-
Sponsorizzato da Kaiser Optical Systems, Inc.Jul 9 2020
Questioni chiave
- Miscela di reazione altamente corrosiva, reattiva e tossica
- Composizione necessaria ogni 5 minuti
- Limiti di rilevamento per reagenti e prodotti migliori dell ‘ 1%
Introduzione
Il tricloruro di fosforo (PCl3) è una materia prima essenziale nella produzione di composti ossifosforici per uso commerciale., Questi usi commerciali sono molto vari e possono includere additivi per oli e polimeri, esteri fosfatici, composti per il controllo dei parassiti, lubrificanti speciali e materiali resistenti al fuoco. Il tricloruro è prodotto tramite clorazione diretta del fosforo bianco elementare (P4).
Questo processo è esotermico, che si svolge come una reazione continua. Il fosforo viene aggiunto a una miscela bollente di fosforo e tricloruro, mentre un flusso costante di cloro viene aggiunto al reattore.
Un controllo efficace del rapporto fosforo-cloro è essenziale se si vuole massimizzare la resa del prodotto., Un adeguato controllo garantisce inoltre che venga generata una quantità adeguata di calore, mantenendo la stechiometria per la produzione del tricloruro. Abbastanza calore sarà generato dalla reazione stessa per distillare il prodotto man mano che si forma.
Anche i tassi di alimentazione e riscaldamento sono importanti, poiché una corretta gestione di questi può aiutare a ridurre al minimo la formazione del sottoprodotto indesiderato pentacloruro di fosforo (PCl5). Un esempio di configurazione del reattore per la produzione di PCl3 è visualizzato in Figura 1.
Figura 1. Reattore per la produzione di PCl3. Credito di immagine: 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., A causa di ciò, il reattore deve essere periodicamente spento per consentire la pulizia, ma, prima che ciò possa avvenire, il sistema deve essere spurgato dal fosforo piroforico.
La pulizia viene effettuata attraverso l’aggiunta di cloro sufficiente per reagire con il fosforo (garantendo contemporaneamente che non venga aggiunto troppo) al fine di ridurre l’eventuale formazione di sottoprodotti.
Il flusso di cloro deve essere terminato nel punto in cui tutto il fosforo è stato consumato., Per mantenere l’equilibrio essenziale in questa reazione-durante la produzione e durante tutto il processo di spegnimento – la reazione deve essere monitorata con uno strumento sensibile ai cambiamenti di composizione e in grado di fornire un feedback relativamente veloce.
Esperimento
Gli ingredienti di base della reazione sono altamente corrosivi, chimicamente reattivi e difficili da analizzare, anche quando si lavora in condizioni normali. I metodi standard di laboratorio per questa analisi si basano sulla cromatografia o sulla chimica umida, che è una titolazione con bromo elementare in un solvente alogenato.,
Questi metodi forniscono un quadro parziale a seconda delle condizioni della reazione, fornendo solo informazioni sul contenuto di fosforo libero (piroforico, P4). Questi metodi sono anche dispendiosi in termini di tempo e manodopera, con nessuno dei due metodi che fornisce la misurazione dei cloruri di fosforo, PCl5 e PCl3.
Gli intermedi di reazione, il cloro elementare e i prodotti di reazione sono tutti materiali corrosivi, tossici e reattivi. Inoltre, un gran numero di questi materiali reagirà facilmente con l’umidità per formare acido cloridrico.,
Questo, naturalmente, pone particolari esigenze sulla natura di qualsiasi materiale che viene a contatto con la miscela di reazione. Al fine di minimizzare questi rischi, la misurazione dovrebbe idealmente essere effettuata all’interno del reattore stesso, eliminando qualsiasi necessità di trasferire il materiale.
A causa di questo problema di reattività chimica, può essere particolarmente difficile selezionare il materiale giusto per qualsiasi sonde ottiche, compresi i materiali utilizzati nella fabbricazione della sonda, e qualsiasi materiale finestra.,
Tutti questi materiali, incluso il fosforo, possiedono caratteristiche firme Raman con bande uniche che possono essere impiegate per monitorare efficacemente ogni componente. I metodi a infrarossi non sono praticabili qui, in parte a causa della loro incapacità di misurare il fosforo elementare e in parte a causa di sfide di campionamento, come la mancanza di un’interfaccia a fibra ottica remota.
Risultati e discussione
L’esempio presenta i dati acquisiti tramite un sistema di analisi Raman Kaiser dotato di un laser a diodi da 785 nm., La figura 2 mostra gli spettri del tricloruro di fosforo di grado reattore (“nero”), addizionato di PCl5 (A) e fosforo (C).
La banda 606 cm–1 viene utilizzata per monitorare la presenza di fosforo libero, mentre una banda a 393 cm–1 viene utilizzata per il PCl5. Una sonda a fibra ottica di inserzione che caratterizza un fascio 9-around-1 è stata impiegata in questo caso; 400 µm fibra interna per eccitazione più 200 µm fibre esterne per la raccolta.,
C’era qualche interferenza dallo sfondo di silice Raman dalle fibre, ma questo non rappresentava un problema nella misurazione accurata del fosforo o dei cloruri di fosforo.
Inoltre, la firma Raman di silice è abbastanza riproducibile da consentirne la sottrazione dagli spettri misurati della miscela di reazione. Buona qualità, spettri misurabili, con livelli sufficienti di sensibilità possono essere ottenuti entro un lasso di tempo di 30 secondi.,
Conclusioni
La spettroscopia Raman fornisce l’unico metodo strumentale praticabile per il monitoraggio on-line delle reazioni continue tra fosforo e cloro nella formazione di tricloruro di fosforo.
Nessun’altra tecnica di spettroscopia ottica può fornire informazioni sui componenti di interesse – P4, PCl3 e PCl5 – garantendo al contempo facilità di campionamento in questo ambiente non ideale, corrosivo e pericoloso.,
La tecnica risponde in tempi opportunamente brevi, fornendo un feedback efficace per il controllo del processo, pur essendo in grado di indicare l’avanzamento della reazione. Riporta anche la concentrazione di ciascuno dei componenti, con una sensibilità di<1% in peso.1
* Il modello attuale è Raman Rxn2™ analyzer
Queste informazioni sono state ottenute, riviste e adattate da materiali forniti da Kaiser Optical Systems, Inc..
Per ulteriori informazioni su questa fonte, visitare Kaiser Optical Systems, Inc..
