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Wie man Hypophosphorsäure einfache Rezepte macht

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hypophosphorsäure-HPA unter Verwendung einer elektrodialytischen Wasserspaltung. Es bezieht sich auch auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Natriumhypophosphit, bei dem das Natriumhypophosphit in einem elektrodialytischen Wasserspaltverfahren zur Herstellung von Hypophosphorsäure verwendet wird und das abgereicherte Natriumhypophosphit aus dem elektrodialytischen Wasserspaltungsverfahren verwendet wird, um den pH-Wert in dem Verfahren zur Herstellung von Natrium einzustellen Hypophosphit.

Die elektrodialytische Wasserspaltung ist ein Prozess, bei dem eine Salzlösung einem Gleichstrom ausgesetzt wird, Wasser zersetzt und die Anionen und Kationen durch Anionenaustausch- bzw. Kationenaustauschermembranen geleitet werden, wobei in getrennten Kompartimenten eine Säure und eine Base gebildet werden. Wenn beispielsweise eine Natriumchloridlösung zwischen eine Kationenaustauschermembran und eine Anionenaustauschermembran gegeben und einem Gleichstrom ausgesetzt wird, bildet sich auf der anderen Seite der Anionenaustauschermembran Salzsäure und auf der anderen Seite Natriumhydroxid der Kationenaustauschermembran.

Die Konzentration der gebildeten Säure ist eine Funktion der Stromdichte, aber je höher die Konzentration der Säure ist, desto geringer ist die Stromausbeute.

Es gibt auch eine Beziehung zwischen der Stärke der Säure i. Bei gleicher Stromausbeute können höhere Konzentrationen an schwachen Säuren als an starken Säuren erhalten werden.

Die Beziehung zwischen der Stärke der Säure und der Konzentration der Säure, die bei einer gegebenen Stromausbeute erhalten werden kann, kann in einem Artikel von K gefunden werden. Dieser Artikel wird nachstehend als "Mani, 1991" bezeichnet. Da Hypophosphorsäure eine starke einbasige Säure ist, sind Normalität und Molarität gleiche Werte i. Hypophosphorsäure wird nun durch Ansäuern von Natriumhypophosphit hergestellt.

Beispielsweise kann man ein Kationenaustauscherharz mit Wasserstoffionen beladen und eine Lösung von Natriumhypophosphit über das Harz leiten, so dass das Natriumion gegen das Wasserstoffion ausgetauscht und Hypophosphorsäure erzeugt wird.

Bisher wurde die Herstellung von Hypophosphorsäure durch elektrodialytische Wasserspaltung weder vorgeschlagen noch versucht. Ein möglicher Grund dafür ist, dass die leicht verfügbaren Referenzen für HPA es als starke Säure beschreiben. Als starke Säure wäre die Konzentration an HPA, die bei einem gegebenen Stromwirkungsgrad erzeugt werden könnte, gering, was die Wahl zwischen einem hohen Stromverbrauch für eine hohe Säurekonzentration und einem hohen Energieverbrauch für die Verdampfung von Wasser aus einer niedrigen Säurekonzentration erfordert.

Andererseits kann K. Ein weiterer Grund, der sich auf die Produktion in herkömmlichen Elektrolytmembranzellen bezieht, kann auf Bedenken hinsichtlich der Produktqualität zurückzuführen sein, die mit der Oxidation der Hypophosphorsäure an der Anode verbunden sind, um eine Phosphitanionenkontamination des Produkts zu erzeugen.

Obwohl wir die ungewöhnlich hohe Konzentration an Hypophosphorsäure, die erhalten werden kann, nicht erklären können, ist das Ergebnis sehr vorteilhaft, da es die Verdunstungsmenge verringert, die zur Erzeugung hoher Konzentrationen der Säure erforderlich ist.

Infolgedessen kann die Produktion von Hypophosphorsäure durch elektrodialytische Wasserspaltung mit anderen Verfahren zur Herstellung dieser Säure konkurrieren. Wir haben auch entdeckt, dass die Produktion von Hypophosphorsäure durch elektrodialytische Wasserspaltung in ein bestehendes Verfahren zur Herstellung von Natriumhypophosphit eingebunden werden kann. Das heißt, das Natriumhypophosphitprodukt aus einem bestehenden Verfahren kann als Ausgangsmaterial für den elektrodialytischen Wasserspaltprozess verwendet werden, und das abgereicherte Natriumhypophosphitsalz aus dem elektrodialytischen Wasserspaltverfahren, das etwas Hypophosphorsäure enthält, kann zur Einstellung des pH-Werts verwendet werden im bestehenden Natriumhypophosphit-Prozess.

Wenn dies getan wird, wird der bestehende Natriumhypophosphit-Prozess auf verschiedene Weise verbessert. Der Produktwert der Hypophosphorsäure im abgereicherten Salzstrom wird zurückgewonnen, anstatt vor der Resättigung mit Natriumhypophosphitkristall mit dem verdünnten Ätzstrom neutralisiert zu werden.

Dies ermöglicht nicht nur die effektive Verwendung von Produktsäure, die sonst verloren gehen würde, in dem Verfahren, sondern ermöglicht auch die Verwendung von mehr der schwachen ätzenden Produktlösung als Beschickung im Natriumhypophosphit-Verfahren. Die Verwendung anderer Säuren als Hypophosphorsäure im bestehenden Natriumhypophosphit-Verfahren zur Einstellung des pH-Werts entfällt, und daher enthält das Natriumhypophosphit-Produkt Hypophosphit anstelle von Fremdanionen und ist reiner.

Dies reduziert auch die Menge an Calciumsalz-Abfallmaterial, das erzeugt wird, was erhebliche Entsorgungskosten verursacht. Außerdem ist das Calciumsalz-Abfallmaterial thixotrop, was bedeutet, dass es beim Schütteln Wasser freisetzt. Da es als fester Abfall entsorgt werden muss, ist dies für Unternehmen, die feste Abfälle zur Entsorgung annehmen, nicht akzeptabel. Die Substitution anderer Säuren durch Hypophosphorsäure im bestehenden Natriumhypophosphit-Verfahren beseitigt dieses Problem unerwartet.

Zusätzlich kann das verdünnte Ätzmittel, das bei dem elektrodialytischen Wasserspaltverfahren erzeugt wird, ohne Strafe als NaOH-Quelle im Phosphorhydrolyseteil des Verfahrens in das Natriumhypophosphit-Verfahren eingearbeitet werden. Das verdünnte Ätzmittel kann auch verwendet werden, um Calciumhydroxid aus Kalk zu erzeugen, der im Natriumhypophosphit-Prozess benötigt wird. Während es eine Reihe von Möglichkeiten gibt, das elektrodialytische Wasserspaltungsverfahren zur Herstellung von Hypophosphorsäure mit bestehenden Verfahren zur Herstellung von Natriumhypophosphit zusammenzubinden, könnte in einem Verfahren die Mutterlauge aus einem bestehenden Natriumhypophosphitverfahren, das sowohl Natriumhypophosphit als auch Natriumphosphit enthält, verwendet werden im elektrodialytischen Wasserspaltverfahren verwendet werden.

Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Flotte zu reinigen und Wasser daraus zu verdampfen. Obwohl diese Flotte sowohl Phosphitionen als auch Hypophosphitionen enthält, wird angenommen, dass die beiden Ionen beim elektrodialytischen Wasserspaltungsprozess zumindest teilweise getrennt werden können, da das Hypophosphitionen kleiner als das Phosphitionen ist und daher leichter durch den Anionenaustausch gelangen kann Membran. Die europäische Patentanmeldung 0459751A1 lehrt auch, dass die Anpassung der abgereicherten Salzzufuhr an alkalische Bedingungen die Trennung verbessert, indem das Phosphoranion gezwungen wird, zweiwertig zu werden.

Das elektrodialytische Wasserspaltungsverfahren zur Herstellung von Hypophosphorsäure kann auch in das bestehende Ionenaustauschverfahren zur Herstellung von Hypophosphorsäure eingebunden werden. Das heißt, anstatt das Ionenaustauschverfahren zur Herstellung der gesamten Hypophosphorsäure aus Natriumhypophosphit zu verwenden, könnte es stattdessen verwendet werden, um Wasserstoffionen gegen die geringe Konzentration von Natriumionen in der Hypophosphorsäure auszutauschen, die durch das elektrodialytische Wasserspaltungsverfahren dieser Erfindung erzeugt wird .

Dies würde die Gesamtkosten für die Herstellung von hochreiner Hypophosphorsäure senken. In FIG. Die Zelle besteht aus vier nebeneinander angeordneten Einheiten 1, 2, 3 und 4. Die Anode 5 befindet sich im ER-Säurefach der anodenseitigen Elektrodenspülung und die Kathode 6 befindet sich im ER'-Fach der basenseitigen Elektrodenspülung.

Die Spülkammern, denen verdünntes Ätzmittel zugeführt wird, werden bei der Produktion von Hypophosphorsäure von den Elementarzellen getrennt, da die oxidierende Umgebung der Anodenkammer die reduzierende Säure oxidieren und Phosphite erzeugen könnte, die die Produktqualität nachteilig beeinflussen würden. Aus diesem Grund stellt die Verwendung der elektrodialytischen Wasserspaltungstechnologie eine deutliche Verbesserung gegenüber der herkömmlichen Elektrolyse dar und ist wahrscheinlich der Grund, warum in der offenen Literatur nicht über die elektrolytische Produktion von HPA berichtet wurde.

Kationenaustauschmembranen und anionische Austauschmembranen sind im Handel erhältlich. Die Kammern werden mit nicht gezeigten Dichtungen abgedichtet, und die Flüssigkeiten in den Kammern werden zurückgeführt, um die Bildung von Ionen in der Nähe der Membranen zu verhindern. Die Flüssigkeit in den Säurekompartimenten 1A, 2A, 3A und 4A wird mittels Pumpe 9 durch die Leitungen 7 und 8 zurückgeführt. Das hypophosphorige Säureprodukt wird durch die Leitung 10 entfernt und zusätzliches Wasser wird durch die Leitung 11 zugegeben.

Die Kapazität des Umwälzsystems wird mittels des Speichertanks 12 erhöht. In ähnlicher Weise wird Flüssigkeit in den Salzabteilen 1S, 2S, 3S und 4S mittels der Pumpe 16 durch die Leitungen 13 und 14 und des Speichertanks 15 umgewälzt.

Abgereicherte Salzlösung wird durch Leitung 17 entfernt und zusätzliche frische Salzlösung wird durch Leitung 18 zugegeben. Flüssigkeit in den Basiskammern 1B, 2B, 3B, 4B und 5B wird durch die Leitungen 19 und 20 und den Lagertank 21 mittels Pumpe 22 und zurückgeführt Natriumhydroxid wird durch Leitung 23 entfernt, während frisches Wasser durch Leitung 24 zugegeben wird.

Schließlich wird die Elektrodenspüllösung in den Abteilen ER und ER 'durch die Leitungen 27, 28 und 30 und die Lagertanks 25 und 29 mittels der Pumpe 26 zurückgeführt. Eine Spülung kann, falls erforderlich, durch die Leitung 31 entfernt werden, während sie frisch hergestellt wird. Die Lösung kann über Zeile 32 hinzugefügt werden.

In den Elektrodenspülkammern ER und ER 'gebildeter Sauerstoff und Wasserstoff lösen sich in den Gefäßen 29 und 25 und treten durch die Leitungen 33 bzw. 34 aus. Die Entfernung der Produktlösung aus den jeweiligen Umwälzkreisläufen kann an jedem Punkt des Kreislaufs erfolgen, solange der Druckunterschied zwischen den Kammern nicht durch den Entfernungsprozess beeinflusst wird.

Die Produktion von gasförmigem Wasserstoff 34 und Sauerstoff 33 erfolgt nur an der Anode und der Kathode. Da die Erzeugung dieser Gase den Energieverbrauch pro Produkteinheit erhöht, ist es vorteilhaft, eine große Anzahl von Einheiten unter Verwendung gemeinsamer bipolarer Membranen dazwischen nebeneinander zu stellen, um die Produktion dieser Gase relativ zu den Produktströmen zu minimieren. Wenn jedoch die Anzahl der Einheiten in der Zelle zu groß ist, steigt der Stromverbrauch wieder an und die Gesamtspannung über dem Stapel wird zu hoch.

Während die Zeichnung nur vier Einheiten darstellt, kann eine beliebige Anzahl von Einheiten auf ähnliche Weise nebeneinander gestellt werden, und eine typische Zelle kann ungefähr eine bis ungefähr zweihundert Einheiten enthalten. Um die Zelle zu betreiben, wird sie zusammengebaut und HPA- und schwache NaOH-Lösungen werden durch die jeweiligen Säure- und Basenkompartimente zirkuliert, während eine wässrige Lösung von Natriumhypophosphit und HPA durch das Salzkompartiment zirkuliert.

Eine schwache Lösung von Ätzmittel wird auch durch die Elektrodenspülkammern zirkuliert. Das Salzkompartiment enthält sowohl Natriumhypophosphit als auch HPA aufgrund der Ungleichheit zwischen den Wirkungsgraden des Säure- und Basenstroms. Wenn der Basisstromwirkungsgrad größer als der Säurestromwirkungsgrad ist, enthält das Salzkompartiment Natriumhypophosphit und HPA. Wenn der Säurestromwirkungsgrad größer als der Basenstromwirkungsgrad ist, enthält das Salzkompartiment Natriumhypophosphit und NaOH.

Unter den meisten Bedingungen ist die Basenleitfähigkeit größer als die Säureleitfähigkeit. Die Konzentration von Natriumhypophosphit in der verwendeten Salzschleife kann von etwa 1 Gew .-% variieren. Die HPA-Konzentration in der Salzschleife kann von 0 Gew .-% variieren. Normalerweise sind keine pH-Einstellungen erforderlich, um die Zelle zu betreiben.

Die Gesamtreaktion in der Zelle ist: Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Zelle zu bedienen. Im Batch-Modus wird der größte Teil oder ein Teil der Flüssigkeit im Umwälzsystem des Säurekompartiments als Produkt entfernt und teilweise durch frisches Wasser ersetzt, wenn die Säurekonzentration einen bestimmten vorbestimmten Wert erreicht.

Zum Beispiel, wenn die Hypophosphorsäurekonzentration eine vorbestimmte Konzentration zwischen 5 und 55 Gew .-% erreicht. Vorzugsweise erfolgt dies, wenn die Säurekonzentration eine vorbestimmte Konzentration zwischen etwa 10 und etwa 30 Gew .-% erreicht. Die Basis- und Salzschleifen können auf ähnliche Weise betrieben werden, und es können auch Kombinationen von diskontinuierlichen und kontinuierlichen Prozessen für das Produkt und die Zufuhrströme verwendet werden.

Im kontinuierlichen Betriebsmodus des Systems wird das Säureprodukt kontinuierlich entfernt und durch frisches Wasser ersetzt, um die Hypophosphorsäurekonzentration auf einer bestimmten vorbestimmten Konzentration zu halten. Die Konzentration der Säure wird maximiert, wenn bei bestimmten Betriebsbedingungen keine Wasserzugabe zur Zelle erfolgt. Während der Batch-Betriebsmodus energieeffizienter ist, erfordert er eine sorgfältigere Überwachung des Systems und mehr Steuerungen im System als der kontinuierliche Modus.

In beiden Modi ist es vorteilhaft, die Zufuhr der Natriumhypophosphitsalzkonzentration zur Rezirkulationsschleife auf einem gleichmäßigen Niveau und vorzugsweise zwischen 5 und einer Sättigung von etwa 55 Gew .-% zu halten. Es ist auch bevorzugt, die Natriumhydroxidkonzentration niedrig zu halten, um zu verhindern, dass Natriumionen durch die bipolare Membran aus dem Basenkompartiment in das Säurekompartiment wandern, was die Säurekonzentration verringern und die verbleibende Säure mit Salz verunreinigen würde.

Eine Konzentration an Natriumhydroxid zwischen etwa 1 und etwa 20 Gew .-% Um die Produktqualität zu maximieren, sollte der hydrodynamische Kopf des HPA-Umwälzkreislaufs 1 bis 2 psi höher sein als der Salz- oder Basis-Umwälzkreislauf. Der höhere Druck verhindert den Massentransport von NaOH und Natriumhypophosphit in das Säurekompartiment. Wenn sich in einer Membran eine Lochblende entwickelt, wird durch Betrieb bei höheren Differenzdrücken die HPA-Kontamination minimiert.

Wenn die Natriumhydroxidkonzentration niedrig gehalten wird, erhöht sich der Säuregehalt der verbrauchten Salzlösung, was vorteilhaft ist, wenn die verbrauchte Salzlösung zur pH-Einstellung in dem bestehenden Verfahren zur Herstellung von Natriumhypophosphit verwendet werden soll. Zu diesem Zweck ein pH-Wert von etwa 1. Auch wenn der Säuregehalt der verbrauchten Salzlösung zur pH-Kontrolle in dem bestehenden Verfahren zur Herstellung von Natriumhypophosphit verwendet werden soll, die Konzentration von Säure und Base im Säurekompartiment und Basenkompartiment kann so gesteuert werden, dass der Säuregehalt der verbrauchten Salzlösung für diesen Zweck geeignet ist, d.h.

Die Konzentration der Hypophosphorsäure im Säurekompartiment kann auf etwa 55 Gew .-% erhöht werden. Dies ist ungewöhnlich hoch, etwas mehr als doppelt so hoch, wie es die Lehren des Standes der Technik erwarten lassen würden.

Calciumhydroxid, das im Mischgefäß 35 hergestellt wird, wird hergestellt, indem Wasser aus Linie 36 mit Kalk CaO aus Linie 37 gemischt wird. Das Calciumhydroxid gelangt durch Linie 38 zum Reaktor 39, wo es mit phosphorhaltigem Wasser aus Linie 40 und elementarem Phosphor aus Linie 40 gemischt wird 41 zusammen mit Natriumhydroxid aus Linie 42.

Die Reaktion:. Phosphin- und Wasserstoffgase werden durch Leitung 43 aus dem Reaktor 39 entfernt. Die Produkte, eine Aufschlämmung aus ausgefälltem Calciumphosphit und gelöstem Calciumhypophosphit in Natriumhypophosphitlösung, werden durch Leitung 44 geleitet. Die Lösung von Natrium- und Calciumhypophosphit gelangt durch Leitung 49 zum Calciumabscheider 50, wobei Natriumcarbonat in Zeile 51 zugegeben wird, um Calciumcarbonat auszufällen.

Das kristalline Hypophosphit in Linie 60 wird im Trockner 61 getrocknet und bildet das Produkt in Linie 62. Weitere Einzelheiten zu bestehenden Verfahren zur Herstellung von Natriumhypophosphit, die mit dem Verfahren dieser Erfindung zur Herstellung von Hypophosphorsäure kombiniert werden können, finden sich in U.

Wenn kristallines Natriumhypophosphit in dem Hypophosphorsäureverfahren verwendet wird, wird es in Tank 63 gelöst und dann durch die Leitung 64 zum Kationenaustauschmaterial 65 geleitet, das jegliches zweiwertiges e entfernt. Abhängig von der Reinheit des im Natriumhypophosphit-Prozess gebildeten Produkts kann das Ionenaustauschmaterial 65 nicht erforderlich sein. Das gereinigte Natriumhypophosphit gelangt durch die Leitung 66 in das Salzfach und durch sein Umwälzsystem der Elektrolysezelle 67. Aus der Leitung 68 wird der Zelle Wasser zugesetzt, und das dabei erzeugte Natriumhydroxid wird durch die Leitung 69 entfernt, wo es in das Gefäß 35 geleitet wird oder zum Reaktor 39, gepunktete Linie 70 oder zum Calciumabscheider 50, gepunktete Linie 71.

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