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聚磷酸钠生产工艺
聚磷酸钠生产工艺
三聚磷酸钠生产工艺
一、三聚磷酸钠的性质
产品名称
三聚磷酸钠俗称“磷酸五钠”或“五钠”,化学式Na5P3O10,分子量
368。
产品性质
物理性质
1、外观:白色粉末状结晶,流动性较好。
2、Ⅰ型的密度为cm3,Ⅱ型的密度为cm3。
3、熔点:620℃
化学性质
1、水合性能
三聚磷酸钠因生成温度不一样而有高温型(Ⅰ型)和低温型(Ⅱ型)之分,其差别在于二者的键长和键角不一样,Ⅰ型和Ⅱ型产品水合后均生成六水合物Na5P3O10·6H2O,在相同条件下,Ⅰ型水合作用较快产生的热量高,溶于水时易产生结块现象,这是因为Ⅰ型结构中存在四配位体的钠离子,四配位体对水有强亲和力,反之Ⅱ型在水中则以很慢的速度生成六水物。
三聚磷酸钠在室温下相当稳固,在湿润的空气中会缓慢的发生水解反响,最平生成正磷酸钠,反响以下:Na5P3O10+2HO→
2NaHPO4+NaH2PO4
2、对金属离子的螯合能力
三聚磷酸钠与溶于水中的
2+
2+
3+
Ca、Mg、Fe等金属离子有络合作用,
生成可溶性络合物,如:
Na5P3O10+Ca2+→Na3(CaP3O10)+2Na+
三聚磷酸钠的络合能力一般以钙值表示,即100g磷酸盐所能络合钙离子的克数,理论值为。
3、缓冲作用
三聚磷酸钠水溶液呈弱碱性(1%水溶液的PH值约为,它在PH为~14范围水)中,形成悬浊液(近似乳化液)的作用,即分别作用。
三聚磷酸钠也能使液态、固态微粒更好的溶于液体(如水)介质中,使溶液外观完整透明,忧如真溶液相同,这就是增溶作用。
因为三聚磷酸钠拥有以上独到的性能,使之成为洗衣粉中的一种重要的理想原料。
产品用途
三聚磷酸钠主要作为合成清洗剂的助剂
同时还用于纤维工业精髓、漂白、染色的助剂、水质稳固剂、锅炉除垢剂、清洗剂及食品工业的增加剂。
三聚磷酸钠在合成清洗剂中的作用
合成清洗剂的主要成份是表面活性剂,表成活性剂拥有润湿作用、浸透作用、乳化作用、分别作用和发泡作用等等,去污作用正是上述一些作用的综合综果。
表面活性剂单独使用虽有去污作用,但是其实不是在所有的状况下都能获取满意的成效,比方:在硬水中成效差,手感不好,价昂,在高PH时清洗成效虽好,但是高PH值又会对被洗物和洗衣机发生伤害作用等等,所以,为使合成清洗剂即拥有优异的清洗成效,又拥有更好的适应性,成为人们乐于使用的清洗用品,就一定增加清洗助剂。
聚磷酸钠生产工艺
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助剂有有机助剂和无机剂助,不一样的助剂有不一样的作用,:有机助剂如羧***纤维或***纤维素等,可以防范污垢再堆积;无机助剂有碳酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠和硫酸钠等,这些无机助剂能降低合成清洗剂的临界胶束浓度,可以使合成清洗剂在较低浓度下发挥清洗性能。其余,这些无机助剂在碱性条件下,也可以增进合成清洗剂的去污成效,而三聚磷酸钠是最好的无机助剂,它兼有多方面的性能。
、使粉状清洗剂产品拥有优异的流动性
因为三聚磷酸钠水合能形成稳固的水合物Na5P3O10·6H2O,此水合物在室温下蒸汽压力很低,很稳固,从而阻挡了粉状清洗剂产品吸水结块,使粉状清洗剂在含有较高水分状况下,依旧有较好的流动性。
2、螯合作用
自来水中一般都含有较高的Ca2+、Mg2+离子(即硬水),清洗时,
2+2+
Ca、Mg等离子能与合成清洗剂中的活性剂反响生成、粘滞性的金属
皂,降低了合成清洗剂的去污力,且易使织物发生金属皂的再污染,
堆积在被洗物上的金属皂还会使织物发硬变脆。
因为三聚磷酸钠的螯合作用,合成清洗剂中配加三聚磷酸钠即可
2+2+
使水中的Ca、Mg离子与三聚磷酸钠螯合,生成可溶性的络合物,从
而融化硬水。
3、乳化、分别和增溶作用
乳化作用:能使一种液体(油)成为小液滴(至数+μ)均匀地分别
在别一种液体(水)中和作用叫乳化作用。
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分别作用:能使固体粒子成渺小颗粒均匀地分别在液体(水)中的作用叫分别作用。
增溶作用:是乳化、分其余极限阶段(形成透明液体)此时溶液的外观完整透明,好象真溶液相同。
因为上述作用,使得三聚磷酸钠能用于好多行业,比方:跟清洗
剂一起使用可以上污垢的再堆积,提高清洗成效;若同染料一起使用,可加快其分别速度;假如同于黏土和淀粉的料浆,则可增加其流动性,对润滑剂与脂肪的乳化性能可以提高清洗剂对这种物质的清洗作用等等。
3、助洗作用
三聚磷酸钠自己就有必定的助洗作用,三聚磷酸钠的助洗作用是因为它对微细的无机粒子或脂肪微滴拥有分别、乳化、胶溶等作用,这些作用的综合即可提高对污垢的悬浮能力,防范污垢再堆积到织物上,从而提高了清洗剂的洗净作用。
第二节、三聚磷酸钠生产方法
1、因为中和液制取三聚磷酸钠的工艺路线虽各有不一样,但是大体上
可分为两大类:一类是先将中和液在喷雾干燥中干燥成必定粒度的正
磷酸盐(俗称干盐),而后再缩聚成三聚磷酸钠;另一类是直接由中
和液制成三聚磷酸钠,前者称作两步法,后者称作一步法。一步法形
式许多,如沸腾床一步法、辗转窑一步法,返料辗转窑一步法和空塔
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一步法等。
2、生产主要工艺原理
中和工序
3HPO4+5NaOH→NaH2PO4+2NaHPO4+5H2O
6H3PO4+5Na2CO3+nH2O→2NaHPO4+4Na2HPO4+(n+5)H2O+5CO2↑
聚合工序
NaH2PO4+2NaHPO4Na5P3O10+2HO↑
3、测定方法
先取约25ml的蒸馏水于250ml三角烧瓶中,加10滴中和液混匀,加入百里香指示剂3滴于三角瓶中,用标准溶液滴定呈微兰色,记下耗费NaOH的毫升数V1,加入***橙2滴,用标准溶液滴定呈橙色为终点,记下HCl所用毫升数V2。
中和度计算:Z=M1*V1/M2*V2(M1/M2为溶液K值)
式中:z——表示中和度
M1——表示HCl标准溶液的摩尔浓度
M2——表示NaOH标准溶液的摩尔浓度
工艺流程简述
磷酸自磷酸工序送至五钠工序磷酸贮槽储存待用。烧碱自傲贮槽
送至五钠工序贮槽储存待用。生产时磷酸和烧碱按比率或经过计量向
中和搅拌槽加入酸和碱,并依据反响状况和酸碱量比调理阀门开度进
行粗中和液的配制,中和液分析合格后再向搅拌槽内增加硝铵(催化
剂),待硝铵溶解完整后再把中和液放入泵槽,经中和液下泵输送至
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中和液贮槽。合格的中和液自中和液贮槽经过滤器除去杂质后,用高压柱塞泵加压进入聚合炉,经压力喷嘴雾化,与煤气烧嘴所燃煤气供应的热源相遇,干燥、聚合成成品五钠,从聚合炉尾进入冷却滚筒冷却,从冷却滚筒出来的五风钠由螺旋输送机送至斗式提高机提高到四楼螺旋输送机进口,再由螺旋输送机均匀给转动筛或串级粉碎机喂
料。转动筛分筛合格的五钠或串级粉碎合格的五钠进入成品料仓,转动筛分筛出的粗料进入粉碎机粉碎后经过螺旋输送机送入斗式提高
机,再由螺旋输送机均匀给转动筛喂料对大料进行循环粉碎、筛分,成品料仓的五钠经包装后送往五钠成品库。
干燥聚合产生的尾气经引风机抽出,经旋风除尘器和电除尘器除去大部份粉尘后,再经水沫除尘器进一步回收粉尘后,由水沫除尘器顶部排空。旋风除尘器收得粉尘进入螺旋输送机输送到冷却滚筒与聚合炉来的物料一起混杂冷却后进入斗式提高机。水沫除尘器的循环液送至中和搅拌槽作为配料用。
煤气烧嘴燃烧所用煤气自煤气工段送来,经煤气缓冲罐、煤气水封、U型、水封钟罩阀送入聚合炉烧嘴与空气鼓风机供应的助燃空气混杂燃烧,供应干燥聚合热源
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第三节反响机理与控制反响速度的要素
1、反响机理的第一种说法
因为中和度为(钠磷比)的中和液制取三聚磷酸钠的过程都
可分成两个阶段:中和液脱水成无水磷酸钠和无水磷酸钠缩聚成
三聚磷酸钠。中和液脱水成无水磷酸钠是简单的干燥过程,而无
水磷酸钠缩聚成三聚磷酸钠则是化学反响过程,此化学反响按下
述两步完成:
第一步由正磷酸钠缩聚成焦磷酸盐:
4
2
2
2
7
2
(4-1)
2NaHPO=NaHPO+HO
2
4
4
2
7
(4-2)
4NaHPO=2NaPO+2HO
第二步由焦磷酸盐缩聚成三聚磷酸钠:
Na2H2P2O7+2Na4P2O7=2Na5P3O10+H2O
(4-3)
因为无水正磷酸盐是固体,所以式(
4-1)和式(4-2)所示
的反响都是固相反响。因为反响温度较高,式(
4-1)和式(4-2)
开释出的水分会马上蒸发。式(4-3)所示的反响的也是固相反响。依据热谱法研究,以每分钟4~5℃的升温速度加热磷酸二氢钠,温度达到190~210℃时,磷酸二氢钠就转变为酸性焦磷酸二钠,以相同的升温速度加热磷酸氢二钠,当温度达到290~320℃时,磷酸氢二钠就转变为焦磷酸四钠。
当磷酸氢二钠和磷酸二氢钠按摩尔比2:1(即Na2O:P2O5=5:3)混杂均匀后加热,到180~190℃时,磷酸二氢钠就缩聚成酸性焦磷酸二钠,到200~210℃时,磷酸氢二钠缩聚成焦磷酸四钠,因而可知,
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两种磷酸盐混杂加热时,各自的缩聚温度都有降低:磷酸二氢钠的转变温度降落5~15℃。磷酸氢二钠的转变温度降落幅度较大,为90~110℃。所以,我们可以说185~210℃是正磷酸盐(Na2O:P2O5=5:
3)转变为焦磷酸盐的温度区。
连续加热上述的混杂物,当温度升到290~310℃时,焦磷酸盐
就缩聚成三聚磷酸钠,为使缩聚反响进行得更快更完整,宜在
300~400℃,甚至更高的温度完成上述反响。
各阶段的反响热效应以下:
2NaHPO=NaHPO+HO+△H
(4-4)
4
2
2
2
7
2
2×
H=2×-=-5kcal*/mol
2NaHPO4=Na4P2O7+H2O+△H
(4-5)
2×
H=2×-=*/mol
Na2H2P2O7+2Na4P2O7=2Na5P3O10+H2O+△H(4-6)
×2×
H=+2×-[2×]
*/mol
综合(4-4)、(4-5)和(4-6)三式得式(4-7):
NaH2PO4+2Na2H2PO4=Na5P3O10+2H2O+△H(4-7)
2×2×
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H=+2×-[+2×]
=*/mol
所以,由Na2O/P2O5=5:3的正磷酸盐制取三聚磷酸钠的反响为
吸热反响,生成1mol三聚磷酸钠需要热量。
2、反响机理的第二种说法
在中和液(Na2O/P2O5=5:3)脱水成正磷酸盐后,第一生成复盐:
2NaHPO+NaHPO=NaHPO+
(4-8)
4
2
4
2
4
而后在130~230℃的温度下生成无定型的焦磷酸盐或亚稳态的
Na5P3O10-Ⅰ晶体:
{Na3HP2O7
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Na2HPO4+
Na2HPO4.
NaH2PO4
(Na5P3O10-
Ⅰ
)
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(4-9)
Na2H2P2O7
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300℃时转变为Na5P3O10-Ⅱ,410℃时转变为Na5P3O10-Ⅰ
从正磷酸盐生成焦磷酸盐的过程中有个“液化”过程,“液化”
过程长对反响有益。
二、控制反响速度的要素
在谈论控制反响的要素以前,先看一些试验成就。
图4-1(a)、(b)、(c)表示了正磷酸盐转变为三聚磷酸钠的速率,
各种磷酸盐含量均以五氧化二磷含量表示。加热10~15分钟后焦
磷酸盐含量即达70~85%,连续加热,焦磷酸盐含量降落,聚磷酸
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盐含量增加。
图4-1(a)225℃时的回执状况,加到2小时后,曲线2和3已趋于水平,表示焦磷酸盐含量不再降低,聚磷酸盐含量不再增加,
可见在225℃的条件下,加热2小时后,由正磷酸盐转变后三聚磷酸钠的反响实质上已经停止。
图4-1(b)为250℃时的加热状况,磷酸盐转变趋向与图4-1(a)相同。加热早期生成三聚磷酸钠的速度很快,50分钟后三聚磷酸钠的含量即达48%,以后反响进行速度减慢。
图4-1(c)和表4-1以不一样形式表示了300下℃加热正磷酸盐混杂物的结果。加热3分钟焦磷酸钠含量就达最大值%,今后焦磷酸钠含量减少,同时三聚磷酸钠的含量增加,20分钟时,含量增大到最大值%。连续加热,焦磷酸钠含量虽略有降落,但是三聚磷酸钠含量不见增加,而三偏磷酸钠的含量略有增加。
400℃加热无水正磷酸盐(Na2O/P2O5=5:3)的规律基本上和
300℃相同,不过反响速度更快,10~15分钟即告结束,并且反响
也未进行究竟,最后产品中也含有焦磷酸钠和三偏磷酸钠,还含
有少许的不溶性偏磷酸盐。
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