Увеличение мощности цеха по производству быстрогидратируемого (увлажненного) триполифосфата натрия до 180 тыс.тонн/год, страница 10

               NaH₂PO₄+2Na₂HPO₄=Na₅P₃O₁₀+2H₂O                                                 (1)

NaPO₃+Na₄P₂O₇=Na₅P₃O₁₀                                                                     (2)

              Na₃PO₄+NaPO₃=Na₅P₃O₁₀                                                                    (3)

              Na₃P₃O₉+Na₂CO₃=Na₅P₃O₁₀+CO₂                                                        (4)

              Na₃P₃O₉+2NaOH=Na₅P₃O₁₀+H₂O                                                        (5)

Методы основанные на реакциях (2) и (4), служат лишь для получения лабораторного очень чистого триполифосфата натрия в виде соли Na₅P₃O₁₀*6H₂O. В производственных условиях триполифосфат получают на основании реакции (1). Раствор фосфорной кислоты нейтрализуют содой (реже щелочью), причем необходимо очень точно соблюдать соотношение  Na₂O:P₂O₅=1.67. в производственных условиях это соотношение обычно колеблется в пределах 1.67-1.69. при переходе в более щелочную область в конечном продукте увеличивается содержание нежелательного Na₄P₂O₇, а при меньшей степени нейтрализации образуется нерастворимый метофосфат натрия (соль Мадреля), существующий в двух модификациях:               высотемпературной NaPO₃ (300-400 ºС) и низкой NaPO₃ (230-300 ºС). 

При нейтрализации протекает следующая реакция:

6H₃PO₄+5Na₂CO₃=2NaH₂PO₄+4Na₂HPO₄+5CO₂+5H₂O

Образование триполифосфата натрия по уравнению (1) протекает в твердом состоянии,  поэтому для достижения полноты реакции очень важно проведение быстрой сушки, не допускающей расслоения исходных солей на Na₂HPO₄ и NaH₂PO₄.

Предложено несколько механизмов дегидратации смеси при получении триполифосфата натрия [8]:

1 вариант

На первой стадии реакция идет по уровнению:

2H₂PO₄+2Na₂HPO₄=Na₄P₂O₇+Na₂H₂P₂O₇+3H₂O

На следующей стадии тетра- и динатрийфосфат реагируют в твердом состоянии с образованием триполифосфата:

2Na₄P₂O₇+Na₂H₂P₂O₇=Na₅P₃O₁₀+H₂O

2 вариант

Начальная реакция дегидратации заканчивается на более ранней стадии, она идет только до образования смеси  NaHPO₄ и Na₅P₂O₇, которая реагирует затем по уравнению:

2NaH₂PO₄+0.5Na₂H₂P₂O₇=Na₅P₃O₁₀+1.5H₂O

Температура образования триполифосфата натрия находится в очень широких пределах 250-600 ºС. Безводный триполифосфат натрия имеет две модификации низкотемпературную (вторую) и высокотемпературную (первую). Обе формулы обладают одинаковыми химическими свойствами, однако фаза 1 при смешении с водой имеет склонность к образованию твердых плохо растворимых комков, что затрудняет его применение в производстве синтетических моющих средств. Кроме того, при наличии в продукте фазы 1 появляется тенденция к слеживаемости во влажной атмосфере. Поэтому с практической точки зрения высокое содержание формы 1 нежелательно, ее ограничивают обычно 10-30%.

Таблица 3- Зависимость стабильности форм триполифосфата от температуры

Основным фактором, обеспечивающим получение триполифосфата натрия с минимальным содержанием формф1, является температура процесса дегидратации исходной смеси фосфатов натрия, которую практически держат в пределах 350-400 ºС. С целью стабилизации формы 2, а также для более полного превращения смеси ортофосфатов натрия в триполифосфат и уменьшения содержание примесей Na₄P₂O₇ и NaPO₃ к раствору перед сушкой добавляют 0.5-1% нитрата аммония или (других соединений таких как карбамид или гуанидин).  Последний также служит окислителем, способствующим достижению большей белизны конечного продукта. Ниже приведены результаты определения содержания триполифосфата натрия в продукте (в %) при различных температурах нагревания в течение 150 мин с добавками 1% нитрата аммония и без него[2].

Таблица 4 - Содержание триполифосфата при  разлиных температурах