-
sponsoreret af Kaiser Optical Systems, Inc.Jul 9 2020
Centrale Emner
- Meget ætsende, reaktive og giftige reaktionsblandingen
- Sammensætning behov for hver 5 minutter
- detektionsgrænsen for reaktanter og produkter er bedre end 1%
Indledning
Fosfor trichloride (PCl3) er en vigtig råvare i produktionen af oxyphosphorus forbindelser til kommerciel brug., Disse kommercielle anvendelser er meget varierede og kan omfatte olie-og polymeradditiver, fosfatestere, skadedyrsbekæmpelsesforbindelser, specielle smøremidler og brandsikre materialer. Trichloridet fremstilles ved direkte chlorering af elementært hvidt fosfor (P4).
denne proces er eksoterm, der finder sted som en kontinuerlig reaktion. Fosfor tilsættes til en kogende blanding af fosfor og trichlorid, mens en konstant strøm af chlor tilsættes til reaktoren.
effektiv kontrol af fosfor-til-chlor-forholdet er afgørende, hvis produktudbyttet skal maksimeres., Korrekt kontrol sikrer også, at der genereres en passende mængde varme, samtidig med at støkiometrien opretholdes for trichloridets produktion. Der genereres tilstrækkelig varme ved selve reaktionen til at destillere produktet, når det dannes.
foder-og opvarmningshastigheder er også vigtige, da korrekt styring af disse kan hjælpe med at minimere dannelsen af det uønskede biprodukt phosphorpentachlorid (PCl5). Et eksempel reaktorkonfiguration til PCL3 produktion er vist i Figur 1.
Figur 1. Reaktor til fremstilling af PCl3. Billedkredit: Kaiser Optical Systems, Inc.,9b0f433a0″>
| PCl3 + Cl2 → PCl5 + Heat | Byproduct |
| P4 + 6PCl5 → 10PCl3 + Heat | Uncontrolled heating |
Contaminants will build up over time, largely introduced via the phosphorus feed., På grund af dette skal reaktoren lukkes med jævne mellemrum for at muliggøre rengøring, men før dette kan finde sted, skal systemet renses for det pyroforiske fosfor.
rengøring sker ved tilsætning af lige nok klor til at reagere med fosforet (samtidig sikre, at der ikke tilsættes for meget) for at reducere eventuel biproduktdannelse.
Chlorflo.bør afsluttes på det sted, hvor alt fosfor er forbrugt., For at opretholde den væsentlige balance i denne reaktion – under produktionen og under hele nedlukningsprocessen – skal reaktionen overvåges med et værktøj, der er følsomt over for ændringer i sammensætning og i stand til at give relativt hurtig feedback.
eksperiment
reaktionens grundlæggende ingredienser er meget ætsende, kemisk reaktive og udfordrende at analysere, selv når de arbejder under normale forhold. Standardlaboratoriemetoder til denne analyse er baseret på kromatografi eller våd kemi – som er en titrering med elementært brom i et halogeneret opløsningsmiddel.,
disse metoder giver et delvist billede afhængigt af reaktionens tilstand, idet der kun gives information om indholdet af frit fosfor (pyrofor, P4). Disse metoder er også tidskrævende og arbejdskrævende, med hverken metode giver måling af fosfor chlorider, PCL5 og PCL3.
reaktionsmedierne, elementært chlor og reaktionsprodukter er alle ætsende, giftige, reaktive materialer. Et stort antal af disse materialer reagerer også let med fugt for at danne saltsyre.,
dette stiller naturligvis særlige krav til arten af ethvert materiale, der kommer i kontakt med reaktionsblandingen. For at minimere disse risici bør måling ideelt set foretages i selve reaktoren og fjerne ethvert behov for at overføre materialet.
på grund af dette spørgsmål om kemisk reaktivitet kan det være særligt udfordrende at vælge det rigtige materiale til optiske Sonder, herunder materialer, der anvendes til fremstilling af sonden, og eventuelle vinduesmaterialer.,
alle disse materialer, herunder fosfor, besidder karakteristiske Raman signaturer med unikke bånd, der kan anvendes til effektivt at overvåge hver komponent. Infrarøde metoder er ikke levedygtige her, dels på grund af deres manglende evne til at måle elementært fosfor, og dels på grund af prøveudtagningsudfordringer, såsom manglen på en fjernfiberoptisk grænseflade.
resultater og diskussion
eksemplet her indeholder data, der er erhvervet via et Kaiser Raman-analysatorsystem udstyret med en 785 nm diodelaser., Figur 2 viser spektre fra reaktor – grade (‘sort’) phosphortrichlorid, tilsat PCl5 (A) og phosphor (C).
606 cm–1–båndet anvendes til overvågning af tilstedeværelsen af frit fosfor, mens et bånd ved 393 cm-1 anvendes til PCl5. En fiberoptisk indføringssonde, der har et 9-omkring-1 bundt, blev anvendt i dette tilfælde; 400 µm indre fiber til e .citation plus 200 outerm ydre fibre til opsamling.,
Der var en vis interferens fra Raman silica-baggrunden fra fibrene, men dette udgjorde ikke et problem i den nøjagtige måling af fosfor-eller fosforchlorider.
derudover er silica Raman signaturen reproducerbar nok til at tillade dens subtraktion fra de målte spektre af reaktionsblandingen. God kvalitet, målbare Spektre, med tilstrækkelige niveauer af følsomhed kan opnås inden for en 30 sekunders tidsramme.,
konklusioner
Raman-spektroskopi giver den eneste mulige instrumentelle metode til online overvågning af kontinuerlige reaktioner mellem fosfor og chlor i dannelse af phosphortrichlorid.
ingen anden optisk spektroskopi teknik kan give oplysninger om komponenterne af interesse – P4, PCL3 og PCL5 – samtidig med at man sikrer nem prøveudtagning i dette ikke-ideelle, ætsende og farlige miljø.,
teknikken reagerer i en passende kort tidsramme, hvilket giver effektiv feedback til styringen af processen, samtidig med at den er i stand til at indikere reaktionens fremskridt. Det rapporterer også koncentrationen af hver af komponenterne med en følsomhed på <1 vægtprocent.1
* den Nuværende model er Raman-Rxn2™ analyzer
Denne information er blevet indkøbt, gennemgået og tilpasset fra materialer, der leveres af Kaiser Optiske Systemer, Inc..for mere information om denne kilde, besøg venligst Kaiser Optical Systems, Inc..
