RU2162441C1

RU2162441C1 - Method of preparing sodium pyro phosphate

Info

Publication number: RU2162441C1
Application number: RU2000116440A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Кесоян; Н.Д. Доброскокина; О.М. Епифанова; Л.М. Анисимова; Л.Г. Годовников
Original assignee: Открытое акционерное общество "РЕАТЭКС"
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2001-01-27

Abstract

FIELD: production of alkali metal, more particularly pyro sodium phosphate (tetra sodium pyrophosphate) in food industry, and reagent for organic synthesis. SUBSTANCE: method comprises neutralizing phosphoric acid with sodium hydroxide to pH of 9.1-9.5, followed by filtration to separate impurities by dehydration of the resulting solution by drying in spraying drier at 280-350 C, dissolution of powder-like pyrophosphate, maintaining saturated solution for 100-130 minutes prior to crystallization, crystallization of pyro decahydrate sodium phosphate by cooling to 16-25 C and separating commercial product from method liquor. EFFECT: higher quality of commercial sodium pyrophosphate and greater process efficiency due to lower content of impurities in final product and preparation of large transparent crystals of sodium pyrophosphate. 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству фосфатов щелочных металлов, в частности натрия фосфорнокислого пиро (тетранатрийпирофосфата), используемого в пищевой промышленности, а также в качестве реагента для органического синтеза и других реактивов. The invention relates to the production of alkali metal phosphates, in particular sodium pyrophosphate (tetrasodium pyrophosphate) used in the food industry, and also as a reagent for organic synthesis and other reagents.

Известен способ получения тетранатрийпирофосфата, включающий обработку водного раствора триполифосфата натрия едким натром с мольным соотношением NaOH: Na₅P₃O₁₀ равным 0,7 - 0,9 при температуре 70-90^oC. Полученный раствор перемешивают в течение 60 минут, после чего проводят кристаллизацию при охлаждении до температуры 20^oC, отделение полученных кристаллов центрифугированием с последующей сушкой товарного продукта. (Патент РФ N 2134655, МПК C 01 B 25/42, 1999).A known method of producing tetrasodium pyrophosphate, comprising treating an aqueous solution of sodium tripolyphosphate with sodium hydroxide with a molar ratio of NaOH: Na ₅ P ₃ O ₁₀ equal to 0.7 - 0.9 at a temperature of 70-90 ^o C. the resulting solution is stirred for 60 minutes, after which crystallization is carried out upon cooling to a temperature of 20 ^o C, the separation of the obtained crystals by centrifugation, followed by drying of the commercial product. (RF patent N 2134655, IPC C 01 B 25/42, 1999).

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная длительностью процесса, включающего большое количество энергоемких технологических операций, а также высокой стоимостью исходного реагента (триполифосфата натрия). The disadvantage of this method is its low efficiency, due to the duration of the process, including a large number of energy-intensive technological operations, as well as the high cost of the initial reagent (sodium tripolyphosphate).

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ получения натрия фосфорнокислого пиро, включающий нейтрализацию фосфорной кислоты кальцинированной содой с последующей дегидратацией насыщенного раствора, растворением порошкообразного пирофосфата, кристаллизацией десятиводного натрия фосфорнокислого пиро при охлаждении и отделением товарного продукта от маточного раствора /М.Е.Позин, "Технология минеральных солей", Л.: "Химия",1970 г. Ч. II, С.1084/. The closest analogue to the claimed invention is a method for producing sodium pyro phosphate, including the neutralization of phosphoric acid with soda ash followed by dehydration of a saturated solution, dissolution of powdered pyrophosphate, crystallization of sodium pyrophosphate pyroxate upon cooling and separation of the commercial product from the mother liquor, M.E. Pozin "Technology of mineral salts", L .: "Chemistry", 1970, Part II, S. 1084 /.

Известный способ предусматривает нейтрализацию термической фосфорной кислоты кальцинированной содой до pH 8,8 - 9,0, после чего раствор упаривают до концентрации 48 - 50% Na₂HPO₄ и смешивают с оборотным продуктом. Смесь нагревается топочными газами до 360 - 400^oC во вращающемся барабане. Часть готового продукта возвращают в процесс. После охлаждения измельченные частицы технической соли натрия фосфорнокислого пиро растворяют в воде или оборотном маточном растворе с последующей фильтрацией при 70^oC, кристаллизацией десятиводных кристаллов при охлаждении до 13-15^oC и отделением товарного продукта от маточного раствора.The known method provides for the neutralization of thermal phosphoric acid with soda ash to a pH of 8.8 - 9.0, after which the solution is evaporated to a concentration of 48 - 50% Na ₂ HPO ₄ and mixed with a circulating product. The mixture is heated by flue gases to 360 - 400 ^o C in a rotating drum. Part of the finished product is returned to the process. After cooling, the crushed particles of the technical sodium salt of pyrophosphate pyro are dissolved in water or a reverse mother liquor, followed by filtration at 70 ^° C, crystallization of ten-water crystals upon cooling to 13-15 ^° C and separation of the commercial product from the mother liquor.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная продолжительностью процесса, включающего большое количество энергоемких технологических операций, низким качеством товарного десятиводного натрия фосфорнокислого пиро, представляющего собой мелкокристаллический продукт, и высоким содержанием примесей, а также низкой производительностью. The disadvantage of this method is its low profitability, due to the duration of the process, including a large number of energy-intensive technological operations, low quality commodity ten-water sodium phosphate pyro, which is a crystalline product, and a high content of impurities, as well as low productivity.

Последнее обстоятельство связано прежде всего с ретурностью процесса (возвратом части готового продукта в процесс). Кроме того, как показали эксперименты, проведенные в условиях известного способа, наличие большого количества примесей в процессе приводит к образованию аморфных соединений которые, налипая на стенки барабана-сушилки, существенно ухудшают процесс дегидратации (увеличивается продолжительность, растут энергозатраты и пр.) и снижают выход готового продукта. Более того, полученный в известных условиях десятиводный натрий фосфорнокислый пиро представляет собой мелкокристаллический продукт, плохо отделяющийся при центрифугировании, что отрицательно сказывается на производительности процесса и качестве товарного продукта. The latter circumstance is associated primarily with the processuality (the return of part of the finished product to the process). In addition, as shown by experiments carried out under the conditions of the known method, the presence of a large amount of impurities in the process leads to the formation of amorphous compounds which, adhering to the walls of the dryer-dryer, significantly worsen the dehydration process (increases duration, increases energy costs, etc.) and reduces the yield finished product. Moreover, ten-sodium pyrophosphate obtained under known conditions is a small-crystalline product that is poorly separated by centrifugation, which negatively affects the productivity of the process and the quality of the commercial product.

Заявляемое изобретение направлено на разработку экономичного способа получения натрия фосфорнокислого пиро, позволяющего обеспечить высокое качество товарного продукта. The claimed invention is directed to the development of an economical method for producing sodium phosphate pyro, which allows to provide high quality commercial product.

Технический результат разработанного способа заключается в повышении качества товарного натрия фосфорнокислого пиро и повышении производительности процесса за счет снижения содержания примесей в готовом продукте и получения крупных бесцветных блестящих кристаллов натрия фосфорнокислого пиро. The technical result of the developed method is to improve the quality of salable sodium phosphate pyro and increase the productivity of the process by reducing the content of impurities in the finished product and to obtain large colorless brilliant crystals of sodium phosphate pyro.

Указанный технический результат достигается способом получения натрия фосфорнокислого пиро, включающим нейтрализацию фосфорной кислоты натрийсодержащим реагентом с последующей дегидратацией полученного раствора, растворением порошкообразного пирофосфата, кристаллизацией десятиводного натрия фосфорнокислого пиро при охлаждении и отделением товарного продукта от маточного раствора, в котором в качестве натрийсодержащего реагента используют едкий натр, нейтрализацию ведут до pH 9,1-9,5 с последующей фильтрацией для отделения примесей, процесс дегидратации проводят путем сушки в распылительной сушилке при температуре 280 - 320^oC и прокалки при температуре 340 - 350^oC, насыщенный раствор перед кристаллизацией выдерживают в течение 100 - 130 минут, а кристаллизацию ведут при охлаждении до 16-25^oC
Сущность заявляемого способа состоит в следующем. Проведенные исследования позволили установить, что проведение нейтрализации фосфорной кислоты едким натром в заявляемой сильнощелочной среде с последующей фильтрацией позволяют практически полно отделить примеси уже на стадии нейтрализации и вывести их из процесса. Экспериментально было установлено, что при pH меньше 9,1 не обеспечивается полноты отделения, а при pH более 9,5 - товарный продукт оказывался загрязнен другими формами полифосфатов.The specified technical result is achieved by the method of producing sodium phosphate pyro, including the neutralization of phosphoric acid with a sodium-containing reagent, followed by dehydration of the resulting solution, the dissolution of powdered pyrophosphate, crystallization of sodium hydrogen phosphate pyrophosphate during cooling and the separation of the commercial product from the mother liquor, in which the sodium-containing reagent is used neutralization is carried out to a pH of 9.1-9.5, followed by filtration to separate the impurity d, the dehydration process is carried out by drying in a spray dryer at a temperature of 280 - 320 ^o C and calcining at a temperature of 340 - 350 ^o C, a saturated solution is kept before crystallization for 100 - 130 minutes, and crystallization is carried out by cooling to 16-25 ^o C
The essence of the proposed method is as follows. The conducted studies have allowed us to establish that the neutralization of phosphoric acid with caustic soda in the inventive strongly alkaline medium with subsequent filtration can almost completely separate impurities already at the stage of neutralization and remove them from the process. It was experimentally established that at a pH of less than 9.1, complete separation is not ensured, and at a pH of more than 9.5, the commercial product was contaminated with other forms of polyphosphates.

Установленные в ходе исследований условия дегидратации полученного таким образом раствора натрия фосфорнокислого пиро обеспечивают максимальный выход порошкообразного продукта (не требующего, кстати, дополнительного измельчения). При этом превышение заявляемых температурных режимов приводит к образованию труднорастворимых полифосфатов, тогда как при проведении сушки и прокалки при более низких температурах процесс дегидратации ухудшается, происходит налипание продукта на стенки распылительной сушилки, забивка газоходов, образование агломератов и неоднородного продукта, требующего дополнительного измельчения, и снижается выход порошкообразного продукта. The dehydration conditions established in the course of the studies for the pyro sodium phosphate sulfate solution thus obtained provide the maximum yield of a powdery product (which, by the way, does not require additional grinding). Moreover, exceeding the claimed temperature conditions leads to the formation of insoluble polyphosphates, while when drying and calcining at lower temperatures, the dehydration process deteriorates, product sticks to the walls of the spray dryer, flue gas ducts, agglomerates and a non-uniform product that require additional grinding are formed, and decreases yield of a powdery product.

Следует особо отметить, что полученный на этой стадии порошкообразный натрий фосфорнокислый пиро представляет собой дополнительный высококачественный продукт, который может быть использован как полуфабрикат для дальнейшего получения пищевых фосфатов. It should be noted that the powdered sodium pyrophosphate obtained at this stage is an additional high-quality product that can be used as a semi-finished product for the further production of food phosphates.

В ходе экспериментов были установлены оптимальные с точки зрения выхода готового продукта и его качества условия кристаллизации, предусматривающие предварительную выдержку в течение заявляемого временного периода, а также экспериментально установленные температурные режимы. During the experiments, crystallization conditions optimal from the point of view of the finished product yield and its quality were established, providing for preliminary exposure during the claimed time period, as well as experimentally established temperature conditions.

Кристаллизация в заявляемых условиях обеспечивает образование и рост крупных бесцветных блестящих кристаллов натрия фосфорнокислого пиро против мелких кристаллов, получающихся при реализации известных технических решений. Crystallization under the claimed conditions ensures the formation and growth of large, colorless, brilliant crystals of sodium pyrophosphate pyro against small crystals obtained by the implementation of known technical solutions.

Ниже приведен пример, подтверждающий возможность осуществления заявляемого изобретения с получением указанного выше технического результата. The following is an example confirming the possibility of implementing the claimed invention to obtain the above technical result.

Пример. Example.

В реактор с работающей мешалкой подают раствор едкого натра с плотностью 1,28 - 1,29 г/см³ в количестве 500 литров, затем заливают фосфорную кислоту. После проверки конца реакции нейтрализации (pH раствора при этом составляет 9,3) раствор с плотностью 1,4 г/см³ фильтруют от нерастворимых примесей. Далее фильтрат направляют в распылительную сушилку где его сушат при 290^oC и прокаливают при 340^oC. Образовавшийся порошок растворяют в воде, насыщенный раствор заливается в кристаллизатор, снабженный мешалкой и рубашкой для охлаждения суспензии, выдерживают в течение 120 минут и затем охлаждают до температуры 20^oC в течение 8-12 часов. Образовавшиеся кристаллы отделяют на центрифуге.A solution of caustic soda with a density of 1.28 - 1.29 g / cm ³ in the amount of 500 liters is fed into the reactor with a working stirrer, then phosphoric acid is poured. After checking the end of the neutralization reaction (the pH of the solution is 9.3), a solution with a density of 1.4 g / cm ^{3 is} filtered from insoluble impurities. Next, the filtrate is sent to a spray dryer where it is dried at 290 ^o C and calcined at 340 ^o C. The resulting powder is dissolved in water, the saturated solution is poured into a crystallizer equipped with a stirrer and a jacket to cool the suspension, incubated for 120 minutes and then cooled to a temperature 20 ^o C for 8-12 hours. The resulting crystals are separated in a centrifuge.

Выход готового продукта составил 50%. Готовый продукт (натрий фосфорнокислый пиро) по показателям качества соответствует ГОСТ 342-77. The yield of the finished product was 50%. The finished product (sodium phosphate pyro) in terms of quality meets GOST 342-77.

Результаты проведенных экспериментальных исследований приведены в таблице. The results of experimental studies are shown in the table.

В указанных таблицах сравниваются показатели заявляемого способа (опыты NN 1-15) и опытов, условия проведения которых выходят за пределы, регламентированные формулой изобретения (опыты NN 16-25). In these tables, the indicators of the proposed method are compared (experiments NN 1-15) and experiments, the conditions of which go beyond the limits regulated by the claims (experiments NN 16-25).

Как видно из представленных материалов, только совокупность заявляемых признаков обеспечивает возможность достижения оптимальных показателей процесса получения натрия фосфорнокислого пиро. При нарушении заявляемых соотношений компонентов наблюдается ухудшение искомых характеристик ((опыты NN 16-22, 25) или неоправданные энергозатраты (опыты NN 23 и 24). As can be seen from the materials presented, only the totality of the claimed features provides the ability to achieve optimal performance in the process of obtaining sodium phosphate pyro. If the claimed ratios of the components are violated, a deterioration in the desired characteristics is observed ((experiments NN 16-22, 25) or unjustified energy costs (experiments NN 23 and 24).

Таким образом, заявляемое изобретение успешно решает задачу создания экономичного способа получения натрия фосфорнокислого пиро, позволяющего обеспечить требуемое качество товарного продукта и добиться высокой производительности процесса. Thus, the claimed invention successfully solves the problem of creating an economical method for producing sodium phosphate pyro, which allows to provide the required quality of a marketable product and to achieve high productivity of the process.

Claims

The method of producing sodium pyrophosphate pyro, including the neutralization of phosphoric acid with a sodium-containing reagent, followed by dehydration of the resulting solution, the dissolution of powdered pyrophosphate, crystallization of sodium pyrophosphate pyrophosphate upon cooling and the separation of the commercial product from the mother liquor, characterized in that the sodium-containing reagent is used as a sodium-containing reagent phosphoric acid lead to a pH of 9.1 to 9.5, followed by filtration to separate impurities, the dehydration process tion is carried out by drying in a spray drier at 280-320 ^o C and calcination at 340-350 ^o C, a saturated solution prior to crystallization incubated for 100-130 min, and crystallization carried out under cooling to 16-25 ^o C.