Ерітіндіден натрий үшполифосфатын алу
МАЗМҰНЫ
2
2. 1
ТӘЖІРИБЕ ЖҮРГІЗУ ӘДІСТЕМЕСІ . . .
НҮПФ өндірісте алу тәсілдері
32
32
4. 3
4. 4
Суға кеткен шығынды есептеу . . .
Зертханалық ыдысқа кеткен шығындарды есептеу . . .
55
55
Қоршаған ортаны қорғау. Өндіріс қалдықтары және оларды
пайдаға асыру . . .
АҢДАТПА
Осы дипломдық жұмыста натрий үшполифосфатын төменгі сапалы фосфориттерден алу қарастырылған. Натрий үшполифосфаты Қаратау және Шиілісай фосфоритінен экстракциялық фосфор қышқылын синтездеп, оны Na 2 CO 3 -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 Na 5 P 3 O 10 the EPA is neutralized with Na 2 CO 3.
The quality of Na 5 P 3 O 10 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 Na
P
O
-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 Na 5 P 3 O 10 -ны Қазақстанда шығатын Қаратау және Шилісай фосфориттерінен экстракциялық фосфор қышқылын алу әдістері қарастырылған. Ол үшін фосфориттерді HNO 3 және H 2 SO 4 ыдыратып алынған экстракциялық фосфор қышқылын әртүрлі қоспалардан (Mg, Al, Fe т. б) тазаланған соң, Na 2 CO 3 -пен бейтараптау арқылы Na 5 P 3 O 10 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
-NaH 2 PO 4 пен Na 2 HPO 4 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 2Na 2 HPO 4 + NaH 2 PO 4 қатты қосындыларды қыздыру арқылы да алады.
Анарбаевтың ғылыми зерттеу жұмысында кальцийленген сода орнына натрий сульфатын қолдану арқылы Na 5 P 3 O 10 алынған. Қазақстандағы құрамында натрийі бар табиғи тұздарды (натрий сульфаты және хлориді) кальцинирленген сода Na 2 CO 3 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 Na 2 CO 3 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 (70-120 0 ) 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. т/жыл) 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. Р 2 О 5 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 1800-2000 0 С температурада фосфор элементін алу.
2. Оттегі қатысында фосфордың жануы.
3. Р 2 О 5 -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% Р 2 О 5 негізінде экстракциялық фосфор қышқылынан натрий үшполифосфатын алу технологиясы енгізілген.
Басқа жұмыстарда Na 4 P 2 O 7 -NaPO 3 негізгі жүйелері түгелдей зерттелген .
1-суретт берілген диафрагма жоғарыда айтылған мәліметтерге негізделген.
Осы жүйеден 2Na 2 O: P 2 O 5 -ң метафосфатпен пирофосфаттардың құрамын диаграммадан (1-сурет) көруге болады. 522 0 С-та эфтектика түзіледі оның ара қатынасы Na 2 O: P 2 O 5 =1, 28 және қоспа, оның құрамында 45% үшполифосфат және 55% натрийдің метафосфаты бар, ал 622 0 С-та Na 5 P 3 O 10 балқиды. Өте жоғарғы температура 800 0 С-та біртекті қоспа (R=1, 67) түзіледі, натрий үшполифосфатының құрамына сәйкес, 622 0 С-тан төмен температурада қоспа әйнек сияқты қатады. Құрамында пирофосфаттың кристалдары болады.
Егер құрамында 5Na 2 O: 3P 2 O 5 бар қоспаны тез суытып, содан кейін 622 0 С-тан төмен температурада ұстаса, онда үлкен температуралық Na 2 P 3 O 10 -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 Na 5 P 3 O 10 (I) тің Na 5 P 3 O 10 (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 530 0 С-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 520 0 С-та. НҮПФ-ын алу үшін қоспаны қыздырады, (құрамында метафосфаты бар) . Реакция 200-1000 0 С 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( Na 2 O/P 2 O 5 =1, 67-1, 70) алады.
-басқа жұмыста балқыманы тез суытады, одан соң қатқан затты ұнтақтайды да престеп, түйіршіктейді және 500-525 0 С-та ұстайды.
-балқыманы 900 0 С-та қыздырып, одан соң 550 0 С-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, Na 2 O/P 2 O 5 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, 02г/см 3 . НҮПФ-ын алу жолдары сұйылтылған H 3 PO 4 (20% P 2 O 5 ) 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 Н 2 SO 4 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- Na 5 P 3 O 10 түзу сызық структуралы конденсатты фосфаттарға жатады. Салыстырмалы молекулалық массасы- 368, 1. Балқу температурасы- 622 0 С.
НҮПФ-ы екі түрлі изомерлік кристалдық формада болады: Na 5 P 3 O 10 -І және Na 5 P 3 O 10 -ІІ. Олар рентгенограммаларында, гидратация жылуларында, ылғал тартқыштары, еру жылдамдықтарында айырмашылықтары жоқ бірдей сулы ерітінді және кристаллогидрат Na 5 P 3 O 10 ·6Н 2 О 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 2500кг/м 3 , себілген массасы 668-800 кг/м 3 , өзіндік көлбеу бұрышы-45 0 [5] .
МЕСТ. 13493-77 сәйкес Na 5 P 3 O 10 1-кестеде көрсетілген талаптарды қанағаттандыру керек.
1-кесте
Натрий үшполифосфатының сапасына қойылатын МЕСТ 13493-77 талаптары
Көрсеткіштер атауы
Тағамдық
Жоғары
І сорт
ІІ сорт
Ақ ұнтақ
Ақ ұнтақ
Ақ ұнтақ
Ақ ұнтақ
94
94
92
88
) массасы
1-кестенің жалғасы
1
12. Мышьяктың массалық үлесі, % көп емес.
13. 1%-ті сулы ерітіндіні рН-ы түйіршікті өлшеу құрамы МЕСТ
3584-73 бойынша елек арқылы жарақтағы ұяшық жағынан өтеді:
0, 004
9, 7+0, 2
-
9, 7+0, 2
-
9, 7+0, 3
-
9, 7+0, 3
15. 0, 250мм аз емес
ІІ сорты экстракциялық фосфор қышқылынан алады
Натрий үшполифосфатының ылғал тартқыштығы 2-кестеде көрсетілген.
2-кесте
Натрий үшполифосфатының ылғал тартқыштығы
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, 0 С 0 20, 1 25 50
ерткіш Na 5 P 3 O 10 ·6Н 2 О 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, 35 0 С(315, 55К), мөлдір тұйық кристалдар. Молекулалық массасы-98. Фосфор қышқылы сумен барлық қатынастарда араласады.
Натрий үшполифосфат өндірісінде МЕСТ 10678-76(3-кестеде көрсетілген) талаптарын технологиялық режим нормаларына сәйкес 42-45% Н 3 РО 4 дейін сұйылтылатын термиялық фосфор қышқылы қолданылады. 3-кесте де фосфор қышқылының өндірісте қолданылатынға жақын концентрацияларының кейбір қасиеттері келтірілген[6] .
3-Кесте
... жалғасыФосфор қышқылының (ТФҚ) сапасына МЕСТ 10678-76 талаптары
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz