三聚磷酸钠生产工艺.doc

三聚磷酸钠生产工艺一、三聚磷酸钠的性质1.1 产品名称三聚磷酸钠俗称“磷酸五钠”或“五钠”，化学式Na5P3O分子量3681.2 产品性质1.2.1 物理性质1、外观：白色粉末状结晶，流动性较好2、 1型的密度为2.62g/cm3,H型的密度为2.57g/cm33、 熔点：620 C1.2.2 化学性质1、水合性能三聚磷酸钠因生成温度不同而有高温型 （I型）和低温型（H型） 之分，其区别在于两者的键长和键角不同，I型和H型产品水合后均 生成六水合物NaP30o • 6HQ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，这是由于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H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定， 在潮湿的空气中会缓慢的发生水 解反应，最终生成正磷酸钠，反应如下：NaP3Qo+2H2Q - 2Na2HPQ4+NaH2PQ42、对金属离子的螯合能力三聚磷酸钠与溶于水中的CaT、M&、Fe3+等金属离子有络合作用， 生成可溶性络合物，如：NaROo+C厂 Na（CaP30o）+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 13.4 。

3、缓冲作用三聚磷酸钠水溶液呈弱碱性（1%水溶液的PH直约为9.7），它在PH 为4.3〜14范围水）中，形成悬浊液（类似乳化液）的作用，即分散 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，使溶液外观完全透明，好像真溶液一样，这就是增溶作用由于三聚磷酸钠具有以上独特的性能， 使之成为洗衣粉中的一种 重要的理想原料1.3 产品用途1.3.1 三聚磷酸钠主要作为合成洗涤剂的助剂同时还用于纤维工业精炼、漂白、染色的助剂、水质稳定剂、锅 炉除垢剂、洗涤剂及食品工业的添加剂1.3.2 三聚磷酸钠在合成洗涤剂中的作用合成洗涤剂的主要成份是表面活性剂，表成活性剂具有润湿作 用、渗透作用、乳化作用、分散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， 但是并不是在所有的情况下 都能得到满意的效果，例如：在硬水中效果差，手感不佳，价昂，在 高 PH 时洗涤效果虽好， 但是高 PH 值又会对被洗物和洗衣机发生侵 蚀作用等等， 因此，为使合成洗涤剂即具有良好的洗涤效果， 又具有 更好的适应性，成为人们乐于使用的洗涤用品， 就必须添加洗涤助剂助剂有有机助剂和无机剂助，不同的助剂有不同的作用， ：有机助剂 如羧甲基纤维或甲基纤维素等， 可以防止污垢再沉积； 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 降低合成洗涤剂的临界胶束浓度， 可以使合成洗涤剂在较低浓度下发 挥洗涤性能。

此外，这些无机助剂在碱性条件下， 也可以增进合成洗 涤剂的去污效果， 而三聚磷酸钠是最好的无机助剂， 它兼有多方面的 性能1、使粉状洗涤剂产品具有良好的流动性由于三聚磷酸钠水合能形成稳定的水合物 N$P3Oo • 6H2Q此水合 物在室温下蒸汽压力很低， 很稳定，从而阻止了粉状洗涤剂产品吸水 结块，使粉状洗涤剂在含有较高水分情况下，仍然有较好的流动性2、 螯合作用自来水中一般都含有较高的Ca+、Mg+离子（即硬水），洗涤时， Cf、Mg+等离子能与合成洗涤剂中的活性剂反应生成、 粘滞性的金属 皂，降低了合成洗涤剂的去污力，且易使织物发生金属皂的再污染， 沉积在被洗物上的金属皂还会使织物发硬变脆由于三聚磷酸钠的螯合作用， 合成洗涤剂中配加三聚磷酸钠就可 使水中的Cf、Mg+离子与三聚磷酸钠螯合，生成可溶性的络合物，从 而软化硬水3、 乳化、分散和增溶作用乳化作用：能使一种液体（油）成为小液滴（0.1至数+卩）均匀地分 散在别一种液体（水）中和作用叫乳化作用分散作用： 能使固体粒子成细小颗粒均匀地分散在液体 （水）中的作 用叫分散作用增溶作用：是乳化、分散的极限阶段（形成透明液体）此时溶液的外 观完全透明，好象真溶液一样。

由于上述作用，使得三聚磷酸钠能用于许多行业，例如：跟洗涤 剂一起使用可以上污垢的再沉积， 提高洗涤效果；若同染料一起使用， 可加快其分散速度； 如果同于粘土和淀粉的料浆， 则可增加其流动性， 对润滑剂与脂肪的乳化性能可以提高洗涤剂对这类物质的洗涤作用3、助洗作用三聚磷酸钠本身就有一定的助洗作用， 三聚磷酸钠的助洗作用是 由于它对微细的无机粒子或脂肪微滴具有分散、乳化、胶溶等作用， 这些作用的综合便可提高对污垢的悬浮能力， 防止污垢再沉积到织物 上，从而提高了洗涤剂的洗净作用第二节、三聚磷酸钠生产方法1、由于中和液制取三聚磷酸钠的工艺路线虽各有不同，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一定粒度的正 磷酸盐（俗称干盐），然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 一步法形式较多，如沸腾床一步法、回转窑一步法，返料回转窑一步法和空塔 「丨匕J十1匀y步法等2、生产主要工艺原理2.1中和工序 3HPG+ 5NaOH — NaHFQ+2NaHP(4+5HO6HPQ+5NaCO nHO — 2NaHPQ+4NaHPO+ (n+5)H 2O+5CM2.2聚合工序NaHPQ+2NaHPO怛怛t NaP30o+2HOf3、测定方法先取约25ml的蒸馏水于250ml三角烧瓶中，力口 10滴中和液混匀， 加入百里香指示剂3滴于三角瓶中，用O.IMNaO标准溶液滴定呈微兰 色，记下消耗NaOl的毫升数Vi,加入甲基橙2滴，用0.3MHC标准溶液 滴定呈橙色为终点，记下HCI所用毫升数M。

中和度计算:Z= Mi*Vi /M 2*V2 (M 1/M2为溶液K值)式中：z——表示中和度M i――表示HCI标准溶液的摩尔浓度M2――表示NaOH标准溶液的摩尔浓度3.2工艺流程简述磷酸自磷酸工序送至五钠工序磷酸贮槽贮存待用烧碱自大贮槽 送至五钠工序贮槽贮存待用生产时磷酸和烧碱按比例或通过计量向 中和搅拌槽加入酸和碱，并根据反应情况和酸碱量比调节阀门开度进 行粗中和液的配制，中和液分析合格后再向搅拌槽内添加硝铵 (催化 剂） ，待硝铵溶解完全后再把中和液放入泵槽，经中和液下泵输送至 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提 供的热源相遇， 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升机提升到四 楼螺旋输送机进口，再由螺旋输送机均匀给滚动筛或串级粉碎机喂 料滚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， 滚 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升 机，再由螺旋输送机均匀给滚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合冷却后进入斗式提升机 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给的助燃空气 混合燃烧，提供干燥聚合热源第三节反应机理与控制反应速度的因素1反应机理的第一种说法由于中和度为1.667 （钠磷比）的中和液制取三聚磷酸钠的过I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应过程，此化学反应按下述两步完成：第一步由正磷酸钠缩聚成焦磷酸盐：2NaH2PO4=Na2H2P2O7+H2O （ 4-1）4NaH 2PO4=2Na4P2°7+2H 2O （ 4-2）第二步由焦磷酸盐缩聚成三聚磷酸钠：Na2H 2P2O7+ 2Na4P207=2Na5P30io+H 2 （ 4-3）由于无水正磷酸盐是固体，所以式（4-1）和式（4-2）所示的 反应都是固相反应。

由于反应温度较高，式（4-1）和式（4-2）释 放出的水分会立即蒸发式（4-3 ）所示的反应的也是固相反应根据热谱法研究，以每分钟4~5C的升温速度加热磷酸二氢钠，温度 达到 佃0~210C时，磷酸二氢钠就转化为酸性焦磷酸二钠， 以相同的升温速度加热磷酸氢二钠，当温度达到 290~320C时，磷酸氢二钠就 转化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）混合均匀后加热，到 180~190C时，磷酸二氢钠就缩聚成酸性焦 磷酸二钠，到200~210C时，磷酸氢二钠缩聚成焦磷酸四钠，由此可 见，两种磷酸盐混合加热时， 各自的缩聚温度都有降低： 磷酸二氢钠 的转化温度下降5~15C磷酸氢二钠的转化温度下降幅度较大，为 90~110C因此，我们可以说185~210C是正磷酸盐(Na2O:P2O5=5: 3)转化为焦磷酸盐的温度区继续加热上述的混合物，当温度升到 290~310C时，焦磷酸盐就缩聚成三聚磷酸钠，为使缩聚反应进行得更快更完全，宜在 300~400C，甚至更高的温度完成上述反应各阶段的反应热效应如下:2NaH2PO4=Na2H2P2O7+H2O+ △ H (4-4)2X (-369.0) -664.7 -68.3△ H=2 X (-369・0)-(-664.7-68.3)=-5kcal*/mol2Na2HPO4= Na4P2°7+ H2O+ △ H (4-5)2X (-419.4) -763.7 -68.3△H=2X (-419.4)- (-763.7 -68.3)=-6.8kcal*/molNa2H 2P207+2Na4P2°7=2Na5P30io+H 2O+ △ H (4-6)-664.7 2X (-763.7) 2X (-1056.5) -68.3△H=-664.7+ 2X (-763.7)-[ 2X (-1056.5) -68.3]= -10.8kcal*/mol综合( 4-4)、( 4-5)和( 4-6)三式得式( 4-7):NaH2PO4+ 2Na2H2PO4= Na5P3O10+ 2H2O + △ H (4-7)-369.0 2 X (-419.4) -1056.5 2 X (-68・3)△ H=-369.0+ 2 X (-419・4)-[ -1056.5+2 X (-68.3)]=-14 ・7kcal*/mol因此，由Na2O/P2O5=5: 3的正磷酸盐制取三聚磷酸钠的反应为吸热反应，生成1mol三聚磷酸钠需要热量14・7kcal。

2、反应机理的第二种说法在中和液(Na?5=5: 3)脱水成正磷酸盐后，首先生成复盐：2Na2HPO4+NaH 2P°4=Na2HPO 4+Na2HP°4 ・N azHPOq(4-8)然后在130~230C的温度下生成无定型的焦磷酸盐或亚稳态的“85卩310- I 晶体：{ W3HP2O7Na2HPO 4+ Na2HPO 4. NaH2PO4 (Na5P3°1o- I )(4-9)Na2H2P2O7300C时转化成 凶5卩310- n, 410C时转化成 凶5卩310- I从正磷酸盐生成焦磷酸盐。