三聚磷酸鈉生產(chǎn)工藝

1、三聚磷酸鈉生產(chǎn)工藝一、三聚磷酸鈉的性質(zhì)1.1 產(chǎn)品名稱三聚磷酸鈉俗稱“磷酸五鈉”或“五鈉”，化學(xué)式Na5P3O。,分子量368。1.2 產(chǎn)品性質(zhì)1.2.1 物理性質(zhì)1、外觀：白色粉末狀結(jié)晶，流動(dòng)性較好。2、1型的密度為2.62g/cm3,H型的密度為2.57g/cm3。3、熔點(diǎn)：620 C1.2.2 化學(xué)性質(zhì)1、水合性能三聚磷酸鈉因生成溫度不同而有高溫型 （I型）和低溫型（H型） 之分，其區(qū)別在于兩者的鍵長(zhǎng)和鍵角不同，I型和H型產(chǎn)品水合后均 生成六水合物NaP30o 6HQ在相同條件下，I型水合作用較快產(chǎn)生 的熱量高，溶于水時(shí)易產(chǎn)生結(jié)塊現(xiàn)象，這是由于I型結(jié)構(gòu)中存在四配 位體的鈉離子，四配位體對(duì)

2、水有強(qiáng)親和力，反之H型在水中則以很慢 的速度生成六水物。三聚磷酸鈉在室溫下相當(dāng)穩(wěn)定， 在潮濕的空氣中會(huì)緩慢的發(fā)生水 解反應(yīng)，最終生成正磷酸鈉，反應(yīng)如下：NaP3Qo+2H2Q - 2Na2HPQ4+NaH2PQ42、對(duì)金屬離子的螯合能力三聚磷酸鈉與溶于水中的CaT、M&、Fe3+等金屬離子有絡(luò)合作用， 生成可溶性絡(luò)合物，如：NaROo+C廠 Na（CaP30o）+2Na+三聚磷酸鈉的絡(luò)合能力一般以鈣值表示，即100g磷酸鹽所能絡(luò)合鈣離子的克數(shù)，理論值為 13.4 。3、緩沖作用三聚磷酸鈉水溶液呈弱堿性（1%水溶液的PH直約為9.7），它在PH 為4.314范圍水）中，形成懸濁液（類似乳

3、化液）的作用，即分散 作用。三聚磷酸鈉也能使液態(tài)、固態(tài)微粒更好的溶于液體（如水）介質(zhì) 中，使溶液外觀完全透明，好像真溶液一樣，這就是增溶作用。由于三聚磷酸鈉具有以上獨(dú)特的性能， 使之成為洗衣粉中的一種 重要的理想原料。1.3 產(chǎn)品用途1.3.1 三聚磷酸鈉主要作為合成洗滌劑的助劑同時(shí)還用于纖維工業(yè)精煉、漂白、染色的助劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑、鍋 爐除垢劑、洗滌劑及食品工業(yè)的添加劑。1.3.2 三聚磷酸鈉在合成洗滌劑中的作用合成洗滌劑的主要成份是表面活性劑，表成活性劑具有潤(rùn)濕作 用、滲透作用、乳化作用、分散作用和發(fā)泡作用等等，去污作用正是 上述一些作用的綜合綜果。表面活性劑單獨(dú)使用雖有去污作用， 但是并不

4、是在所有的情況下 都能得到滿意的效果，例如：在硬水中效果差，手感不佳，價(jià)昂，在 高 PH 時(shí)洗滌效果雖好， 但是高 PH 值又會(huì)對(duì)被洗物和洗衣機(jī)發(fā)生侵 蝕作用等等， 因此，為使合成洗滌劑即具有良好的洗滌效果， 又具有 更好的適應(yīng)性，成為人們樂于使用的洗滌用品， 就必須添加洗滌助劑。助劑有有機(jī)助劑和無機(jī)劑助，不同的助劑有不同的作用， ：有機(jī)助劑 如羧甲基纖維或甲基纖維素等， 可以防止污垢再沉積； 無機(jī)助劑有碳 酸鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、硅酸鈉和硫酸鈉等，這些無機(jī)助劑能 降低合成洗滌劑的臨界膠束濃度， 可以使合成洗滌劑在較低濃度下發(fā) 揮洗滌性能。 此外，這些無機(jī)助劑在堿性條件下， 也可以增進(jìn)合成

5、洗 滌劑的去污效果， 而三聚磷酸鈉是最好的無機(jī)助劑， 它兼有多方面的 性能。1、使粉狀洗滌劑產(chǎn)品具有良好的流動(dòng)性由于三聚磷酸鈉水合能形成穩(wěn)定的水合物 N$P3Oo 6H2Q此水合 物在室溫下蒸汽壓力很低， 很穩(wěn)定，從而阻止了粉狀洗滌劑產(chǎn)品吸水 結(jié)塊，使粉狀洗滌劑在含有較高水分情況下，仍然有較好的流動(dòng)性。2、螯合作用自來水中一般都含有較高的Ca+、Mg+離子（即硬水），洗滌時(shí)， Cf、Mg+等離子能與合成洗滌劑中的活性劑反應(yīng)生成、 粘滯性的金屬 皂，降低了合成洗滌劑的去污力，且易使織物發(fā)生金屬皂的再污染， 沉積在被洗物上的金屬皂還會(huì)使織物發(fā)硬變脆。由于三聚磷酸鈉的螯合作用， 合成洗滌劑中配加三聚

6、磷酸鈉就可 使水中的Cf、Mg+離子與三聚磷酸鈉螯合，生成可溶性的絡(luò)合物，從 而軟化硬水。3、乳化、分散和增溶作用乳化作用：能使一種液體（油）成為小液滴（0.1至數(shù)+卩）均勻地分 散在別一種液體（水）中和作用叫乳化作用。分散作用： 能使固體粒子成細(xì)小顆粒均勻地分散在液體 （水）中的作 用叫分散作用。增溶作用：是乳化、分散的極限階段（形成透明液體）此時(shí)溶液的外 觀完全透明，好象真溶液一樣。由于上述作用，使得三聚磷酸鈉能用于許多行業(yè)，例如：跟洗滌 劑一起使用可以上污垢的再沉積， 提高洗滌效果；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漿， 則可增加其流動(dòng)性， 對(duì)潤(rùn)滑劑與脂肪的乳

7、化性能可以提高洗滌劑對(duì)這類物質(zhì)的洗滌作用3、助洗作用三聚磷酸鈉本身就有一定的助洗作用， 三聚磷酸鈉的助洗作用是 由于它對(duì)微細(xì)的無機(jī)粒子或脂肪微滴具有分散、乳化、膠溶等作用， 這些作用的綜合便可提高對(duì)污垢的懸浮能力， 防止污垢再沉積到織物 上，從而提高了洗滌劑的洗凈作用。第二節(jié)、三聚磷酸鈉生產(chǎn)方法1、由于中和液制取三聚磷酸鈉的工藝路線雖各有不同，但是大體上 可分為兩大類：一類是先將中和液在噴霧干燥中干燥成一定粒度的正 磷酸鹽（俗稱干鹽），然后再縮聚成三聚磷酸鈉；另一類是直接由中 和液制成三聚磷酸鈉， 前者稱作兩步法， 后者稱作一步法。 一步法形式較多，如沸騰床一步法、回轉(zhuǎn)窯一步法，返料回轉(zhuǎn)窯一步

8、法和空塔丨匕J十1勻y步法等。2、生產(chǎn)主要工藝原理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、測(cè)定方法先取約25ml的蒸餾水于250ml三角燒瓶中，力口 10滴中和液混勻， 加入百里香指示劑3滴于三角瓶中，用O.IMNaO標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定呈微蘭 色，記下消耗NaOl的毫升數(shù)Vi,加入甲基橙2滴，用0.3MHC標(biāo)準(zhǔn)溶液 滴定呈橙色為終點(diǎn)，記下HCI所用毫升數(shù)M。中和度計(jì)算:Z= Mi*Vi /M 2*V2 (M 1

9、/M2為溶液K值)式中：z表示中和度Mi表示HCI標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度M2表示NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度3.2工藝流程簡(jiǎn)述磷酸自磷酸工序送至五鈉工序磷酸貯槽貯存待用。燒堿自大貯槽 送至五鈉工序貯槽貯存待用。生產(chǎn)時(shí)磷酸和燒堿按比例或通過計(jì)量向 中和攪拌槽加入酸和堿，并根據(jù)反應(yīng)情況和酸堿量比調(diào)節(jié)閥門開度進(jìn) 行粗中和液的配制，中和液分析合格后再向攪拌槽內(nèi)添加硝銨(催化 劑） ，待硝銨溶解完全后再把中和液放入泵槽，經(jīng)中和液下泵輸送至 中和液貯槽。 合格的中和液自中和液貯槽經(jīng)過濾器除去雜質(zhì)后， 用高 壓柱塞泵加壓進(jìn)入聚合爐， 經(jīng)壓力噴嘴霧化， 與煤氣燒嘴所燃煤氣提 供的熱源相遇， 干燥、聚合成成品五鈉，

10、從聚合爐尾進(jìn)入冷卻滾筒冷 卻，從冷卻滾筒出來的五風(fēng)鈉由螺旋輸送機(jī)送至斗式提升機(jī)提升到四 樓螺旋輸送機(jī)進(jìn)口，再由螺旋輸送機(jī)均勻給滾動(dòng)篩或串級(jí)粉碎機(jī)喂 料。滾動(dòng)篩分篩合格的五鈉或串級(jí)粉碎合格的五鈉進(jìn)入成品料倉， 滾 動(dòng)篩分篩出的粗料進(jìn)入粉碎機(jī)粉碎后經(jīng)過螺旋輸送機(jī)送入斗式提升 機(jī)，再由螺旋輸送機(jī)均勻給滾動(dòng)篩喂料對(duì)大料進(jìn)行循環(huán)粉碎、篩分， 成品料倉的五鈉經(jīng)包裝后送往五鈉成品庫。干燥聚合產(chǎn)生的尾氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)抽出， 經(jīng)旋風(fēng)除塵器和電除塵器除 去大部份粉塵后， 再經(jīng)水沫除塵器進(jìn)一步回收粉塵后， 由水沫除塵器 頂部排空。旋風(fēng)除塵器收得粉塵進(jìn)入螺旋輸送機(jī)輸送到冷卻滾筒與聚 合爐來的物料一起混合冷卻后進(jìn)入斗式提升機(jī)

11、。 水沫除塵器的循環(huán)液 送至中和攪拌槽作為配料用。煤氣燒嘴燃燒所用煤氣自煤氣工段送來，經(jīng)煤氣緩沖罐、煤氣水 封、U型、水封鐘罩閥送入聚合爐燒嘴與空氣鼓風(fēng)機(jī)供給的助燃空氣 混合燃燒，提供干燥聚合熱源第三節(jié)反應(yīng)機(jī)理與控制反應(yīng)速度的因素1反應(yīng)機(jī)理的第一種說法由于中和度為1.667 （鈉磷比）的中和液制取三聚磷酸鈉的過I程都可分成兩個(gè)階段：中和液脫水成無水磷酸鈉和無水磷酸鈉縮聚成三聚磷酸鈉。中和液脫水成無水磷酸鈉是簡(jiǎn)單的干燥過程，而無水磷酸鈉縮聚成三聚磷酸鈉則是化學(xué)反應(yīng)過程，此化學(xué)反應(yīng)按下述兩步完成：第一步由正磷酸鈉縮聚成焦磷酸鹽：2NaH2PO4=Na2H2P2O7+H2O（ 4-1）4NaH 2P

12、O4=2Na4P2°7+2H 2O（ 4-2）第二步由焦磷酸鹽縮聚成三聚磷酸鈉：Na2H 2P2O7+ 2Na4P207=2Na5P30io+H 2。（ 4-3）由于無水正磷酸鹽是固體，所以式（4-1）和式（4-2）所示的 反應(yīng)都是固相反應(yīng)。由于反應(yīng)溫度較高，式（4-1）和式（4-2）釋 放出的水分會(huì)立即蒸發(fā)。式（4-3 ）所示的反應(yīng)的也是固相反應(yīng)。根據(jù)熱譜法研究，以每分鐘45C的升溫速度加熱磷酸二氫鈉，溫度 達(dá)到 佃0210C時(shí)，磷酸二氫鈉就轉(zhuǎn)化為酸性焦磷酸二鈉，以相同的升溫速度加熱磷酸氫二鈉，當(dāng)溫度達(dá)到 290320C時(shí)，磷酸氫二鈉就 轉(zhuǎn)化為焦磷酸四鈉。當(dāng)磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉按

13、摩爾比 2： 1 （即Na2O : P2O5=5:3）混合均勻后加熱，到 180190C時(shí)，磷酸二氫鈉就縮聚成酸性焦 磷酸二鈉，到200210C時(shí)，磷酸氫二鈉縮聚成焦磷酸四鈉，由此可 見，兩種磷酸鹽混合加熱時(shí)， 各自的縮聚溫度都有降低： 磷酸二氫鈉 的轉(zhuǎn)化溫度下降515C。磷酸氫二鈉的轉(zhuǎn)化溫度下降幅度較大，為 90110C。因此，我們可以說185210C是正磷酸鹽(Na2O:P2O5=5: 3)轉(zhuǎn)化為焦磷酸鹽的溫度區(qū)。繼續(xù)加熱上述的混合物，當(dāng)溫度升到290310C時(shí)，焦磷酸鹽就縮聚成三聚磷酸鈉，為使縮聚反應(yīng)進(jìn)行得更快更完全，宜在 300400C，甚至更高的溫度完成上述反應(yīng)。各階段的反應(yīng)熱效應(yīng)如

14、下:2NaH2PO4=Na2H2P2O7+H2O+ H(4-4)2X (-369.0)-664.7-68.3 H=2 X (-3690)-(-664.7-68.3)=-5kcal*/mol2Na2HPO4= Na4P2°7+ H2O+ H(4-5)2X (-419.4)-763.7-68.3H=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) -68.3H=-664.7+ 2X (-763.7)-

15、 2X (-1056.5) -68.3= -10.8kcal*/mol綜合( 4-4)、( 4-5)和( 4-6)三式得式( 4-7):NaH2PO4+ 2Na2H2PO4=Na5P3O10+ 2H2O + H (4-7)-369.02 X (-419.4)-1056.52 X (-683) H=-369.0+ 2 X (-4194)- -1056.5+2 X (-68.3)=-14 7kcal*/mol因此，由Na2O/P2O5=5: 3的正磷酸鹽制取三聚磷酸鈉的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，生成1mol三聚磷酸鈉需要熱量147kcal。2、反應(yīng)機(jī)理的第二種說法在中和液(Na?。/卩2。5=5: 3)脫水

16、成正磷酸鹽后，首先生成復(fù)鹽：2Na2HPO4+NaH 2P°4=Na2HPO 4+Na2HP°4 N azHPOq(4-8)然后在130230C的溫度下生成無定型的焦磷酸鹽或亞穩(wěn)態(tài)的“85卩3。10- I 晶體： W3HP2O7Na2HPO 4+ Na2HPO 4. NaH2PO4(Na5P3°1o- I )(4-9)Na2H2P2O7300C時(shí)轉(zhuǎn)化成 兇5卩3。10- n, 410C時(shí)轉(zhuǎn)化成 兇5卩3。10- I從正磷酸鹽生成焦磷酸鹽的過程中有個(gè)“液化”過程，“液化”過程長(zhǎng)對(duì)反應(yīng)有利。二、控制反應(yīng)速度的因素 在討論控制反應(yīng)的因素以前，先看一些試驗(yàn)成果 圖4-1

17、(a)、(b)、(c)表示了正磷酸鹽轉(zhuǎn)化為三聚磷酸鈉的速率， 各種磷酸鹽含量均以五氧化二磷含量表示。加熱 1015 分鐘后焦 磷酸鹽含量即達(dá) 7085% ，繼續(xù)加熱，焦磷酸鹽含量下降，聚磷酸 鹽含量增加。圖4-1 (a) 225C時(shí)的回執(zhí)情況，加到2小時(shí)后，曲線2和3已趨 于水平，表示焦磷酸鹽含量不再降低，聚磷酸鹽含量不再增加， 可見在225C的條件下，加熱2小時(shí)后，由正磷酸鹽轉(zhuǎn)化后三聚磷 酸鈉的反應(yīng)實(shí)際上已經(jīng)停止。圖4-1 (b)為250C時(shí)的加熱情況，磷酸鹽轉(zhuǎn)化趨勢(shì)與圖 4-1 (a) 相同。加熱初期生成三聚磷酸鈉的速度很快， 50 分鐘后三聚磷酸 鈉的含量即達(dá) 48%，之后反應(yīng)進(jìn)行速度減

18、慢。圖4-1 (c)和表4-1以不同形式表示了 300下C加熱正磷酸鹽混合 物的結(jié)果。加熱 3 分鐘焦磷酸鈉含量就達(dá)最大值 67.1%，爾后焦 磷酸鈉含量減少，同時(shí)三聚磷酸鈉的含量增加， 20 分鐘時(shí)，含量 增大到最大值 84.5%。繼續(xù)加熱，焦磷酸鈉含量雖略有下降，但 是三聚磷酸鈉含量不見增加，而三偏磷酸鈉的含量略有增加。400C加熱無水正磷酸鹽(Na?。/卩2。5=5: 3)的規(guī)律基本上和 300C樣，只是反應(yīng)速度更快，1015分鐘即告結(jié)束，而且反應(yīng) 也未進(jìn)行到底，最終產(chǎn)品中也含有焦磷酸鈉和三偏磷酸鈉，還含 有少量的不溶性偏磷酸鹽。11(a)225C轉(zhuǎn)化率120 -250 C轉(zhuǎn)化速度1-a

19、 231008060七40 F'2001l時(shí)間(h)(b)250C轉(zhuǎn)化率120100 % 80 % 6040200300 C轉(zhuǎn)化速率1- 234o51.02.03.0時(shí)間(h)(c)300C轉(zhuǎn)化率注：以上圖為正磷酸鹽(5Na20.3P2O5)在各溫度下的轉(zhuǎn)化速率1正磷酸鈉2焦磷酸鈉3三聚磷酸鈉4三聚磷酸鈉表4-1300C時(shí)對(duì)加熱無水正磷酸鹽(5Na2O.3P2O5)結(jié)果時(shí)間正磷酸鈉焦磷酸鈉多聚磷酸六偏磷酸三偏磷酸(min)(% )(%)鈉(%)鈉(% )鈉(%)234.553212.3無無313.667.119.345.263.031.8553.246.8737.962.11024.1

20、75.40.51514.682.80.71.92011.884.50.63.13011.684.40.33.74011.984.2微量3.95011.584.43.11h11.684.04.42h11.284.64.2綜合分析225C、250C、300 C和400C溫度下加熱無水正磷酸鹽(5Na203卩2。5)的結(jié)果可看出下面兩個(gè)趨勢(shì)：(1) 溫度越高，完成反應(yīng)的時(shí)間越短：225C需2h, 250C需 50min, 300C僅需 20min。(2) 溫度越高，產(chǎn)物中三聚磷酸鈉含量越高，225 C含量為 36% , 250C 含量為 48% , 300C 含量為 84.5%。再看表4-2所列數(shù)據(jù)

21、。表4-2無水正磷酸鹽(5Na2O3P2O5)在不同溫度下加熱時(shí)，添加硝酸銨和不添加硝酸銨的結(jié)果比較硝酸銨加熱溫度三聚磷酸鈉焦磷酸鈉正磷酸鈉C)(% )(% )(%)不加320 ± 1092.95.61.5360 ± 1095.14.20.7420 ± 1096.33.30.5加320 士 109504.40.60.5%360 士 109613.20.7420 士 1096.23.10.7加05%磷酸銨，溫度為320士 10C的三聚磷酸鈉含量（95.0%） 與不加硝酸銨、加熱溫度為 360士 10C的三聚磷酸鈉含量（95.1%） 近乎相同，可見，加了硝酸銨后，反應(yīng)

22、溫度降低 40C還能達(dá)到同樣 的效果；同樣，加0.5%硝酸銨，加熱溫度為 420士 10C的三聚磷酸 鈉含量（96.1% ）也近乎相同，反應(yīng)溫度下的更多，約 60C,由此可 得出結(jié)論：添加硝酸銨后，回執(zhí)溫度即可降低 4060C，產(chǎn)品質(zhì)量還 能與不加硝酸銨所得的產(chǎn)品一樣， 換言之，加硝酸銨后，可在不加硝 酸銨溫度下縮聚反應(yīng)達(dá)到滿意的程度。第四節(jié)、影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因一、中和度中和度即磷酸與燒堿反應(yīng)的程度，其反應(yīng)決定最終生成各種物質(zhì)的多少，我們從下列反應(yīng)方程式可看出：n5N a OH+3H 3?O4 = 2N a2HPO 4+N agPO 4 + 2H2O其中中和度K= （ MNa2 HPO4

23、+ MNaH 2 PO4 ） /MNaH 2 PO4我們所控制的中和度按理論必須等于3 .00,反應(yīng)物才能全部生成五 鈉成品.但我們控制的中和度在實(shí)際中一般都偏離這個(gè)理論數(shù)值，這 主要是因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)控制中，中和度受原料、人員分析誤差的影響 很大，一般來說，中和度的高低對(duì)最終五鈉產(chǎn)品質(zhì)量有如下影響： 中和度低：焦鈉低、總磷高、水不溶物高，I型低、PH值低。二、婆美度我們所說的婆美度既中和液的濃度，中和液內(nèi)除了 Na2HPC4和 NaH2PO4外，大部分都是水。而我們的聚合反應(yīng)就由干燥和聚合兩部 分組成，婆美度的高低則體現(xiàn)物料中水的含量多少。在相同的熱源供 給條件下，料漿濃度的高低會(huì)直接影響產(chǎn)品

24、的下列指標(biāo)變化 n1、產(chǎn)量；按我們高壓泵滿負(fù)荷運(yùn)行來計(jì)算，婆美度為54%時(shí)，每班 8 小時(shí)會(huì)生成五鈉93.3噸，當(dāng)婆美度53%時(shí)每班 8小時(shí)就只能生成五 鈉 92. 2 噸。而熱源用量則會(huì)增加約 6000大卡。2、五鈉 I 型；五鈉 I 型與聚合爐內(nèi)水蒸汽分壓有很大的關(guān)系， 在其 他工藝指標(biāo)不作變動(dòng)的情況下，婆美度高則 I 型高，婆美度低則 I 型低。三、高壓泵壓力 高壓泵壓力影響我們進(jìn)入聚合爐內(nèi)料漿的多少，也就是影響我們產(chǎn)量 的多少 。同時(shí)，高壓泵壓力還有以下幾個(gè)影響因素：1、影響霧化效果，壓力高則霧化效果好，最終產(chǎn)品密度低；物料與 火焰接觸面積大， 聚合效果好， 五鈉含量高；2、高壓泵壓力

25、也可以直接反映爐頭噴槍配置的好與壞，是否有堵塞 現(xiàn)象等。四、聚合爐溫度 我們?cè)趯?shí)際控制中因?yàn)榫酆蠣t頭燃燒溫度高，一般都以聚合爐尾溫度 來作為控制依據(jù)。按理論要求五鈉的聚合溫度一般在480560oC之 間，但在中和液中加入一定量的催化劑（如硝酸胺、尿素等）后聚合 溫度會(huì)降低至380420oC之間。也就是說聚合爐燃燒溫度將直接影響 我們的五鈉含量高低；另外，聚合溫度的高低會(huì)影響五鈉中I型含量 的多少，在其他各項(xiàng)控制指標(biāo)不變的情況下，聚合燃燒溫度的高低會(huì) 導(dǎo)致產(chǎn)品的變化趨勢(shì)一般如下表： 在保證上述因素的前提下，合理的搭配噴槍也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要的聚合溫度（oC）五鈉含量（）I 型(%)2803

26、0093.093.50530032093.594.551032033094.595.5101733034095.59615303403509696.8>30五、噴槍的規(guī)格型號(hào)噴槍的搭配不但是影響產(chǎn)品產(chǎn)量的重要因素，同時(shí)也是影響產(chǎn)品質(zhì)量 的重要因素，因?yàn)閲姌尨钆渲苯佑绊戩F化角，在聚合過程中，其它工 藝指標(biāo)不改變的情況下，霧化角越小，那噴射距離就越遠(yuǎn)，那么，聚合的 時(shí)間相應(yīng)就縮短，這樣就可以造成五鈉含量偏低，焦鈉含量增高，總磷 降低，水不溶物高，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。霧化角大，噴射距離就短，那么物料在聚合爐內(nèi)停留時(shí)間就長(zhǎng)， 產(chǎn)品聚合程度就好， 產(chǎn)品質(zhì)量也就越好， 但是，霧化角并不是越大越 好，霧化

27、角太大，那么噴射距離就越短，物料不能噴射到高溫區(qū)（指 火焰外焰）聚合，直接就噴射到聚合爐壁，這樣不但不能聚合，還會(huì) 造成爐頭粘壁。六、聚合爐轉(zhuǎn)速聚合爐轉(zhuǎn)速也是聚合的一個(gè)重要因素， 在其它工藝指標(biāo)不改變的 情況下， 聚合爐轉(zhuǎn)速越快， 相應(yīng)物料在聚合爐內(nèi)停留時(shí)間越短， 那么 可能會(huì)造成物料聚合不完全的情況發(fā)生，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)五鈉含量偏低 , 焦鈉含量增高 ,總磷降低 ,水不溶物高 ,產(chǎn)品質(zhì)量不合格。聚合爐轉(zhuǎn)速?zèng)Q定物料在爐內(nèi)停留時(shí)間的長(zhǎng)短， 理論上料漿要聚合 完全必須的時(shí)間為20分鐘，也就是說料漿在爐內(nèi)停留時(shí)間必須達(dá)到 2 0分鐘。如果聚合爐轉(zhuǎn)速高，物料來不及聚合完全，最終產(chǎn)品中主 含量就會(huì)降低；另外我

28、們從理論上知道五鈉在聚合爐內(nèi)都是先生成I 型，然后再轉(zhuǎn)換成 II 型。由于聚合爐轉(zhuǎn)速快， I 型還來不及轉(zhuǎn)換成 II 型，最終導(dǎo)致產(chǎn)品中 I 型含量高。從總結(jié)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，聚合爐 轉(zhuǎn)速每降低0.1轉(zhuǎn)/分，五鈉I型會(huì)降低23%。聚合爐內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)， 這樣雖然有利產(chǎn)品聚合， 但由于時(shí)間過多， 物料在聚合爐內(nèi)越積越多， 聚合爐負(fù)荷增大， 這樣可能會(huì)引起聚合爐 由于負(fù)荷過大時(shí)引起停車。七：爐尾引風(fēng)壓力料漿在聚合爐內(nèi)反應(yīng)會(huì)生成大量的水蒸汽， 爐尾引風(fēng)就是及時(shí)將水蒸汽抽走，得到干燥的物料。水蒸汽分壓對(duì)五鈉I型影響很大，引 風(fēng)壓力的高低就直接影響五鈉I型的升降， 引風(fēng)壓力高則I型高，一 般每升高10 0

29、pa,五鈉I型會(huì)升高68%。每降低100 pa, 五鈉I型會(huì)降低46%左右。但不允許降低至聚合爐尾有正壓。第五節(jié)I型和H型含量控制一、高H型含量的控制（一）硝酸和硝酸鹽作催化劑使用硝酸、硝酸銨、硝酸鈉、硝酸鉀和硝酸鉛都可使I型轉(zhuǎn)化為H型。此轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，影響轉(zhuǎn)化率的因素有三：所用催化劑的比例、 轉(zhuǎn)化溫度和轉(zhuǎn)化時(shí)間。表 4-5列出了用2%NH 4NO3使I型轉(zhuǎn)化為H 型的反應(yīng)關(guān)系中溫度和時(shí)間的關(guān)系。表4-52%NH 4NO3使I型轉(zhuǎn)化為H型的溫度-時(shí)間關(guān)系溫度C200250300350400450500時(shí)間h6311/21/41/61/12（二）水作催化劑正磷酸混合物，或由正磷酸鹽溶液干燥所得的產(chǎn)

30、物，當(dāng)Na?。/卩2。5=5: 3時(shí)，如果在聚合以前加入一定量的水分，聚合所得的三聚磷酸鈉的I型含量就低，如果將上述的溶液干燥至一定的程度， 使其殘留水分與干燥產(chǎn)物加水的水含量相同， 聚合所得的三聚磷酸鈉的型含量就高例如，將正磷酸鹽溶液（5Na20.3 P2O5）干燥至含水量為0.5% （重量）,此產(chǎn)物于330CM燒2小時(shí)，所得三聚磷酸鈉的溫升試驗(yàn) 值（TRT ）為11.5, 1%水溶液的PH值為9.35。另一個(gè)試驗(yàn)是， 正磷酸鹽混合物的含水量為 0.5%（重量） Na2O/ 卩2。5=5: 3,用溫度為135C的熱空氣吹掃，使其脫水，然后再使干 燥產(chǎn)物突然與溫度與 20C的濕空氣接觸，于是產(chǎn)

31、物被空氣飽和，溫 度降至30C。最終含水量約為2%，于同樣條件下聚合所得三聚磷酸 鈉的 TRT=6.15 水溶液的 PH 值為 9.7。加水能減少三聚磷酸鈉中 I 型含量原因不清楚, 理論上推測(cè), 用 飽和濕空氣冷卻正磷酸鹽混合物,也可同時(shí)使用上述各方法中的幾 種。（三）加少量三聚磷酸鈉晶體。在正磷酸鹽（5Na2O/ P2O5）中加入三聚磷酸鈉晶體可提高H型 的得率，三種三聚磷酸鈉晶體（I型、H型和六水物）都有此種作用， 不過，1型和六水物比H型更有效。其用量不多，一般大于1%，最好大于 2% 。例如，0.6g I型研磨至小于 200目，與11.4g未研磨的片狀 NaH2PO4、Na2HPO4

32、。2H0 （5Na20.3P2O5）均勻混合，然后等分成 6 份，每份2g,逐個(gè)放入250C的加熱爐中，每個(gè)樣在加熱爐中的停留 時(shí)間不同，到時(shí)間后取出并分析各自的H型含量，再用06g六水物重復(fù)上述試驗(yàn), 最后不加晶種重復(fù)上述試驗(yàn), 加了結(jié)晶三聚磷酸鈉以 后，轉(zhuǎn)化速率大大加快，在相同的加熱時(shí)間下H型含量提高， 加I型 的效果優(yōu)于加六水物的效果。(四)在有水蒸氣存在時(shí)反復(fù)煅燒三聚磷酸鈉，反復(fù)煅燒的效果見表4-6表4-6反復(fù)煅燒可降低三聚磷酸鈉的 TRT原始樣(TRT每次煅燒溫度C)每次煅燒 時(shí)間(min)煅燒后TRT1次2次3次4次5次8.7400905.55.855.65.215.2425406

33、.56.15.75.55.315.2450307.35.85.95.65.715.24752086.466.5615.2500158.28.26.26.46表4-6中有5個(gè)試樣，每個(gè)試樣都必須經(jīng)過五次煅燒， 每經(jīng)過一次煅燒，其TRT數(shù)就降低一點(diǎn)。后4個(gè)樣原始RTT數(shù)相同，但由于不同的煅燒溫度和不同的煅燒時(shí)間，每次煅燒后的TRT數(shù)都不相同。實(shí)驗(yàn)用的物料系由含100份P2O5的三聚磷酸鈉和20份正磷酸鹽 (5Na20.3P2O5)溶液組成，正磷酸鹽溶液潤(rùn)濕了三聚磷酸鈉。煅燒 時(shí)正磷酸鹽溶入的游離水和正磷酸鹽縮聚成三聚磷酸鈉而放出的分 子進(jìn)入氣相，成為實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境水蒸氣分壓，每經(jīng)過一次煅燒即分出 總

34、數(shù)的六分之一作為產(chǎn)品，剩下的投入下一次循環(huán)。I型含量的精確控制在生成三聚磷酸鈉的反應(yīng)中，反應(yīng)溫度越高，產(chǎn)品中的I型含量就高，反之，1型含量就低。另外，反應(yīng)時(shí)環(huán)境水蒸氣分壓增高，所 得產(chǎn)品中的I型含量降低。反之，1型含量就高。因此，欲想在產(chǎn)品 中獲得所需要的I型含量，必須有效地控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)環(huán)境中 的水蒸氣分壓。表4-7和表4-8兩組數(shù)據(jù)表示了各因素之間的關(guān)系。表4-7升溫速度為5C/min時(shí)環(huán)境水蒸氣分壓與產(chǎn)品中I型含量的關(guān)系水蒸氣分壓I型()H型(%)010002590104440605130706710907801001000100表4-8 升溫為15C /min時(shí)環(huán)境水蒸氣分壓與產(chǎn)

35、品中I型含量的關(guān)系水蒸氣分壓(%)I型(%)H型(%)010004490105650506530707220807910908701001000100工業(yè)化生產(chǎn)獲得的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，在大大低于420C的溫度下也能生成I 型，但是，這種I型只要在適當(dāng)?shù)臏囟认聨追昼姾?，便轉(zhuǎn)變成H型， 穩(wěn)定的I型產(chǎn)品只能在 450C以上才能得到，但是,即使溫度很高，往 往也得不到純I型甚至高溫產(chǎn)品經(jīng)冷卻后其I型含量就會(huì)減少很多， 究其原因，除了與加熱速度有關(guān)外，物料的降溫速度，系統(tǒng)中的水蒸 氣分壓也很重要。例如，采用塔式一步法，將正磷酸鹽溶液 (5Na2O3卩2。5)噴入塔內(nèi)，控制尾氣溫度為400520C，最好控制在42

36、0500C，生成的三聚磷酸鈉含I型 40%以上，可能達(dá)到60% 以上，甚至接近100% ?I型。生成的三聚磷酸鈉在 10分鐘內(nèi)，最 好在4分鐘內(nèi)從450C冷卻到280C，冷卻進(jìn)環(huán)境水蒸氣分壓應(yīng)保持 在 40KPa(30mmHg)以下，最好在 1332KPa(100mmHg)以下。表4-9不同冷卻條件下的I型含量序號(hào)物料溫度C)環(huán)境水蒸氣分壓冷卻時(shí)間I型會(huì)含量冷卻前冷卻后(mmH)(min)(%142028028097124202802802430342028050108644202802039798據(jù)稱，將亞磷酸鹽加入磷酸鈉溶液，便能在聚合時(shí)生成希望的I 型產(chǎn)品，其主要原因是利用亞磷酸鹽的熱解

37、作用， 生成含磷高的分解 產(chǎn)物，于燃燒時(shí)產(chǎn)生局部發(fā)熱所致。第六節(jié)三聚磷酸鈉密度的控制一、密度的區(qū)分工業(yè)上常用松密度表示產(chǎn)品單位體積的質(zhì)量。 松密謀通常也叫做 堆比重、假比重、視比重等等，這里統(tǒng)一稱為松密度，簡(jiǎn)稱密度。按密度分，三聚磷酸鈉產(chǎn)品可分為低密度、中密度、高密度三種, 數(shù)值在0.307/cm3之間稱作低密度，數(shù)值在 0.701.1之間稱作中密 度，數(shù)值高于1.1以上稱作高密度。中、低、密度為最常用產(chǎn)品。二、控制密度的意義了解洗滌生產(chǎn)的需要，就可知道控制密度的必要性，洗滌劑的生 產(chǎn)工藝是多種形式的，因而對(duì)密度就有不同的要求，例如，為縮短洗 滌劑料漿的制備時(shí)間，就需要溶解快的低密度產(chǎn)品，干混

38、法生產(chǎn)也需 要低密度的產(chǎn)品，塊狀洗滌劑的生產(chǎn)則需要高密度的產(chǎn)品， 有時(shí)粉狀 洗滌劑的松密度太小，也需要用高密度的產(chǎn)品來調(diào)節(jié)。三、控制密度的方法不同密度的產(chǎn)品可用不同的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。例如，生產(chǎn)輕密度產(chǎn)品的工藝為兩步法和附聚法，生產(chǎn)中密度產(chǎn)品的工藝為回轉(zhuǎn)窖法和帶 噴霧的附聚法，生產(chǎn)高度密度產(chǎn)品的工藝為循環(huán)煅燒法。四、五鈉、偏鈉、焦鈉生產(chǎn)的比較表 4-10表 4-10序號(hào)名稱反應(yīng)方程式反應(yīng)的條件1反 應(yīng) 機(jī) 理12NaH 2PO 4=Na2H 2P2O 7+H 2O4NaH 2PO4=2Na4P2O7+2H 2ONa2H 2P2O7+ 2Na4P207=2Na5P30qo+H 2O1、290-310

39、C2、實(shí)際控制為：300-400C反1、130-230C五鈉應(yīng)機(jī)理W3HP2O7NazHPO 4+Na2HPO 4NaH 2PO4Na2生成Na5P3°10-12、300 C生成2H2Na5P3°10- HP23、410C生成O7Na5P3°10-1(Na5P3O10-1 )(4-9)300C時(shí)轉(zhuǎn)化成 Na5P3O10-H, 410C時(shí)轉(zhuǎn)化成兇5卩3。10-127PPQP Q« UU 整迪刖 q§占o(jì)COor-coJ.6UCDOg2?o了蕓刖戈了疋gs g %s£ s蕓s z H ? sg區(qū)獎(jiǎng)9區(qū)nL 整 £0N°

40、II mC?氐(S1、350400 CH3PO4+NaOH=NaH 2PO4+H2o2NaH 2PO4150-160 C Na4H2P2O7+H2。(酸 性焦磷酸鈉)nNa2H2P20 7260300C 2 (NaoOs) n-HI +nH2O(NapO?) n-HI 360430C (NaPO)n- H(NaPOJ n-H 360-430CNa.PO.OQ (環(huán) 狀)NaPsOsOs 625 C熔融物 驟冷(NaPOs) n9NanH PO.AEn4nnc NrPcCu+h qCMco鈉2NaH 2PO4225-250CNa2H 2P2O7+H2O生成”34卩2。72、225-250CNa2

41、 H 2P2O7從上表可以看出:序號(hào)溫度區(qū)間產(chǎn)物備注1130-230C1、Na4H 2P2O72、Na5P3°io-12225-250CNa2 H2P2O73260300C1 (NapO3) n-皿2、由(NapO3) n-皿成(NaPO3)n-n3、2Na5P3Oio4、Na5P3Oio- n不溶物有1、(NapO3) n-皿2、(NaP03)n-n4300350C1、Na5P3Oio- n2、”34卩2。73、Na5P3O1o5350400C1、”35卩3。10-水不溶物I2、(NaPO3)n-II3、”34卩2。74、Na5P3°1o(NaPO3)n-1第七節(jié)、五鈉各

42、成分變化對(duì)產(chǎn)品總磷的影響關(guān)系在理論上：五鈉%+正鈉%+焦鈉%+偏鈉%+雜質(zhì)=100% ;則 總磷（P2O5） % =五鈉 % X 57.88%+ 正鈉X 50.18%+偏鈉 X 69.608%+ 焦鈉 X 53.383%。一、根據(jù)化學(xué)方程式 2Na2HPO4+ NaHPO4 Na5P3O10,理論可 知當(dāng)二鈉和一鈉的比為2: 1時(shí)生成的全是100%的五鈉，當(dāng)中和度 下降時(shí)由于一鈉過剩，就有偏鈉產(chǎn)生，中和度每下降 0.01從理論的 角度可計(jì)算出偏鈉變化和P2O5的變化情況，見下表51。表5 1序號(hào)中 和 度2鈉1鈉1鈉多(mol)五鈉偏鈉總磷%質(zhì)量%質(zhì)量%1321(1-1) - 2=0.0368

43、1000057.8822.991.991(1.99-1)-2=0.005366.1699.890.40.1157.89332.981.981(1.98-1) - 2 =0.01364.3299.780.80.2257.90642.971.971(1.97-1)+ 2=0.015362.4899.671.20.3357.91952.961.961(1.96-1)+ 2=0.02360.6499.561.60.4457.93262.951.951(1.95-1)+ 2=0.025358.899.452.00.5557.94572.941.941(1.94-1)+ 2=0.03356.9499.34

44、2.40.6657.957從上表5 1可看出:1）中和度每下降0.01偏鈉上升0.11%;2）中和度每下降0.01總磷上升0.013%二、根據(jù)化學(xué)方程式 2Na2HPO 4 + NaH 2PO 4NasPsOio可知當(dāng)二鈉和一鈉的摩爾比為2： 1時(shí)生成的全是100%的五鈉，當(dāng)中和度升高時(shí)二鈉過剩，就有焦鈉產(chǎn)生，中和度每升高0.01從理論的角度可計(jì)算出偏鈉和P2O5的變化情況，見下表：52序號(hào)中 和 度鈉鈉2鈉多（mol）五鈉焦鈉總磷%質(zhì)量%質(zhì)量%1321(2-0)+8823.0120.995(2-1.99)+ 1=0.01366.1699.641.330.36257.

45、8633.0220.99(2-1.98)+1=0.02364.3299.272.660.72557.8443.0320.985(2-1.97)+ 1=0.03362.4898.913.991.08957.8253.0420.98(2-1.96)+ 1=0.04360.6498.545.321.44857.8063.0520.975(2-1.95)+ 1=0.05358.898.166.651.81957.7873.0620.97(2-1.94)+ 1=0.06356.9497.817.982.18757.76從上表5 2可看出:1）中和度每上升0.01焦鈉上升0.362% ;2）中和度每上升0

46、.01總磷下降0.02%三、根據(jù)楊承信編著的三聚磷鈉一書中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來分析總磷和其它磷酸的變化，見表5 3。樣號(hào)Na/P中 和 度中和度差五鈉焦鈉正鈉偏鈉總磷%195.92.20.51.4296.31.80.61.331.652.896.51.60.81.157.9140596.21.90.61.3平均13.7X 0.0196.2251.8750.6251.275597.11.80.30.8697.91.60.30.271.662.997.42.10.30.284296.82.50.30.457.82997.32.00.30.4平均9.9X 0.0197.32.060.30.41096.13

47、.30.20.4111.673.096.13.30.30.31296.03.20.70.1134195.73.30.70.357.741496.03.30.5平均8.4X 0.0195.983.280.480.2751591.77.30.80.21691.96.90.90.3171.683.192.26.60.90.357.55182591.37.90.7平均6.8X 0.0191.1757.1750.8251991.87.20.80.22090.6&50.70.2211.693.190.19.10.70.157.48229390.4&80.7平均90.725&40.7

48、250.16從表5 3中可以看出；1、 中和度從2.085升至2.942時(shí)，中和度上升 137X 0.01,總磷下降0.09%，中和度每升高0.01總磷下降009% - 13.7=0.0066%;2、和度從2.942升至3.041時(shí)，中和度上升9.9X0.01，總磷下降0.08%，中和度每升高 0.01總磷下降008% - 9.9=0.0081%;3、中和度從3.041升至3.125時(shí)，中和度上升8.4X 0.01，總磷下降0.19%，中和度每升高 0.01總磷下降0.19% - 8.4=0.023% ;4、中和度從3.125升至3.193時(shí)，中和度上升6.8X0.01,總磷下降0.1%，中和

49、度每升高0.01總磷下降0.1% - 6.8=0.0147% ;四、一般說來，我們實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品中，五鈉、正、焦、偏鹽的含量為一個(gè)變化值，從我們的產(chǎn)品結(jié)果來看，產(chǎn)品中一般正鈉為0.30.5%、焦鈉為2.23.0%、偏鈉為0.30.5%，當(dāng)雜質(zhì)和一定時(shí), 五鈉、正鈉、偏鈉、焦鈉的變化對(duì)P2O5的之間的關(guān)系見表54。表54總磷%五鈉%正鈉%焦鈉%偏鈉%雜質(zhì)%57.296.20.32.20.31.057.295.40.33.00.31.057.296.00.52.20.31.057.295.30.53.00.30.957.2950.53.00.51.057.295.90.32.20.51.157.2

50、95.80.52.20.51.1從表5 4上可以看出：1）當(dāng)雜質(zhì)一定時(shí)，五鈉、正鈉、偏鈉、焦鈉在一定范圍內(nèi)的變化, 對(duì)總磷沒有影響五、同樣我們實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品中，五鈉、正、焦、偏鹽的含量為一個(gè) 變化值，從我們的產(chǎn)品結(jié)果來看，產(chǎn)品中一般正鈉為0.30.5%、焦鈉為2.23.0%、偏鈉為0.30.5%，當(dāng)雜質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，P2O5與雜質(zhì) 之間的關(guān)系見下表55?？偭?五鈉%正鈉%焦鈉%偏鈉%雜質(zhì)%57.296.20.32.20.31.057.1596.10.32.20.31.157.0794.80.53.00.51.257.0095.10.33.00.31.357.0095.60.32.20.51.456.9395.30.52