测定三组分混合物组分浓度的方法和用该法连续制备氟化氢的方法技术

本发明专利技术涉及一种测定主要由硫酸、氟化氢和水组成的三元混合物中各组分浓度的方法，它包括测定该三元混合物的至少一组三个物理量，即（１）温度、（２）超声波传播速度、（３）导电率或粘度，并根据预先独立制得的代表硫酸、氟化氢和水的三元混合物的各组分浓度与所述三个物理量之间关系的刻度曲线，将测得的数据转化成各个组分的浓度。还涉及使用本发明专利技术测定三元混合物组分具体是水的含量的方法连续制造氟化氢的方法。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测定主要由硫酸、氟化氢和水组成的三元混合物中组分浓度的方法，并涉及用该方法连续制备氟化氢地方法。现有技术任何用非直接测定的方法，间接且方便地测定含有多种已知种类化学物质的混合物的给定组分浓度的方法，有望在许多领域中获得使用。对于二元混合物，已知有好几种实用的方法，但对于三元混合物，还没有有效的方法。因此，在测定含水三元混合物中的水含量时，通常是例如从该三元混合物中取样，用直接法(如费歇尔方法)测定其中水的含量。然而，用直接法测定三元混合物中一种组分的含量通常不仅费时，因而不适于快速测定，而且常有相当大的误差。另外，当该三元混合物中含有对人体有害的物质时，直接测定及必要的取样都具有冒损害健康的危险的缺点。同时，氟化氢是生产各种氟树脂和含氟化合物很重要的原料。工业上，可以通过氟石与硫酸反应得到氟化氢。在用该反应进行的氟化氢工业生产中，含有未反应硫酸的高沸点混合物并不取出生产线处理，而是循环使用。目前常用的方法包括以下步骤。该方法是一种连续生产方法，包括以下步骤(1)使原料氟石与原料硫酸反应的步骤；(2)将在步骤(1)中获得的反应粗产物分离成以下成分的步骤(a)主要含氟化氢的低沸点混合物，(b)主要含未反应的硫酸并含少量氟化氢和水的高沸点混合物；(3)从所述低沸点混合物(a)中纯化和分离氟化氢的步骤；(4)向所述高沸点混合物(b)中加入基本上等当量硫酸酐，通过与水反应生成硫酸，从而基本上将所有的水均转化成硫酸，并与未反应的硫酸一起回收作为硫酸原料返回至所述步骤(1)的步骤，(5)加入补充量的硫酸，使有足够量的硫酸与氟石反应的步骤。下面进一步详述以上步骤。上述步骤(1)中，包括捏合和加热两个工作段，是将原料氟石和硫酸通过各自的导入管加入包括捏合机和窑炉的反应体系中，先后进行机械捏合和在窑炉中400至500℃的温度下加热进行反应。氟石(CaF2)和硫酸(H2SO4)之间进行如下反应得到氟化氢。同时，原料氟石中的微量杂质(即氧化硅和碳酸钙)会产生水和其它如下的副产物。为了得到高纯度的氟化氢，需要进行去除未反应的原料和副产物的步骤。因此，在上述步骤(2)中，将来自所述混合和加热阶段的反应粗产物气体加入用于洗涤和初步纯化的粗制气体洗涤柱中。该粗制气体洗涤柱的上部区域和下部区域功能略微不同。首先将窑炉中产生的高温粗制气体导入粗制气体洗涤柱的底部，将主要含硫酸并聚集在位于所述粗制气体洗涤柱下面的贮存器中的高沸点混合物(b)泵送至该柱的下部区域的中略偏下处，使其与上升的高温粗制气体接触，从而去除由反应区夹带来的粉尘。同时，在洗涤柱的上部区域中，使由下游段中冷凝得到的并从洗涤柱顶部加入的液态氟化氢与上升的无粉尘粗制气体接触，从而利用冷凝效应除去高沸点馏分(硫酸和水)，同时从所述粗制气体洗涤柱的顶部取出主要由氟化氢组成的低沸点混合物(a)。接着，在步骤(3)中，对从上述洗涤段中取出的低沸点混合物(a)进行纯化，形成要求的高纯度氟化氢。可将上述洗涤段中分离的高沸点混合物(b)中的硫酸再用于制备氟化氢的反应器中，为的是有效地利用资源，而不应弃去以免污染环境。因此，需要一个将这种硫酸循环作为原料硫酸使用的步骤。因此，上述步骤(4)提供一工作段，它将在上面洗涤段中分离的高沸点混合物(b)引入一混合容器中，同时向该容器中加入硫酸酐(通常是发烟硫酸)，使之与副产物水发生反应形成硫酸，并补充加入新的硫酸，其加入量足以基本构成与加入所述捏合和加热段中的原料氟石反应所需要的硫酸总量。在上面描述的工作段中，当水与硫酸酐相比其量太大时，硫酸进料中的水会妨碍反应，并且反应产物往往会沉淀结块。同时会腐蚀整个循环过程中的设备和管道。因此，为了防止水分过量，必须根据高沸点混合物(b)中水的含量准确决定加入混合容器中的硫酸酐的量。因此作为一个重要的因素，在上述步骤(4)中必须精确测定所述高沸点混合物(b)中水的含量。到目前为止，这种含水量的测定是如下进行的，即每间隔一段时间从构成生产系统的输送管中直接取样高沸点混合物，并用费歇尔方法或其它方法测定水的含量。但是，这些测定水含量的方法具有如下缺陷，即取样步骤本身涉及操作氟化氢和硫酸，而这两者均是有害物质。另外，在取样后获得数据前有相当长的时间滞后，从而难以得到实时信息以便准确控制硫酸酐的加入量。本专利技术概述在现有技术发展的基础上，本专利技术的目的是提供一种测定三元混合物的任一给定组分浓度的方法，这种方法快速，能将误差减至最小，并且操作安全；本专利技术还提供一种利用上述方法连续地制造氟化氢的方法。用于达到上述目的的本专利技术方法是一种测定主要由硫酸、氟化氢和水组成的三元混合物中各组分浓度的方法，它包括测定该三元混合物的至少一组三个物理量，即(1)温度、(2)超声波传播速度、以及(3)导电率或粘度，然后根据预先制得的代表硫酸、氟化氢和水组成的三元混合物的各组分浓度与上述三个物理量之间的关系的校准曲线，将测得的数据转化成各个组分的浓度。本专利技术浓度测定通常可用下列方法进行。例如，将准备分析任何组分浓度的三元混合物保持在一给定温度下，测定其超声波传播速度和导电率或粘度，然后参照上述校准曲线将测得的数据转化成相应组分的浓度。本专利技术连续制造氟化氢的方法包括(1)使原料氟石和原料硫酸反应的步骤，(2)将步骤(1)制得的反应粗产物分离成(a)主要含有氟化氢的低沸点混合物和(b)主要含未反应的硫酸并含有少量氟化氢和水的高沸点混合物的步骤，(3)从低沸点混合物中纯化和分离氟化氢的步骤，(4)向所述高沸点混合物(b)中以基本上与水相当的量加入硫酸酐，以便将基本上所有的水转化成硫酸，并将该硫酸与未反应的硫酸一起作为硫酸进料加至步骤(1)中的步骤，(5)加入补充量的硫酸以满足与原料氟石反应所需的硫酸的量的步骤，其特征在于在所述步骤(4)中，所述高沸点混合物(b)中的含水量是用本专利技术测定三元混合物中组分浓度，具体是水的含量的方法测得的。附图简述附图说明图1是参考例1-1中制作的本专利技术校准曲线，它代表在一定浓度范围内硫酸-氟化氢-水三元混合物各组分浓度与在20℃和40℃的超声波传播速度(m/s)和导电率(mS/cm)的关系。上面一组刻度曲线对应于40℃，下面一组刻度曲线对应于20℃。各个刻度曲线给出的数据是水的含量(重量％)和氟化氢的浓度(重量％)。图2是除去图1中氟化氢刻度曲线后获得的曲线，为的是便于测定水的含量。图3是参考例1-2中制作的本专利技术刻度曲线，它代表在一定浓度范围内硫酸-氟化氢-水三元混合物各组分浓度与在20℃和40℃的超声波传播速度(m/s)和导电率(mS/cm)的关系。上面一组刻度曲线对应于20℃，下面一组刻度曲线对应于40℃。各个刻度曲线给出的数据是水的含量(重量％)和氟化氢的浓度(重量％)。图4是除去图3中氟化氢刻度曲线后获得的曲线，为的是便于测定水的含量。图5是实施例2用于实施本专利技术连续制造氟化氢方法的典型设备的示意图。图中标号代表下列设备和装置1捏合机2窑炉3粗制气体洗涤柱4储存器5混合容器19测定超声波传播速度和导电率的装置20测定超声波传播速度和粘度的装置21添加硫酸酐的装置23和26流量控制阀本专利技术详细描述下面将详细描述本专利技术。首先描述本专利技术三元混合物的组分浓度测定方法(组分浓度测定法)。可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定主要由硫酸、氟化氢和水组成的三元混合物中各组分浓度的方法，它包括测定该三元混合物的至少一组三个物理量，即（１）温度、（２）超声波传播速度、（３）导电率或粘度，并根据预先独立制得的代表硫酸、氟化氢和水的三元混合物的各组分浓度与所述三个物理量之间的关系的刻度曲线，将测得的数据转化成各个组分的浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：曾田富三，竹内俊顺，森冈一郎，
申请(专利权)人：大金工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]