-
sponsras av Kaiser Optical Systems, Inc.Juli 9 2020
viktiga frågor
- högkorrosiv, reaktiv och toxisk reaktionsblandning
- sammansättning som behövs var 5: e minut
- detektionsgränser för reaktanter och produkter bättre än 1%
introduktion
Fosfortriklorid (PCl3) är ett viktigt råmaterial vid framställning av oxifosforföreningar för kommersiellt bruk., Dessa kommersiella användningsområden är mycket varierande och kan omfatta olja och polymer tillsatser, fosfatestrar, skadedjursbekämpningsmedel, speciella smörjmedel och brandsäkra material. Trikloriden framställs genom direkt klorering av elementär vit fosfor (P4).
denna process är exoterm, som sker som en kontinuerlig reaktion. Fosfor tillsätts till en kokande blandning av fosfor och triklorid, medan en konstant ström av klor tillsätts till reaktorn.
effektiv kontroll av fosfor-till-klor-kvoten är nödvändig om produktens avkastning ska maximeras., Korrekt kontroll säkerställer också att en lämplig mängd värme genereras, samtidigt som stökiometrin för trikloridens produktion bibehålls. Tillräckligt med värme kommer att genereras av reaktionen själv för att destillera produkten när den bildas.
foder-och uppvärmningshastigheter är också viktiga, eftersom korrekt hantering av dessa kan bidra till att minimera bildandet av den oönskade biprodukten fosforpentaklorid (PCl5). Ett exempel på reaktorkonfiguration för PCl3-produktion visas i Figur 1.
Figur 1. Reaktorn för PCl3 produktion. Bild Kredit: Kaiser Optiska System, 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 av detta måste reaktorn periodiskt stängas för att möjliggöra rengöring, men innan detta kan ske måste systemet rensas av den Pyrofora fosforn.
rengöring sker genom tillsats av precis tillräckligt med klor för att reagera med fosforn (samtidigt säkerställa att inte för mycket tillsätts) för att minska någon biproduktbildning.
Klorflödet bör avslutas vid den punkt där all fosfor har förbrukats., För att upprätthålla den väsentliga balansen i denna reaktion – under produktion och under hela avstängningsprocessen – måste reaktionen övervakas med ett verktyg som är känsligt för förändringar i kompositionen och kan ge relativt snabb återkoppling.
Experiment
reaktionens grundläggande ingredienser är mycket frätande, kemiskt reaktiva och utmanande att analysera, även vid arbete under normala förhållanden. Standard laboratoriemetoder för denna analys är baserade på kromatografi eller våt kemi – vilket är en titrering med elementärt brom i ett halogenerat lösningsmedel.,
dessa metoder ger en partiell bild beroende på reaktionens tillstånd och ger endast information om halten av fri fosfor (pyrofor, P4). Dessa metoder är också tidskrävande och arbetsintensiva, med ingen metod som ger mätning av fosforkloriderna, PCl5 och PCl3.
reaktions intermediärer, elementärt klor och reaktionsprodukter är alla frätande, giftiga, reaktiva material. Ett stort antal av dessa material kommer också att reagera enkelt med fukt för att bilda saltsyra.,
detta ställer naturligtvis särskilda krav på arten av material som kommer i kontakt med reaktionsblandningen. För att minimera dessa risker bör mätning helst göras inom själva reaktorn och avlägsna eventuellt behov av att överföra materialet.
på grund av denna fråga om kemisk reaktivitet kan det vara särskilt svårt att välja rätt material för alla optiska sonder, inklusive material som används vid tillverkning av sonden och alla fönstermaterial.,
alla dessa material, inklusive fosfor, har karakteristiska Raman-signaturer med unika band som kan användas för att effektivt övervaka varje komponent. Infraröda metoder är inte genomförbara här, delvis på grund av deras oförmåga att mäta elementär fosfor, och delvis på grund av provtagningsutmaningar, såsom bristen på ett avlägset fiberoptiskt gränssnitt.
resultat och diskussion
exemplet här innehåller data som förvärvades via ett Kaiser Raman analysatorsystem utrustat med en 785 nm diodlaser., Figur 2 visar spektra från reaktorkvalitet (svart) fosfortriklorid, spetsad med PCl5 A och fosfor C.
606 cm–1–bandet används för att övervaka närvaron av fri fosfor, medan ett band vid 393 cm-1 används för PCl5. En fiberoptisk insättningssond som har en 9-runt-1-bunt användes i detta fall; 400 µm inre fiber för excitation plus 200 µm yttre fibrer för insamling.,
det fanns en viss störning från Raman kiseldioxidbakgrunden från fibrerna, men detta utgjorde inget problem vid noggrann mätning av fosfor-eller fosforkloriderna.
dessutom är kiseldioxid Raman signaturen reproducerbar nog för att tillåta dess subtraktion från den uppmätta spektra av reaktionsblandningen. God kvalitet, mätbara spektra, med tillräckliga nivåer av känslighet kan erhållas inom en 30 andra tidsram.,
slutsatser
Ramanspektroskopi är den enda möjliga instrumentella metoden för onlineövervakning av kontinuerliga reaktioner mellan fosfor och klor vid fosfortrikloridbildning.
ingen annan optisk spektroskopiteknik kan ge information om komponenterna av intresse-P4, PCl3 och PCl5 – samtidigt som man säkerställer enkel provtagning i denna icke-idealiska, frätande och farliga miljö.,
tekniken svarar inom en lämpligt kort tidsram, vilket ger effektiv feedback för kontrollen av processen, samtidigt som den kan indikera reaktionens framsteg. Det rapporterar också koncentrationen av var och en av komponenterna, med en känslighet av <1 viktprocent.1
* nuvarande modell är Raman Rxn2™ analyzer
denna information har hämtats, granskats och anpassats från material som tillhandahålls av Kaiser Optical Systems, Inc..
För mer information om denna källa, besök Kaiser Optical Systems, Inc..
