Разработка технологии концентрированных динатрий- и тринатрийфосфатов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат технических наук Никандров, Михаил Игоревич

• Никандров, Михаил Игоревич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Никандров, Михаил Игоревич

Введение.

1. Литературный обзор

1.1 Сырье для производства фосфатов натрия.

1.2 Фазовые равновесия в растворах ортофосфатов 9 натрия.

1.3 Получение и применение мононатрийфосфата.

1.4 Получение и применение динатрийфосфата.

1.5 Получение и применение тринатрийфосфата.

2. Цель и постановка исследования.

3. Исследование растворения карбоната натрия.

4. Нейтрализация фосфорной кислоты карбонатом 43 натрия.

4.1. Нейтрализация кислоты содовой суспензией.

4.2 Нейтрализация кислоты раствором карбоната натрия.

4.3 Нейтрализация фосфорной кислоты твердым 60 карбонатом натрия.

5. Политермическая кристаллизация фосфатов натрия.

5.1 Кристаллизация мононатрийфосфата.

5.2 Кристаллизация динатрийфосфата семиводного.

5.3 Кристаллизация тринатрийфосфата десятиводного.

6. Нейтрализация раствора динатрийфосфата раствором 95 едкого натра.

7. Выделение твердого тринатрийфосфата в сушилке 98 кипящего слоя.

8. Свойства насыщенных растворов карбоната натрия, 102 динатрийфосфата, тринатрийфосфата и твердых фосфатов.

8.1 Растворимость в системе Na2C03 - Na2HP04 - Н2О.

8.2 Исследование плотности растворов.

8.3 Исследование вязкости растворов фосфатов натрия.

8.4 Теплоемкость растворов.

8.5 Свойства динатрийфосфата и тринатрийфосфата.

9. Технологическая схема получения динатрийфосфата и 119 тринатрийфосфата с повышенным содержанием безводных веществ.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии концентрированных динатрий- и тринатрийфосфатов»

Фосфаты натрия как компоненты моющих средств, умягчи-тели воды, детергенты очистки металлов, компоненты бетонов, буровых растворов, антипирены, гидратанты и пептизаторы широко используются в различных отраслях производства и имеют важное народнохозяйственное значение.

Потребность в динатрийфосфате и тринатрийфосфате велика и не удовлетворена в полном объеме. В связи с этим актуальна разработка новых высокоэффективных ресурсосберегающих технологий фосфатов натрия, которые могут быть положены в основу вновь строящихся или реконструируемых производств.

Одним из направлений совершенствования производства фосфатов натрия является перевод их на получение более концентрированных форм продуктов: семиводного динатрийфосфата и восьмиводного или десятиводного тринатрийфосфата.

Настоящее исследование посвящено изучению физико-химических и технологических условий процесса получения концентрированных фосфатов натрия.

В результате исследования установлены оптимальные условия получения концентрированных содовой суспензии, растворов динатрийфосфата и тринатрийфосфата и кристаллизации из них хорошо фильтрующих кристаллов концентрированных фосфатов натрия.

На основании полученных данных разработана технологическая схема получения концентрированных фосфатов натрия, подготовлены исходные данные на проектирование промышленного производства тринатрийфосфата мощностью 6000 т/год. Предварительные расчеты техноэкономической оценки технологии показали, что производство тринатрийфосфата может быть реализовано с высокими экономическими показателями.

Автор выражает благодарность студентам Вагиной Е.В. и Ефимовой Е.О. за активное участие в разработке технологического процесса.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР Фосфаты натрия широко применяются в различных отраслях народного хозяйства. Среди них наибольший объем производства имеет тринатрийфосфат / 1 /. В бывшем СССР он производился в количестве 120000 т/год на ПО «Корунд» г. Дзержинск, что удовлетворяло всю потребность в нем на территории СССР и стран Восточной Европы. Здесь же выпускали и динатрийфосфат в количестве 10000 т/год, потреблявшийся в тех же регионах. Кроме этого в опытном цехе КазНИИгипрофосфора г. Чимкент выпускали до 1600 т/год монофосфата натрия и динатрийфосфата реактивной квалификации «Ч».

В настоящее время в связи с банкротством ОАО «Корунд» производство фосфатов натрия на нем прекращено. Для удовлетворения потребительского спроса в фосфатах натрия их выпуск организован на установках малой мощности (до 20000 т/год) на ЗАО «Волховский алюминиевый завод», на Владимирском ЗАО «Полицелл» (15000 т/год) и на ЗАО «Славянка» п. Красные Баки» Нижегородской обл. (18000 т/год). Рынок солей фосфатов натрия на территории России обеспечен не в полной мере, особенно по динатриифосфату и тринатрийфосфату.

Заключение диссертации по теме «Технология неорганических веществ», Никандров, Михаил Игоревич

выводы

1. Исследованием растворения карбоната натрия в растворах динатрийфосфата установлено, что равновесная растворимость карбоната в присутствии фосфата снижается незначительно. Процесс протекает по диффузионному механизму. Скорость растворения карбоната в присутствии динатрийфосфата по сравнению с водой снижается на 5 - 10 %. Полученная содовая суспензия с долей карбоната 520 г/л содержит в основном взвешенные частицы размером 125 мкм и менее, массовое отношение Ж : Т в суспензии равно «4,6.

2. Газометрическое исследование кинетики нейтрализации фосфорной кислоты раствором карбоната натрия показало, что процесс завершается за 12-38 минут. С ростом доли динатрийфосфата в растворе время полной нейтрализации меняется по уравнению: т = то + 1,75 • С

3. Скорость растворения твердых частиц карбоната натрия в растворе динатрийфосфата, содержащем свободную фосфорную кислоту, возрастает. Величина температурного коэффициента скорости растворения равна 1,58 - 1,73.

Интенсивность растворения твердых частиц карбоната натрия в исходной содовой суспензии с повышением доли динатрийфосфата в растворе до 22 % при взаимодействии с фосфорной кислотой снижается в 1,12 раза. Необходимое время выдержки раствора на стадии нейтрализации должно быть не менее 90 минут.

4. Исследованием кристаллизации мононатрийфосфата получены хорошо фильтрующие кристаллы при скорости охлаждения менее 1 град/час. Величина пересыщения в растворах составляет 0,7 - 1,7 %. Коэффициент распределения примесей мышьяка между насыщенным раствором и твердой фазой равен 35 -г- 73.

5. Показано, что с уменьшением скорости охлаждения раствора динатрийфосфата с 6 до 2 град/час средний размер кристаллов семиводного динатрийфосфата возрастает с 0,07 до 0,2 мм и соответственно съем кристаллов на фильтре возрастает до 1000 кг/(м2*час). Величина пересыщения при скорости охлаждения 2-2,5 град/час составляет 0,6 - 0,8 %. Коэффициент распределения примесей мышьяка между раствором и кристаллами Кр = 16 26.

6. Изучением влияния скорости охлаждения раствора тринатрийфосфата в пределах 3-12 град/час, показан рост среднего размера кристаллов с 0,143 мкм до 0,29 мкм (при 3 град/час) с одновременным увеличением съема кристаллов на фильтре с 480 до 950 кг/ (м2*час), что определяется меньшими пересыщениями (0,18 - 0,55 %) в насыщенных растворах.

7. При сушке раствора тринатрийфосфата дымовыми газами в сушилке кипящего слоя установлено образование в продукте до 8 % карбоната натрия.

8. Получены новые данные по плотности, вязкости растворов карбоната натрия, динатрийфосфата и тринатрийфосфата и физико-механическим свойствам твердых динатрийфосфата и тринатрийфосфата.

9. На основании выполненных физико-химических и технологических исследований разработана технологическая схема получения концентрированных фосфатов натрия политермической кристаллизацией из растворов менее водных солей, положенная в основу исходных данных на проектирование промышленного производства тринатрийфосфата мощностью 6000 т/год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Никандров, Михаил Игоревич, 2005 год

1. Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных окислов и кислот). 3-е изд. переработанное. -Л., Химия, 1970. - 1555 е., 2 т.

2. Термическая фосфорная кислота, соли и удобрения на ее основе. / Под ред. Н.Н. Постникова. М., Химия, 1976. - 336 с.

3. ГОСТ 10678 86. Кислота ортофосфорная термическая. Технические условия. - Взамен ГОСТ 10678 - 76; введен 1.01.87. - М.: Госстандарт СССР, 1988, 12 с.

4. ГОСТ 5100 85Е. Сода кальцинированная техническая. Технические условия. - Взамен ГОСТ 5100 - 73: введен 1.01.86. - М.: Госстандарт СССР, 1986. - 15 с.

5. ТУ 2148 021 - 05761689 - 98. Натрий фосфорнокислый дву-замещенный (двенадцативодный) (ДНФ). Технические условия. -Введен 01.00.98. Нижний Новгород. - Госстандарт. - 38 с.

6. ГОСТ 2263 79. Натр едкий технический. Технические условия. - Взамен ГОСТ 2263 - 71; введен 1.01.80. - М.: Госстандарт СССР, 1980. - 16 с.

7. ГОСТ 201 76Е. Тргшатрийфосфат. Технические условия. -Взамен ГОСТ 201 - 58; введен 1.01.77. - М.: Госстандарт СССР, 1977. - 9 с.

8. Ван Везер. Фосфор и его соединения. М.: Изд. иностранной литературы., 1962 г. - 687 с.

9. Gmelin G.H. Handbueh fur anorganischen Chemie. Berlin: 1965. B8. 862s.

10. Mellor J.W. A comprensive treathiese an inoganic and theoretical Chemistry. N.Y.: 1965, В 8/ - 783 p.

11. Пестов H.E. Получение фосфатов натрия. // Журнал прикладной химии. 1932 г. - № 3. - с 26 - 28. - Библ.: 5 с. 28 (5 назв).

12. Химическая технология неорганических веществ: В Кн. 1. Учебное пособие / Т.Г. Ахметов, Р.Т. Порфирьева, Л.Г. Гайсин и др.; под ред. Т.Г. Ахметова. М.: Высшая школа, 2002. 688 с.

13. Авт. свидетельство СССР 1133230, МКИ 3 С 01 В 25/30. Способ получения фосфатов натрия. / Козлова З.А., Овечкин В.Ф., Кравченко В.В. (СССР), № 3592284/ 23 - 26; заявл. 20.05.83;опубл. 07.01.85, Бюл. №1-2 е.; илл. 1.

14. Зотова К.С., Паниди Е.В. Элентух Р.А. и др. Получение чистых конденсированных фосфатов натрия. / Труды НИУИФ. -1985. Na 247. - с. 112 -120.

15. Авт. с вид. СССР 1122610, МКИ 3 В25/44. Способ получения кристаллического метафосфата натрия. / Сергеев Н.Н., Белов А.С., Кузьменков М.И. (СССР), № 3448366 / 23 - 26; заявл. 04.06.82; опубл. 07.10.84., Бюл. No 37 - 2 е.; илл 1.

16. Патент России 2074113, МКИ 5 С01В 25/30. Способ получения раствора мононатрийфосфата. / Лембриков В.М., Коняхи-наЛ.В. Сыскова В.П. и др. (Россия), № 9402773 / 23-26; заявл. 26.07.94; опубл27.02.97, Бюл. №6-2 е.; илл. 1.

17. Авт. свид. СССР 1234360. МКИ 3 С01 В 25/30. Способ получения мононатрийфосфата / Панов В.П., Чулкова Э.Н., Терещенко А.Я. и др. (СССР), № 3804224 / 23 - 26; заявл. 22.10.84; опубл. 24.06.86.; Бюл. No 20, - с.

18. Авт. свид. СССР 1177270 МКИ 3 С01В 25/30. Способ получения фосфатов натрия. / Власов П.П., Гаркун В.К., Зинюк Р.Ю. и др. (СССР), № 37120046 / 23-26; заявл. 03.04.84; опубл. 18.08.85; Бюл. № 33, - 3 с.

19. РЖХ 94 / Л 88 П Патент Вьетнама 530409. Способ получения фосфатов щелочных металлов с низким содержанием хлоридов. / Ин Нгуен Лам (Вьетнам), № 913078 / 77; заявл.28.08.91; опубл. 10.03.93.

20. Авт. свид. СССР 1782935 МКИ С01В 25/28. Способ получения однозамещенных фосфатов щелочных металлов или аммония. / Демирская О.В., Велихов Ю.Н., Пуллова И.В. и др. (СССР). № 4836625/26; заявл. 11.06.90; опубл. 12.12.92, Бюл №> 47, - 2 с, илл. 1.

21. Авт свид. СССР 411728 МКИ 3 С01В 25/30. Способ получения динатрийфосфата. / Павлинов Р.В., Фомина Е.Л., Поборцев М.И. (СССР). Nq 1636382 / 26; заявл. 29.03.71; опубл. 05.09.72, Бюл. Nq 33, - 2 е., илл. 1.

22. Авт. свид. СССР 534211 МКИ 3 С01В 25/30. Способ получения динатрийфосфата. / Фомина Е.А., Павлинов Р.В., Цитович О.Б. (СССР), № 2022424 / 23-26; заявл. 05.05.74; опубл. 15.11.76., Бюл. Nq 42, - 2 е., илл. 1.

23. Авт. свид. СССР 614024 МКИ СО 1В 25/30. Способ получения безводного динатрийфосфата. / Черепанова А.С., Ремен Р.Е.,

24. Деревцщкова К.П. и др. (СССР), № 2391414 / 23-26; заявл. 03.08.76; опубл. 05.07.78; Бюл. № 25, - 2 е., илл. 1.

25. Рашковская Н.Б., Голиков А.Н., Флисюк О.М. и др. Гранулирование динатрийфосфата из раствора. / В сб. «Исследование в области химии и технологии фосфора и его соединений». М., 1986.-е. 108-115.

26. Балашов В.В., Паршина Г.А., Тур°в Ю.Я. Состояние производства кормовых фосфатов и перспективы его развития. // Реф. сборник «Фосфорная промышленность». 1977. - № 4. - с. 50-53. - Библ.

27. Домбровский Н.М. Исследование дегидратации фосфатов натрия при нагревании. // Журн. неорган, химии. т. 5. - 1960, -№ 8. - 1699 - 1701. Библ. 1701, - 5 наим.

28. Гофман И.Л., Трутиева Н.В. Производство полифосфатов натрия. / / Сообщения о научно-технических работах НИУИФ. — 1957. -№ 2. -с. 30-31.

29. Авт. свод СССР 1116080 МКИ С22В 1/06. Модификатор для заэвтектических алюмо-кремниевых сплавов. / Петрова С.Г., Петров С.М. (СССР), № 3571242 /22-02; заявл. 11.01.83; опубл. 21.09.84, Бюл. № 36, 2 е., илл. 1.

30. Фомина Е.А., Павлинов Р.В., Малкин Б.Я. и др. Разработка способов получения безводных фосфатов щелочных металлов и аммония. Л., 1973. 9 е., - Рукопись деп. в отд. НИИТЭХим (г. Черкассы). 18.12.1973, Деп. № 188/73.

31. Авт. свид. СССР 1775362 МКИ 3 С01В 25/30. Способ получения десятиводного фосфата натрия. / Бондарев И.Т., Сиднева Г.Р., Хорошунов А.Ю. (СССР), № 4658489/ 23-26; заявл. 03.03.89; опубл. 07.11.92; Бюл. 42, - 2 с.

32. Авт. свид. СССР 1544710 МКИ С01В 25/30. Способ получения моногидрата тринатрийфосфата. / Гафаров А.Ф., Шевко З.Л., Абдуллина Н.А. (СССР), № 2022424, 23-26; заявл. 10.11.87; опубл. 15.11.90; Бюл. Nq 42, - 2 е.; илл. 1.

33. РЖХ 98 14А27П Заявка на пат. Германии 1951540 МКИ С01В 25/30. Trinatriumphosphat. /Marksman J., Wissenborski R.„ 19515480; заявл. 27.04.95; опубл. 30.10.96.

34. Фомина Е.А., Цитович О.Б., Шляпинтох Л.П. Производство фосфорных солей. Состояние и развитие производства. Реф. сборник «Фосфорная промышленность», 1976, № 3/26, - с. 7 -11.

35. Авт. свид. СССР 313442. МКИ С01М 3/38. Смазочно-охлаж-дающая жидкость для волочения. /Ключевская Г.Д., Ключевский С.П., Костина З.И. (СССР), Nq 1300472 / 23 - 4; заявл. 23.01.79; опубл. 05.01.86; Бюл. Na 1, - 2 е.; илл. 1.

36. Авт. свод. СССР 504834. МКИ С 01 М 3/26. Смазочио-охлаж-дающая жидкость для механической обработки металлов. /Серебряков С.А., Чахмачев Л.Х. (СССР), № 1957331 / 23 - 4; заявл. 03.08.83; опубл. 28.02.86; Бюл. № 8, - 2 е.; илл. 1.

37. Авт. свид СССР 149 0145 МКИ С01М 173/02. Смазочно-ох-лаждающая жидкость для механической обработки металлов. /Клебинский И.П. (СССР). № 4223389 / 23 - 04; заявл. 11.02.87; опубл. 28.06.89; Бюл. № 24, - 2 е.; илл. 1.

38. Авт. свид. СССР 713905 МКИ С10М 1/06. Смазочно-охлаж-дающая жидкость для механической обработки металлов. /Молохов И.Ф., Молохова А.Г., Колеватова Е.А. и др. (СССР), № 2633399 / 23-04; заявл. 26.06.78; опубл. 16.04.79, Бюл. № 14, -2 е.; илл. -.

39. Авт. свид. СССР 504724. МКИ С04В 15/00. Бетонная смесь /Хорошевин А.Б., Дьячков П.Н., Перепелицин В.А. (СССР), № 1653523 / 29 - 33; заявл. 26.03.81; опубл. 05.09.87; Бюл. № 33, -2 е.; илл. 1.

40. Авт. свид СССР 1119995. МКИ С04В 13/24. Комплексная добавка для бетонной смеси. / Судаков В.И., Чернов Н.В. (СССР),- Nq 3581470 / 29 33; заявл. 15.04.83; опубл. 21.10.84; - Бюл. No 39, - 2 е., илл. 1.

41. Авт. свид, СССР 1541235 МКИ С01К 17/00. Клей. /Шеметов В.Ю., Рябченко В.И. (СССР), № 4324729 / 30 - 15; заявл. 04.11.87. опубл. 05.07.91; Бюл. № 25, - 2 е.; илл. 1.

42. Авт. свид. СССР 1620473. МКИ С 11 Д 15/00. Способ получения сульфатного мыла из черных щелоков с коагулирующей добавкой. /Киприянов А.Н., Лукашов С.С., Юдкевич Ю.Д. (СССР),- No 4631143 /13; заявл. 04.01.89; опубл. 15.06.90; Бюл. № 22, -2 е.; илл. 1.

43. РЖХ 8010Т/24П. Огнестойкие полиамид формовочные композиции. Tacke P.M., Neuray D., Ditrich M.; заявка ФРГ С 08L 77 / 00 № 2810549 заявл. 10.03.78; опубл. 13.04.79

44. Шляпинтох А.П., Фомина Е.А. Основные направления интенсификации в производстве фосфорнокислых солей. В сб. «Технология производства фосфорсодержащих продуктов». А.: Химия; 1980, - с 21 -23.

45. Мельник Б.Д. Инженерный справочник по технологии неорганических веществ. М: Химия, 1973. 544 с.

46. Фомина Е.А., Цитович О.Б. Некоторые особенности кристаллизации фосфорнокислых солей из водных растворов. В сб. «Технология производства фосфор содержал птх продуктов». Л.: Химия; 1980, - с 52 - 61.

47. Б о кии Г.Б. Образование зародышей и спонтанная кристаллизация солей./ Сб., Новые исследования по кристаллографии и кристаллохшпг. - М.: Госхимпздат, 1957, - с. 46 - 51.

48. Маллип Дж. Кристаллизация. М.: Металлургия, 1965. - 287 с.

49. Зайцев И.Д., Асеев Г.Г. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ. Справ, изд. М.: Химия, 1988. - с. 416.

50. Кивилис С.Ш. Техника измерения плотности жидкостей и твердых тел. М.: Стандартчиз, 1959. - с. 237.

51. Рябин В.А., Остроумов М.А., Свит Т.Ф. Термодинамические свойства веществ. Справочник. А.: Химия, 1977. 392 с.

52. Гатчек Э. Вязкость жидкостей. М. - А.: ОНТИ, 1935. - с. 267.

53. Краткий справочник химика. Л.: Химия, 1964. - с. 463.

54. Бельковский С.В. , Круглый С.М., Секованов С.К. Технология содопродуктов. М.: Химия, 1972. 352 с.

55. Крашенинников С.А. Технология соды. / Учебное пособие/.-М.: Химия, 1988. 304 с.

56. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение; 1973. -216 с.

57. Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. М.: Химия, 1986. 312 с.

58. Шокин И.Н., Крашенинников С.А. Технология соды. М: Химия, 1975. 288 с.

59. Ужов В.И., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. М., Химия, 1970, - 312 с.1. Не для печати.

60. Реферативный журнал «Химия» М. ВИНИТИ (РЖХ) 1998, реф. 16А46П. Тринатрийфосфат (Йоахим Маркман, Руди Висембар-ски, Дарис Гисхир. Заявка 19515480. Германия. С01В 25/30. заявл. 27.4.95; опубл. 30.10.96.

61. Авторское свидетельство № 592747, МКИ С01В 25/30 Способ получения безводных фосфатов натрия (Е.Д. Дзюба, В.В. Печ-ковский, Г.И. Салонец No 2304276 / 23 26; заявл. 29.12.75; опубл. 15.02.78 бюл. № 6.)

62. Реферативный журнал «Химия» М., ВИНИТИ (РЖХ) 1977, реф. 6Л47П. Получение кристаллического ортофосфата натрия (Иноуе Тадаси, Комияма Тадаси, Ямасита Macao. Кл. 15 G1 (С01В 25/30) № 51 11080; заявл. 3.02.71; Nq 46 - 4134; опубл. 8.04.76.

63. Мельник Б.Д., Мельников Е.В. Краткий инженерный справочник по технологии неорганических веществ. М.: химия, 1968. 432 с.