DD154691A1 - Verfahren zur herstellung von dinatriumhydrogenphosphatdihydrat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat durch Kristallisation aus waessrigen Loesungen. Ziel der Erfindung ist es, durch eine bedeutende Vereinfachung der Herstellungstechnologie eine Verbesserung der Ausbeute und Reinheit zu erreichen. Erfindungsgemaess wird Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat durch Kristallisation hergestellt, indem die aus der Reaktion von technischer Phosphorsaeure und technischer Natronlauge und/oder Soda resultierende Dinatriumhydrogenphosphatloesung unter Normaldruck zu einer uebersaettigten Loesung mit einer Dichte 1,65- 1,70 g/cm hoch 3 aufkonzentriert und nach Abkuehlung auf Temperaturen von 35 bis 50 Grad C, vorzugsweise 45 - 48 Grad C, mit Wasser im Molverhaeltnis Na tief 2 HPO tief 4 : H tief 2 O = 1 : 2 - 6,4 behandelt und unmittelbar anschliessend die Kristalle des Dinatriumhydrogenphosphatdihydrats von der Mutterlauge abtrennt. Das Verfahren kann auch kontinuierlich durchgefuehrt werden.

Description

H-

Verfahren zur Herstellung von Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Dinatriumhydrogen phosphat-dihydrat durch Kristallisation aus wässrigen Lösungen* Das Dihydrat des Dinatriumhydrogenphosphates wird im Gegensatz zum industriell im großen Umfang hergestelltem Dodekahydrat wegen des niedrigen Wassergehaltes besonders vorteilhaft in der Lebensmittel·und Pharmazeutischen Industrie sowie bei der Herstellung von Schmelzkäse, Arzneimitteln und Blutkonserven verwendet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Kristalline Dinatriumhydrogenphosphat-Hydrate werden durch Kristallisation aus entsprechenden konzentrierten wässrigen Lösungen gewonnen» Während das Dodekahydrat aus NapHPO,-Lösung unterhalb von 35 °C auskristallisiert und das Heptahydrat bei Temperaturen zwischen 35 - 48 ⁰C, bildet sich das Dihydrat oberhalb von 48 ⁰C in relativ unbefriedigender Ausbeute. Quantitative Ausbeuten sind praktisch nur zu erzielen, wenn die Herstellung von Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat über das Dodekahydrat erfolgt, wobei aber Undefinierte verwitterte Produkte entstehen*

Durch einfaches Abkiihlenlassen einer bei_; 100 ⁰G₄ gesättigten Dinatriumphosphatlösung auf 50 ⁰C wird ein schlecht

kristallisiertes Produkt mit variierendem Kristallwassergehalt erhalten. (Joh. A. Benckiser, DRP Nr. 566.136).

Beschrieben wird auch eine kontinuierliche Methode zur Herstellung von Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat durch Verdampfung von Wasser aus einer konzentrierten Na₂HPO,-Lösung mittels Tauchbrenners. Die Temperatur während der Kristallisation beträgt 95 - 99 ⁰C. (Blockson Chemical Co, US-P. Ur. 2.468.455)·

Bekannt ist ferner die Herstellung unter vermindertem Druck bei Temperaturen > 50 ⁰C, Hierbei wird eine gereinigte Phosphorsäure, die 600 - 700 g/l Pp°5 ^^ält, mit Soda neutralisiert und die erhaltene Dinatriumphosphatlösung unter vermindertem Druck oberhalb 50 ⁰C zur Kristallisation gebracht» (Joh« A. Benckiser, PR-P. Wr. 662.400).

Nach Joh, A. Benckiser, US-P. Nr„ 3.615.184, kann die Herstellung von Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat auch in einem 3-Stufenverdampfer kontinuierlich erfolgen. Die Lösung wird unter Vakuum konzentriert unter Verwendung des Dampfes, der in der vorhergehenden Verdampfungsstufe erzeugt wurde· Dadurch ist es möglich, Na₂HPO. · 2H₂O ohne Zufuhr zusätzlicher Wärme herzustellen. Die Temperatur in der 3. Stufe beträgt dabei 60 - 65 ⁰C.

Eine andere Ausführungsform der kontinuierlichen Herstellung arbeitet so, daß in der 1. Stufe eine Soda-Mutterlaugenauf schlämmung durch Phosphorsäure bei 95 ⁰C teilweise neutralisiert wird; in der 2. Stufe erfolgt die Sättigung der Lösung bei 85 ⁰C. Die noch Natriumcarbonat und Mononatriumphosphat enthaltende Lösung wird im Vakuumkristallisator bis auf Temperaturen >50 ⁰C gekühlt; die Kristalle werden kontinuierlich auf einer Zentrifuge getrennt. (Monsanto Chemical Corp., US-P. Nr. 2.390.400).

Die bekannten Methoden zur Herstellung von Dinatriumphosphat-dihydrat stellen Lösungen dar, die nur mit grös-

serem Aufwand und ungünstigen materialökonomischen Kennziffern praktizierter sind. Vor allem fallen größere Mengen Mutterlauge an und das Endprodukt selbst kann nur in schlechter Ausbeute gewonnen werden. Außerdem ist die Darstellung von definiertem Dinatriumphosphat-dihydrat außerordentlich schwierig, da meist Produkte mit unterschiedlichem Kristallwassergehalt anfallen, die für spezielle Anwendungen ungeeignet sind,

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung soll eine Verbesserung der Ausbeute und der Qualität des Endproduktes, insbesondere aber eine bedeutende Vereinfachung der Herstellungstechnologie erreicht werden* Dabei soll auf komplizierte Ausrüstungen und Apparaturen verzichtet werden.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat durch eine besondere Gestaltung des Kristallisiervorganges mit dem Ziel, definierte Kristalle von Wa₂HPO. · 2H₂O in hoher Ausbeute und Qualität zu erhalten^

Es wurde gefunden, daß durch Einengen von Dinatriumhydrogeriphosphatlösungen unter Normaldruck zu übersättigten Lösungen mit einer Dichte von 1,65 bis 1,70 g/cnr (100 ⁰C) sowie nachfolgendes Abkühlen der "Maische" auf Temperaturen von 35 - 50 ⁰C, vorzugsweise 45 - 48 ⁰C und anschließende Wasserzugabe unmittelbar vor der Abtrennung der Mutterlauge von den Kristallen definierte Dinatriumhydrogenphosphatkristalle mit 2 Mol Kristallwasser entstehen« Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise kann der Kristallisationsvorgang, der bisher zeitaufwendig und störanfällig war, unkompliziert, zeitsparend, diskontinuierlich oder kontinuierlich gestaltet werden.

Das Eindampfen zu übersättigten Lösungen kann in rascher Folge stattfinden, bis eine Dichte zwischen 1,65 bis 1,70 g/cnr (100 ⁰C) erreicht ist. Ebenso kann die Abkühlung in kürzester Zeit erfolgen· Die Wasserzugabe ist so vorzunehmen, daß das Molverhältnis Na₉HPOy, : H₉O = 1 : 2 - 6,4 vorzugsweise 1 : 3 beträgt, wobei die Temperatur des Wassers auf 35 bis 50 C einzustellen ist. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, nach dem Einengen auf übersättigte Na₂HPO^-Losungen und Abkühlen die Wasserbehandlung folgen zu lassen und anschließend sofort die Abtrennung der Kristalle von der Mutterlauge durchzuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß man aus technischer Phosphorsäure und technischer Natronlauge oder Soda (oder auch aus Dinatriumhydrogenphosphatdodekahydrat) Lösungen von Na₂HPO. hergestellt, diese filtriert und einem Kristallisator zuführt, der im einfachsten Fall aus einem mantelbeheiztem Rührwerksbehälter besteht. Das rasche Einengen erfolgt bei Temperaturen nahe dem Siedepunkt bis zu einer Dichte zwischen 1,65 bis 1,70 g/cm (100.⁰C). Danach senkt man durch indirekte Kühlung die Temperatur der Kristallmaische in rascher Folge auf 35 - 50 ⁰C, vorzugsweise 45 - 48 °C ab und setzt unmittelbar vor dem Zentrifugieren die erforderliche Menge Wasser hinzu, dessen Temperatur bei 35 bis 50 ⁰C liegen soll. Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß die Herstellung kontinuierlich in hintereinander angeordneten Rührwerksbehältern erfolgt. Im ersten Behälter erfolgt die kontinuierliche Umsetzung von Phosphorsäure mit Natronlauge, im zweiten Behälter das Einengen der filtrierten NapHPO.-Lösung auf eine Dichte zwischen 1,65 bis 1,70 g/cm und im dritten Behälter das Abkühlen der Na₂HPO.-Maische auf Temperaturen. von 35 bis 50 ⁰C, vorzugsweise 45 - 48 ⁰C. Schließlich erfolgt in einem vierten kleineren Behälter die Zugabe der entsprechenden Menge Wasser.

Die Erkenntnis, daß sich aus übersättigten Lösungen von Na₂HPO₄ bei Temperaturen unterhalb von 50 ⁰C durch Zugabe von Wasser Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat mit hoher Ausbeute und Qualität isolieren läßt, muß als überraschend für den Fachmann angesehen werden. Aus der Kenntnis des Hydrationsverhaltens von Dinatriumhydrogenphosphat wäre zu erwarten gewesen, daß bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dinatriumhydrogenphosphat Hydratationsprodukte mit mehr als 2 Mol Wasser entstehen. Überraschend war deshalb insbesondere die Feststellung, daß bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingestellten Bedingungen sich ausschließlich Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat bildet und besonders reine Produkte in hoher Ausbeute entstehen.

Ausführungsbeispiele

Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

1. In einem Kristallisationsbehälter werden 80 1 technische Phosphorsäure (78,0 % H₃PO₄) mit 120 1 technischer Natronlauge (45,5 % NaOH) umgesetzt. Nach der Filtration erfolgt unter ständigem Rühren das Einengen der Na₂HPO,-Lösung.bis zu einer Dichte von 1,67 g/ml. Durch indirekte Wasserkühlung wird die Maische rasch auf 45 ⁰C gekühlt. Es werden 50 1 Wasser mit einer Temperatur von 40 C (entsprechend einem molaren Verhältnis Na₂HPO₄ : H₂O = 1 : 2,78) dazudosiert und danach die Kristalle sofort in einer Zentrifuge von der Mutterlauge getrennt«

Die Ausbeute an Na₂HPO. · 2H₂O bezogen auf die eingesetzte Phosphorsäure beträgt 80 %,

Die Kristalle wiesen einen P₂O,--Gehalt von 39,9 % auf (berechnet für Na₃HPO₄ · 2H₂O = 39,89 % P₂O₅).

In einem Reaktionsbehälter werden kontinuierlich Phosphorsäure (78,0 ^H₃PO₄) und Natronlauge (45,5 % NaOH) gegeben, Nach der Filtration wird die Na₂HPO₄-Lösung kontinuierlich eingeengt. Hierbei wird die Zugabe der Na₂HPO,-Lösung so gesteuert, daß sich eine Dichte von 1,65 bis 1,70 g/ml einstellt. Die übersättigte Dinatriumphosphatlösung wird in einen Kristallisationsbehälter geleitet, wobei unter Abkühlung auf 48 ⁰C die'Kristallisation erfolgt. In einem weiteren kleinerem Behälter erfolgt die kontinuierliche Zugabe von 27 1 * h auf 48 ⁰C temperierten Wasser, Anschließend wird das kristallisierte Na₂HPO. · 2H₂O auf einer Schubzentrifuge von der Mutterlauge getrennt,

Die erhaltenen Kristalle weisen einen P₂O,--Gehalt von 39,9 % auf, (berechnet für Na₂HPO₄ · 2H₂O : 39,89 % P₂O₅).

Die Ausbeute an Na₂HPO₄ · 2H₂O bezogen auf die eingesetzte Phosphorsäure beträgt 84 %·

Claims (1)

1. -7-20

   Erfindungsanspruch

   Verfahren zur Herstellung von kristallinem Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat aus wässriger Dinatriumhydrogenphosphatlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dinatriumhydrogenphosphatlösung unter Normaldruck zu einer übersättigten Lösung mit einer Dichte von 1,65 bis 1,70 g/cnr aufkonzentriert und nach Abkühlung auf Temperaturen .von 35 - 50 C, vorzugsweise auf 45 48 ⁰C, mit Wasser im Molverhältnis Na₂HPO₄ : H₃O = 1:2- 6,4 versetzt und unmittelbar anschließend die Kristalle des Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat von der Mutterlauge abgetrennt werden·