способ получения семиводного динатрийфосфата

Формула изобретения

Способ получения самиводного динатрийфосфата путем нейтрализации фосфорной кислоты содой и кристаллизации динатрийфосфата охлаждением раствора, отличающийся тем, что нейтрализацию ведут в 2 ступени, на первой при температуре 80°С раствором динатрийфосфата до отношения Na₂O/P₂O₅=0,6-0,8, на второй при температуре 70-75°С содой и кристаллизуют динатрийфосфат охлаждением раствора со скоростью 4-4,5 град/ч до температуры 35°С.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к технике получения динатрийфосфата нейтрализацией фосфорной кислоты содой.

Для получения концентрированного продукта в виде безводной соли его осаждают из насыщенного нейтрализованного раствора методом изотермической кристаллизации [1], для чего процесс нейтрализации проводят при температуре выше перитектики разделения линий осаждения безводной соли (Na₂HPO ₄) и двухводной соли (Na₂HPO₄·2H ₂O), т.е. при температуре 90-105°С. Однако данная технология позволяет получать только продукт 2 сорта, не пригодный для применения в пищевой и фармацевтической промышленности, так как для достижения соотношения твердой и жидкой фаз порядка 1:3 проводится испарение воды, как поступающей с фосфорной кислотой, так и выделяющейся по реакции нейтрализации. Процесс характеризуется высокими затратами греющего пара на испарение воды, центрифуга работает в крайне сложных условиях кристаллизации на фильтрующей ткани, поскольку обогрев ротора с целью предотвращения охлаждения раствора и зарастания поверхности фильтрации при фуговке конструкция всех выпускаемых центрифуг не предусматривает. Все примеси, приходящие с содой (до 0,5% NaCl) и фосфорной кислотой полностью переходят в осаждающуюся соль, из-за чего она удовлетворяет кондиции продукта только 2 сорта, пригодного в производстве керамики и для протравки и придания огнестойкости тканей.

Более простым и технологичным является способ [2], в котором нейтрализация завершается также изотермической кристаллизацией, но испарение воды здесь проводят более интенсивно за счет сушки дымовыми газами с температурой 600-650°С. Получаемый продукт также удовлетворяет только требованиям 2 сорта.

Более качественный продукт первого сорта получают при использовании политермической кристаллизации охлаждением нейтрализованного раствора.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения нами принят наиболее близкий по технической сущности способ получения динатрийфосфата, применяемый в действующем производстве [3], где кристаллизацию продукта ведут политермическим методом. Нейтрализацию термической фосфорной кислоты содовой суспензией в воде проводят при температуре 95-102°С, после чего раствор заливают в периодически работающие кристаллизаторы и, медленно охлаждая сперва водой (до 20-25°С), а затем захоложенным рассолом до температуры 10-12°С, отделяют на центрифуге выпавшие кристаллы двенадцативодного динатрийфосфата. Приходящие с сырьем примеси остаются в маточном растворе, и по мере их скапливания часть маточника передается на производство тринатрийфосфата или на получение продукта второго сорта.

Недостатком данной технологии является малая производительность на стадии кристаллизации, большие затраты на получение холодного рассола и относительно низкая (39,6% безводной соли) полученного продукта, что существенно увеличивает затраты на фасовку, транспортировку, хранение и затраты у потребителя продукта из-за присутствия 60% балластной воды в продукте.

Задачей предлагаемого изобретения является проведение нейтрализации фосфорной кислоты содой в условиях, обеспечивающих без дополнительной упарки нейтрализованного раствора методом политермической кристаллизации выделение продукта также чистым, но в более концентрированной форме в виде семиводного кристаллогидрата динатрийфосфата, содержащего 53% безводной соли, что в итоге обеспечит и требуемое качество продукта и высокую экономичность производства и потребления продукта и более высокую производительность процесса.

Поставленная цель достигается ведением нейтрализации фосфорной кислоты в две ступени. Первоначально при температуре 60-80°С фосфорную кислоту нейтрализуют возвратным раствором динатрийфосфата до соотношения Na₂O/Р ₂O₅=0,6-0,8, а на второй ступени суспензией соды в содовом растворе при температуре 70-75°С, а кристаллизацию ведут охлаждением со скоростью 4-4,5 град/час до температуры 35°С.

Пример 1.

1,71 кг фосфорной кислоты (ФК) концентрацией 73% смешивают с 3,15 кг раствора динатрийфосфата (ДНФ), содержащего 30% соли, при температуре смеси 80°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅=0,8. К полученной смеси приливают 3,57 кг суспензии соды (СС) с содержанием 520 г/л соды до достижения Na₂O/Р₂O ₅=2,05. Нейтрализованный раствор с долей динатрийфосфата 42% при температуре 75°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 4,5 град/час. Полученную суспензию разделяют на вакуум-фильтре при разрежении 400 мм рт.ст. и получают 3,34 кг осадка, содержащего после сушки 99,65% семиводной соли и 0,0008% мышьяка, 0,0018% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 1310 кг/(м²·час). Общее время процесса 13,5 часа.

Пример 2.

1,71 кг фосфорной кислоты (ФК) концентрацией 73% смешивают с 3,15 кг раствора динатрийфосфата (ДНФ), содержащего 33% соли, при температуре смеси 60°С до соотношения Na₂O/Р₂О₅=0,8. К полученной смеси приливают 3,37 кг суспензии соды (СС) с содержанием 520 г/л соды до достижения Na₂O/P₂O ₅=2,05. Нейтрализованный раствор при температуре 70°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 4,0 град/час. Полученную суспензию разделяют на вакуум-фильтре и получают 3,35 кг осадка, содержащего после сушки 99,46% семиводной соли и 0,0008% мышьяка, 0,0017% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 1350 кг/(м²·час). Общее время процесса 13,5 часа.

Пример 3.

1,71 кг ФК смешивают с 3,15 кг раствора ДНФ при температуре 50°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅=0,8. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na₂O/P ₂O₅=2,05. Раствор при температуре 70°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 4,5 град/час. Получают 3,37 кг осадка, содержащего после сушки 98,7% семиводной соли и 0,0009% мышьяка, 0,0018% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 1230 кг/(м²·час). Общее время процесса 11,1 часа.

Пример 4.

1,71 кг ФК смешивают с 2,34 кг раствора ДНФ при температуре 70°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅=0,6. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na ₂O/Р₂O₅=2,05. Раствор при температуре 75°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 4,5 град/час. Получают 3,34 кг осадка, содержащего после сушки 99,1% семиводной соли и 0,0008% мышьяка, 0,0019% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 1110 кг/(м²·час). Общее время процесса 13,5 часа.

Пример 5.

1,71 кг ФК смешивают с 1,97 кг раствора ДНФ при температуре 70°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅=0,5. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na ₂O/Р₂O₅=2,05. Раствор при температуре 75°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 4,5 град/час. Получают 3,4 кг осадка, содержащего после сушки 97,8% семиводной соли и 0,0009% мышьяка, 0,0020% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 960 кг/(м²·час). Общее время процесса 13,5 часа.

Пример 6.

К 1,71 кг ФК (Na₂O/Р₂O₅) приливают 3,37 кг СС до достижения Na₂O/Р₂O₅ =2,05. Раствор выдерживают 2 часа при температуре 102°С и охлаждают до 35°С со скоростью 4,5 град/час. Получают 3,78 кг осадка, содержащего после сушки 90,6% семиводной соли и 0,0016% мышьяка, 0,003% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 850 кг/(м²·час). Общее время процесса 18 часов.

Пример 7.

1,71 кг ФК смешивают с 3,55 кг раствора ДНФ при температуре 70°С до соотношения Na ₂O/Р₂O₅=0,9. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na₂O/Р₂O₅ =2,05. Раствор при температуре 75°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 4,5 град/час. Получают 3,35 кг осадка, содержащего после сушки 99,46% семиводной соли и 0,0009% мышьяка, 0,0020% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 1240 кг/(м²·час). Общее время процесса 13,5 часа.

Пример 8.

1,71 кг ФК смешивают с 3,15 кг раствора ДНФ при температуре 70°С до соотношения Na₂O/Р ₂O₅=0,8. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na₂O/Р₂O₅=2,05. Раствор при температуре 65°С выдерживают до видимого исчезновения мутности раствора после 6,3 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 4,5 град/час. Получают 3,43 кг осадка, содержащего после сушки 98,3% семиводной соли и 0,0008% мышьяка, 0,0019% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 1300 кг/(м ²·час). Общее время процесса 11,1 часа.

Пример 9.

1,71 кг ФК смешивают с 3,15 кг раствора ДНФ при температуре 70°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅ =0,8. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na ₂O/Р₂O₅=2,05. Раствор при температуре 80°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 4,5 град/час. Получают 3,45 кг осадка, содержащего после сушки 97,8% семиводной соли и 0,0008% мышьяка, 0,0019% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 1260 кг/(м²·час). Общее время процесса 14,5 часа.

Пример 10.

1,71 кг ФК смешивают с 3,15 кг раствора ДНФ при температуре 70°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅=0,8. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na ₂O/Р₂O₅=2,05. Раствор при температуре 70°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 5 град/час. Получают 3,47 кг осадка, содержащего после сушки 96,6% семиводной соли и 0,0012% мышьяка, 0,0023% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 910 кг/(м²·час). Общее время процесса 11,5 часа.

Пример 11.

1,71 кг ФК смешивают с 3,15 кг раствора ДНФ при температуре 70°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅=0,8. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na ₂O/Р₂O₅=2,05. Раствор при температуре 70°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 35°С со скоростью 3,5 град/час. Получают 3,36 кг осадка, содержащего после сушки 99,6% семиводной соли и 0,0008% мышьяка, 0,0017% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 1340 кг/(м²·час). Общее время процесса 14,5 часа.

Пример 12.

1,71 кг ФК смешивают с 3,15 кг раствора ДНФ при температуре 70°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅=0,8. К полученной смеси приливают 3,37 кг СС до достижения Na ₂O/Р₂O₅=2,05. Раствор при температуре 70°С выдерживают 4 часа и охлаждают до 32°С. Раствор схватился в монолитную массу.

Таким образом, нейтрализация фосфорной кислоты в 2 ступени: раствором динатрийфосфата и суспензией соды в водном содовом растворе позволяет достигать полную нейтрализацию кислоты без значительного перегрева раствора, а значит, при минимальных затратах тепла и хладагента на кристаллизацию продукта.

Оптимальная температура на 1 ступени равна 60-80°С. При дальнейшем снижении температуры, тепла, выделяющегося по реакции на 2 ступени, становится недостаточно для саморазогрева раствора до необходимой температуры, а повышение температуры выше 80°С увеличивает затраты хладагента при кристаллизации продукта и снижает производительность процесса.

Оптимальной температурой на 2 ступени нейтрализации является 70-75°С. При меньшей температуре возрастает время нейтрализации, снижая производительность процесса, а при повышении температуры более 75°С возрастают затраты на охлаждение и падает скорость фильтрации.

При мольном соотношении Na₂O/Р₂O₅ на 1 ступени нейтрализации более 0,8 снижается производительность процесса, а при соотношении менее 0,6 получается более грязный продукт и одновременно падает скорость его фильтрации.

При скорости охлаждения нейтрализованного раствора в ходе кристаллизации продукта более 4,5 град/час получаются более мелкие кристаллы, содержащие повышенное количество примесей, и снижается скорость фильтрации суспензии.

При увеличении конечной температуры кристаллизации выше 35°С падает выход продукта, а при температуре менее 35°С продукт переходит в двенадцативодную соль и снижается его качество.

Предлагаемый способ позволяет повысить производительность процесса в 1,15-1,5 раза, снизить затраты тепла на нагрев растворов в 2-3 раза. Получаемый продукт содержит основного вещества в 1,3 раза больше, что снизит соответственно затраты при затарке, транспортировании и применении.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №411728, МКИ С 01 В 25/30. Способ получения динатрийфосфата. / Р.В.Павлинов, Е.А.Фомина, М.И.Поборцев. - 1633882/24; заявл. 29.03.71; опубл. 05.09.72, Бюл. №33.

2. Авторское свидетельство СССР №614024, МКИ С 01 В 25/30. Способ получения безводного динатрийфосфата. / Ю.Н.Санов, А.С.Черепанова, Р.Е.Ремен и др. - 2391414/23-26; заявл. 03.08.76; опубл. 05.07.78, Бюл. №25.

3. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л., Химия, 1970 г, ч.II.