RU2172717C1

RU2172717C1 - Method of preparing monosubstituted calcium orthophosphate

Info

Publication number: RU2172717C1
Application number: RU2001103519A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Кесоян; Т.А. Ваграмян; И.Ю. Розанов; Н.Д. Доброскокина
Original assignee: Закрытое акционерное общество Фирма "Химстар"
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2001-08-27

Abstract

FIELD: food industry, more particularly production of calcium phosphates. SUBSTANCE: method comprises evaporating phosphoric acid to P₂O₅ content of 65-67.5%, subsequently neutralizing with calcium carbonate at CaO/P₂O₅ initial molar ratio of (0.95-1.0):1 and finely dividing the resulting compound to form particles with particle size of not greater than 0.10 mm. EFFECT: shorter process duration, elimination of power-consuming technological operations due to lower viscosity and moisture content of the resulting compound of monosubstituted calcium orthophosphate, increased yield and improved quality of the commercial product. 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству фосфатов кальция, в частности ортофосфата кальция однозамещенного, используемого в пищевой промышленности как разрыхлитель, регулятор кислотности, улучшитель муки и хлеба, стабилизатор текстурирующих веществ, отвердитель, добавка, препятствующая слеживаемости и комкованию. The invention relates to the production of calcium phosphates, in particular monosubstituted calcium orthophosphate, used in the food industry as a baking powder, acidity regulator, flour and bread improver, stabilizer of texturing substances, hardener, an additive that prevents caking and clumping.

Известен способ получения ортофосфата кальция однозамещенного (монокальцийфосфата), включающий нейтрализацию фосфорной кислоты карбонатом кальция до свободной кислотности, равной 144-264 г/л с последующей упаркой и кристаллизацией при охлаждении до 25^oC и отделением товарного продукта центрифугированием (авт. св. СССР N 1169941, МПК C 01 B 25/32, опубл. 30.07.85, Бюл. N 28).A known method of producing monosubstituted calcium orthophosphate (monocalcium phosphate), including the neutralization of phosphoric acid with calcium carbonate to a free acidity of 144-264 g / l, followed by evaporation and crystallization upon cooling to 25 ^o C and separation of the commercial product by centrifugation (ed. St. USSR N 1169941, IPC C 01 B 25/32, publ. 30.07.85, Bull. N 28).

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная наличием энергоемких операции кристаллизации и центрифугирования, также на экономичности процесса отрицательно сказывается то, что в нем предусматривается химически чистое сырье. Кроме того, полученный известным способом товарный монокальцийфосфат имеет ограниченную область применения вследствие наличия в нем свободной фосфорной кислоты. Близким аналогом к заявляемому изобретению является способ получения ортофосфата кальция однозамещенного (монокальцийфосфата), включающий упаривание экстракционной фосфорной кислоты с последующей нейтрализацией карбонатом кальция (авт. св. СССР N 193917, МПК C 01 B 25/32, опубл. 13.03.67, Бюл. N 3). The disadvantage of this method is its low profitability, due to the presence of energy-intensive crystallization and centrifugation operations, also the fact that it provides chemically pure raw materials is negatively affected by the efficiency of the process. In addition, obtained in a known manner commodity monocalcium phosphate has a limited scope due to the presence in it of free phosphoric acid. A close analogue to the claimed invention is a method for producing monosubstituted calcium orthophosphate (monocalcium phosphate), including evaporation of extraction phosphoric acid followed by neutralization with calcium carbonate (ed. St. USSR N 193917, IPC C 01 B 25/32, publ. 13.03.67, Bull. N 3).

Известный способ предусматривает проведение упаривания экстракционной фосфорной кислоты до содержания P₂O₅ 45-55% в присутствии кремнезема, добавляемого в количестве до 2%. Затвердевшую массу монокальцийфосфата подвергают гранулированию. Полученный товарный продукт содержит до 57% P₂O₅ и до 0,2% фтора.The known method involves the evaporation of extraction phosphoric acid to a P ₂ O ₅ content of 45-55% in the presence of silica added in an amount of up to 2%. The hardened mass of monocalcium phosphate is subjected to granulation. The resulting commercial product contains up to 57% P ₂ O ₅ and up to 0.2% fluorine.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная длительностью и энергоемкостью процесса, а также низким качеством товарного ортофосфата кальция однозамещенного. The disadvantage of this method is its low profitability, due to the duration and energy intensity of the process, as well as the low quality of commodity calcium orthophosphate monosubstituted.

Как показали эксперименты, проведенные в условиях известного способа, отмеченные недостатки обусловлены прежде всего тем, что полученный таким образом полупродукт представляет собой вязкую влажную массу, содержащую непрореагировавшие продукты (например, свободную кислоту), процесс сушки которой крайне затруднен и продолжителен (до 1-2 дней). При этом выход готового продукта составляет не более 85%. As the experiments carried out under the conditions of the known method showed, the noted drawbacks are due primarily to the fact that the intermediate obtained in this way is a viscous moist mass containing unreacted products (for example, free acid), the drying process of which is extremely difficult and lengthy (up to 1-2 days). Moreover, the yield of the finished product is not more than 85%.

Заявляемое изобретение направлено на разработку простого и экономичного способа получения ортофосфата кальция однозамещенного, позволяющего получить высококачественный товарный продукт. The claimed invention is directed to the development of a simple and economical method for producing monosubstituted calcium orthophosphate, which allows to obtain a high-quality commercial product.

Технический результат разработанного способа заключается в сокращении продолжительности процесса за счет обеспечения условий, позволяющих снизить вязкость и влажность полупродукта, а также повышении выхода и улучшении качества товарного ортофосфата кальция однозамещенного. The technical result of the developed method is to reduce the duration of the process by ensuring conditions that reduce the viscosity and humidity of the intermediate, as well as increasing the yield and improving the quality of commodity calcium orthophosphate monosubstituted.

Указанный технический результат достигается способом получения ортофосфата кальция однозамещенного, включающим упаривание фосфорной кислоты с последующей нейтрализацией карбонатом кальция, в котором фосфорную кислоту упаривают до содержания P₂O₅ 65-67,5%, нейтрализацию ведут при исходном молярном соотношении CaO/P₂O₅, равном (0,95-1,0):1, а полученную массу измельчают до получения частиц размером не более 0,10 мм.The specified technical result is achieved by the method of producing monosubstituted calcium orthophosphate, including evaporation of phosphoric acid followed by neutralization with calcium carbonate, in which phosphoric acid is evaporated to a P ₂ O ₅ content of 65-67.5%, neutralization is carried out at the initial molar ratio CaO / P ₂ O ₅ equal to (0.95-1.0): 1, and the resulting mass is crushed to obtain particles no larger than 0.10 mm in size.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем. The essence of the proposed method is as follows.

Проведенные исследования позволили установить, что проведение нейтрализации предварительно упаренной до содержания P₂O₅ 65-67,5% фосфорной кислоты карбонатом кальция в заявляемом соотношении компонентов, с последующим измельчением полученной массы до размера частиц не более 0,10 мм обеспечивает получение пищевого ортофосфата кальция однозамещенного высокого качества при значительном сокращении продолжительности и энергоемкости процесса.The conducted studies have established that the neutralization of pre-evaporated to a P ₂ O ₅ content of 65-67.5% phosphoric acid with calcium carbonate in the claimed ratio of components, followed by grinding the resulting mass to a particle size of not more than 0.10 mm, provides food calcium orthophosphate monosubstituted high quality with a significant reduction in the duration and energy intensity of the process.

Так было установлено, что предварительное упаривание фосфорной кислоты до заявляемого содержания P₂O₅, равного 65,0-67,5%, позволяет существенно снизить влагосодержание получаемой в ходе реакции нейтрализации массы ортофосфата кальция однозамещенного, а также уменьшить ее вязкость. Проведение процесса с недостаточно концентрированной кислотой (менее 65,0%) приводит к значительному гидролитическому расщеплению ортофосфата кальция однозамещенного в дикальцийфосфат и, следовательно, к снижению выхода готового продукта. Чрезмерное (более 67,5%) концентрирование фосфорной кислоты приводит к образованию примесей надкислот и недостатку кристаллогидратной воды в готовом продукте.So it was found that the preliminary evaporation of phosphoric acid to the claimed P ₂ O ₅ content of 65.0-67.5%, can significantly reduce the moisture content obtained during the neutralization reaction of the mass of calcium orthophosphate monosubstituted, as well as reduce its viscosity. The process with insufficiently concentrated acid (less than 65.0%) leads to a significant hydrolytic decomposition of calcium orthophosphate monosubstituted in dicalcium phosphate and, therefore, to reduce the yield of the finished product. Excessive (more than 67.5%) concentration of phosphoric acid leads to the formation of impurities of peracids and the lack of crystalline water in the finished product.

Заявляемый диапазон молярных соотношений CaO/P₂O₅, составляющий (0,95-1,0): 1, был определен экспериментально исходя из обеспечения оптимального содержания влаги в полупродукте (получаемой массе ортофосфата кальция однозамещенного) и отсутствия в нем примесей в виде непрореагировавших реагентов.The claimed range of molar ratios of CaO / P ₂ O ₅ , comprising (0.95-1.0): 1, was determined experimentally on the basis of ensuring the optimal moisture content in the intermediate (the resulting mass of calcium orthophosphate monosubstituted) and the absence of impurities in it in the form of unreacted reagents.

При этом оказалось, что проведение нейтрализации при величине соотношения CaO/P₂O₅, превышающей 1,0: 1, наблюдается образование примеси дикальцийфосфата, что приводит к снижению содержания основного вещества в готовом продукте, тогда как не достижение заявляемого соотношения также приводит к снижению содержания основного вещества из-за присутствия избыточного количества непрореагировавшей кислоты.It turned out that carrying out neutralization with a CaO / P ₂ O ₅ ratio in excess of 1.0: 1, the formation of a dicalcium phosphate impurity is observed, which leads to a decrease in the content of the main substance in the finished product, while failure to achieve the claimed ratio also leads to a decrease the content of the basic substance due to the presence of an excess of unreacted acid.

Существенное значение как на повышение выхода товарного продукта, так и на улучшение его качества, как выяснилось, оказывает последующее измельчение полученной массы ортофосфата кальция однозамещенного. Substantial importance of both increasing the yield of a marketable product and improving its quality, as it turned out, is provided by the subsequent grinding of the resulting mass of calcium orthophosphate monosubstituted.

В ходе экспериментов было установлено, что в случае измельчения указанной массы до получения частиц размером не более 0,10 мм наблюдается существенное повышение выхода товарного продукта и улучшение его качества. During the experiments, it was found that in the case of grinding the specified mass to obtain particles with a size of not more than 0.10 mm, a significant increase in the yield of a marketable product and an improvement in its quality are observed.

Можно предположить, что указанное выше способствует более полному прохождению реакции нейтрализации, а именно измельчение полученной массы ортофосфата кальция до заявляемых размеров частиц приводит к значительному увеличению контактной поверхности фаз, в результате чего в реакцию вступает непрореагировавшая фосфорная кислота, что в конечном итоге обеспечивает повышение выхода готового продукта и улучшение его качества. It can be assumed that the above contributes to a more complete neutralization reaction, namely, grinding the resulting mass of calcium orthophosphate to the declared particle sizes leads to a significant increase in the contact surface of the phases, as a result of which unreacted phosphoric acid enters the reaction, which ultimately provides an increase in the yield product and improving its quality.

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
В реактор с работающей мешалкой подают фосфорную кислоту с плотностью 1,57 г/см³ в количестве 500 литров, затем ее упаривают до концентрации 66,0% P₂O₅ В реактор добавляют карбонат кальция в количестве 283 кг (соотношение CaO/P₂O₅ составляет 0,96:1).Example
In a reactor with a working stirrer, phosphoric acid with a density of 1.57 g / cm ³ in the amount of 500 liters is fed, then it is evaporated to a concentration of 66.0% P ₂ O ₅ Calcium carbonate in the amount of 283 kg is added to the reactor (CaO / P ₂ ratio O ₅ is 0.96: 1).

Полученную суспензию охлаждают до температуры 20^oC. Образовавшийся ортофосфат кальция измельчают до размера частиц не более 0,1 мм. Выход готового продукта составил 97% от стехиометрии, содержание основного вещества - 98,0%, содержание примесей соответствует требованиям ортофосфат кальция однозамещенный ТУ 2148-001-17952450-01.The resulting suspension is cooled to a temperature of 20 ^o C. The resulting calcium orthophosphate is crushed to a particle size of not more than 0.1 mm The yield of the finished product was 97% of stoichiometry, the content of the main substance was 98.0%, the impurity content met the requirements of calcium orthophosphate monosubstituted TU 2148-001-17952450-01.

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

В указанной таблице сравниваются показатели заявляемого способа (опыты NN 2, 3, 6, 7, 9 и 10) и опытов, условия, проведения которых выходят за пределы, регламентированные формулой изобретения (опыты NN 1, 4, 5, 8 и 11). The specified table compares the indicators of the proposed method (experiments NN 2, 3, 6, 7, 9 and 10) and experiments, the conditions for which go beyond the limits regulated by the claims (experiments NN 1, 4, 5, 8 and 11).

Как видно из представленных материалов, только совокупность заявляемых признаков обеспечивает возможность достижения оптимальных показателей процесса получения ортофосфата кальция однозамещенного. При нарушении заявляемых соотношений компонентов наблюдается снижение качества и выхода готового продукта (опыты NN 1, 4, 5, 8 и 11). As can be seen from the materials presented, only the totality of the claimed features provides the opportunity to achieve optimal indicators of the process of obtaining calcium orthophosphate monosubstituted. If the claimed ratios of the components are violated, a decrease in the quality and yield of the finished product is observed (experiments NN 1, 4, 5, 8, and 11).

Таким образом, заявляемое изобретение успешно решает задачу создания простого и экономичного способа получения ортофосфата кальция однозамещенного, позволяющего существенно снизить энергозатраты за счет исключения энергоемких операций сушки и центрифугирования, обеспечить оптимальную производительность процесса и высокое качество товарного продукта. Thus, the claimed invention successfully solves the problem of creating a simple and economical method of producing monosubstituted calcium orthophosphate, which allows to significantly reduce energy consumption by eliminating energy-intensive drying and centrifugation operations, to ensure optimal process performance and high quality commercial product.

Claims

A method of producing monosubstituted calcium orthophosphate, including evaporation of phosphoric acid followed by neutralization with calcium carbonate, characterized in that the phosphoric acid is evaporated to a P ₂ O ₅ content of 65 - 67.5%, neutralization is carried out at an initial molar ratio of CaO / P ₂ O ₅ equal to (0.95 - 1.0): 1, and the resulting mass is ground to obtain particles no larger than 0.10 mm in size.