Способ получения монофторида хлора

Способ получения монофторида хлора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОФТОРИДА ХЛОРА путем взаимодействия стехиометрических количеств газообразных фтора и хлора, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода продукта, исходные pea ,генты поминают в замкнутый объем и облучают импульсом света длительностью на полувысоте 10 с в спектральном диапазоне длин вОлн 200-450 им. (Л « 00 ел ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 ) (111

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н ABT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3350614/23-26 (22) 03 ° ll;81 (46) 07.03..84.Бюл. М 9 (72) A.Ï.Õàðèòoíoâ и А.П.Суетинов (71) "Отделение Ордена Ленина института химической физики AH СССР (53) 661.482(088.8) (56) 1. Schach С.,7., Wilson R.D., The preparation of сЬ|огхпе monobluor1de, Synth, Упогд and metal—

organic с?нмп, 1973, v. 3, Р 4, р.393.

2. Руководство по препаративной неорганической химии, Под ред. Г.Брау. ,эра. Изд-во Иностранная литература, М., 1956, с. 99 (прототип) .

3(59C 01 В 7 24 В 01 Т 19 08 (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОФТОРИДА ХЛОРА путем взаимодействия стехиометрических количеств газообразных фтора и хлора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения выхода продукта, исходные реа ,генты помещают в замкнутый объем и облучают импульсом света длительностью на полувысоте 5 ° 10 — 10 с в спектральном диапазоне длин волн

200-450 нм.

1077852

Изобретение относится к препаративной неорганической химии, в частности к технологии получения интергалогенных соединений. Вследствие своей высокой химической активности, в ряде случаев превышающую химичес- 5 кую активность фтора и хлора, монофторид хлора может применяться при фторировании и хлорировании различных химических соединений, например углеводородов.

Известен способ получения монофторида хлора путем взаимодействия хлора и трехфтористого îðà в замк- нутом объеме при 120-180 С и давлении 11-45,6 атм в течение 5-65 ч(1)-.

Недостатками данного способа являются низкий выход продукта < 958, высокая температура процесса и значительная загрязненность.продукта примесями.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ.получения монофторида хлора путем взаимодействия стехиометрических количеств газообразных хлора и фтора.

Смесь хлора и фтора пропускают через нагретый до 400 С реактор с послео дующей очисткой монофторида хлора от сопутствующих газов в двух ловушках, охлаждаеьых сухим льдом и жидким кислородом (2).

Недостатки известного способанизкий выход продукта «(90%, высокая температура процесса и значительная загрязненность продукта 35 примесями 10%.

Цель изобретения — повышение выхода продукта.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения моно- 4(} фторида хлора путем взаимодействия стехиометрических количеств газообразных хлора и фтора, исходные реагенты помещают в замкнутый объем и облучают импульсом света длительностью на полувысоте 5 ° 10 — 10 Э с в спектральном диапазоне длин волн

200-450 нм.

Сущность способа заключается в следующем.

При облучении смеси за время 1 с протекает химическая реакция, описываемая брутто-уровнением СХ2+ Г w2CXF, в ходе которой образуется монофторид хлора СIF. Протекающие в смеси химические цепные реакции описываются следующей схемой:

СХ +h < - 2 СХ (0), CX +F CLF F (1)

F+Cl, - СХГ+СХ (2)

СХ+СЬ - СХ +Г (3)

СХ+Сх+м С 22 +И: (4).

Диссоциацией ФтоРа F>+h4 2F можно пренебречь, так как сечение поглощения фтора на порядок меньше, о чем у хлора. В дальнейшем степень 65 диссоциации хлора Е Се определяют

-как рСЕ2= СЦ /2ГСЕ2д, где Щ и И )концентрации атомарного хлора, образовавшегося вследствие облучения смеси импульсом света, и молекулярного хлора. Для измерения величины

С2 используют стандартный ферриоксалатный метод.

В этом случае, если для смеси хлора и фтора постоянного давления степень диссоциации хлора E се (или энергия инициирующего импульса N)

2 превышает некую предельную величиРРЕд пред ну f (Ф" " ), р ция протекает во взрывном режиме. Если же пред ЕСЕ2, то имеет место РеакЦиЯ с малой глубиной превращения. Сущест. вование укаэанного предельного явления объясняется конкуренцией процессов, определяющих скорость химических реакций: уменьшения во времени концентрации активных центров (процесс 4) и роста констант скорости актов продолжения цепи (процессы 1-3) в процессе адиабатического разогрева.

Для стехиометрической газовой смеси хлора и фтора в диапазоне дав таед лений О, 5-2 атм значение 8 се находится в интервале Е се > (1-.3) « ее* 2

«10 . С ростом давления смеси величина Яд2* уменьшается. Увеличение степени диссоциации хлора выше препред дельного значения се не приводит к повышению выхода продукта.

На чертеже приведена схема установки для получения монофторида хлора.

Для хранения газов и приготовления стехиометрической смеси газообразных хлора и фтора используют стальные баллоны 1-4. Давление газов измеряют образцовыми манометрами 5 или вакуумметром б. Для вакуумирования установки до давления <10 "мм рт.ст. используют форвакуумный насос 7. Стехиометрическую смесь хлора и фтора напускают в реакционный сосуд 8 цилиндрической формы (материал сосуда — медь или нержавеющая сталь, диаметр 100 мм, высота 240 мм, объем 1800 cM ), на фланце которого укреплено оптическое окно из лейкосапфира 9 диаметром 10-20 мм. Синтез можно проводить и при комнатной температуре. Необходимо отметить, что эффективная диссоциация хлора и инициирование химических реакций происходит первоначально в относительно небольшом объеме — 1-2 см (около оптического окна 9) . Распространяющаяся от этого объема волна горения инициирует реакция в основном объеме реакционного сосуда. Для зарядки накопительной батареи конденсаторов 10 используют зарядное устРойство il При срабатывании разрядника 12 высоковольтное напряжение

1077852 подается на электроды газонаполненной лампы 13, вследствие чего происходит электрический прибой лампы, и газовая смесь в реакционном сосуде облучается импульсом света. В опытах используют лампы типа ИФК2000, ИФК-20000 и ксеноновые лампы низкого давления. Образовавшийся в реакционном сосуде монофторид хлора конденсируют при температуре жидкого азота (77 К) в баллоне 4. Далее реакционный сосуд 8 вакуумируют, и установка готова к дальнейшему использованию. После того, как в баллоне 4 будет накоплено необходимое к оличество монофторида хлора, баллон 15 перестают охлаждать жидким азотом и хранят при комнатной температуре.

Продукт очистке не подвергают.

Для контроля чистоты полученного монофторида хлора регистрируют спектр2О поглощения продукта в диапазоне длин волн 220-450 нм, где расположены спектры поглощения возможных примесей — C0, F С Г9, И0 Чувствитель, ность этого метода анализа чистоты, 25 об.%1 С220,3; F О,З, СХГз0,15, СХ020,01. В продукте, кроме выше указайных примесей, могут содержаться 0,2Ъ примесей, находившихся в исСуммарное содержание примесей в конечном продукте, об.Ъ

Пример, 9

Давление стехиометрической смеси хлора и фтора в реакционном сосуде, атм

Длительность импульса света, с

Выход монофторида хлора, об.В

5 10

2.10 +

0,5

)99,0

>99 2

>,99,1

>99,0

>99,1

> 99,1

>99,1

0 5

l0-3

0,5

5 ° 10 ь

2 10

li0

1i0

1,0

5 10

2 10

2,0

> 99,2

2,0

>99> 1

2,0,мическая реакция в системе не протекает и выход продукта равен нулю .

Так как инициирование химической

65 Реакции в смеси СР +Р2 происходит при

Закрывая лампу стеклянным фильтром типа жс-12, получают излучение в спектральной области длин волн

37450 нм. При длительности импульса света «5.-10 с, 2 10 "с и 1 ° 10 Зс хиходньк хлоре и фторе, которые могут быть не обнаружены таким методом анализа чистоты.

Выход монофторида хлора определя.ют, используя результаты анализа чистоты конечного продукта и сравнивая начальное давление-в реакционном сосуде и давление полученного продукта.

Пример 1; Реакционный сосуд вакуумируют до < 10 " мм рт.ст. и заполняют его стехиометрической газовой смесью фтора и хлора при полном давлении 0,5 атм (давление фтора и хлора в смеси равны и составляют

0,25 атм) . После этого перекрывают

; газовую магистраль, ведущую к реакционному сосуду, и облучают газовую смесь в сосуде импульсом света. Непрореагировавшую смесь скачивают из газовых магистралей, а синтезированный монофторид хлора вымораживают в стальной баллон.

Примеры 1-9.получения монофторида хлора приведены в таблице.

Из таблицы видно, что суммарное .,содержащие примесей в продукте не превышает 1,0Ъ, а выход монофторида хлора — не менее 99,0%.

<0 8

<О;9

<1,0 0,9

<0,9

0 9

<0,8

«0,9

1077 S52

Составитель Л.Крюкова

Вщактор В.Ковтун Техред О.Неце, Корректор А.Тяско

;=.екав 854/14 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комнтета СССР по.делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4 фотодиссоциации Ир и Г, а в облас, ти длин волн ilф 200 нм и М у 450 нм эти вещества практически не поглсицают свет, то облучение смеси tP +eP светом в диапазоне длин волн 3 200 нм или P $ 450 нм не приводит к инициированию химической реакции.

При длительностях импульса света

1(2 и(1-10)- 10 с реакция не протекает во взрывном режиме, а имеет место реакция с малой глубиной превращения, что приводит к значительному снижению выхода продукта.

Данный способ позволяет повысить выход продукта с 90-95% до 99,0-99,23 и сократить количество примЕсей с

5-10% до менее 1%.