三聚磷酸钠生产工艺Word格式.docx

1、 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 Na5P3O10 6H2O，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 Ca2+、Mg2+离子（即硬水） ，洗涤时， Ca2+、Mg2+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

2、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 Ca2+、Mg2+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+）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，

3、 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

4、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 一步法等。2、生产主要工艺原理2.1 中和工序3H3PO4+ 5NaOH NaH2PO4+2Na2HPO4+5H2O6H3PO4+5Na2CO3+nH2O 2NaH2PO4+4Na2HPO4+（n+5）H 2O+5CO22.2 聚合工序NaH2PO4+2Na2HPO4 NH4NO3 Na5P3O10+2H2O3、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 0.1MNaOH标准溶液滴定呈微兰 色，记下消耗 NaOH的

5、毫升数 V1, 加入甲基橙 2滴，用 0.3MHCl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 （M 1/M2为溶液K值）式中： z表示中和度M 1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

6、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

7、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

8、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）4NaH2PO4=2Na4P2O7+2H2O （ 4-2）第二步由焦磷酸盐缩聚成三聚磷酸钠：Na2H2P2O7+ 2Na4P2O7=2Na5P3O10+H 2O（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 45的升温速度加热磷酸二氢钠，温度

9、 达到 190210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 290320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 180190时，磷酸二氢钠就缩聚成酸性焦 磷酸二钠，到 200210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 515。磷酸氢二钠的转化温度下降幅度较大，为 90110。因此，我们可以说 185210是正磷酸盐 （Na2O： 3）转化为焦磷酸盐的温度区。继续加热上述的混合物，

10、当温度升到 290310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 300400，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+H 2O+H （4-4）2 （-369.0） -664.7 -68.3H=2 （-369.0）-（-664.7-68.3）=-5kcal*/mol2Na2HPO4= Na4P2O7+ H2O+ H（4-5） （-419.4） -763.7 -68.3 （-419.4）- （-763.7 -68.3）=-6.8kcal*/molNa2H2P2O7+2Na4P2O7=2Na5P3O10+H2O+ H（

11、4-6）-664.7 2（-763.7） 2 （-1056.5） -68.3H=-664.7+ 2 （-763.7）- 2（-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 （-419.4） -1056.5 2（-68.3）H=-369.0+ 2 （-419.4）- -1056.5+2（-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 1m

12、ol 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（ Na2O/ P2O5=5： 3）脱水成正磷酸盐后，首先生成复盐：2Na2HPO4+NaH 2PO4=Na2HPO4+Na2HPO4.Na2HPO4（4-8）然后在 130230的温度下生成无定型的焦磷酸盐或亚稳态的Na5P3O10-晶体： Na3HP 2O 7Na2HPO 4+ Na2HPO 4. NaH 2PO4 （Na5P3O10-）（4-9）Na2H2P2O7300时转化成 Na5P3O10-， 410时转化成 Na5P3O10- 从正磷酸盐生成焦磷酸盐的过程中有个“液化”过程， “液 化”过程长对反应有利

13、。二、控制反应速度的因素 在讨论控制反应的因素以前，先看一些试验成果。图 4-1（ a）、（b）、（ c）表示了正磷酸盐转化为三聚磷酸钠的速 率，各种磷酸盐含量均以五氧化二磷含量表示。加热 1015 分 钟后焦磷酸盐含量即达 7085% ，继续加热，焦磷酸盐含量下降， 聚磷酸盐含量增加。图4-1（a）225时的回执情况，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，由正磷酸盐转化后 三聚磷酸钠的反应实际上已经停止。图 4-1（ b）为 250时的加热情况， 磷酸盐转化趋势与图 4-1（a） 相同。加热初期

14、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% ，之后反应进行速度减慢。图 4-1（c）和表 4-1以不同形式表示了 300 下加热正磷酸盐混 合物的结果。加热 3 分钟焦磷酸钠含量就达最大值 67.1% ，尔 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 84.5% 。继续加热，焦磷酸钠含量虽略有下 降，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 300一样，只是反应速度更快， 1015 分钟即告结束，而 且反应也未进行到底，最终产品中也含有

15、焦磷酸钠和三偏磷酸 钠，还含有少量的不溶性偏磷酸盐。120225转化速率100.01.时间（h）（a）225转化率（b）250转化率（c）300转化率注：以上图为正磷酸盐（ 5Na2O.3P2O5）在各温度下的转化速率1正磷酸钠 2焦磷酸钠 3三聚磷酸钠4三聚磷酸钠表 4-1 300时对加热无水正磷酸盐（ 5Na2O.3P2O5）结果时间正磷酸钠焦磷酸钠多聚磷酸六偏磷酸三偏磷酸（ min）（%）钠（%）234.553.212.3无313.667.119.345.263.031.8546.8737.962.11024.175.40.51514.682.80.71.92011.884.50.63.

16、13011.684.40.33.74011.984.2微量3.95011.51h84.04.42h11.284.64.2综合分析 225、 250、 300和 400温度下加热无水正磷酸盐（ 5Na2O.3P2O5）的结果可看出下面两个趋势：（1）温度越高，完成反应的时间越短： 225需 2h，250 需 50min， 300仅需 20min。（2）温度越高，产物中三聚磷酸钠含量越高， 225含量为 36% ，250含量为 48% ，300含量为 84.5%。再看表 4-2 所列数据。表 4-2 无水正磷酸盐 （5Na2O.3P2O5）在不同温度下加热时，添加硝酸铵和不添加硝酸铵的结果比较硝酸

17、铵加热温度（）不加32092.95.61.536095.142096.33.3加95.00.5%96.13.296.2加 0.5% 磷酸铵，温度为 32010的三聚磷酸钠含量（ 95.0%） 与不加硝酸铵、加热温度为 36010的三聚磷酸钠含量（ 95.1% ） 近乎相同，可见，加了硝酸铵后，反应温度降低 40还能达到同样的效果；同样，加 0.5% 硝酸铵，加热温度为 42010的三聚磷酸 钠含量（ 96.1% ）也近乎相同，反应温度下的更多，约 60，由此可 得出结论：添加硝酸铵后，回执温度即可降低 4060，产品质量还 能与不加硝酸铵所得的产品一样， 换言之，加硝酸铵后， 可在不加硝 酸铵

18、温度下缩聚反应达到满意的程度。第四节、影响产品质量的主要原因一、中和度中和度即磷酸与烧碱反应的程度，其反应决定最终生成各种物质的多少，我们从下列反应方程式可看出：naaa其中中和度（ aa）a我们所控制的中和度按理论必须等于.00，反应物才能全部生成五钠成品但我们控制的中和度在实际中一般都偏离这个理论数值，这 主要是因为在实际生产控制中，中和度受原料、人员分析误差的影响 很大，一般来说，中和度的高低对最终五钠产品质量有如下影响： 中和度低：焦 钠低、总 磷 高、水不溶物高，I 型低、PH值低。二、婆美度 我们所说的婆美度既中和液的浓度，中和液内除了 Na2HPO4 和 NaH2PO4 外，大部

19、分都是水。而我们的聚合反应就由干燥和聚合 两部 分组成，婆美度的高低则体现物料中水的含量多少。在相同的热源供 给条件下，料浆浓度的高低会直接影响产品的下列指标变化n 1、产量；按我们高压泵满负荷运行来计算，婆美度为 54%时，每班 8 小时会生成五钠93.3吨，当婆美度53%时每班 8小时就只能生成五 钠 92. 2吨。而热源用量则会增加约 6000大卡。2、五钠 I 型；五钠 I 型与聚合炉内水蒸汽分压有很大的关系， 在其 他工艺指标不作变 动的情况下，婆美度高则 I 型高，婆美度低 则 I 型低。三、高压泵压力 高压泵压力影响我们进入聚合炉内料浆的多少，也就是影响我们产量 的多少 。同时，

20、高压泵压力还有以下 几个影响因素： 1、影响雾化效果，压力高则雾化效果好，最终产品密度低；物料与 火焰接触面积大，聚合效果好，五钠含量高； 2、高压泵压力也可以直接反映炉头喷枪配置的好与坏，是否有堵塞 现象等。四、聚合炉温度 我们在实际控制中因为聚合炉头燃烧温度高，一般都以聚合炉尾温度 来作为控制依 据。按理论要求五钠的聚合温度一般在 480560oC 之 间，但在中 和液中加入一定量的催化剂（如硝酸胺、尿素等）后聚合 温度会降低至 380420oC之间。也就是说聚合炉燃烧温度将直接 影响 我们的五钠含量高低；另外，聚合温度的高低会影响五钠中 I 型 含量 的多少，在其他各项控制指标不变的情况

21、下，聚合燃烧温度的高低会 导致产品的变化趋势一般如下表： 在保证上述因素的前提下，合理的搭配喷枪也是影响产品质量的一个重要的聚合温度 （oC）五钠含量 （%）I 型 （%）28030093.093.50530032093.594.551032033094.595.5101733034095.59615303403509696.8五、喷枪的规格型号喷枪的搭配不但是影响产品产量的重要因素，同时也是影响产品质量 的重要因 素，因为喷枪 搭配直接影响雾化角，在聚合过程中 ,其它工 艺指标不改变的情况下， 雾化角越小 ,那喷射距离就越远 ,那么 ,聚合的 时间相应就缩短 ,这样就可以造成五钠含量偏低 ,

22、焦钠含量增高 ,总磷 降低 ,水不溶物高 ,产品质量不合格。雾化角大，喷射距离就短，那么物料在聚合炉内停留时间就长， 产品聚合程度就好， 产品质量也就越好， 但是，雾化角并不是越大越 好，雾化角太大，那么喷射距离就越短，物料不能喷射到高温区（指 火焰外焰）聚合，直接就喷射到聚合炉壁，这样不但不能聚合，还会 造成炉头粘壁。六、聚合炉转速聚合炉转速也是聚合的一个重要因素， 在其它工艺指标不改变的 情况下， 聚合炉转速越快， 相应物料在聚合炉内停留时间越短， 那么 可能会造成物料聚合不完全的情况发生，同时会出现五钠含量偏低 , 焦钠含量增高 ,总磷降低 ,水不溶物高 ,产品质量不合格。聚合炉转速决定

23、物料在炉内停留时间的长短， 理论上料浆要聚合 完全必须的时间为分钟， 也就是说料浆在炉内停留时间必须达到 分钟。 如果聚合炉转速高， 物料来不及聚合完全， 最终产品中主 含量就会降低；另外我们从理论上知道五钠在聚合炉内都是先生成 型，然后再转换成 II 型。由于聚合炉转速快， I 型还来不及转换成 II 型，最终导致产品中 I 型含量高。从总结经验数据来看，聚合炉 转速每降低 01 转分，五钠型会降低。聚合炉内停留时间过长， 这样虽然有利产品聚合， 但由于时间过多， 物料在聚合炉内越积越多， 聚合炉负荷增大， 这样可能会引起聚合炉 由于负荷过大时引起停车。七：炉尾引风压力料浆在聚合炉内反应会生

24、成大量的水蒸汽， 炉尾引风就是及时将水蒸汽抽走， 得到干燥的物料。 水蒸汽分压对五钠型影响很大， 引 风压力的高低就直接影响五钠型的升降， 引风压力高则型高， 一 般每升高 pa，五钠型会升高。每降低 pa， 五钠型会降低左右。但不允许降低至聚合炉尾有正压。第五节型和型含量控制一、 高型含量的控制 （一）硝酸和硝酸盐作催化剂使用硝酸、 硝酸铵、硝酸钠、硝酸钾和硝酸铅都可使型转化为 型。此转化反应中，影响转化率的因素有三：所用催化剂的比例、 转化温度和转化时间。表 4-5 列出了用 2%NH 4NO3 使型转化为 型的反应关系中温度和时间的关系。表 4-5 2%NH 4NO3 使型转化为型的温度

25、 -时间关系温度200250300350400450500时间 h611/21/41/61/12二）水作催化剂正磷酸混合物，或由正磷酸盐溶液干燥所得的产物，当 Na2O/3 时，如果在聚合以前加入一定量的水分，聚合所得的三聚 磷酸钠的型含量就低， 如果将上述的溶液干燥至一定的程度， 使其 残留水分与干燥产物加水的水含量相同， 聚合所得的三聚磷酸钠的型含量就高例如，将正磷酸盐溶液（ 5Na2O.3 P2O5）干燥至含水量为 0.5% （重量），此产物于 330煅烧 2 小时，所得三聚磷酸钠的温升试验 值（TRT ）为 11.5，1%水溶液的 PH 值为 9.35。另一个试验是， 正磷酸盐混合物的含水量为 0.5%（重量） Na2O/ P2O5=5： 3，用温度为 135的热空气吹扫，使其脱水，然后再使干 燥产物突然与温度与 20的湿空气接触，于是产物被空气饱和，温 度降至 30。最终含水量约为 2% ，于同样条件下聚合所得三聚磷酸 钠的 TRT=6.15 水溶液的 PH 值为 9.7。加水能减少三聚磷酸钠中 I 型含量原因不清楚，