-
gesponsord door Kaiser Optical Systems, Inc.9 Jul 2020
kernvraagstukken
- hoog corrosief, reactief en toxisch reactiemengsel
- samenstelling die elke 5 minuten nodig is
- Detectiegrenzen voor reagentia en producten beter dan 1%
introductie
Fosfortrichloride (PCL3) is een essentiële grondstof voor de productie van oxyfosforverbindingen voor commercieel gebruik., Deze commerciële toepassingen zijn zeer gevarieerd en kunnen olie-en polymeeradditieven, fosfaatesters, ongediertebestrijdingsmiddelen, speciale smeermiddelen en brandwerende materialen omvatten. Het trichloride wordt geproduceerd door directe chlorering van elementair Wit fosfor (P4).
dit proces is exotherm en vindt plaats als een continue reactie. Fosfor wordt toegevoegd aan een kokend mengsel van fosfor en trichloride, terwijl een constante stroom chloor wordt toegevoegd aan de reactor.
effectieve controle van de fosfor / chloorverhouding is essentieel om de opbrengst van het product te maximaliseren., Een goede controle zorgt er ook voor dat een passende hoeveelheid warmte wordt gegenereerd, terwijl de stoichiometrie voor de productie van het trichloride wordt gehandhaafd. Door de reactie zelf wordt voldoende warmte gegenereerd om het product te destilleren zoals het wordt gevormd.
voeder-en verwarmingssnelheden zijn ook belangrijk, omdat een goed beheer hiervan kan helpen de vorming van het ongewenste bijproduct fosforpentachloride (PCl5) te minimaliseren. Een voorbeeld van de reactorconfiguratie voor de PCL3-productie is weergegeven in Figuur 1.
figuur 1. Reactor voor PCL3-productie. Beeld Door: 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., Om deze reden moet de reactor periodiek worden gesloten om reiniging mogelijk te maken, maar voordat dit kan plaatsvinden, moet het systeem worden gezuiverd van de pyrofore fosfor.
reiniging wordt bereikt door toevoeging van net genoeg chloor om met fosfor te reageren (waarbij er tegelijkertijd voor wordt gezorgd dat er niet te veel wordt toegevoegd) om de vorming van bijproducten te verminderen.
Chloorstroom moet worden beëindigd op het punt waar alle fosfor is verbruikt., Om het essentiële evenwicht in deze reactie te behouden – tijdens de productie en tijdens het stilleggingsproces – moet de reactie worden gemonitord met een instrument dat gevoelig is voor veranderingen in de samenstelling en in staat is om relatief snelle feedback te geven.
Experiment
de basisingrediënten van de reactie zijn zeer corrosief, chemisch reactief en moeilijk te analyseren, zelfs onder normale omstandigheden. Standaard laboratoriummethoden voor deze analyse zijn gebaseerd op chromatografie of natte chemie – een titratie met elementair broom in een gehalogeneerd oplosmiddel.,
deze methoden geven een gedeeltelijk beeld, afhankelijk van de toestand van de reactie, en geven alleen informatie over het gehalte aan vrij fosfor (pyrofoor, P4). Deze methoden zijn ook tijdrovend en arbeidsintensief, met geen van beide methoden die meting van de fosforchloriden, PCl5 en PCl3.
de reactie tussenproducten, elementair chloor en reactieproducten zijn allemaal corrosieve, toxische, reactieve materialen. Ook zal een groot aantal van deze materialen gemakkelijk reageren met vocht om zoutzuur te vormen.,
Dit stelt natuurlijk bijzondere eisen aan de aard van materialen die in contact komen met het reactiemengsel. Om deze risico ‘ s tot een minimum te beperken, moet bij voorkeur binnen de reactor zelf worden gemeten, waarbij de noodzaak om het materiaal over te brengen wordt weggenomen.
vanwege dit probleem van chemische reactiviteit kan het bijzonder moeilijk zijn om het juiste materiaal te selecteren voor optische sondes, met inbegrip van materialen die bij de fabricage van de sonde worden gebruikt, en venstermaterialen.,
al deze materialen, inclusief fosfor, bezitten karakteristieke Raman-signaturen met unieke banden die kunnen worden gebruikt om elk bestanddeel effectief te controleren. Infraroodmethoden zijn hier niet levensvatbaar, deels vanwege hun onvermogen om elementair fosfor te meten, en deels vanwege bemonsteringsuitdagingen, zoals het ontbreken van een externe glasvezelinterface.
resultaten en discussie
het voorbeeld hier bevat gegevens die werden verkregen via een Kaiser Raman analyzer systeem uitgerust met een 785 nm diodelaser., In Figuur 2 worden spectra weergegeven van fosfortrichloride van reactorkwaliteit (“zwart”), verrijkt met PCL5 (A) en fosfor (C).
de band van 606 cm–1 wordt gebruikt voor de controle van de aanwezigheid van vrij fosfor, terwijl een band van 393 cm–1 wordt gebruikt voor de PCl5. Een glasvezel insertiesonde die een 9-rond-1 bundel kenmerkt werd gebruikt in dit geval; 400 µm Binnenvezel voor opwinding plus 200 µm buitenvezels voor inzameling.,
Er was enige interferentie door de Raman silica achtergrond van de vezels, maar dit vormde geen probleem bij de nauwkeurige meting van de fosfor of fosforchloriden.
bovendien is de silica Raman-signatuur reproduceerbaar genoeg om deze af te trekken van de gemeten spectra van het reactiemengsel. Binnen een termijn van 30 seconden kunnen meetbare spectra van goede kwaliteit met voldoende gevoeligheid worden verkregen.,
conclusies
Raman-spectroscopie is de enige haalbare instrumentele methode voor online monitoring van continue reacties tussen fosfor en chloor in fosfortrichloridevorming.
geen enkele andere optische spectroscopietechniek kan informatie verschaffen over de relevante componenten – P4, PCl3 en PCl5 – terwijl tegelijkertijd gemakkelijk monsters kunnen worden genomen in deze niet-ideale, corrosieve en gevaarlijke omgeving.,
de techniek reageert binnen een voldoende korte termijn en biedt effectieve feedback voor de controle van het proces, terwijl de voortgang van de reactie kan worden aangegeven. Het rapporteert ook de concentratie van elk van de componenten, met een gevoeligheid van <1 gewichtsprocent.1
* het huidige model is Raman rxn2™ analyzer
Deze informatie is afkomstig, beoordeeld en aangepast van materialen van Kaiser Optical Systems, Inc..
voor meer informatie over deze bron, ga naar Kaiser Optical Systems, Inc..
