-
Jul 9 2020
kluczowe zagadnienia
- wysoce korozyjna, reaktywna i toksyczna mieszanina reakcyjna
- skład potrzebny co 5 minut
- granice wykrywalności dla reagentów i produktów lepszych niż 1%
wprowadzenie
trichlorek fosforu (PCl3) jest niezbędnym surowcem do produkcji związków oksyfosforowych do użytku komercyjnego., Te komercyjne zastosowania są bardzo zróżnicowane i mogą obejmować dodatki olejowe i polimerowe, estry fosforanowe, związki zwalczające szkodniki, specjalne smary i materiały ognioodporne. Trichlorek jest wytwarzany poprzez bezpośrednie chlorowanie pierwiastkowego fosforu białego (P4).
proces ten jest egzotermiczny, zachodzący jako reakcja ciągła. Do wrzącej mieszaniny fosforu i trichlorku dodaje się fosfor, a do reaktora dodaje się stały strumień chloru.
Skuteczna kontrola stosunku fosforu do chloru jest niezbędna, jeśli wydajność produktu ma być zmaksymalizowana., Odpowiednia kontrola zapewnia również wytwarzanie odpowiedniej ilości ciepła, przy zachowaniu stechiometrii do produkcji trichlorku. Wystarczająca ilość ciepła zostanie wytworzona przez samą reakcję, aby destylować produkt w trakcie jego formowania.
szybkość podawania i podgrzewania są również ważne, ponieważ właściwe zarządzanie nimi może pomóc zminimalizować powstawanie niepożądanego produktu ubocznego pentachlorku fosforu (PCl5). Przykładową konfigurację reaktora do produkcji PCl3 przedstawiono na rysunku 1.
Rysunek 1. Reaktor do produkcji PCl3. Wizerunku Kredyt: 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., Z tego powodu reaktor musi być okresowo wyłączany, aby umożliwić czyszczenie, ale zanim to nastąpi, system musi zostać oczyszczony z fosforu piroforycznego.
czyszczenie odbywa się poprzez dodanie wystarczającej ilości chloru do reakcji z fosforem (jednocześnie zapewniając, że nie dodaje się zbyt dużo) w celu zmniejszenia tworzenia się produktu ubocznego.
, Aby zachować zasadniczą równowagę w tej reakcji – podczas produkcji i podczas całego procesu wyłączania – reakcja musi być monitorowana za pomocą narzędzia wrażliwego na zmiany składu i zdolnego do stosunkowo szybkiego sprzężenia zwrotnego.
eksperyment
podstawowe składniki reakcji są silnie korozyjne, reaktywne chemicznie i trudne do analizy, nawet podczas pracy w normalnych warunkach. Standardowe metody laboratoryjne do tej analizy są oparte na chromatografii lub chemii mokrej-która jest miareczkowanie bromu pierwiastkowego w fluorowcowanym rozpuszczalniku.,
metody te dają częściowy obraz w zależności od stanu reakcji, dostarczając jedynie informacji o zawartości wolnego fosforu (piroforycznego, P4). Metody te są również czasochłonne i pracochłonne, przy czym żadna z metod nie zapewnia pomiaru chlorków fosforu, PCl5 i PCl3.
półprodukty reakcji, chlor elementarny i produkty reakcji są materiałami korozyjnymi, toksycznymi, reaktywnymi. Ponadto duża liczba tych materiałów łatwo reaguje z wilgocią, tworząc kwas solny.,
to, oczywiście, stawia szczególne wymagania dotyczące charakteru wszelkich materiałów mających kontakt z mieszaniną reakcyjną. W celu zminimalizowania tych zagrożeń, pomiary powinny być idealnie wykonane w samym reaktorze, eliminując potrzebę przenoszenia materiału.
ze względu na ten problem reaktywności chemicznej, może być szczególnie trudne, aby wybrać odpowiedni materiał dla wszelkich sond optycznych, w tym wszelkich materiałów użytych do produkcji sondy i wszelkich materiałów okiennych.,
wszystkie te materiały, w tym fosfor, posiadają charakterystyczne sygnatury Ramanowe z unikalnymi pasmami, które można wykorzystać do skutecznego monitorowania każdego składnika. Metody PODCZERWIENI nie są tutaj opłacalne, częściowo z powodu ich niezdolności do pomiaru fosforu elementarnego, a częściowo z powodu wyzwań związanych z próbkowaniem, takich jak brak zdalnego interfejsu światłowodowego.
wyniki i dyskusja
w przykładzie przedstawiono dane uzyskane za pomocą analizatora Kaiser Raman wyposażonego w laser diodowy 785 nm., Na rysunku 2 przedstawiono Widma z trichlorku fosforu klasy reaktora („czarnego”), wzbogaconego PCl5 (A) i fosforu (C).
pasmo 606 cm–1 jest wykorzystywane do monitorowania obecności wolnego fosforu, podczas gdy pasmo 393 cm–1 jest wykorzystywane do PCl5. W tym przypadku zastosowano sondę światłowodową, która zawiera wiązkę 9-około-1; włókno wewnętrzne 400 µm do wzbudzenia plus włókna zewnętrzne 200 µm do zbierania.,
pojawiły się pewne zakłócenia z tła krzemionki Ramanowej z włókien, ale nie stanowiło to problemu w dokładnym pomiarze fosforu lub chlorków fosforu.
dodatkowo podpis Ramana krzemionkowego jest wystarczająco powtarzalny, aby umożliwić jego odejmowanie od mierzonych widm mieszaniny reakcyjnej. Dobrej jakości, mierzalne widma, o wystarczającym poziomie czułości można uzyskać w ciągu 30 sekund.,
wnioski
spektroskopia Ramana zapewnia jedyną możliwą instrumentalną metodę monitorowania on-line ciągłych reakcji pomiędzy fosforem i chlorem w tworzeniu trichlorku fosforu.
żadna inna technika spektroskopii optycznej nie może dostarczyć informacji na temat interesujących składników – P4, PCl3 i PCl5 – zapewniając łatwość pobierania próbek w tym nie-idealnym, korozyjnym i niebezpiecznym środowisku.,
technika reaguje w odpowiednio krótkim czasie, zapewniając skuteczne sprzężenie zwrotne do kontroli procesu, jednocześnie będąc w stanie wskazać postęp reakcji. Podaje również stężenie każdego ze składników, z czułością < 1% wagowo.1
* obecny model to analizator Raman Rxn2™
informacje te zostały zaczerpnięte, sprawdzone i zaadaptowane z materiałów dostarczonych przez Kaiser Optical Systems, Inc..
aby uzyskać więcej informacji na temat tego źródła, odwiedź Kaiser Optical Systems, Inc..
