连续制备五氟化磷的内循环式反应器与方法技术

本发明专利技术公开了一种连续制备五氟化磷的内循环式反应器与方法。该内循环式反应器，包括带有换热夹套的圆筒体，圆筒体上下端设置平面封头，其内设置一个同心的内圆筒体，上封头设置混合气导出管，下封头设置三通进气管，在圆筒体上设置反应溶液导出管和料液导入管。制备五氟化磷的过程：用惰性气体吹扫反应器；用制冷剂创造反应器低温环境；向反应器加入五氯化磷溶液、无水氟化氢和惰性气体进行反应；连续导出含五氟化磷的混合气体、一部分低浓度的五氯化磷溶液，同时连续加入五氯化磷的浓溶液、无水氟化氢和惰性气体，实现连续操作。本发明专利技术的优点，能维持反应器中反应物浓度的稳定，实现五氟化磷的连续化生产与自动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于含磷氟化物的制备

技术介绍
近年来，(经)有关专利文献公布的五氟化磷的制备方法主要如下五氯化磷与无水氟化氢反应，生成五氟化磷与氯化氢混合气体，见CN101353161A、CN1339401A、 CN1263047A、特开平5- 279003、特开平6- 56413 ;氟气与磷直接进行气固反应制备五氟化磷，见CN1151960C ;无水氟化氢与浓磷酸反应制得六氟磷酸，再向六氟磷酸中滴加发烟硫酸制得五氟化磷气体，见CN101570326A ;采用氟化钙和五氧化二磷为原料，干法制备五氟化磷，见CN101195481A ;在氯的存在下，用无水氢氟酸氟化三氯化磷制备五氟化磷的方法，见CN1188072 ;把磷和金属卤化物的粉末和氟气反应制备五氟化磷，见特开 2001-122605。上述方法都是在单反应器中通过间歇式的反应来制备五氟化磷。也就是在反应器中加入计算量的反应物，提供特定的反应条件使反应得以进行，当全部或部分反应物消耗完毕或接近消耗完毕，反应结束，然后需要重新投加计算量的反应物进入下一个反应周期。间歇式方法在反应过程中，反应器中反应物的浓度始终处于较快的变化当中，化学反应也处于不稳定的变化状态，有的工艺需要不断调节某种反应物的进料速度，以便与其它反应物浓度相匹配，来控制反应能够顺利进行。对于间歇式方法，化学反应初始阶段由于反应物浓度较高，往往非常剧烈；反应后期，由于反应物浓度急剧降低，化学反应速度也大幅降低。间歇式方法使化学反应过程控制的难度增加，不利于生产过程的自动化控制，五氟化磷的产出量和浓度具有较大的波动性，进而会影响到最终产品六氟磷酸锂的质量稳定性。另外，间歇式方法也不利于五氟化磷的连续规模化生产，间歇式方法使得单台设备的生产效率低下，很难通过提高反应物的流量来提高产率。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种，该，不但能实现连续化生产，而且具有反应物在反应过程中浓度稳定性好、易于控制反应条件和生产效率高的特点。本专利技术是通过下述技术方案加以实现的一种连续制备五氟化磷的内循环式反应器，其特征在于，该内循环式反应器结构是，包括一个外周带有换热夹套的圆筒体，圆筒体下端为下封头，圆筒体上端为上封头，在圆筒体内设置一个同心的内圆筒体，在上封头设置混合气导出管，在下封头设置三通进气管，处于圆筒体内的三通进气管的管端连接莲蓬状气体分布器；在圆筒体的中上部和下部分别设置反应溶液导出管和料液导入管。上述结构的内循环式反应器采用含氟塑料、碳钢内部喷涂含氟塑料防腐层、碳钢内衬含氟塑料、PP> PVC, FRP或蒙乃尔合金材料制造而成。以上述结构的内循环式反应器实现连续制备五氟化磷的方法，其特征在于包括以下过程1)采用纯度为99.999%的氮气或氩气吹扫内循环式反应器，使该内循环式反应器中空气和水份降低至IOPPm以下；2)在换热夹套内通入乙二醇和乙醇混合液作为制冷剂，使内循环式反应器处于温度为-25 -10°C的工作环境；3)通过料液导入管向反应器加入含五氯化磷质量浓度为5%的非水溶液，并保持液位在反应液导出管之下缘，形成这种非水溶液的溶剂是无水氟化氢、乙腈、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯或1，2- 二甲氧基乙烷；4)然后，按设计的五氟化磷的反应速率，确定无水氟化氢的质量流量用量，再按无水氟化氢与惰性气体质量比为I :(15 25)，由下封头的三通管向反应器通入无水氟化氢与惰性气体，该惰性气体是氮气或氩气；5)当通入无水氟化氢与惰性气体时间达到反应平衡时间后，按无水氟化氢与五氯化磷的投料比为I: (2 3)，由料液导入管连续向反应器加入含五氯化磷质量浓度为5%的非水溶液，及由下封头的三通管连续向反应器通入无水氟化氢与惰性气体，并与此同时，由混合气体导出管连续导出包含五氟化磷、氟化氢及惰性气体的混合气体，及由反应液导出管连续导出含五氯化磷质量浓度低于5%的反应液，则实现连续操作过程。上述过程中形成质量浓度为5%五氯化磷非水溶液的溶剂采用乙腈；无水氟化氢与惰性气体质量比为I :19。本专利技术的优点在于，可维持反应器中反应物浓度的基本稳定，并实现含磷氟化物气体的连续化生产与自动控制。附图说明图I为本专利技术内循环式反应器结构示意图。图中1为混合气导出管，2为圆筒体，3为内圆筒体，4为气体分布器，5.为氟化氢进入管口，6为惰性气体进入管口，7为反应液导出管，8为换热夹套，9为料液导入管，10为三通进气管。具体实施方式以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提供的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明如附图I所示，一种连续制备五氟化磷的内循环式反应器，该内循环式反应器结构是，包括一个外周带有换热夹套8的圆筒体2，圆筒体下端为平面下封头，圆筒体上端为平面上封头，在圆筒体内设置一个同心的内圆筒体3，在平面上封头设置混合气导出管1， 在平面下封头设置三通进气管10，其中三通进气管分别设有氟化氢进入管口 5、惰性气体进入管口 6，处于圆筒体内的三通进气管的管端连接莲蓬状气体分布器4 ;在圆筒体的中上部和下部分别设置反应溶液导出管7和料液导入管9。首先在总容积为2升的内循环式反应器(长径比为4:1)中充加高纯氮气置换掉反应器中的空气，使反应器中空气和水份降低至IOPPm以下。然后，向反应器中投加五氯化磷的乙腈溶液，溶液含五氯化磷5% (重量百分比)，溶液填充至液面接近于反应液导出管7的下缘，以刚好不溢流为准。在反应器的底部，无水氟化氢从氟化氢进入管口 5位置加入，流量为40g/h。氮气从反应器下部惰性气体进入管口 6的位置以相当于无水氟化氢重量19倍的重量流量(760 g/h)通入，从气体分布器4鼓泡进入反应区。无水氟化氢和五氯化磷在反应器内圆筒体3反应区中发生如下反应式的化学反应。PC15+5HF- PF5+5HC1通过在反应器的换热夹套8中不断循环加入冷却介质(冷却介质采用可用于-25°C以下低温的汽车不冻液，也可用乙二醇和乙醇自行配制，乙二醇和乙醇质量比为2:1)来控制反应温度在_25--10°C。化学反应生成的五氟化磷、氯化氢与氮气的混合气体沿反应器内筒3轴向向上运行，经气液分离后从反应器顶部混合气体出口 I连续导出。其它溶液由于气体提升作用在反应器内圆筒体3中向上运动，溶液到达内圆筒体3上缘后与混合气体分开，在重力作用下在反应器圆筒体2与内圆筒体3之间的环隙向下运动，溶液到达反应器底部后又被混合气体提升带动向上，如此在内筒与环隙之间循环运行。反应器中的五氯化磷乙腈溶液因化学反应而使一部分五氯化磷被消耗，乙腈溶液中五氯化磷的浓度会有所降低，一部分(1590g/h)较低浓度的稀溶液从反应器上部稀溶液导出口 7中连续导出，同时有一部分(1680g/h)溶入新的五氯化磷反应物后的浓溶液从反应器下部的料液导入管9连续加入反应器，维持内循环式反应器中液位不变，同时也保证内循环式反应器中乙腈溶液反应物(五氯化磷)浓度的基本稳定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续制备五氟化磷的内循环式反应器，其特征在于，该内循环式反应器结构是，包括一个外周带有换热夹套的圆筒体，圆筒体下端为下封头，圆筒体上端为上封头，在圆筒体内设置一个同心的内圆筒体，在上封头设置混合气导出管，在下封头设置三通进气管，处于圆筒体内的三通进气管的管端连接莲蓬状气体分布器；在圆筒体的中上部和下部分别设置反应溶液导出管和料液导入管。

【技术特征摘要】
1.一种连续制备五氟化磷的内循环式反应器，其特征在于，该内循环式反应器结构是，包括一个外周带有换热夹套的圆筒体，圆筒体下端为下封头，圆筒体上端为上封头，在圆筒体内设置一个同心的内圆筒体，在上封头设置混合气导出管，在下封头设置三通进气管，处于圆筒体内的三通进气管的管端连接莲蓬状气体分布器；在圆筒体的中上部和下部分别设置反应溶液导出管和料液导入管。2.按权利要求I所述的连续制备五氟化磷的内循环式反应器，其特征在于，该反应器采用含氟塑料、碳钢内部喷涂含氟塑料防腐层、碳钢内衬含氟塑料、PP、PVC、FRP或蒙乃尔合金材料制造而成。3.一种以权利要求I所述的内循环式反应器连续制备五氟化磷的方法，其特征在于包括以下过程 1)采用纯度为99.999%的氮气或氩气吹扫内循环式反应器，使该内循环式反应器中空气和水份降低至IOPPm以下； 2)在换热夹套内通入乙二醇和乙醇混合液作为制冷剂，使内循环式反应器处于温度为-25 -10°C的工作环境； 3)通过料液导入管向反应器加入含五氯化磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉国，朱慧铭，
申请(专利权)人：天津隆尔新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：