Технология получения триполифосфата натрия

План:

 

 

1. Введение
2. Технология триполифосфата натрия

Физико-химические показатели

3. Способы производства триполифосфата натрия

Основные стадии производства

4. Описание технологической схемы
5. Список использованной литературы
6. Контрольные вопросы
7. Тестовые задания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Триполифосфат натрия (Nа₅Р₃О₁₀) - это порошок белого цвета, рыхлый и сыпучий. Может выпускаться в виде гранул. Он практически не поглощает влагу. Основное свойство вещества – способность эмульгировать и разлагать жиры, что и обусловило его широкое применение в производстве бытовой химии. Порошок нетоксичен (относится к классу опасных веществ 4), пожаробезопасен, взрывобезопасен

Технический триполифосфат натрия применяется в нефтяной, керамической, химической и прочих сферах промышленности для обработки воды, в производстве чистящих средств. Но более широко натрия триполифосфат применяется в стиральных порошках. Он предупреждает осаждение грязи на одежду.

Пищевой триполифосфат натрия является пищевой добавкой E451 и применяется в мясной и молочной промышленностях в форме гексагидрата при производстве рыбных и мясных быстро замороженных продуктов и консервов; облегчают растворение белков в производстве различных плавленных сыров (колбасных, пастообразных и ломтевых), также используется в производстве сливок, лимонной кислоты, сухого молока и много другого.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технология триполифосфата натрия.

 

Триполифосфат натрия производится по башенной технологии путем нейтрализации фосфорной кислоты кальцинированной содой с дальнейшей сушкой полученного раствора и последующей кальцинацией солей ортофосфатов. Исходным  сырьем служат кальцинированная сода и фосфорная кислота.

 

Физико-химические показатели

 

Наименование показателя	Норма для сорта
	Пищевой	Технический
		Высший	Первый
1. Внешний вид	Рассыпающийся порошок белого цвета.
2. Массовая доля общей  пятиокиси фосфора (Р2О5), %, не менее	57.0	57.0	56.5
3. Массовая доля триполифосфата натрия (Na5P3O10), %, не менее	94	94	92
4. Массовая доля первой  формы триполифосфата натрия, %, не более	10	10	10
5. Массовая доля железа , %, не более	0.01	0.01	0.02
6. Массовая доля нерастворимых  в воде веществ, %, не более	0.10	0.10	0.13
7. рН 1%-ного водного раствора	9.7±0.3	9.7±0.3	9.7±0.3
8. Массовая доля тяжелых  металлов, осаждаемых сероводородом  (Pb), % не более	0.002	-	-
9. Массовая доля мышьяка  (As), % не более	0.004	-	-
10. Гранулометрический состав:  проходит через сито по ГОСТ 6613-86 с размерами стороны ячейки в свету 0,25 мм, %, не менее	97	97	97
11. Степень белизны, %, не  менее*	80	80	80
12. Сыпучесть, %, не менее*	30	30	30

 

 

 

 

 

 

 Способы производства триполифосфата натрия.

       Основные стадии производства.

 

Производство полифосфатов натрия, в том числе триполифосфата натрия, обычно сочетают с производством фосфорной кислоты из природных фосфоритов и дальнейшей ее переработкой в фосфаты. 

Фосфорную кислоту получают экстракционным или термическим  методами. Экстракционный метод заключается  в разложении природных апатитов серной и фосфорной кислотами: 

 
5CaF(PO₄)₂ + 5H₂SO₄ + nН₃Р0₄ = (n+10)H₃PO₄ + 5CaSO₄ + 5HF

 

и последующим разделением  на фильтрах образовавшейся фосфорной кислоты и нерастворимого CaSO₄. 

Термический способ основан  на сжигании фосфора до декаоксида тетрафосфора 

 

4P+ 5O₂ = P₄O₁₀ 

 

и гидратации последнего: 

 

P₄O₁₀  + 6H₂O = 4H₃PO₄. 

 

Получаемая этим способом кислота значительно чище и более  высокой концентрации. 
В промышленности полифосфаты получают нейтрализацией фосфорной кислоты щелочью или содой. Вначале фосфорную кислоту, полученную экстракционным методом, нейтрализуют содой до образования раствора, в котором соотношение Na₂O и P₂O₅ составляет 5:3

 

3H₃PO₄ + 2,5Na₂CО₃ + nH₂0 = 2Na₂HP0₄ + NaH₂P0₄  + (n+2,5)H₂0+2,5C0₂.  
 
Раствор выпаривают, остаток высушивают до получения безводной смеси гидро и дигидрофосфатов натрия. Далее смесь солей обезвоживают в обжиговых печах при температуре 300 - 400 ⁰C:

 
2Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄ = Na₄P₂O₇ + NaPO₃ + 2H₂O 

 

В тех же печах при той  же температуре дифосфат натрия и метафосфат натрия реагируют с образованием триполифосфата натрия: 

 

Na₄P₂O₇+ NaPO₃=Na₅P₃O₁₀. 

 

Продукт сушат и дегидратируют во вращающихся печах с перемешивающим устройством при температуре 250 - 400 °С. 

Фосфорную кислоту, полученную термическим методом [51-58% (масс.) P₂O₅], нейтрализуют кальцинированной содой до pH = 8,8 -9,0, затем раствор кипятят для удаления CO₂ , выпаривают до концентрации Na₂HPO₄ 48 - 50% (масс.) и смешивают с 3 - 4 вес.ч. сухого вещества для образования смеси влажностью 10 - 12% (масс). Смесь высушивают в сушильном барабане, нагреваемом топочными газами до 300 - 400 °С. Спекшиеся частицы, размеры которых до 10 мм, охлаждают и измельчают. Безводный дифосфат натрия содержит 52-53,5% (масс.) P2O5, в том числе 50,5 - 52% (масс.) в ди-форме (Na₄P₂O₇) и 40,9% - в мета-форме (NaPO₃). При дальнейшей дегидратации образуется триполифосфат натрия. 

Нейтрализацией фосфорной  кислоты щелочью получают моногидро-фосфаты и дигидрофосфаты натрия: 

 

3H₃PO₄ + 5NaOH = 2Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄ + H₂O. 

 

Водную суспензию солей  высушивают в распылительной сушилке и получают порошкообразный продукт, который затем подают в печь кальцинации. Здесь при высоких температурах происходит дегидратация фосфорных солей с образованием триполифосфата натрия: 

 

2Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄ = Na₅P₃O₁₀ + 2H₂O. 

 

Наряду с основной реакцией в процессе дегидратации протекают  и побочные реакции с образованием мета- и дифосфатов: 

 

2Na₂HPО₄ =Na₄P₂О₇ +H₂О; 3NaH₂PО₄ = 3NaPО₃ +3H₂О. 

 

Конечный готовый продукт  содержит 92 - 95% (масс.) триполифосфата натрия, остальную часть составляют примеси в виде дифосфата, триметафосфата натрия и непрореагировавших исходных компонентов. 

Триполифосфат натрия высокой насыпной плотности получают упариванием смеси 85%-й фосфорной кислоты с содой. Сухой остаток измельчают, подают в кальцинатор, опрыскивают водой [4% (масс.) от веса вещества] и прокаливают 30 мин при 400 °С. Образовавшийся в этих условиях продукт имеет насыпной вес 550 кг/м3. Для получения гранулированного триполифосфата натрия его прессуют стальными вращающимися вальцами. Из гранулированного продукта отбирают крупную фракцию, мелкую (< 0,5 мм) возвращают в цикл на повторное прессование. 

 

 

 

 

Описание технологической  схемы

 

 
 
Рис. 1. Технологическая схема получения  триполифосфата натрия: 

1 — нейтрализатор; 2 —  фильтр; 3 — сборник фильтрата; 4 —сушильная  башня; 5 — топка; 6 — шнековый питатель; 7 — кальцинатор; 8 — турбина; 9 — тарели; 10 - мультициклоны; 11 — промывной скруббер; 12—вентилятор; 13 – насос. 

 

На рис. 1 представлена технологическая  схема производства триполифосфата натрия. Исходным  сырьем служат кальцинированная сода и фосфорная кислота; 73%-ю фосфорную кислоту и воду подают в нейтрализатор 1, снабженный мешалкой. При непрерывном перемешивании к разбавленной до 40 - 44% кислоте прибавляют кальцинированную соду: 

 

0,5Na₂CO₃ + H₃PO₄ = NaH₂PO₄ + 0,5CO₂ + 0,5H₂O,  

 

2Na₂CO₃ + 2H₃PO₄ = 2Na₂HPO₄ + 2CO₂ + H₂O. 

 

Раствор фосфатов из нейтрализатора подают на фильтр 2. Фильтр оснащен паровой  рубашкой, мешалкой, насосом, компрессором и системой автоматизации. Отфильтрованный раствор направляют в сборник 3, обогреваемый паровым змеевиком. 

Для улучшения фильтрования и лучшего отделения осадка на фильтрующие элементы наносят слой фильтровспомогателя - кизельгура; его наносят на фильтровальную перегородку в виде пульпы циркуляцией ее через фильтрующую перегородку. В схему включают обычно два фильтра, один из которых фильтрует раствор, второй регенерируется (промывка). Осадок после фильтрования отмывают и сбрасывают в отвал. 

Фильтрат из сборника 3 подогревают  до температуры 80 - 100 ⁰С а насосом высокого давления (0,90 - 1,20 мПа) подают в сушильную башню 4. Здесь раствор распыляют и высушивают топочными газами. Газы поступают противотоком из топки, где сжигается природный газ; их температура 320 - 480 ⁰С.

Высушенную смесь фосфатов, содержащую до 2% кристаллизационной воды, из конуса сушильной башни подают на шиековый транспортер 6, который направляет ее в кальцинатор 7. Для ускорения процесса кальцинации фосфаты перед поступлением в аппарат увлажняют водой или раствором фосфатов до влажности не более 5% (масс). Для ускорения образования триполифосфата натрия к смеси фосфатов добавляют триполифосфат натрия в количестве 100 кг на 1 т готового продукта. Увлажненную смесь фосфатов подают на тарели 9 кальцинатора, которые имеют форму карусельных сегментов и приводом приводятся в движение с переменной скоростью 1 оборот за 3 - 6 мин. Смесь фосфатов поступает на верхний ряд тарелей, совершает с ними полный оборот и скребками сбрасывается на следующий ряд; так последовательно смесь проходит 17 рядов.

В кальцинаторе смесь прокаливают топочными газами, поступающими из топки 5; температура на входе в кальцинатор 500 - 580 °С, на выходе 240 - 300 °С. Трубина 8 кальцинатора обеспечивает равномерное распределение горячих газов по тарелям; она вращается со скоростью 40 - 42 об/мин.

Время пребывания смеси фосфатов в кальцинаторе 60 - 90 мин. При термическом прокаливании фосфатов происходит их обезвоживание с образованием триполифосфата натрия.

Этот процесс начинается при температуре 260 - 320 °С. Образованный триполифосфат натрия дробят, фасуют и складируют.

Недостаточная температура  кальцинации ведет к повышению  содержания формы 1, уменьшению pH готового продукта, увеличению содержания нерастворимых веществ в готовом продукте; слишком высокая температура - к повышению содержания формы 1, повышению pH готового продукта; недостаточная очистка раствора после фильтрования - к повышению содержания нерастворимых веществ в готовом продукте. Чем меньше гранулы высушенных фосфатов после сушилки, тем легче идет процесс кальцинации. Недостаточное содержание кислорода в продуктах сгорания газа [ниже 2,12% (об.)] приводит к неполному сгоранию газа и появлению серого оттенка в готовом продукте.

Топочные газы после сушильной  башни очищают от пыли фосфатов в  мультициклонах 10, затем в промывном  скруббере 11 и вентилятором 12 выбрасывают  в атмосферу. Аналогичную очистку  проходят топочные газы и после кальцинатора.

 

 

 

Литература:

 

1. Ковалев В.М., Петренко Д.С. Технология производства синтетических моющих средств: Учебное пособие — М. «Химия», 1992. — 272 c.
2. Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) часть 2, издание 4 — Л.: «Химия», 1974. — 768.
3. Соколовский А. А., Унанянц Т. П. Краткий справочник по минеральным удобрениям. — Mосква, 1997; Агрохимия. — Mосква, 1981.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1. Где применяют триполифосфат натрия?
2. Какие меры предосторожности следует соблюдать при хранении триполифосфата натрия?
3. В каких странах производят триполифосфат натрия?
4. По какой технологии производят триполифосфат натрия?
5. Какие основные способы получения триполифосфата натрия вы знаете?
6. Какое сырье используется в технологии получения триполифосфата натрия?
7. Какими свойствами обладает триполифосфат натрия?
8. Для чего нужен кальцинатор?
9. Куда направляют топочные газы образовавшиеся в производстве триполифосфата натрия?
10. Из каких аппаратов состоит схема получения триполифосфата натрия?

 

 

Тестовые задания

 

1. С каким производством сочетают производство полифосфатов натрия?

А. фосфорной кислоты из природных фосфоритов

Б. соляной кислоты из хлора и водорода

В. Серной кислоты из сернистого ангидрида

2. Где применяется триполифосфат натрия?

А. в нефтяной, керамической, пищевой промышленности

Б. в производстве кислот