способ получения безводного мононатрийфосфата

Формула изобретения

Способ получения безводного мононатрийфосфата путем нейтрализации фосфорной кислоты содой в присутствии насыщенного раствора мононатрийфосфата в изотермических условиях, отличающийся тем, что в качестве насыщенного раствора мононатрийфосфата используют возвратный маточный раствор, а нейтрализацию ведут в две ступени с подачей на первую ступень 0,45 части фосфорной кислоты от количества, требуемого для нейтрализации до мононатрийфосфата, с последующей выдержкой в течение 30 мин, на второй ступени - с равномерной подачей оставшейся 0,55 части в течение 80 мин.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к технике получения безводного мононатрийфосфата нейтрализацией фосфорной кислоты содой.

Обычно безводный мононатрийфосфат получают сушкой упаренного раствора нейтрализации фосфорной кислоты содой до рН 5-5,8 [1]. Поскольку топочные газы, используемые для сушки, имеют температуру 220-240°С, то из-за перегрева части продукта выше 100°С мононатрийфосфат частично разлагается и переходит в кислый пирофосфат по реакции

2NaH₂PO ₄ Na₂P₂O ₇+Н₂O.

и снижает качество мононатрийфосфата.

Безводный мононатрийфосфат может быть получен [2] взаимодействием термической фосфорной кислоты с твердой содой, однако при подаче твердой соды в кислоту вследствие бурного взаимодействия реагентов происходит интенсивное вспенивание, разогрев массы и образование монолитного расплава смеси моно и пирофосфатов с наплавлением их на стенках в перемешивающем устройстве.

Данных недостатков лишен процесс получения мононатрийфосфата взаимодействием фосфорной кислоты, растворенной в трибутилфосфате, с содовым раствором в насыщенном растворе мононатрийфосфата [3]. Этот способ SU 1234360 от 30.05.1980 принят в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности, поскольку в нем взаимодействие фосфорной кислоты с содой идет в присутствии насыщенного раствора мононатрийфосфата (МНФ), что обеспечивает осаждение кристаллов мононатрийфосфате уже в процессе нейтрализации кислоты. Данный способ позволяет получать чистый фосфат, не содержащий мышьяка и солей тяжелых металлов. Однако получаемая соль содержит примеси трибутилфосфата. Для удаления его полученную соль приходится перекристаллизовывать вновь, растворяя в воде и кристаллизуя безводный мононатрий фосфат охлаждением полученного вторичного насыщенного раствора. Из-за удвоения энергозатрат и усложнения технологии себестоимость продукта резко возрастает.

Задачей предлагаемого изобретения является проведение нейтрализации фосфорной кислоты содовым раствором в присутствии насыщенного раствора МНФ в условиях, исключающих присутствие трибутилфосфата или другого органического растворителя. Выделенные при этом кристаллы мононатрийфосфата не требуется перекристаллизовывать из-за отсутствия в них примеси трибутилфосфата. Это значительно повысит экономичность производства.

Поставленная цель достигается использованием в качестве насыщенного раствора мононатрийфосфата возвратного маточного раствора, остающегося после отделения кристаллов продукта, и ведением нейтрализации содового раствора кислотой в две ступени в изотермических условиях. На первой ступени раствор соды в возвратном маточном растворе, содержащем 63-65 мас.% мононатрийфосфата с температурой 60°С, смешивают с 0,45 частями 73-78% фосфорной кислоты от количества ее, требуемого для нейтрализации по стехиометрии до мононатрийфосфата, полученную массу выдерживают в течение 30 минут, после чего в нее равномерно подают оставшиеся 0,55 части фосфорной кислоты в течение 80 минут.

Пример 1:

0,53 кг соды смешивают с 0,8 кг раствора мононатрийфосфата (МНФ), содержащего 63% МНФ. При температуре смеси 60°С в нее вводят 0,47 кг (0,35 части от стехиометрически необходимого для нейтрализации соды) фосфорной кислоты (ФК) с концентрацией 73% и температурой 23°С. Полученную массу с температурой 93°С выдерживают 30 минут и в нее дозируют 0,87 кг ФК (0,65 части) в течение 120 минут.

Полученную суспензию с температурой 91°С разделяют на вакуум-фильтре при разрежении 400 мм рт. ст. и получают 1,27 кг осадка, содержащего после сушки 99,8% безводной соли, 0,0004% мышьяка, 0,0015% тяжелых металлов. Съем осадка на фильтре составляет 500 кг/м² час.

Пример 2:

0,53 кг соды смешивают с 0,8 кг раствора мононатрийфосфата (МНФ), содержащего 63% МНФ. При температуре смеси 60°С в нее вводят 0,60 кг (0,45 части) фосфорной кислоты концентрацией 73% и температурой 22°С. Полученную массу с температурой 99°С выдерживают 30 минут и в нее в течение 120 минут дозируют 0,74 кг ФК (0,55 части).

Полученную суспензию с температурой 90°С разделяют на вакуум-фильтре и получают 1,25 кг осадка содержащего после сушки 99,95% безводной соли, 0,0005% мышьяка, 0,0015% тяжелых металлов. Съем осадка составляет 620 кг/м² час.

Пример 3:

0,53 кг соды смешивают с 0,8 кг раствора МНФ, содержащим 63% МНФ. При температуре 60°С в нее вводят 0,74 кг (0,55 части) ФК с температурой 22°С. Полученную массу с температурой 103°С выдерживают 45 минут и в нее в течение 120 минут дозируют 0,6 кг (0,45 части) ФК.

Суспензию с температурой 93°С разделяют на вакуум-фильтре и получают после сушки 1,39 кг осадка, содержащего 99,4% безводной соли, 0,0009% мышьяка и 0,0018 тяжелых металлов. Съем осадка составляет 320 кг/м² час.

Пример 4:

0,53 кг соды смешивают с 0,8 кг раствора МНФ, содержащего 63% МНФ. При температуре смеси 60°С в нее вводят 0,6 кг (0,45 части) ФК. Массу с температурой 99°С выдерживают 30 минут и в нее дозируют в течение 40 минут 0,74 кг (0,55 части) ФК.

Суспензию с температурой 100°С разделяют на вакуум-фильтре и после сушки получают 1,37 кг осадка, содержащего 98,9% безводной соли, 0,0017% мышьяка и 0,0032 тяжелых металлов. Съем осадка составляет 260 кг/м² час.

Пример 5:

0,53 кг соды смешивают с 0,8 кг раствора МНФ, содержащего 63% МНФ. При температуре смеси 60°С в нее вводят 0,6 кг (0,45 части) ФК. Массу с температурой 99°С выдерживают 30 минут и в нее дозируют в течение 60 минут 0,74 кг (0,55 части) ФК.

Суспензию с температурой 100°С разделяют на вакуум-фильтре и после сушки получают 1,28 кг осадка, содержащего 99,7% безводной соли, 0,0006% мышьяка и 0,0015 тяжелых металлов. Съем осадка составляет 540 кг/м² час.

Пример 6:

0,53 кг соды смешивают с 0,8 кг раствора МНФ, содержащего 63% МНФ. При температуре смеси 60°С в нее вводят 0,6 кг (0,45 части) ФК. Массу с температурой 99°С выдерживают 30 минут и в нее в течение 80 минут дозируют 0,74 кг (0,55 части) ФК.

Суспензию с температурой 97°С разделяют на вакуум-фильтре и после сушки получают 1,23 кг осадка, содержащего 99,93% безводной соли, 0,0005% мышьяка и 0,0015 тяжелых металлов. Съем осадка составляет 600 кт/м² час.

Пример 7:

0,53 кг соды смешивают с 0,8 кг раствора МНФ, содержащего 63% МНФ. При температуре смеси 60°С в нее дозируют в течение 110 минут 1,34 кг ФК.

Суспензию с температурой 102°С разделяют на вакуум-фильтре и после сушки получают 1,27 кг осадка, содержащего 99,82% безводной соли, 0,0008% мышьяка и 0,0018 тяжелых металлов. Съем осадка составляет 520 кг/м ² час.

Таким образом, взаимодействие содовой суспензии с фосфорной кислотой с подачей на 1 ступени 0,45 части требуемого количества фосфорной кислоты для ее нейтрализации до мононатрийфосфата и выдержкой массы перед подачей оставшейся части фосфорной кислоты в течение 30 минут проходит спокойно, управляемо и позволяет получать качественный мононатрийфосфат.

Оптимальная доля кислоты, подаваемой на 1 ступени, равна 0,45 части от требуемого для нейтрализации количества. При меньшей и большей доли кислоты, подаваемой на 1 ступень (пример 1 и 3), размеры кристаллов мононатрийфосфата уменьшаются, что снижает как съем осадка на фильтре, так и чистоту продукта.

Оптимальное время нейтрализации кислоты на 2 ступени составляет 80 минут. При меньшем времени нейтрализации на 2 ступени качество мононатрийфосфата ухудшается (пример 4). Одновременно ухудшаются фильтрующие свойства осадка и падает съем продукта на фильтре.

Предлагаемый способ позволяет снизить долю примесей мышьяка в продукте в 1,6 раза и тяжелых металлов в 1,2 раза по сравнению с нейтрализацией в одну стадию (пример 7). По предлагаемому способу выше и содержание основного вещества в продукте: 99,9% по сравнению с 99,82% по известной технологии.

1. Позин М.У. Технология минеральных солей. П., Химия - 1970 г., ч.2, - 1568 с.

2. Термическая фосфорная кислота, соли и удобрения на ее основе. / Под ред. Н.Н. Постникова. - М.: Химия, 1976. - 336 с.

3. Авторское свидетельство № 1234360 СССР, МКИ С01В 25/30. Способ получения мононатрийфосфата / Панов В.П., Чулкова Э.Н., Терещенкр Л.Я., Сердюк В.В., Латонина Г.Н., Шляпинтох Л.П., Литвиненко Д.В., № 3884224/ 23-26; заявл. 22.10.84., опубл. 24.06.86., бюл. № 20.