способ получения ортофосфата кальция однозамещенного

Формула изобретения

Способ получения ортофосфата кальция однозамещенного, включающий упаривание фосфорной кислоты с последующей нейтрализацией карбонатом кальция, отличающийся тем, что фосфорную кислоту упаривают до содержания P₂O₅ 65 - 67,5%, нейтрализацию ведут при исходном молярном соотношении СаО/P₂O₅, равном (0,95 - 1,0) : 1, a полученную массу измельчают до получения частиц размером не более 0,10 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству фосфатов кальция, в частности ортофосфата кальция однозамещенного, используемого в пищевой промышленности как разрыхлитель, регулятор кислотности, улучшитель муки и хлеба, стабилизатор текстурирующих веществ, отвердитель, добавка, препятствующая слеживаемости и комкованию.

Известен способ получения ортофосфата кальция однозамещенного (монокальцийфосфата), включающий нейтрализацию фосфорной кислоты карбонатом кальция до свободной кислотности, равной 144-264 г/л с последующей упаркой и кристаллизацией при охлаждении до 25^oC и отделением товарного продукта центрифугированием (авт. св. СССР N 1169941, МПК C 01 B 25/32, опубл. 30.07.85, Бюл. N 28).

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная наличием энергоемких операции кристаллизации и центрифугирования, также на экономичности процесса отрицательно сказывается то, что в нем предусматривается химически чистое сырье. Кроме того, полученный известным способом товарный монокальцийфосфат имеет ограниченную область применения вследствие наличия в нем свободной фосфорной кислоты. Близким аналогом к заявляемому изобретению является способ получения ортофосфата кальция однозамещенного (монокальцийфосфата), включающий упаривание экстракционной фосфорной кислоты с последующей нейтрализацией карбонатом кальция (авт. св. СССР N 193917, МПК C 01 B 25/32, опубл. 13.03.67, Бюл. N 3).

Известный способ предусматривает проведение упаривания экстракционной фосфорной кислоты до содержания P₂O₅ 45-55% в присутствии кремнезема, добавляемого в количестве до 2%. Затвердевшую массу монокальцийфосфата подвергают гранулированию. Полученный товарный продукт содержит до 57% ₂O₅ и до 0,2% фтора.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная длительностью и энергоемкостью процесса, а также низким качеством товарного ортофосфата кальция однозамещенного.

Как показали эксперименты, проведенные в условиях известного способа, отмеченные недостатки обусловлены прежде всего тем, что полученный таким образом полупродукт представляет собой вязкую влажную массу, содержащую непрореагировавшие продукты (например, свободную кислоту), процесс сушки которой крайне затруднен и продолжителен (до 1-2 дней). При этом выход готового продукта составляет не более 85%.

Заявляемое изобретение направлено на разработку простого и экономичного способа получения ортофосфата кальция однозамещенного, позволяющего получить высококачественный товарный продукт.

Технический результат разработанного способа заключается в сокращении продолжительности процесса за счет обеспечения условий, позволяющих снизить вязкость и влажность полупродукта, а также повышении выхода и улучшении качества товарного ортофосфата кальция однозамещенного.

Указанный технический результат достигается способом получения ортофосфата кальция однозамещенного, включающим упаривание фосфорной кислоты с последующей нейтрализацией карбонатом кальция, в котором фосфорную кислоту упаривают до содержания P₂O₅ 65-67,5%, нейтрализацию ведут при исходном молярном соотношении CaO/P₂O₅, равном (0,95-1,0):1, а полученную массу измельчают до получения частиц размером не более 0,10 мм.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем.

Проведенные исследования позволили установить, что проведение нейтрализации предварительно упаренной до содержания P₂O₅ 65-67,5% фосфорной кислоты карбонатом кальция в заявляемом соотношении компонентов, с последующим измельчением полученной массы до размера частиц не более 0,10 мм обеспечивает получение пищевого ортофосфата кальция однозамещенного высокого качества при значительном сокращении продолжительности и энергоемкости процесса.

Так было установлено, что предварительное упаривание фосфорной кислоты до заявляемого содержания P₂O₅, равного 65,0-67,5%, позволяет существенно снизить влагосодержание получаемой в ходе реакции нейтрализации массы ортофосфата кальция однозамещенного, а также уменьшить ее вязкость. Проведение процесса с недостаточно концентрированной кислотой (менее 65,0%) приводит к значительному гидролитическому расщеплению ортофосфата кальция однозамещенного в дикальцийфосфат и, следовательно, к снижению выхода готового продукта. Чрезмерное (более 67,5%) концентрирование фосфорной кислоты приводит к образованию примесей надкислот и недостатку кристаллогидратной воды в готовом продукте.

Заявляемый диапазон молярных соотношений CaO/P₂O₅, составляющий (0,95-1,0): 1, был определен экспериментально исходя из обеспечения оптимального содержания влаги в полупродукте (получаемой массе ортофосфата кальция однозамещенного) и отсутствия в нем примесей в виде непрореагировавших реагентов.

При этом оказалось, что проведение нейтрализации при величине соотношения CaO/P₂O₅, превышающей 1,0: 1, наблюдается образование примеси дикальцийфосфата, что приводит к снижению содержания основного вещества в готовом продукте, тогда как не достижение заявляемого соотношения также приводит к снижению содержания основного вещества из-за присутствия избыточного количества непрореагировавшей кислоты.

Существенное значение как на повышение выхода товарного продукта, так и на улучшение его качества, как выяснилось, оказывает последующее измельчение полученной массы ортофосфата кальция однозамещенного.

В ходе экспериментов было установлено, что в случае измельчения указанной массы до получения частиц размером не более 0,10 мм наблюдается существенное повышение выхода товарного продукта и улучшение его качества.

Можно предположить, что указанное выше способствует более полному прохождению реакции нейтрализации, а именно измельчение полученной массы ортофосфата кальция до заявляемых размеров частиц приводит к значительному увеличению контактной поверхности фаз, в результате чего в реакцию вступает непрореагировавшая фосфорная кислота, что в конечном итоге обеспечивает повышение выхода готового продукта и улучшение его качества.

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

Пример

В реактор с работающей мешалкой подают фосфорную кислоту с плотностью 1,57 г/см³ в количестве 500 литров, затем ее упаривают до концентрации 66,0% P₂O₅ В реактор добавляют карбонат кальция в количестве 283 кг (соотношение CaO/P₂O₅ составляет 0,96:1).

Полученную суспензию охлаждают до температуры 20^oC. Образовавшийся ортофосфат кальция измельчают до размера частиц не более 0,1 мм. Выход готового продукта составил 97% от стехиометрии, содержание основного вещества - 98,0%, содержание примесей соответствует требованиям ортофосфат кальция однозамещенный ТУ 2148-001-17952450-01.

Результаты проведенных экспериментальных исследований, приведены в таблице.

В указанной таблице сравниваются показатели заявляемого способа (опыты NN 2, 3, 6, 7, 9 и 10) и опытов, условия, проведения которых выходят за пределы, регламентированные формулой изобретения (опыты NN 1, 4, 5, 8 и 11).

Как видно из представленных материалов, только совокупность заявляемых признаков обеспечивает возможность достижения оптимальных показателей процесса получения ортофосфата кальция однозамещенного. При нарушении заявляемых соотношений компонентов наблюдается снижение качества и выхода готового продукта (опыты NN 1, 4, 5, 8 и 11).

Таким образом, заявляемое изобретение успешно решает задачу создания простого и экономичного способа получения ортофосфата кальция однозамещенного, позволяющего существенно снизить энергозатраты за счет исключения энергоемких операций сушки и центрифугирования, обеспечить оптимальную производительность процесса и высокое качество товарного продукта.