Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Технология получения триполифосфата натрия

План:

Введение
Технология триполифосфата натрия

Физико-химические показатели

Способы производства триполифосфата натрия

Основные стадии производства

Описание технологической схемы
Список использованной литературы
Контрольные вопросы
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
	Пищевой	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:

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

Контрольные вопросы

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

Тестовые задания

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

В. В лакокрасочной промышленности

3. Какие основные способы получения триполифосфата натрия различают?

А. нейтрализация фосфорной кислоты щелочью или содой

Б. упаривание термической форфорной кислоты

В. Нейтрализацией серной кислоты

4. назовите основное свойство триполифосфата натрия?

А. способность эмульгировать и разлагать жиры

Б. способность образовывать пену на поверхности вещества

В. Способность удалять загрязнения

5. Какое сырье используется в технологии получения триполифосфата натрия?

А. кальцинированная сода и фосфорная кислота;

Б. соляная кислота и гидроксид натрия

В. Сернистый газ и серная кислота

6. На чем основывается термический способ производства фосфорной кислоты?

А. на сжигании фосфора до декаоксида тетрафосфора и его гидратации

Б. на образовании фосфорной кислоты из Р₂О₅

В. На получении кислоты из сернистого ангидрида

7. Какие страны считают ведущими в мире по производству триполифосфата натрия?

А. Россия, Казахстан, Китай.

Б. Непал, Франция, Китай.

В. США, Канада, Великобритания.

8. С какой скорость вращается турбина кальцинатора?

А. 40 - 42 об/мин.

Б. 50 – 53 об/мин.

В. 30 - 35 об/мин.

9. Что подают в нейтрализатор при производстве триполифосфата натрия?

А. фосфорную кислоту и воду

Б. Серную кислоту и кислород

В. соляную кислоту и воду

10. В чем заключается экстракционный метод получения фосфорной кислоты?

А. в разложении природных апатитов серной и фосфорной кислотами

Б. в разложении соляной кислоты

В. В разложении серной кислоты

Технология получения триполифосфата натрия 📙 Реферат → 🆔 279686