CN1008353B - 由氯化钠制磷酸氢二钠的方法 - Google Patents
由氯化钠制磷酸氢二钠的方法Info
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Abstract
本发明公开了一种由氯化钠制取磷酸氢二钠的生产方法，该法完全以氯化钠和磷酸为原料，借助长链脂肪族伯胺类溶剂，制得含氯量小于0.2%的磷酸氢二钠。
Description
本发明涉及磷酸氢二钠的生产方法，属磷酸盐生产领域。
磷酸氢二钠是一种用途广泛的磷酸盐，目前，该产品的生产以中和法为主，即以纯碱或烧碱中和磷酸而得。1963年，日本小野田水泥公司〔Brit.Patent 1，036，207（1966）〕曾提出了利用烷基上含有一至五个碳原子的低分子量胺类溶剂，实现了完全由氯化钠取代纯碱或烧碱制取磷酸氢二钠，但因溶剂与水完全互溶，因此，损耗较大，操作复杂，未能在工业上大规模实施。1972年，J.E.Baker〔U.S.Patent 3，661，513（1972）〕提出了利用与水不互溶的长链脂肪族伯胺来进行生产，但这种方法仍需加入一定的纯碱或烧碱。
本发明的目的是为了克服上述方法中的缺点，提出了一种既能实现完全由氯化钠取代纯碱或烧碱，又能以较低的能耗和操作成本制取磷酸氢二钠的生产方法。
本发明提出的生产方法主要包括三个部分：
1.非均相复分解反应
在略高于室温的条件下，利用与水不互溶的长链脂肪族伯胺类溶剂，从水溶液中选择性地萃取盐酸，完成由氯化钠和磷酸生成磷酸氢二钠的复分解反应。其反应方程为：
S即为伯胺类溶剂。
本发明采用的原料氯化钠即为通常的食盐，使用前应预先加以洗涤，使其含量达98%以上。磷酸中P2O5含量为5～60%。有机溶剂由长链伯胺类萃取剂与稀释剂混合而成，伯胺类萃取剂的分子量在250～600之间，常用的有仲胺基伯胺（如：N-1923）与二十烷基伯胺（如：Primene JM-T或N116）等。稀释剂可用芳香烃、环烷烃、脂肪烃以及苯、氯仿等，但一般以选用煤油为宜。
在制备复分解反应所用溶剂时，伯胺类萃取剂的用量可在5～99%的范围内变动，但以10～40%为最佳。
在上述原料的基础上进行的复分解反应，可采用二种方法：
（1）液液固复分解法：（简称一步法）
在溶剂S存在下，使固体氯化钠和磷酸溶液，按照浆液萃取的方式进行液液固非均相复分解反应，直接制取磷酸氢二钠。
反应方程如式（1）所示。
（2）液液复分解反应：（简称二步法）
首先，借助溶剂S从水相中选择性萃取HCl，完成由氯化钠和磷酸制得磷酸二氢钠的反应，然后，再借助溶剂S，完成由氯化钠和磷酸二氢钠反应，制得磷酸氢二钠。反应方程如式（2），（3）所示：
也可以在二步法反应前加一萃取器，使磷酸与溶剂S在萃取器中充分接触，生成负载磷酸的溶剂相
S·H3PO4
，再进入反应器中按下式进行复分解反应：
然后再按式（3）反应制得磷酸氢二钠。
无论一步法、二步法，均可在较大的温度范围内进行，即自0℃到100℃皆可，其中以40～60℃为最佳。水溶液中P2O5的含量为5～30%。氯化钠含量可为5～25%（二步法反应时）。
2.冷却结晶分离产品
在略低于室温的条件下，利用磷酸氢二钠在水中的溶解度变化，将磷酸氢二钠以含十二个结晶水的水合物从水相中分离出来，冷却结晶的操作温度可在0～20℃的范围内变化，以10～20℃为最宜。同时，冷却结晶前，溶液中氯化钠含量应低于5%。
3.溶剂再生
在室温下，通常为25℃左右，以氨水中和负载HCl的溶剂，生成氯化铵和S，
S可以继续参加复分解反应，反应方程如下式（4）所示：
对于上述三个部分，可用流程图1，2，3来加以说明。
图1为利用一步法制取磷酸氢二钠示意图。在反应器1内于40～60℃下，将磷酸溶液、固体氯化钠和溶剂
S充分搅拌，以浆液萃取的方法，完成由氯化钠和磷酸生成磷酸氢二钠的复分解反应。反应后，将料液静置分层，其中负载盐酸的溶剂相进入再生器3，水相进入结晶器2。在结晶器2内使水相进一步冷却至20～10℃，使磷酸氢二钠以十二水合物的形式析出，经固液分离后，在母液中加氯化钠和磷酸，继续去参加复分解反应。在再生器3中，反应后的负载盐酸的溶剂相，在25℃左右经氨水中和再生，同时生产氯化铵。再生后的溶剂继续去参加复分解反应。
图2为氯化钠二步法制磷酸氢二钠的工艺过程之一。首先，在反应器1a内，使氯化钠溶液和磷酸溶液与溶剂
S充分搅拌混合，完成由氯化钠和磷酸制取磷酸二氢钠的液液复分解反应。待两相分离后，将水相（含有NaH2PO4溶液）引入反应器1b，再加入一定量的氯化钠，待其完全溶解后，再同溶剂
S接触，以完成由氯化钠和磷酸二氢钠制取磷酸氢二钠的液液复分解反应。反应后水相产物的分离与溶剂再生等均同一步法。
图3为氯化钠二步法制磷酸氢二钠的工艺过程之二。首先，在略高于室温的条件下，在萃取器4中，以溶剂
S萃取磷酸，制得负载磷酸的溶剂相，然后，在反应器1a中，以氯化钠溶液与该溶剂相充分混合，以完成制取磷酸二氢钠的液液复分解反应。将两相分离后，在水相中继续加入一定量的氯化钠，然后，如同图二所示的工艺过程，完成由氯化钠和磷酸二氢钠制取磷酸氢二钠的复分解反应以及产品分离与溶剂再生等步骤。
如欲制备三聚磷酸钠，只需将所得产物磷酸氢二钠与适量的磷酸二氢钠或少量磷酸混合，使之成为磷酸二氢钠和磷酸氢二钠摩尔比为1∶2的混合物即可，毋须添加烧碱或纯碱。然后，再按通常的方法，使之在400～450℃下反应，即得所需产品，反应如下：
实施例1：
将45克氯化钠加入118克磷酸（含P2O520%）溶液中，形成含有固体氯化钠的浆液。以磺化煤油稀释仲烷基伯胺代号为N1923，配成浓度为40%（体积）的溶剂，将520毫升该溶剂同上述浆液充分混合，在40℃下完成复分解反应。待反应结束，分出水相，并将其冷却至20℃，经过滤，可得Na2HPO4·12H2O固体92克。产品含氯小于0.2%。
实施例2：
将100克氯化钠与560克磷酸（含P2O516%）混合，形成氯化钠与磷酸的混合溶液。将浓度为30%（体积）的N1923溶剂（所用稀释剂同实施例1）1300毫升同上述溶液充分搅拌混合，在50℃下进行复分解反应。待反应完毕后，将两相分离，并在水相中加入74克氯化钠，充分搅拌，待氯化钠完全溶解后，再次将1300毫升含30%N1923的溶剂同该水溶液进行反应。反应结束后，将两相分离，并将水相冷却至10℃，经过滤，可得含氯小于0.2%的固体Na2HPC4·12H2O395克。
实施例3：
以磺化煤油稀释多支链二十烷基伯胺代号为N116，并配成含量为20%（体积）的溶剂。取1000毫升溶剂与磷酸溶液（含P2O57%）接触两次，每次用磷酸250毫升，制得负载磷酸的溶剂相，然后，将该溶剂相与230克氯化钠溶液（含NaCl18%）充分搅拌混合，在60℃下完成复分解反应。将两相分离，并在水相中加入29克氯化钠，不断搅拌，使氯化钠完全溶解，再取800毫升含20%N116的新鲜溶剂，同上述水溶液充分混合。待反应完毕后，将水相冷却至15℃，可得固体Na2HPO4·12H2O148克。产品含氯小于0.2%。
采用本发明的方法生产磷酸氢二钠，具有以下优点：
1.原料价廉易得，有利于降低成本，扩大生产。
2.全部操作均在接近室温下进行，既可减少能耗，又可减轻设备的腐蚀。
3.冷却结晶分离产品，有利于保证产品的质量。
4.可连续循环操作，原料利用率高。
5.无三废排放。
本发明提供的生产方法，可推广应用于碱金属的各种无机盐（锂、钠、钾、铛等的硝酸盐与氯化物），制取相应的磷酸一氢盐。
Claims (7)
1、一种由氯化钠制取磷酸氢二钠的生产方法，该方法包括复分解反应、产品冷却结晶分离以及负载溶剂再生三个部分，其特征在于：
(1)所说的复分解反应，系借助长链脂肪族伯胺类溶剂对HCl的萃合能力，从水相中选择性地萃取除去HCl，实现由氯化钠和磷酸制取磷酸氢二钠的复分解反应；
(2)所说的长链脂肪族伯胺类溶剂是由长链脂肪族伯胺类萃取剂和稀释剂混合而成，其中萃取剂的含量为5～99%；
(3)复分解反应时，其中氯化钠宜过量，其过量值以反应终了时的溶液中的氯化钠含量低于5%为度；
(4)复分解反应时的温度为0～100℃。
2、如权利要求1所述的方法，其中溶剂中的萃取剂可以是仲烷基伯胺、二十烷基伯胺以及其它分子量为250～600的长链脂肪族伯胺，萃取剂含量为10～40%。
3、如权利要求1所述的方法，其中溶剂中的稀释剂可以是芳香烃、环烷烃、脂肪烃以及苯、氯仿等。
4、如权利要求1所述的方法，其中溶剂中的稀释剂为煤油。
5、如权利要求1所述的方法，其中复分解反应时的温度为40～60℃。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的产品冷却结晶分离时，其操作温度为10～20℃;其分离后的母液补充氯化钠和磷酸后，可继续进行复分解反应。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说负载溶剂采用氨水再生，经再生后的溶剂可返回系统继续进行复分解反应。
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