствора кальцинированной соды фосфорной кислотой в указанном соотношении компонентов при температуре 100 - 105^oC с последующей выдержкой в течение указанного времени полученного насыщенного раствора динатрийфосфата в указанных температурных условиях, фильтрации раствора и кристаллизации при охлаждении в заявленных интервалах температур, способствует значительному снижению содержания примесей в готовом продукте и получению крупных прозрачных кристаллов динатрийфосфата призматической формы. Исследование химизма процесса в поставленную задачу не входило. Однако можно предположить, что заявленные условия способствуют образованию комплексных соединений (коагулянтов) фосфатов железа и алюминия, образующих пористый осадок, позволяющий очистить раствор от трудно фильтрующихся механических примесей и осадков. Кристаллизация в заявленных условиях полученного таким образом насыщенного раствора обеспечивает образование и рост крупных прозрачных кристаллов динатрийфосфата призматической формы против мелких кристаллов, игольчатой и столбчатой формы, получающихся при реализации известных технических решений.

Кроме того, образующийся в процессе маточный раствор, возвращаемый в голову процесса, содержит незначительное количество примесей, что делает его пригодным для многократного использования в качестве сырья.

Ниже приведен пример, подтверждающий возможность осуществления данного изобретения с получением указанного выше технического результата.

Пример. В реактор с работающей мешалкой подают раствор соды с плотностью 1,29 г/см³, в количестве 500 литров, затем заливают фосфорную кислоту. (Величина молярного соотношения Na₂O:P₂O₅ составила 1,95 : 1). После проверки завершения реакции нейтрализации раствор с плотностью 1,3 г/см³ при температуре 103^oC кипятят в течение 40 минут. Раствор динатрийфосфата фильтруют при температуре 70^oC от нерастворимых примесей. Далее фильтрат заливается в кристаллизатор, снабженный мешалкой и рубашкой для охлаждения суспензии до температуры 10^oC в течение 8 часов. Образовавшиеся кристаллы отделяют на центрифуге, а маточный раствор возвращают в реактор.

Полученный готовый продукт имеет следующие показатели качества:

Содержание Na₂HPO₄12H₂O - 99,1%,

Нерастворимые в воде вещества - 0,002%,

Сульфаты (SO₄) - 0,00045%,

Хлориды (Cl) - 0,00048%,

Железо (Fe) - 0,0002%,

Магний (Mg) - 0,0009%

и по остальным примесям соответствует ГОСТ 4172-76 и ТУ 113-25-110-90.

Результаты проведенных экспериментальных исследований, приведены в таблице.

В указанной таблице сравниваются показатели заявленного способа (опыты NN 1-7) и опытов, условия проведения которых выходят за пределы, регламентированные формулой изобретения (опыты NN 8-15).

Как видно из представленных материалов, только совокупность заявленных признаков обеспечивает возможность достижения оптимальных показателей процесса получения динатрийфосфата. При нарушении указанных соотношений компонентов наблюдается ухудшение искомых характеристик (опыты NN.8-10, 12 и 14) или неоправданные энергозатраты (опыты N11, 13 и 15).

Таким образом, данное изобретение успешно решает задачу создания экономичного способа получения динатрийфосфата, позволяющего обеспечить высокое качество товарного продукта.