PL229403B1 - Sposób otrzymywania obojętnego pirofosforanu sodu - Google Patents

Abstract

Sposób otrzymywania obojętnego pirofosforanu sodu zawierającego co najmniej 85% wagowych difosforanu tetrasodu Na4P2O7, polega na tym, że do stężonego kwasu fosforowego ekstrakcyjnego lub termicznego, dodaje się stopniowo, przy ciągłym mieszaniu i rozcieraniu, sodę amoniakalną lub węglan sodu, przy stosunku molowym Na/P 1,77 - 2,0 by otrzymać produkt o sypkiej konsystencji, po czym otrzymaną mieszaninę kalcynuje się w piecach obrotowych. Przedmiotem wynalazku jest Także obojętny pirofosforan sodu otrzymany sposobem według wynalazku.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania obojętnego pirofosforanu sodu Na4P2O? sodu metodą suchą jednostopniową.

Pirofosforany sodu są nieorganicznymi fosforanami skondensowanymi. Najważniejsze znaczenie przemysłowe mają: difosforan tetrasodu, zwany obojętnym pirofosforanem sodu (Na4P2O?), oraz diwodorodifosforan disodu (ΝθςΗςΡςΟ) tzw. kwaśny pirofosforan sodu. Obojętny pirofosforan sodu był przedmiotem wielu badań jednak jego przemiany fazowe nie są jeszcze w pełni poznane. Uważa się, że Na₄P₂O7 może występować w postaci co najmniej sześciu różnych odmian polimorficznych.

Pirofosforany sodu ze względu na liczne własności użytkowe znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu. Używane są jako substancje stabilizujące produkty żywnościowe, emulgatory w produkcji kosmetyków, substancje kompleksujące kationy metali. Ze względu na zdolność sekwestracji jonów wapnia i magnezu pirofosforan sodu jest środkiem zmiękczającym wodę. Na4P2O? jest składnikiem mydeł i stosowany jest z tripolifosforanem sodu do produkcji detergentów. Fosforany sodowe w przemyśle spożywczym w technologii serów topionych pełnią funkcję topników. W przemyśle mięsnym fosforany sodu powodują polepszenie soczystości i kruchości mięsa, zwiększenie trwałości, polepszenie jakości mikrobiologicznej, stabilizację kształtu produktu oraz wpływają korzystnie na barwę mięsa. Rozpuszczalne pirofosforany sodu stanowią również dodatek do gotowanej lub zapiekanej karmy dla zwierząt dostępnej w handlu. Fosforany sodu mają zdolność konserwowania żywności poprzez sekwestrację jonów metali ciężkich katalizujących reakcje utleniania niezbędne do rozwoju mikroorganizmów.

Na skalę handlową do produkcji pirofosforanów sodu stosowane są dwie metody produkcji. Według jednej z nich wykrystalizowana z roztworów wodnych mieszanina ortofosforanów sodu po oddzieleniu od roztworów na drodze wirowania jest suszona lub kalcynowana w piecu obrotowym. W drugiej metodzie mieszanina ortofosforanów sodu, otrzymana w wyniku neutralizacji kwasu fosforowego węglanem lub wodorotlenkiem sodu, jest poddawana dwustopniowej dehydratacji w suszarce rozpyłowej i następnie kalcynacji. W przypadku otrzymywania Na4P2O? tą metodą temperatury suszenia i kalcynacji są praktycznie takie same jak przy produkcji TPFS, ale stosunek stechiometryczny Na/P tzw. TM jest znacznie wyższy (1,95-2,0).

Patent PL211928 ujawnia, że difosforan tetrasodu Na4P2O? otrzymuje się przez odparowanie roztworu ortofosforanów, w którym stosunek molowy Na/P = 1,9 do stężenia ca 28% P2O5, po czym z takiego roztworu krystalizuje się kryształy Na2HPO4-7H2O (Na/P = 2/1). Kryształy kalcynuje się w temperaturze 250°C otrzymując difosforan tetrasodu Na4P2O?.

Według patentu PL197833 skondensowane piro- i polifosforany sodu otrzymuje się metodą dehydratacji dwustopniowej, w której pierwszy stopień obejmuje suszenie rozpyłowe w temperaturach 200-300°C roztworu ortofosforanów sodu o stosunku molowym Na/P =2/1 dla produkcji Na4P2O?, po czym suszone ortofosforany kalcynuje się w kalcynatorze obrotowym w temperaturze 300-550°C.

Z patentów PL214527 i PL211928 znane są różniące się szczegółowymi rozwiązaniami parametrów zatężania i krystalizacji roztworów ortofosforanu sodu sposoby wytwarzania pirofosforanu sodu i trójpolifosforanu sodu. Stosowanym w nich surowcem wyjściowym do dalszych operacji po neutralizacji jest roztwór. W tych sposobach równocześnie otrzymuje się obojętny pirofosforan sodu i tripolifosforan sodu. Otrzymywanie którymkolwiek z tych sposobów wyłącznie pirofosforanu sodu nie miałoby sensu technicznego, ani ekonomicznego. Są one do tego skomplikowane i wieloetapowe.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu wytwarzania obojętnego pirofosforanu sodu metodą jednostopniową suchą pozwalającą na wyeliminowanie wysoce energochłonnej metody dwustopniowej dehydratacji ortofosforanów sodu, która jest także bardzo skomplikowana technicznie i droga inwestycyjnie, głównie ze względu na kosztowne inwestycyjnie i operacyjnie węzły neutralizacji mokrej i suszenia rozpyłowego.

Sposób otrzymywania obojętnego pirofosforanu sodu zawierającego co najmniej 85% wagowych difosforanu tetrasodu Na4P2O? według wynalazku charakteryzuje się tym, że do stężonego kwasu fosforowego ekstrakcyjnego lub termicznego o stężeniu od 70 do 75%, dodaje się stopniowo, przy ciągłym mieszaniu i rozcieraniu, sodę amoniakalną lub węglan sodu, przy stosunku molowym Na/P 1,77-2,0 by otrzymać produkt o sypkiej konsystencji, zawierający stałe wodorofosforany sodu. Mieszanka taka może być transportowana typowymi przenośnikami mechanicznymi do transportu materiałów sypkich, do pieca obrotowego i w nim kalcynowana w temperaturze od 200 do 250°C w czasie od 30 do 60 minut

PL 229 403 Β1 celem otrzymania obojętnego pirofosoranu sodu, co pozwala wyeliminować etap suszenia rozpyłowego z procesu produkcji Na4P2O7.

Korzystnie mieszanie surowców prowadzono w temperaturze poniżej 35°C.

W sposobie według wynalazku stosuje na etapie mieszania surowców termiczny lub ekstrakcyjny kwas fosforowy zawierający 70-75% H3PO4 i techniczny węglan sodu lub sodę amoniakalną, przy optymalnym stosunku molowym Na/P = 1,77. Temperatura procesu podczas mieszania wynosi optymalnie około 25°C. Kalcynacja mieszaniny stałych ortofosforanów sodu jest prowadzona w podobny sposób jak kalcynacja pirofosforanów sodu otrzymywanych w klasycznej metodzie trójstopniowej (po etapie suszenia rozpyłowego). Czas kalcynacji wynosi 30-60 min, ale temperatura kalcynacji umożliwiająca otrzymanie Na4P2O?, wynosząca 200-250°C jest niższa od stosowanej w klasycznej metodzie dehydratacji dwustopniowej (odpowiednio 300-550°C).

Otrzymywany metodą suchą jednostopniową produkt to obojętny pirofosforan sodu Na4P2O?, o następującym składzie [% w/wj: Na4P2O? - 85-95, P2O5 - 52,5-54. Gęstość nasypowa w g/dm³ 750-850.

Wskaźniki zużycia surowców i czynników energetycznych metody wg wynalazku są bardzo korzystne w stosunku do klasycznej metody dwustopniowej dehydratacji. Energia elektryczna jest na poziomie, co najmniej o 1/3 niższym w stosunku do klasycznego procesu produkcji obojętnego pirofosforanu sodu, a zużycie gazu ziemnego mniejsze aż o 2/3. Wyeliminowano także zużycie pary technologicznej w procesie.

Przedmiot wynalazku ilustrują następujące przykłady:

Przykład 1

Do moździerza porcelanowego odważono 187,8 g 75% kwasu fosforowego termicznego. Następnie do odważonego kwasu stopniowo dozowano 132,3 g sody amoniakalnej. Molowy stosunek stechiometryczny Na/P wynosił w tym przypadku 1,77. Zarówno podczas dozowania sody jak i po zakończeniu jej dozowania surowce cały czas mieszano w moździerzu do momentu uzyskania sypkiej konsystencji. Otrzymaną mieszankę kalcynowano w piecu stacjonarnym w temperaturze 250°C w czasie 50 minut otrzymując 175,5 g produktu, który zawierał 85,8% difosforanu tetrasodu Na4P2O?, difosforanu diwodorodisodu ΝθςΗςΡςΟ? - 8,5%, trifosforanu pentasodu NasPsOw - 4,9%, co wykazała analiza chromatograficzna. Gęstość nasypowa produktu wyniosła 0,80 kg/dm³.

Przykład 2

Do moździerza porcelanowego odważono 188 g 75% kwasu fosforowego ekstrakcyjnego. Następnie do odważonego kwasu stopniowo dozowano 133 g sody amoniakalnej. Molowy stosunek stechiometryczny Na/P wynosił 1,77. Zarówno podczas dozowania sody jak i po zakończeniu jej dozowania surowce cały czas mieszano w moździerzu do momentu uzyskania sypkiej konsystencji. Otrzymaną mieszankę kalcynowano w piecu stacjonarnym w temperaturze 220°C w czasie 30 minut otrzymując 176g produktu, który zawierał jako jedyną fazę krystaliczną difosforanu tetrasodu Na4P2O?, co wykazała analiza rentgenograficzna. Gęstość nasypowa produktu wyniosła 0,75 kg/dm³.

Claims (2)

1. Sposób otrzymywania obojętnego pirofosforanu sodu zawierającego co najmniej 85% Wagowych difosforanu tetrasodu Na4P2O?, znamienny tym, że do stężonego kwasu fosforowego ekstrakcyjnego lub termicznego o stężeniu od 70 do 75%, dodaje się stopniowo, przy ciągłym mieszaniu i rozcieraniu, sodę amoniakalną lub węglan sodu, przy stosunku molowym Na/P 1,77-2,0 by otrzymać produkt o sypkiej konsystencji, po czym otrzymaną mieszaninę kalcynuje się w piecach obrotowych w temperaturze od 200 do 250° w czasie od 30 do 60 minut.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanie surowców prowadzono w temperaturze poniżej 35°C.