Ерітіндіден натрий үшполифосфатын алу

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 48 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

АҢДАТПА
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ...
1 ӘДЕБИЕТКЕ 10
ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
1.1 Натрий үшполифосфатын өндірісте алу 10
әдістері ... ... ... ... ... ... .. ... ...
1.1.1Натрий үшполифосфатының қасиеттері және сапсының 14
сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... .. ...
1.1.2Шикізат және қосымша материалдардың 16
сипаттамасы ... ... ... ... ... ...
1.1.3Процестің физико-химиялық 19
негіздері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ..
1.1.4Өндірістің технологиялық схемасының 24
сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ...
1.1.5Экстракциялық фосфор қышқылын органикалық еріткіштермен тазартып
НҮПФ-н және тыңайтқыш 28
алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.1.6Натрий үшполифосфатының қолдану аясы 29

2 ТӘЖІРИБЕ ЖҮРГІЗУ 32
2.1 ӘДІСТЕМЕСІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32
НҮПФ өндірісте алу тәсілдері
2.1.1Бастапқы заттар сипаттамасы және талдау 32
әдістері ... ... ... ... ... ... .. ...
2.1.2Фотометрикалық тәсілмен алюминийді анықтау 34
тәсілі ... ... ... ... ... ...
2.1.3Фотометрикалық тәсілмен кальцийді 34
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.1.4Жалпы P2O5 -ті анықтау 35
әдісі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ...
... ..
2.1.5Фотометрикалық тәсілмен темірді 35
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.1.6Магнийді анықтау 35
әдісі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
2.2 Зерттеуді жүргізу 36
әдістері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ..
2.2.1Төменгі сапалы Қаратау фосфориттерінен натрий үшполифосфатын алуға
қажет фосфаттарды 36
алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.2.3Тәжірибе бөлімінің есебі 36
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ...
2.2.4H2SO4 және HNO3 қышқылымен Қаратау және Шилісай фосфориттерін
өңдеу 37
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ..
2.2.5Шилісай фосфоритінен натрий үшполифосфатын 39
алу ... ... ... ... ... ... .
2.2.6Дикальций фосфатынан НҮПФ 39
алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.2.7Монокальций фосфатынан НҮПФ 39
алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3 Еңбекті 44
қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ...
3.1 Натрий үшполифосфаты өндірісінде қолданылатын материалдардың
қасиеттері, сақтық шаралары мен көрсетілетін алғашқы 44
көмектер ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ...
3.2 Өндіріс орнын жасанды және табиғи 46
жарықтандыру ... ... ... ... ... .. ... ..
3.3 Өндірістік бөлмелердің микроклиматтық параметрлері ... ... ... ... 47
3.4 Өндіріс орнындағы электр 50
қауіпсіздігі ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..
3.5 Шу мен 51
діріл ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.6 Өндірістегі өрт 51
қауіпсіздігі ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... .
4 Экономика 54
бөлімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... .
4.1 Шикізат пен реактивтерге кеткен шығындарды 54
анықтау ... ... ... ... ... ..
4.2 Электроэнергияға кеткен шығындарды 54
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4.3 Суға кеткен шығынды 55
4.4 есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
..
Зертханалық ыдысқа кеткен шығындарды
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ...
4.5 Бөлмені жалдауға қажетті 55
есептеулер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5 Қоршаған ортаны қорғау. Өндіріс қалдықтары және оларды
пайдаға 56
асыру ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ...
5.1 Ауа бассейнін 57
қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... .
5.2 Ағын суларды тазалау 58
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ...
5.3 Қатты қалдықтарды 58
залалсыздандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
.
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... 59
... ... ... ... ... ... ... ...
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 60
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ...

АҢДАТПА

Осы дипломдық жұмыста натрий үшполифосфатын төменгі сапалы
фосфориттерден алу қарастырылған.Натрий үшполифосфаты Қаратау және Шиілісай
фосфоритінен экстракциялық фосфор қышқылын синтездеп,оны Na2CO3-пен
нейтралдау арқылы алынған.
Тәжірибе нәтижесі бойынша НҮПФ-ның сапасы МЕСТ талаптарына сәйкес
келеді.

АННОТАЦИЯ

В данной дипломной работе приведены результаты научно-
исследовательской работы по получению триполифосфата натрия новым
экономическим выгодным методом.Триполифосфат натрия был синтезирован из
экстракционной фосфорной кислоты, полученной из нискосортных фосфоритов
Каратауского и Чилисайского месторождений РК. Установлено, что качество
триполифасфата натрия сответствует требованиям ГОСТа.

ANNATAION

In the work discussed cost-effective way of obtaining of sodium
tripolyphosphate from wet-process (extrative) phosphate acid which is
synthesized from phosphorites of Karatau and Chilisay.For obtaining of
Na5P3O10 the EPA is neutralized with Na2CO3.
The quality of Na5P3O10 that was taken eorresponds to the requirements
of MEST.

КІРІСПЕ

Химия өнеркәсібінің әр түрлі саласында қолданылатын және көп тараған
фосфор қышқыл тұздарының бірі натрий үшполифосфаты (НҮПФ).
Натрий үшполифосфатын халық шаруашылығының көптеген салаларында
қолданады. Оның өндірісі техникалық фосфаттар өндірісінің жалпы көлемінің
70%-ын құрайды. НҮПФ-ының негізгі тұтынушылары жуатын, тазалайтын және
ағартатын заттар өндірісі болып табылады.
Натрий үшполифосфат беттік активті заттардың жуғыш қабілетін
жақсартады. Олар ластану бөлшектерін суспензиялайды және олардың жойылуын
жуу және флотация кезінде жеңілдетеді, боялмаған маталар ақтығын (белизна)
жақсартады, дақтардың жойылуына жақсы әсер етеді, қалдықтарды жуғыш
машиналардың түбі мен қабырғаларынан жояды, көпіршіктердің пайда болуына
әсер етеді және оған тұрақтандырғыш әрекетіне ықпал жасайды.
Басқа фосфаттар мен бейорганикалық қосылыстарды салыстырғанда натрий
үшполифосфаты синтетикалық жуғыш заттар құрамына кіретін бағалы тұздардың
бірі болып табылады.
Өндірістің ұлғаюымен байланысты өнімнің сапасына жоғары талаптар
қойылады негізгі зат формасының мөлшерін көбейту, қоспаларды азайту
Дүниежүзінде түйіршіктелген НҮПФ-қа сұраныс өсуде. Олар суда жақсы ериді,
әсіресе NaPO-ІІ формасы, тасымалдауға оңай, әртүрлі жуғыш
заттардың ылғал тартқыштығын және қатаюын азайтады.
Натрий үшполифосфаты тері, тамақ өнеркәсібінде дәрі және косметикалық
препараттар жасауға да кең қолданыс табуда.
Натрий үшполифосфатының көмегімен бактерицидті және фунгицидті
қоспалар алады, олар мақта мен дәке (бинт) дайындалатын целлюлозды-қағазды
материялдарды импрегмирациялауға жарамды болып келеді. Бұл қосылыстан
тұратын ерітіндінің коррозиялық әсер етуін қауіпсіз ете отырып
фармацевтикалық препараттарды консервлеуге, залалсыздандыруға және
пастерлеуге мүмкіндік береді. Натрий үшполифосфат стомотологияда
қолданылатын залалсыздандыратын заттардың құрамында секвестрилейтін агент
ретінде қолданылады.
Поли- және натрий үшполифосфаттар ет және ет өнімдерінің қасиеттеріне
әсер етеді. Олар суды ұстау қабілетін өзгертеді, термиялық өңдеу кезінде
ылғалдық жоғалуын азайтады, еттің табиғи түсін сақтауын қамтамасыз етеді
Эмульгирлеуші қасиетінің арқасында олар шұжықтың құрамын, майдың біркелкі
таралуы есебінен жақсартады және басқа да жағымсыз өзгерістердің пайда
болуының алдын алады.
Жер жүзінде натрий үшполифосфаты жылына миллион тоннадан артық
жұмсалады.
Осы дипломдық жұмыста натрий үшполифосфатын төменгі сапалы
фосфориттерден алу қарастырылған.

1 Әдебиетке шолу
1.1 Натрий үшполифосфатын алу әдістері (НҮПФ)

Химия өнеркәсібінің әртүрлі саласында қолданылатын және көп таралған
фосфор қышқыл тұздардың бірі натрий үшполифосфаты болып табылады.Сондықтан
соңғы кезде натрий үшполифосфатын алудың жаңа әдістерін іздестіру қолға
алынды.Осы дипломдық жұмыста Na5P3O10-ны Қазақстанда шығатын Қаратау және
Шилісай фосфориттерінен экстракциялық фосфор қышқылын алу әдістері
қарастырылған.Ол үшін фосфориттерді HNO3 және H2SO4 ыдыратып алынған
экстракциялық фосфор қышқылын әртүрлі қоспалардан (Mg, Al, Fe т.б)
тазаланған соң, Na2CO3-пен бейтараптау арқылы Na5P3O10 алынды.
Қазіргі кезде натрий үшполифосфатын алу(НҮПФ) әдістеріне арналған көп
жұмыстар бар.Негізгі НҮПФ-н алу әдістерінің технологиясы келесі
шикізаттардан алуға негізделген:
-Термиялық фосфор қышқылын кальцинирленген содамен нейтралдау арқылы
НҮПФ-н алу
-NaH2PO4 пен Na2HPO4 фосфаттарынан қыздыру арқылы НҮПФ-н алу;
Әртүрлі өндірістік НҮПФ-ның алыну әдістері меңгеріліп олар келесі
авторлардың жұмыстарында қамтылған:Позин, Продан, Ван-Вазер, Ваггаман және
т.б[1] .
НҮПФ-ын 2Na2HPO4 + NaH2PO4 қатты қосындыларды қыздыру арқылы да
алады.
Анарбаевтың ғылыми зерттеу жұмысында кальцийленген сода орнына натрий
сульфатын қолдану арқылы Na5P3O10 алынған. Қазақстандағы құрамында натрийі
бар табиғи тұздарды (натрий сульфаты және хлориді) кальцинирленген сода
Na2CO3 және каустикалық сода NaOH-ты натрий үшполифосфатын өңдеу арқылы
алуға үшполифосфатнатрийына өңдеу технологиясын зерттеу нәтижелері
келтірілген. Ол үшін натрий сульфидін, гидросульфаттан және тұз қышқылын
алу технологиясы ,сондай-ақ натрий сульфидінен, гидросульфатынан қақталған
сода Na2CO3 алу процесі зерттелген. Моно-, динатрийфосфатынан әкті
каустификациялау арқылы каустикалық соданы алу технологиясы зерттелген .[2]
Қақталған, каустикалық сода алу технологиялық процесі тиімді жағдайда
және төмен температурада (70-1200) жүреді, технологияда улы және қауіпті
жарылғыш заттар бөлінбейді.
Тұндырудан түсетін экономикалық пайда қақталған содадан-58,0 мың
теңге, ал каустикалық содадан-57,93 млн теңгені құрайды.
Қақталған, соданы натрий сульфатына алмастыру негізінде НҮПФ-ын алу
технологиясы және физико-химиялық негізі зерттелген.
НҮПФ технологиясын (134,12мың.тжыл) өндіріске өндіру нәтижесінде
27,55 млн.теңге экономикалық пайда алынған. (1998ж. Баға бойынша).
Қазіргі таңда натрий үшполифосфатын алудың көптеген тәсілдері белгілі.
Натрий үшполифосфатын алудың негізгі тәсілдерімен технологиялары келесі
бағыттарға негізделген:
1.Моно және динатрийфосфатының жоғарғы температурадағы термиялық
дегидратациясы.
2.Натрий үшполифосфатының гидролизі.
3.Р2О5 натрий тұзының тотыққан металдардың қышқылдармен ара қатынасы.
4.Ерітіндіден натрий үшполифосфатын алу.
Қазақстанда Тараз қаласында Жамбыл фосфор зауытында (ЖЖФЗ) натрий
үшполифосфатын алудың технологиясы енгізілген.Оның негізгі белгілері:
1.Қаратау фосфориттерінен 1800-20000С температурада фосфор элементін
алу.
2.Оттегі қатысында фосфордың жануы.
3.Р2О5-тің сумен жұтылуы және одан термиялық фосфор қышқылын алу.
4.Натрий үшполифосфатын алуда термиялық фосфор қышқыл ертіндісінің
кальцинирленген содасымен нейтрализациялануы.
Ақтау қаласында химия- гидрометалургия зауытында апатит концентратының
39,4% Р2О5 негізінде экстракциялық фосфор қышқылынан натрий үшполифосфатын
алу технологиясы енгізілген.
Басқа жұмыстарда Na4P2O7-NaPO3 негізгі жүйелері түгелдей зерттелген .
1-суретт берілген диафрагма жоғарыда айтылған мәліметтерге
негізделген.
Осы жүйеден 2Na2O: P2O5 –ң метафосфатпен пирофосфаттардың құрамын
диаграммадан (1-сурет) көруге болады. 5220С-та эфтектика түзіледі оның ара
қатынасы Na2O: P2O5 =1,28 және қоспа, оның құрамында 45% үшполифосфат және
55% натрийдің метафосфаты бар,ал 6220С-та Na5P3O10 балқиды. Өте жоғарғы
температура 8000С-та біртекті қоспа (R=1,67) түзіледі, натрий
үшполифосфатының құрамына сәйкес, 6220С-тан төмен температурада қоспа
әйнек сияқты қатады. Құрамында пирофосфаттың кристалдары болады.
Егер құрамында 5Na2O: 3P2O5 бар қоспаны тез суытып, содан кейін 6220С-
тан төмен температурада ұстаса ,онда үлкен температуралық Na2P3O10-1-
модификациясы түзіледі.
Суытылған қоспа белгілі температурада өзінен-өзі ыдырайды да, ұнтаққа
айналады.
НҮПФ-ын алуды Морей және Интерсал дәлелдеген. Дәл осы жөнінде анализ
тұжырымы бойынша қоспаның Na5P3O10 (I) тің Na5 P3O10 (II) ауысуына
байланысты емес, өйткені ыдырайтын қоспа тек балқитын қоспаның
ренгенограммалары бірдей Натрий үшполифосфаты құрамында төменгі
температуралы модификациялары (II) бар - ақ кристалды ұнтақ.Жай қалыпты
температурада бір-біріне ауысып тұрады (I→II). Сондықтан натрий
үшполифосфатына су қосқанда кристалданады. Кристалданбас үшін ерітіндіні
тезірек шайу керек . Өйткені ол тек ериді де, кристалданбайды.
НҮНФ алу әдістерінің көпшілігі оны өнеркәсіпте қолдануға
болады.Алынған метафосфатты каустикалық сода – (NaOH) мен өңдеу керек,
сонда НҮПФ-ы түзіледі. Реакция экзотермиялық жылу шығару арқылы жүреді.
Реакцияның жүрісін бақылау үшін, реакцияның жүру уақытын созады,ол үшін
реакциялық массаны алдымен сумен,содан соң мұзбен суытады басқа
жұмыстардағы авторлардың нұсқауы бойынша жуғыш заттар құрамына
үшметилполифосфат түрінде оларды НҮПФ-қа ауыстырмай-ақ қолдануға
болатындығын көрсетеді .
Натрийдің метафосфаты сілтілік гидролизі жуғыш заттардың құрамына
қосқаннан кейін жүргізіледі. Осы тәсілмен НҮПФ-ы қатты фазамен қоспаны
алуға болады [3].
НҮПФ-ын балқымадан қайта кристалдану арқылы алатын әдісі зерттелген.
Бастапқы зат ретінде натрий пирофосфаты мен гексаметафосфаты немесе
ортофосфаттар қосындылары қолданылады. Басқа жұмыстарда келтірілген НҮПФ-ын
алу әдісі фосфаттың балқымасы, орто және пирофосфат қоспасы арқылы да
алады.
ТМД-ң зауыттарында қолданып келе жатқан әдістер сілтілік гидролиз,
термиялық өңдеу және қатты қоспадан тазарту. Бұл әдістердің әртүрлі
кемшіліктеріне байланысты өнеркәсіпте пайдаланылмайды. НҮПФ-ң негізгі
бөлігін әртүрлі фосфаттардың қоспасынан, көбінесе ортофосфаттардың балқу
температурасынан артық қыздырмай, дегидратация арқылы алады. Келесі жұмыста
авторлар бастапқы затты 5300С-қа дейін қыздырып,осы температурада 5 сағат
бойы ұстайды,ал кейбір жұмыста затты балқу температурасына дейін қыздырып
және балқыманы суытып Грэм тұзын алып, оны 12 сағат бойы 5200С-та. НҮПФ-ын
алу үшін қоспаны қыздырады, (құрамында метафосфаты бар). Реакция 200-10000С
аралығында жүреді. Реакция жүретін камера қозғалмайды. Бірақ та онда
араласатын құралдар:желдеткіштер, кептіргіш пештер, тоңазытқыштар
орнатылған. Жоғарыда келтірілген конденсациялық фосфаттарды алу әдістері
экономика жағынан тиімсіз және біркелкі циклондық камераға сода және
фосфордың пентаоксидін береді. НҮПФ құрамының өзгеруі 40-67% аралығында
болады .
НҮПФ-ын алу технологиясы төменгі температурадағы ортофосфаттар
қоспасы, термиялық әдісіне назар аударалық .
Осы әдістің көп варианттары бар. Мұнда әртүрлі факторлар реакцияға
әсер етеді және тауарға қойылатын талаптарға қарай НҮПФ-ын алу үшін
қолданылатын шикізаттар сода және термиялық немесе экстракциялық фосфор
қышқылдары. Экстракциялық фосфор қышқылын қолданғанда ортофосфаттар
ерітіндісін қосымша тазартудан өткізеді.
НҮПФ-ын алу 3технологиялық сатыдан тұрады:
-фосфор қышқылын кальцинирленген содамен нейтралдау молярлық ара
қатынасында: моно-және динатрифосфат( Na2OP2O5 =1,67-1,70) алады.
-басқа жұмыста балқыманы тез суытады,одан соң қатқан затты ұнтақтайды
да престеп, түйіршіктейді және 500-5250С-та ұстайды.
-балқыманы 9000С-та қыздырып, одан соң 5500С-та суытып 2 сағат бойы
ұстайды.
Бірақта бұл тәсілдер кең таралмаған, өйткені бұл әдістердің көп
кемшіліктері бар: бұл процестер өте жоғарғы температурада өтеді және көп
сатылы. Нейтрализация процесі және содан кейінгі сатылары ортофосфат
ерітіндісінің концентрациясына, температураға, Na2OP2O5 ара қатынасына
(металдық титрі) және басқа да факторларға тәуелді. Сүзу және кептіруді
қолайлы тәртіпте өткізу үшін концентрациялы ерітінді алу қажет. НҮПФ-ын алу
бір сатылы: мұнда кептіру және кальцилендіру бір аралықта жүргізіледі, не
болмаса шашыратқыш кептіргіш барабанда, не болмаса қайнау қабаты
аппараттарда жүреді. Барабанды кептіргіште көбінесе кальцийлендіру процесі
жүргізіледі,онда алынатын НҮПФ-ның тығыздығы 1,02гсм3. НҮПФ-ын алу жолдары
сұйылтылған H3PO4 (20% P2O5) содамен нейтралдау арқылы жүргізіледі, содан
кейін шығатын шыламды сүзу арқылы бөледі де, буландырады және дегидрлейді.
Сүзілген Na ортофосфатының ерітіндісінен НҮПФ-ын алады.
Алынған өнім құрамында бастапқы зат 92-93% және қоспалар: Ғе-0,2%,
сульфаттар мен хлоридтер 1,5-2%, ерітілмеген заттар-0,1% бар.
НҮПФ-ын алу тәсілдері фосфор қышқылын содамен қыздыр арқылы
нейтралдауды ұсынады, І-сатыда нейтралдану РН=4,5-5-ке дейін жүргізіледі,
ІІ сатыда содамен рН=6,3-6,5-ке дейін нейтралдайды.
НҮПФ-ын алу үшін шламдық фосфор қышқылы да қолданылады, ал бір қатар
жұмыстарда сульфат ионды қосымша қосады. Фосфор қышқылының құрамында
сульфат ионы бар оны содамен және NaОН пен нейтралдайды, ал келесі
жұмыстарда фосфор және Н2SO4 термиялық қоспасын қосады.НҮПФ-ы фосфорды
тотықсыздандыру арқылы алады, фосфорлы ангидридтің гидраты фосфор
қышқылына нитраттарды 0,1-1,0% енгізу, содан соң фосфор қышқылымен
содамен нейтралдап ортофосфаттың қоспасын алғанға дейін кептіріп және қайта
дегидратациялауға дейін жүргізеді[4].
Кейінгі жылдарда жаңа әдіспен түйіршіктелген НҮПФ-ның алу жолы фосфор
қышқылын сілтімен немесе содамен нейтралдау, сүзу және кептіру арқылы алу
қарастырылып келеді .
Осы айтылған әдістердің кемшіліктерін ескере отырып және кальцийленген
соданың қымбаттылығына қарап НҮПФ-ын Қазақстанда басқа да экономикалық,
экологиялық тиімді жолмен алу технологияларын табу керек.
НҮПФ-ның құрамында натрийі бар реагенттерді, натрий сульфаты және
мирабилит қолданылатын технологияны пайдалану құнды сияқты.
Сондықтан қазіргі кезде НҮПФ-ын натрий сульфатынан алу технологиясын
дамытып жатыр.

1.1.1 Натрий үшполифосфатының қасиеттері және сапасының сипаттамасы

Алғаш рет 1895 ж Шварц сипаттама берген натрий үшполифосфаты- Na5P3O10
түзу сызық структуралы конденсатты фосфаттарға жатады. Салыстырмалы
молекулалық массасы- 368,1. Балқу температурасы- 6220С.
НҮПФ-ы екі түрлі изомерлік кристалдық формада болады: Na5P3O10 –І және
Na5P3O10–ІІ. Олар рентгенограммаларында, гидратация жылуларында, ылғал
тартқыштары, еру жылдамдықтарында айырмашылықтары жоқ бірдей сулы ерітінді
және кристаллогидрат Na5P3O10 ·6Н2О береді.
І және ІІ формадағы НҮПФ және гексагидраттың еру жылулары, сәйкесінше
67,5-59,0+10,9 кДж моль ІІ форма-төмен температуралы суда өте тез ериді,
ол-еріген тұз концентрациясының күрт жоғарылауынан кесектердің түзілуіне
және ерімей қалған тұздың бетіне кристалданатын НҮПФ-ң гексагидратының
түзілуіне әкеп соғады. Бұны болдырмау үшін ерітіндіні үздіксіз араластыру
қажет. Тауарлы өнім негізінен төмен температуралы формадан тұрады. Өнім
тығыздығы 2500кгм3, себілген массасы 668-800 кгм3, өзіндік көлбеу бұрышы-
450[5].
МЕСТ.13493-77 сәйкес Na5P3O10 1-кестеде көрсетілген талаптарды
қанағаттандыру керек.

1–кесте
Натрий үшполифосфатының сапасына қойылатын МЕСТ 13493-77
талаптары

Көрсеткіштер атауы Тағамдық Жоғары І сорт ІІ сорт
1.Сыртқы түрі Ақ ұнтақ Ақ ұнтақ Ақ ұнтақ Ақ ұнтақ
2.Na5P3O10 массалық үлесі,% 94 94 92 88
аз емес
3. P2O5 жалпы мссалық 57 57 56,5 54,5
үлесі,% аз емес
4. Na5P3O10 І массалық 10 10 10 10
үлесі,% көп емес
5.Ортофосфаттардың массалық 0,6 - - -
үлесі%.
6.Темірдің массаляқ үлесі,% 0,01 0,005 0,02 0,02
көп емес.
7.Суда ерімейтін заттардың 0,1 0,1 0,13 0,15
массалық үлесі, % көп емес.
8.Сульфаттардың 0,5 - - -
(SO)массасы
9. Хлоридтердің массалық 0,5 - - -
үлесі,% көп емес.

1-кестенің жалғасы

1 2 3 4 5
10. Сульфаттар мен 0,5 0,6 10 -
хлоридтердің суммаларының
массалық үлесі, %
11.Ауыр металдардың мас. 0,005 - - -
үлесі
12.Мышьяктың массалық үлесі, 0,004 - - -
% көп емес.
13. 1%-ті сулы ерітіндіні 9,7+0,2 9,7+0,2 9,7+0,3 9,7+0,3
рН-ы түйіршікті өлшеу
құрамы МЕСТ
3584-73 бойынша елек
арқылы жарақтағы ұяшық
жағынан өтеді:
14.0,500мм,аз емес 100 100 100 100
15.0,250мм аз емес 97 97 97 97
ІІ сорты экстракциялық
фосфор қышқылынан алады

Натрий үшполифосфатының ылғал тартқыштығы 2-кестеде көрсетілген.
2-кесте
Натрий үшполифосфатының ылғал тартқыштығы

Сақтау ұзақтығы, сағат Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы, жұтылған ылғал
мөлшері, %
79,4 42
22 0,3 0,0
72 1,2 0,0
144 3,7 0,0
240 9,1 0,0
360 12,8 0,0

Натрий үшполифосфатының ерігіштігі температураға тәуелді:
температура,градус °С: 25 40 60
80 100 мөлшері,массасы,сағат:
14,5 16,35 19,25 23,25 32,5
Натрий үшполифосфат гексагидратының ерігіштігі температураға аз
тәуелді:
Температура,0С 0 20,1
25 50
ерткіш Na5P3O10 ·6Н2О 13,98 12,92
12,96 14,34
Натрий үшполифосфат алюминий, мырыш, қола,мыс қорытпаларын
таттандырады.

1.1.2 Шикізат және қосымша материалдардың сипаттамасы

Натрий үшполифосфатын алу бастапқы шикізаттар-фосфор қышқылы және
кальцинирленген сода.Қосымша материалдар-кизельгур және кальциленген сода.
Қосымша материалдар-кизельгур және аммиакты селитра.
Сусыз фосфор қышқылы-кристалдану температурасы 42,350С(315,55К),мөлдір
тұйық кристалдар. Молекулалық массасы-98. Фосфор қышқылы сумен барлық
қатынастарда араласады.
Натрий үшполифосфат өндірісінде МЕСТ 10678-76(3-кестеде көрсетілген)
талаптарын қанағаттандыратындықтан технологиялық режим нормаларына сәйкес
42-45% Н3РО4 дейін сұйылтылатын термиялық фосфор қышқылы қолданылады.3-
кесте де фосфор қышқылының өндірісте қолданылатынға жақын
концентрацияларының кейбір қасиеттері келтірілген[6].

3-Кесте
Фосфор қышқылының (ТФҚ) сапасына МЕСТ 10678-76 талаптары

рс Маркалар үшін нормалар
А Б
І сорт ІІ сорт
1. Сыртқы түрі Түссіз, Әлсіз,сары Түссіз немесе
сұйық,ақ фонда реңді, түссізәлсіз сарыдан
15-20мл қабатқасұйық ақ қоңырға дейін
қарағанда фонда 15-20 болған сұйық,
мөлдір мл қабатқа ақ фонда 15-20
қарағанда мл қабатқа
мөлдір қарағанда
2. Ортафосфор қышқылының мөлдір емес
мөлшері (Н3PO4)%, аз 73 73 73
3. емес
Хлоридтердің мөлшері, %,0,005 0,01 0,02
4. көп емес
Сульфаттардың мөлшері, 0,01 0,015 0,02
5. %, көп емес 0,0003 0,0005 0,01
Нитраттардың мөлшері,%
6. көп емес 0,005 0,01 0,015
7. Темір мөлшері,% көп емес0,0005 0,002 0,005
H2S тобының ауыр
металдарының (PbS)
8. мөлшері,көп емес 0,003 0,006 0,008
Мышьяк мөлшері,%, көп
9. емес
Н3PO4-ке қайта 0,01 0,01 0,01
есептегенде қалпына
келтіретін заттардың
мөлшері,%, көп емес

4-кесте
Фосфор қышқылының қасиеттері

H3PO4 Тығыздық, кгм3 Қайнау Сұйылту H3PO4 Жылу
концен-тра температу-жылуы концен-трасыйымды-лы
циясы расы,0С кДжкг циясы,% қ,
кДжкг·К

250С 800С
40 1252,7 1218,3 105,7 183,522 40,1 2,943
45 1292,0 1256,6 107 177,027 44,11 2,8272
70 1527,1 1479,2 125 121,091 69,97 2,1608
70 1578,8 1530,2 135 105,588 75,79 2,0309

Кальцинирленген сода негізгі зат NaСO, ақ түсті ұнтақ.
Суда ерігіштігі, г100г суда
Температура, С 0 25
35,37 49,5
Ерігіштік 6,86 29,2
8,0-111,5 44,5

Техникалық өнімді МЕСТ 5100-73 сәйкес шығарады.

5-кесте
Кальцинирленген сода сапасына МЕСТ 5100-73 талаптары

рсКөрсеткіштер аты Сорттар норм-ы
ІІ
І
1. Сыртқы түрі Ұсақ кристалды ұнтақ
немесе ақ,түсті түйіршік
2. Na2CO3 мөлшері,%,аз емес
3. Қыздырғандағы салмағының шығыны
(270-3000С),% көп емес
4. NaCI-ға қайта есептегенде хлоридтердің
мөлшері,% көп емес
5. Fe2O3-ке қайта есептегенде темірдің
мөлшері % көп емес
6. Суда ерімейтін заттардың мөлшері,% көп
емес
7. Na2SO4-ке қайта есептегенге
сульфаттардың мөлшері, % көп емес
99,2 99,0

0,8 1,5

0,5 0,8

0,003 0,008

0,04 0,08

0,05 нормаланбайды

Ескерту: 2,4,5,6,7 пунктер қыздырылған заттарға қайта есептегенде
берілген.
Аммиакты селитра, өнімнің ағартуына және НҮПФ ІІ формасының мөлшерінің
көбеюіне мүмкіндік туғызатын қосымша ретінде, концентрациясы 50% ерітінді
түрінде қолданылады.
Аммиакты селитра сапасы МЕСТ 2-75 талаптарын қанағаттандыруы керек (6-
кесте)
6-кесте
Аммиакты селитра сапасына МЕСТ 2-75 талаптары

рсКөрсеткіштер аты Маркалардың нормалары

1 Сыртқы түрі

2. Құрғақ заттағы нитратты және
аммиакты азоттың мөлшері,
NНNO-ке қайта есептегенде,
% аз емес
Азотқа қайта есептегенде, % аз емес
3 Ылғал мөлшері, % көп емес
Кептіру әдісімен
Флипер әдісім
Суда ерімейтін заттардың
4. мөлшері, көп емес
МЕСТ-ң п.2.1.3 бойынша КМnO-пен
5. тотығатын заттардың мөлшері
CaO-ға қайта есептегенде Са және Мg
6. құрғақ заттарының нитраттарына қайта
есептегенде қосымшаның мөлшері, %
көп емес
Немесе РO-ке қайта
есептегенде фосфаттар аммоний
сульфаттары, % көп емес
Фосфаттармен аммоний сульфаттары, %
көп емес
Кальций нитраты мен аммоний
сульфаты, % көп емес (CaO-ға қайта
есептегенде)
7..10%-ті азот қышқылы ерітіндісінде
ерімейтін заттардың мөлшері, % көп
емес
А В
Механикалық қоспаларсыз
түйіршіктелген өнім
98,8 Нормаланбайды

Нормаланбайды 34
0,3 0,3
0,6 0,6
0,05 -
- -

0,2-,05 Нормаланбайды

0,5-1,2 --
0,3-0,7 --

0,4-0,6 --

0,6-1,2 --

0,2 --

Кизельгур -Ақ ұнтақ тәрізді немесе қызғылт реңді ірілеу ұнтақталған
масса, сорбциялайтын, сүзетін материял ретінде қолданылыды . Қазіргі
уақытта кизельгурды РСТ АРМ ССР 1071-79 сәйкес шығарылады (6-кесте).

7-кесте
Кизельгур сапасына талаптар

Нормалар үшін
рс Көрсеткіштер аты

Химиялық Химиялық
өнеркәсіп өнеркәсіп
1 2 3 4

7- Кесте жалғасы
1 2 3 4

2. Сыртқы түрі Ақ түсті, иіссіз, дәмсіз ұсақ
жарма (крупа)

Құрамы,%
SiO2
Al2O3
TiO2
Fe2O3
MnO2
CaO
As2O3
MgO
Na2O+K2O
H2O
Қыздырғандағы шығындар,%,көп емес
3. Меншікті салмағы,гсм3
4. Су сіңіру, %
5. Ылғал сіңіру,%
6. Тығыздық,%
7. Көлемдік үйілген массасы, кгм3
8. Сүзу жылдамдығы,м3м3 сағ
9. Су сығындысының (вытяжка)рН-ы
10. Химиялық тұрақтылық

74,0 75,0
13,0 13,5
0,2 0,8
0,6 0,8
Іздері Іздері
1,0 1,2
Болмайды Болмайды
0,3 0,7
7,0 7,5
1,0 1,5
2,0 3,0
2,15 2,2
210-370 210-370
1-2,5 1-2,5
7,0 10,7
150-210 150-210
0,4-0,8 0,4-0,8
8-9,5 8-9,5
99,8-99,9 99-99,9

1.1.3 Процестің физико-химиялық негіздері

Сыртқы түрі бойынша натрий үшполифосфаты –ақ кристалды ұнтақ; ол
негізінен төмен температуралы модификациялаудан тұрады.Олардың
пішінінің бірінен-екіншісіне өтуі өте баяу түрде болады,сондықтан
екі пішіндіде таза қоспа немесе заттар түрінде алуға болады. 1-ші
натрий үшполифосфатының түрі таңдақты түрде белгілі.Оны суға
қосуда таңдақтар құралады.Ерітіндінің таңдақтануын болдырмау үшін
араластыруды күшейту қажет.Натрий үшполифосфатын 2-ші түрін
араластырмай –ақ қосуға болады.
Натрий үшполифосфатын алу 42-45% фосфор қышқылын кальцинирленген
содамен нейтралдауға негізделген.Түзілген ерітінді қоспалардан
сүзіліп алынады, кептіріледі және алынған өнім
кальцинациаланады.Фосфор қышқылын нейтрализациялауға қажет соданың
шығынын төмендегі реакция теңдеулердің қосындысымен есептеуге болады.
Натрий үшполифосфатын алу бірнеше сатыда іске асырылады:
0.5NaCO+HPONaHPO+0.5CO+0.5H
O (1)
2NaCO + 2HPO 2NaHPO+ 2CO +
2HO (2)
2.5NaCO + 3HPO NaHPO +
2NaHPO + 2.5CO + 2.5HO (3)
Реакциялары бойынша, 1:2 қатынастатындағы моно- және динатрий фосфатын
алумен жүретін,фосфор қышқылы мен кальцинирленген сода нейтрализациясы.
Бейтараптау үрдісі 80-90С температурада үздіксіз үшбірізді
орналасқан реакторде жүреді. Үрдістің үш реакторде жүргізу қажеттілігі
соданың ортофосфат ерітіндісіндегі еру жылдамдығына байланысты. Фосфаттың
концентрациясы көп болған кезде, оның рН да жоғары болып,соданың еру
жылдамдығы төмендейді. Мононатрий фосфаттың динатрий фосфатына өту
реакциясының мольдік қатынасы 1:2, уақыты 2-2,5 сағат[7].
Түзілу жылулары негізінде есептелген реакциялардың жылу эффектісі
469кДж, ерітіндінің жылу сиымдылығы 2,31кДжкг·К. Нейтрализация процесі
және келесі стадиялары ортофосфат ерітінділерінің
концентрацияларынан,температуралары нан, Na2О·Р2О5 (металдық титр)
қатынасынан және басқа факторлардан тәуелді. Бейтараптау реакциясы
экзотермиялық, алайда реакцияның жылуы жеткіліксіз, сол себептен
ерітіндінің температурасын бір қалыпты ұстап тұру үшін реакторларға бу
беріліп тұрады. Реактордағы ерітіндінің бейтараптау үрдісі жақсы жүру үшін
араластырғышпен араластырады. Бейтараптап жатқан ерітіндінің тығыздығы 1,52-
1,54гсм, ерітіндінің рН=6,56-6,65 болу керек. Сүзу және кептіру
процестерін қолайлы (оптимальды) режимде өткізу үшін нейтрализация
нәтижесінде тұтқырлығы аз ( сүзуді жылдамдату, құбырлармен
транспорттауды және кептіруде бүркуді жеңілдету үшін) концентрленген
ерітінділер (алынып тасталатын судың мөлшерін азайту үшін) алу қажет.
42-45%-ке дейін сұйылтылған фосфор қышқылы ерітінділерінің
нейтрализациясы ұнтақ тәрізді содамен іске асырылады.Қышқылдың бұдан
төмен концентрацияларын қолданғанда ерітінділердің мөлшері көбейеді,
соған сәйкес аппараттар мен сиымдылықтардың көлемі үлкейеді, кептіруде
көп мөлшерлі суды алу қажеттілігі туады, соған орай энергия шығындары
өседі.
Фосфор қышқылының бұдан жоғары концентрацияларында ерітінділердің
тұтқырлығы үлкейеді, соданың қышқылмен әрекеттесу жағдайы нашарлайды,
түзілетін тұздардың кристалдануы мүмкін. Тұздардың кристалдануын болдырмау
үшін, ерітінділердің тұтқырлықтарын азайту керек, олардың температураларын
80С-дан төмен болмау керек, бірақ 95С-дан жоғары болса,
ерітінділердің булануы, соған орай, жылытатын бу шығыны көбейеді, бұл
уақытта тұздардың ерігіштігі аз өзгереді. Сонымен қатар жоғары
температурада ерітіндіде бар қоспалардың түсуімен коагуляциясына мүмкіндік
туғызады. Нейтрализация дәрежесіне бақылау металдық титр
(NaО:РO) бойынша іске асырылады. Металдық титр 94% негізгі
заттан тұратын жоғарғы сапалы өнім алғанда 1,69 – 1,71 тең болу керек, ол
1,67-ге тең тұздардың стехиометриялық қатынасынан
2NaHPO:NaHPO біршама артық, ерітіндідегі тұздардың
концентрациясы 50% шамасында[8].
Өндірістің келесі стадиясы – натрий ортофосфат ерітіндісінен қатты
бөлшектерді бөлу. Қатты бөлшектер шикізатпен түсетін ерімейтін
ерітіндіден түзілген, сонымен қатар, кремнезем бір жарым тотықты
қосылыстар,кальций, сульфаттар, хлоридтер және т.б қосылыстардың
ерігіштіктерінің төмендеуінен кристалданатын қышқыл мен сода
қоспаларының әрекеттесуі нәтижесінде түзіледі. Ерітінділерді қоспадан
тазарту сапалық өнім алуға мүмкіндік береді.
Қатты бөлшектерден тазаланған ерітінді кептіріледі. Ерітіндіден
ылғалды суды алып тастау жоғарғы жылдамдықта іске асырылыу керек, өйткені
нәтижесінде ди- және моно- натрий фосфат тұзының мейлінше біртекті
қоспаларын алу керек, олардың қатты фазалы әрекеттесуі – келесі стадияда
натрий үшполифосфатының түзілуіне әкеледі. Ерітіндімен жылу
тасымалдағыштардың тік ағын принципін сақтау біршама тиімдірек:
кептіргіш аппараттың шығатын жерінде қызк және бірігіп кету
қауіпінсіз, жоғарғы температуралы жылу тасымалдағышты қолдануға
болады. Кептіргіш аппаратқа кіргендегі тұздардың температуралы 4000С
шығатын жердегі 130-1400С кептірілген тұздардікі 1200С.
НҮПФ Ортофосфат ерітіндісін кептіру 300-480С температурада
кептіргіш мұнарасында жүреді. Ортофосфат ерітіндісі қысыммен ыстық газдың
ағынына форсунка көмегімен шашыратылады, газдың температурасы 450-
580С, ол мұнараның жоғарғы жағынан келеді. Кептірілген натрий
ортофосфатының қоспасы құрамында 1% кристалданған су болады, одан арылу
үшін қоспаны кальцинаттайды, яғни қатты қыздырады. Натрий ортофосфатын
дегидратациялау натрий үшполифосфат түзілуімен жүреді. Фосфат қоспасының
кальцинаторда болу уақыты 70-90 минутты құрайды.
НҮПФ өндірудегі жаупкершілікті стадиясы 2NaHPO пен
NaHPO тұздардың құрғақ қоспаларын қыздыру болып табылады. Бұл
процесті суммарлық теңдікпен өрнектейді:
2NaHPO+ NaHPO= NaPO+2 HО
(4)
Оның механизмі біржолата анықталған жоқ. Ұзақ уақыт бойы мононатрий
фосфат метафосфатқа дейін:

NaHPO NaPO + HO
(5)
Динатрий фосфат пирофосфатқа дейін
2NaHPO NaPO+HO
(6)
Дегидраттанады деп саналып келеді.
Метафосфат пен пирофосфат ҮПФ түзе отырып әрекеттеседі:
NaPO3+ Na4 P 2 O7 Na5 P 3O 10
(7)
НҮПФ бұл механизм бойынша энергетикалық жағынан тиімдірек
бірақ,кейініректегі зерттеулер НҮПФ-ң түзілу механизмінің басқасын
дәлелдеді, нәтижесінде қышқылды және ортоформалы пирофосфаттар арқылы
яғни:
4NaHPO+ 2NaHPO NaPO+
NaH PO+3 HO (8)
Реакция 300-600 0С температура аралығында толығырақ өтеді.
Тетрапиро- және динатрий пирофосфаттарының әрекеттесуі НҮПФ түзілуіне
әкеледі.
NaPO+ NaH PO
NaPO+ HO (9)
Натрий ортофосфатын аммиак селитрасы қатысында қыздырған кезде пиро-
және метанатрий фосфатына ыдырап, содан кейін өзара келесі реакция бойынша
әрекеттеседі:
NaPO + NaPO NaPO
(10)
НҮПФ өнімінің әр түрлі температурада, 150 мин. уақыт
аралығындағы 1% NНNO қосылған және онсыз құрамын 8-кестеден
көруге болады:

8-кесте
Натрий үшполифосфатының температураға және аммиак
селитрасына тәуелділік кестесі

Температура, С 300 350 400 450 500 550 580
NaPOқұрам
ында 60,8 66,1 74,2 76,5 78,2 85,8 93,1
NНN O жоқ
NНN O бар 85,3 98,1 82,7 83,7 82,7 98,3

НҮПФ түзілуі 200С температурада басталып 300С-да бірнеше
минутта аяқталады. ЧПО Фосфор-дағы зерттеулер, кальцинаторға кірердегі -
550С, шығатын жердегі - 320С екенін көрсетеді[9].
НҮПФ –ң ІІ формасын (төмен температуралы) алу үшін өнімнің
температурасы 350-400С-дан аспау қажет. Сонымен қатар НҮПФ-ң ІІ
формасын алу үшін қолайлы жағдайлар: металдық титр 1,69-1,71 нейтрализация
температурасы 80-90С, ерітіндіде 1-2% NHNO-ң болуы, натрий
ортофосфат тұздарын 550С-дан 320-350С-ға дейін температурада
қыздыру болып табылады.
Кальцинация кезіндегі бір уақытта 2 процесс: поликонденсация мен
дегидратация өтетіні белгіленген. Дегидратация натрийдің және
пирофосфаттардың түзілуімен өтеді, ол NaPO- NaPO
жүйесінің ерігіштік диаграммасынан түсінікті.
Диаграммадан, НҮПФ-тұрақсыз қосылыс екенін аз температуралық
интервалда 552-6220С болатын, ал 6220С-дан жоғары температуралық интервалда
552-6220С болатынын, ал 6220С-дан жоғары температурада
NaPO түзе отырып ыдырайтынын көруге болады 5220С-дан
төмен салқындатқанда, егер құрамы НҮПФ-на сәйкес болмаса (57,9%
Р2О5=1,67 қатынас), өнімде NaРО3 және NaPO болуы
мүмкін.Бұл салқындату
жылдамдығына да байланысты болуы мүмкін.(1-сурет)

Натрий үшполифосфатының түзілу температурасы 250-600С аралығында
жүреді. Кальцинирлеу үрдісінің 615С температураға дейін зерттеу
жұмыстары келесідей нәтижелер берді:
• 170С төмен сақталып тұрған ұзақтығы, барлық
РOортофосфат түрінде болады;
• 175С-тан 250С дейін, салқындатылған ортофосфатының жартысы
кристалды түрде, ал ұзақ тұрса, барлығы кристалды болады;
• 200С температураға жақын болғанда, тетрапирофосфат түзіле
бастайды, бұл бірнеше минутта өтеді;
• 350-400С температура аралығында үшполифосфаттың көпшілік бөлігі
ІІ формада болады;
Қоспаны 450-615С интервалында қыздыра түссек, одан кейін
салқындатсақ, 450-500С температураға келгенде ІІ формадан І формаға
ауысуы жылдам жүреді, алайда бұл ауысу соңына дейін жүрмейді. ІІ түрдегі
НҮПФ құрамы 5-30% дейін ғана болады[10].
Дайын натрий үшполифосфат сапасы көптеген факторларға байланысты:
- ерітіндінің металдық титрін төмендетсе, рН да төмендеп, НҮПФ
құрамында суда ерімейтін заттар Мадрелл тұзы (NaPO) түзілуі
мүмкін;
- металдық титрі жоғарыласа, дайын өнімдегі РO
төмендеуіне әкеледі;
- кальцинирлеу температурасының жеткіліксіздігінен НҮПФ құрамындағы
РO азайтады, рН төмендейді.
- кальцинирлеу температурасының өте жоғары болуы өнім құрамында І
форманың көбейіп және дайын өнімнің рН жоғары болады;
- аммиак селитрасы қоспасы жеткіліксіз болса, дайын ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.