[发明专利]连续制备五氟化磷的内循环式反应器与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续制备五氟化磷的内循环式反应器与方法，属于含磷氟化物的制备技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明旨在提供一种连续制备五氟化磷的内循环式反应器与方法，该连续制备五氟化磷的内循环式反应器与方法，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。

本发明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10PPm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℃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1：（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1:(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1：19。

本发明的优点在于，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1为本发明内循环式反应器结构示意图。