Способ получения монофторида хлора Советский патент 1984 года по МПК C01B7/24 B01J19/08 

Изобретение относится к препаративной неорганической химии, в част ности к технологии получения интерг логенных соединений. Вследствие своей высокой химической активности в ряде случаев превышающую химическую активность фтора и хлора, монофторид хлора может применяться при фторировании и хлорировании различных химических соединений, например углеводородов. Известен способ получения монофторида хлора путём взаимодействия хлора и трехфтористого Хлора в замк нутом объеме при 120-180 с и давлении 11-45,6 атм в течение 5-65 Недостатками данного способа являются низкий выход продукта- 95% , высокая температура процесса и значительная загрязненность.продукта примесями. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ.получения монофторида хлора путем вза имодействия стехиометрических количеств газообразных хлора и фтора. Смесь хлора и фтора пропускают чере нагретый до / 400°С реактор с последующей очисткой монофторида хлора от сопутствующих газов в двух ловуш ках, охлаждаемых сухим льдом и жидКИМ кислородом 2. Недостатки известного способанизкий выход продукта 90%, высокая температура процесса и значительная загрязненность продукта примесями /V10%. Цель изобретения - повышение выхода продукта. Поставленная дель достигается те что согласно способу получения моно фторида хлора путем взаимодействия стехиометрических количеств газообразных хлора и фтора, исходные реагенты помещгиот в замкнутый объем и облучают импульсом света длительное тью на полувысоте с в спе:стральном диапазоне длин волн 200-450 нм. Сущность способа заключается в следующем. При облучении смеси за время 1 протекает химическая реакция, описы ваемая брутто-уровнением Cl2+ в ходе которой образуется монофторид, хлора ClF. Протекающие в смеси химические цепные реакции описывают ся следующей схемой: Cl-j+hi) - 2 сг CI +F7 - ClF+F F-i-Cij- ClF+Cl Cl+CXF- Cl +F (3). Cl+Cl+M-TCl -f-M : (4), Диссоциацией фтора F2 +hV-2F можно пренебречь, так как сечение поглощения фтора на порядок меньше, чем у хлора. В дальнейшем степень диссоциации хлора 6 g определяют как /2t«2J, где С и ГСв концентрации атомарного хлора, образовавшегося вследствие облучения смеси импульсом света, и молекулярного хлора. Для измерения величины в (используют стандартный ферриоксалатный метод, В этом случае, если для смеси хлора и фтора постоянного давления степень диссоциации хлора g(-g (или энергия инициирующего импульса W) превышает некую предельную величиНУ fcfi ( ) , реакция протекает во взрывном режиме. Если же Се2 ° имеет место реакция с малой глубиной превращения. Существование указанного 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 давлений О, 5-2 атм значен 1е S-f. находится в интервале S.gf. (1г-3)х flO , С ростом давления смеси величина «2 уменьшается. Увеличение степени диссоциации хлора выше прес- прел дельного значения с-се 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 6. Для вакуумирования установки до давления 10мм рт.ст. используют форвакуумный насос 7. Стехиометрическую сыесь хлора и фтора напускают в реакционный сосуд 8 цилиндрической формы (материал сосуда - медь или нержавеющая сталь, диаметр 100 мм, высока 240 мм, объем см) , на фланце которого укреплено оптическое окно из лейкосапфира 9 диаметром 10-20 мм. Синтез можно проводить и при коглнатной температуре. Необходимо отметить, что эффективная диссоциация хлора иинициирование 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 Но При срабатывании разрядника 12 высоковольтное напряжение

подается на электроды газонаполненной лампы 13, вследствие чего происходит электрический прибой лампы, газовая смесь в реакционном сосуе облучается импульсом света, в пытах используют лампы типа ИФК- 5 2000, ИФК-20000 и ксеноновые лампы низкого давления. Образовавшийся „ в реакционном сосуде монофторид хлора конденсируют при температуре жидкого азота (77к) в баллоне 4. Далее 10 реакционный сосуд 8 вакуумируют, и установка готова к дальнейшему использованию. После того, как в баллоне 4 будет накоплено необходимое 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 спектр20 поглсяцения продукта в диапазоне длин волн 220-450 нм, где располоены спектры поглощения возможных примесей - се, F, ceFj, Cftt Чувствительность этого метода анализа чистоты, 25 Об.%: CJgOfS; F20,3; ,15; Ci020,01. в продукте, кроме вьшеуказанных примесей, могут содержаться 0,2% примесей, находившихся в исходньк хлоре и фторе, которые могут быть не обнаружены таким методом анализа чистоты.

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

Пример 1. Реакционный сосуд вакуумируют до Ю мм рт.ст. и заполняют его стехиометрической газовой смесью фтора и хлора при полном давлении р,5 атм (давление фтора и хлора в смеси равны и составляют 0,25 атм). После этого перекрывают ; газовую магистраль, ведущую к реакi ционному 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. I Из таблицы видно, что суммарное содержащие примесей в продукте не превышает 1,0%, а выход монофторида хлора - не менее 99,0%.

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

Закрывая лампу стеклянным фильт- .мическая реакция в системе не -. ром типа жс-12, получают излучение протекает и выход продукта равен нув спектральной области длин волн лю.

Д7450 нм. При длительности импульса Так как инициирование химической

света --ICT c, 2-10 с и l-lO - c реакции в смеси С. происходит при

1077652 ,

фотодиссоциации Wg и Pg, а в облас-ет во взрывном режиме, а имеет место

ти длин волн Л 200 нм и 450 нмреакция с мгшой глубиной превращеэти вещества практически не поглоща-ния, что приводит к значительному

ют свет, то облучение смеси е2 гснижению выхода продукта, светом в диапазоне длин волн Л:}200 нм

или 1J450 нм не приводит к иниции- 5Данный способ позволяе повысить

рованию химической реакции.выход продукта с 90-95% до 99,0-99,2%;

При длительностях импульса светаи сократить количество примесей с

t., (1-10) 10 с реакция не протека-5-10% до менее 1%.