三聚磷酸钠生产工艺(DOC 36页)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Na5P3O10,分子量368。

1.2 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、Ⅰ型的密度为2.62g/cm3，Ⅱ型的密度为2.57g/cm3。

3、熔点：620℃1.2.2 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（Ⅱ型）之分，其区别在于两者的键长和键角不同，Ⅰ型和Ⅱ型产品水合后均生成六水合物Na5P3O10·6H2O，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Ⅱ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：Na5P3O10+2H2O→2Na2HPO4+NaH2PO42、对金属离子的螯合能力三聚磷酸钠与溶于水中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等金属离子有络合作用，生成可溶性络合物，如：Na5P3O10+Ca2+→Na3(CaP3O10)+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值约为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3H 3PO 4+ 5NaOH → NaH 2PO 4+2Na 2HPO 4+5H 2O6H 3PO 4+5Na 2CO 3+nH 2O →2NaH 2PO 4+4Na 2HPO 4+(n+5)H 2O+5CO 2↑ 2.2 聚合工序NaH 2PO 4+2Na 2HPO 4−−−→−34NO NH Na 5P 3O 10+2H 2O ↑ 3、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 的毫升数V 1,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V 2。

中和度计算:Z= M 1*V 1 /M 2*V 2 (M 1/M 2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 M 2——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）4NaH2PO4=2Na4P2O7+2H2O （4-2）第二步由焦磷酸盐缩聚成三聚磷酸钠：Na2H2P2O7+ 2Na4P2O7=2Na5P3O10+H2O （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4~5℃的升温速度加热磷酸二氢钠，温度达到190~210℃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290~320℃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180~190℃时，磷酸二氢钠就缩聚成酸性焦磷酸二钠，到200~210℃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5~15℃。

磷酸氢二钠的转化温度下降幅度较大，为90~110℃。

因此，我们可以说185~210℃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290~310℃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300~400℃，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）2×(-369.0) -664.7 -68.3△H=2×(-369.0)-(-664.7-68.3)=-5kcal*/mol2Na2HPO4= Na4P2O7+ H2O+△H (4-5)2×(-419.4) -763.7 -68.3△H=2×(-419.4)- (-763.7 -68.3)=-6.8kcal*/molNa2H2P2O7+2Na4P2O7=2Na5P3O10+H2O+△H(4-6)-664.7 2×(-763.7) 2×(-1056.5) -68.3△H=-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（Na2O/ P2O5=5：3）脱水成正磷酸盐后，首先生成复盐：2Na2HPO4+NaH2PO4=Na2HPO4+Na2HPO4.Na2HPO4（4-8）然后在130~230℃的温度下生成无定型的焦磷酸盐或亚稳态的Na5P3O10-Ⅰ晶体：{Na3HP2O7Na2HPO4+ Na2HPO4. NaH2PO4(Na5P3O10-Ⅰ) (4-9)Na2H2P2O7300℃时转化成Na5P3O10-Ⅱ，410℃时转化成Na5P3O10-Ⅰ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。

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10~15分钟后焦磷酸盐含量即达70~85%，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（Na 2O/ P 2O 5=5：3）的规律基本上和300℃一样，只是反应速度更快，10~15分钟即告结束，而且反应也未进行到底，最终产品中也含有焦磷酸钠和三偏磷酸钠，还含有少量的不溶性偏磷酸盐。

225℃转化速率204060801001200.51.1.52.时间(h)123(a)225℃转化率250℃转化速度20406080100120时间(h)P 2O 5%123(b)250℃转化率300℃转化速率204060801001200.51.02.03.0时间(h)P 2O 5%1234(c)300℃转化率注：以上图为正磷酸盐（5Na 2O.3P 2O 5）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（5Na 2O.3P 2O 5）结果时间 （ min ） 正磷酸钠（%） 焦磷酸钠（%） 多聚磷酸钠（%） 六偏磷酸钠（%） 三偏磷酸钠（%） 2 3 4 5 7 10 15 2034.5 13.6 5.253.2 67.1 63.0 53.2 37.9 24.1 14.6 11.812.3 19.3 31.8 46.8 62.1 75.4 82.8 84.5无 ″ ″ ″ ″ 0.5 0.7 0.6无 ″ ″ ″ ″ ″ 1.9 3.130 40 50 1h 2h11.611.911.511.611.284.484.284.484.084.60.3微量3.73.93.14.44.2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。