專利名稱：五氟化碘的制備方法與反應(yīng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種五氟化碘的制備方法與制備五氟化碘用的反應(yīng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
五氟化碘常用作氟化劑、引火劑、紡織品的防油防水。五氟化碘為液體，密度這 3. 23g/mL，熔點(diǎn) 9. 4°C，沸點(diǎn)為 104. 5°C。以碘和氟氣反應(yīng)制備五氟化碘是生產(chǎn)五氟化碘的主要途徑。在常溫常壓下，碘為 固體，密度為4. 21g/mL且能溶解于五氟化碘。氟氣為氣體，氟是強(qiáng)氧化劑，是最活潑的元 素，氟氣具有強(qiáng)烈的刺激性臭味，有劇毒性。目前通行的制備方法是碘在氟氣中燃燒以及氟 氣通入已溶解部分碘的五氟化碘液體中兩種方法方法1、碘在氟氣中燃燒法，其反應(yīng)分兩步進(jìn)行第一步將碘預(yù)先置于密閉容器內(nèi)的托盤上，再緩慢通入氟氣，氟氣與碘接觸發(fā)生 燃燒性反應(yīng)，生成五氟化碘。此過程主要為氣固兩相反應(yīng)，反應(yīng)溫度范圍較寬，一般控制在 80 120°C ；第二步將第一步反應(yīng)的液體產(chǎn)物收集在另外的密閉容器中，在此容器內(nèi)使氟氣 與第一步反應(yīng)的液體產(chǎn)物進(jìn)行鼓泡反應(yīng)，目的是將五氟化碘液體中的碘繼續(xù)與氟氣反應(yīng)， 生成五氟化碘。此法由于碘與氟氣的反應(yīng)速度快，且放熱量大，因此，上述制備五氟化碘方法中的 第一步反應(yīng)溫度不容易控制，且碘在高溫時(shí)容易產(chǎn)生大量的碘蒸汽，導(dǎo)致嚴(yán)重的管道堵塞 問題，同時(shí)因反應(yīng)溫度過高，氟氣與五氟化碘極易生成七氟化碘，導(dǎo)致收率降低和副反應(yīng)物 偏高等問題。為解決上述缺陷，有人對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)明了 方法2、氟氣通入已溶解部分碘的五氟化碘液體內(nèi)生產(chǎn)法，例如申請(qǐng)?zhí)枮?200810052088. 6，申請(qǐng)名稱為“五氟化碘的制備方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)其反應(yīng)方式主要步驟 如下將碘(I2)投入裝有五氟化碘(IF5)液體的反應(yīng)器中，所加碘的量為五氟化碘總量 的2 20% (重量比)；對(duì)反應(yīng)器抽空，壓力為-0. 08MPa -0. 06MPa ；向冷卻水套通冷卻水進(jìn)行冷卻；向反應(yīng)器(1)內(nèi)通氟氣，使氟氣與碘進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)器(1)內(nèi)壓力低 于-0. 02MPa，溫度低于85 °C。此方法比氟氣直接與固體碘燃燒法雖有大的改進(jìn)，但仍存在以下缺點(diǎn)1、碘在五氟化碘液體中的溶解度較低，未溶解的碘于五氟化碘液體中易形成結(jié) 塊，氟氣通入后因與碘的接觸面積太小，反應(yīng)率很低，大量未反應(yīng)的氟氣會(huì)造成環(huán)境污染及 安全問題。2、因碘在五氟化碘液體中的溶解度較低，加入碘的量少，即需頻繁加碘，生產(chǎn)不能連續(xù)性進(jìn)行。抽取反應(yīng)器雜氣時(shí)需停止輸入氟氣，只能采用間歇性生產(chǎn)。3、反應(yīng)于負(fù)壓下進(jìn)行，隨著反應(yīng)溫度的升高，大量的五氟化碘揮發(fā)成氣體，隨著第 二次抽負(fù)壓時(shí)排出反應(yīng)器，反應(yīng)收率低。4、反應(yīng)于-0. 06 -0. 08Mpa的負(fù)壓下進(jìn)行，對(duì)反應(yīng)器的密封要求較高，密封不好 很容易吸入空氣，特別是潮濕空氣，將會(huì)引起反應(yīng)器內(nèi)氟氣燃燒及五氟化碘分解反應(yīng)生成 碘酸和氫氟酸，影響品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種能連續(xù)反應(yīng)，高產(chǎn)率，且反應(yīng)溫和、完全且 污染程度極輕的五氟化碘制備方法。同時(shí)本發(fā)明還提供一種供上述制備方法使用的專用反 應(yīng)設(shè)備。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種五氟化碘的制備 方法，將固態(tài)碘置于液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液上方，往液態(tài)的五氟化碘或碘的 五氟化碘溶液中通入氟氣，固態(tài)碘與氟反應(yīng)生成的五氟化碘溶解了部分固態(tài)碘后流入到液 態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液中，所述方法中固態(tài)碘、液相中的碘與揮發(fā)的碘蒸汽同 時(shí)與通入的氟氣反應(yīng)。如果使用純粹的五氟化碘，開始反應(yīng)體系的液相中沒有碘存在，反應(yīng)過程如下過程1 氟氣冒出，在氣相中與固態(tài)碘接觸，反應(yīng)生成的五氟化碘呈液態(tài)，所以會(huì) 溶解一部分的碘形成碘的五氟化碘溶液，上述碘的五氟化碘溶液流入到固態(tài)碘下方的液相 體系中，液相體系就成為碘的五氟化碘溶液；過程2 通入到液相體系的氟氣與液相中的溶質(zhì)碘反應(yīng)，直接在液相中生成五氟 化碘，同時(shí)未反應(yīng)完的氟氣冒出，重復(fù)過程1，如此周而復(fù)始，進(jìn)行連續(xù)的反應(yīng)。當(dāng)然，也可以開始就在液相的反應(yīng)體系中放置溶解有碘的五氟化碘，這樣開始就 可以進(jìn)行過程2的反應(yīng)進(jìn)程，接下來進(jìn)行過程1的反應(yīng)進(jìn)程，然后重復(fù)過程2，如此周而復(fù) 始，進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。從上面的反應(yīng)進(jìn)程，我們可以發(fā)現(xiàn)，在本反應(yīng)中液相，固相同時(shí)有碘與氟接觸，進(jìn) 行反應(yīng)，由于液相反應(yīng)消耗了部分的氟，因此反應(yīng)不如固相反應(yīng)(背景技術(shù)中的方法1，固 態(tài)碘與氟氣直接反應(yīng))那么劇烈，使反應(yīng)處于可控狀態(tài)，同純粹的液相反應(yīng)(背景技術(shù)中的 方法2，氟氣與碘的五氟化碘溶液反應(yīng))相比，不存在氟氣溢出的問題，因?yàn)橐合喾磻?yīng)過量 的氟氣可以被固態(tài)的碘所吸收反應(yīng)，同時(shí)固相反應(yīng)的產(chǎn)物還能溶解碘，對(duì)液相反應(yīng)的反應(yīng) 物進(jìn)行補(bǔ)充，達(dá)到了連續(xù)反應(yīng)的目的。同時(shí)，碘為易揮發(fā)的單質(zhì)，因此反應(yīng)體系的氣相中也存在碘蒸汽，碘蒸汽與氟氣反 應(yīng)，也會(huì)生成五氟化碘，同時(shí)五氟化碘也會(huì)部分蒸發(fā)在氣相中，為回收五氟化碘，將氟氣與 揮發(fā)的碘蒸汽發(fā)生氣相反應(yīng)生成的五氟化碘以及揮發(fā)的五氟化碘冷凝回流到所述五氟化 碘或碘的五氟化碘溶液中。為優(yōu)化反應(yīng)進(jìn)程，所述制備方法的反應(yīng)體系溫度控制在15°C 100°C。為優(yōu)化反應(yīng)進(jìn)程，所述制備方法的反應(yīng)體系的氣相正壓力小于0. 035MPa。其特征在于，將固態(tài)碘置于液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液上方后，在往液 態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液中通入氟氣之前，往體系中吹入不與氟反應(yīng)的惰性氣體，驅(qū)趕空氣。所述惰性氣體是指氮?dú)?、氦氣、氖氣等。為?shí)現(xiàn)上述工藝，本發(fā)明提供了一種制備五氟化碘用反應(yīng)設(shè)備，所述反應(yīng)設(shè)備包 括密閉的反應(yīng)器，反應(yīng)器底部為容置反應(yīng)液的空間，容置反應(yīng)液的空間上方設(shè)有碘托盤，所 述碘托盤設(shè)有流出到容置反應(yīng)液空間的五氟化碘流出口，容置五氟化碘液體的空間中設(shè)有 氟氣入口，反應(yīng)器設(shè)有加碘口與五氟化碘出料口。為實(shí)現(xiàn)冷凝回流氣態(tài)的五氟化碘，所述反應(yīng)器上方設(shè)有冷凝器。所述冷凝器可以 是夾套水冷凝器、列管水冷凝器、盤管水冷凝器或板式水冷凝器。為控制反應(yīng)體系液相中的溫度，所述容置反應(yīng)液的空間中設(shè)有冷卻器。所述冷卻 器可以是盤管冷卻器或夾套冷卻器。為監(jiān)測(cè)、調(diào)整反應(yīng)體系的壓力，所述反應(yīng)器設(shè)有壓力表與放空口。為監(jiān)測(cè)反應(yīng)體系中液相，氣相的溫度，所述碘托盤上方與反應(yīng)器底部容置反應(yīng)液 的空間中分別設(shè)有溫度檢測(cè)探頭。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述反應(yīng)設(shè)備的示意圖。標(biāo)號(hào)說明1、反應(yīng)器 2、列管冷凝器 3、放空口 4、壓力表 5、備用口 6、冷卻水進(jìn)出口 7、加碘口 8、碘托盤9、冷卻水進(jìn)出口 10、出料口 11、氟氣入口 12、13溫度檢測(cè)探頭 14、反應(yīng)液15、固態(tài)碘16、盤管冷卻器
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式 并配合附圖詳予說明。實(shí)施例1請(qǐng)參閱圖1本實(shí)施例提供了一種制備五氟化碘用反應(yīng)設(shè)備，所述反應(yīng)設(shè)備包括密 閉的反應(yīng)器1，反應(yīng)器1底部為容置反應(yīng)液14的空間，本實(shí)施例中，反應(yīng)液14為碘的五氟 化碘溶液，容置反應(yīng)液14的空間上方設(shè)有碘托盤8，碘托盤8上放置固態(tài)碘15，所述碘托盤 8下方設(shè)有眾多直徑為5mm的小孔，使底部形成類似篩板的結(jié)構(gòu)，這些小孔為流出到容置反 應(yīng)液14空間的五氟化碘流出口，固態(tài)碘15不直接與反應(yīng)液14接觸，容置反應(yīng)液14空間下 部設(shè)有氟氣入口 11，反應(yīng)器1設(shè)有加碘口 7用于添加反應(yīng)用的固態(tài)碘15，固體碘添加完畢 后利用從備用口 5對(duì)反應(yīng)器1吹入高純氮?dú)?，以置換反應(yīng)器1內(nèi)因加碘所引入的空氣，以避 免空氣干擾反應(yīng)，設(shè)備并設(shè)有五氟化碘出料口 10用于排放產(chǎn)物五氟化碘。通入到液相體系的氟氣與液相中的溶質(zhì)碘反應(yīng)，直接在液相中生成五氟化碘，同 時(shí)未反應(yīng)完的氟氣冒出，在氣相中與固態(tài)碘15接觸，反應(yīng)生成的五氟化碘呈液態(tài)，所以會(huì) 溶解一部分的碘形成碘的五氟化碘溶液，上述碘的五氟化碘溶液流入到固態(tài)碘15下方的 液相體系中，補(bǔ)充液相中的碘含量。碘為易揮發(fā)的單質(zhì)，因此反應(yīng)體系的氣相中也存在碘蒸汽，碘蒸汽與氟氣反應(yīng)，也 會(huì)生成五氟化碘，同時(shí)五氟化碘也會(huì)部分蒸發(fā)在氣相中，為回收五氟化碘，為實(shí)現(xiàn)冷凝回流 氣態(tài)的五氟化碘，所述反應(yīng)器1上方設(shè)有列管冷凝器2，利用從冷卻水進(jìn)出口 6流動(dòng)的冷卻水來冷卻反應(yīng)器1內(nèi)部氣相的溫度，冷凝氣相中的五氟化碘氣態(tài)，使之冷卻為液態(tài)并回流 到反應(yīng)體系的液相中。事實(shí)上冷凝器還可以是夾套水冷凝器、盤管水冷凝器或板式水冷凝 器。因此本實(shí)施例形成氣、液、固三相反應(yīng)。氣、液、固三相反應(yīng)時(shí)氣相及液相中均有碘或碘 蒸汽存在，可提高反應(yīng)速率及減少七氟化碘的生成。同時(shí)，為了減少碘蒸汽、五氟化碘蒸汽以及副產(chǎn)物七氟化碘的產(chǎn)生，控制反應(yīng)溫度 在100°C以下。因?yàn)殡S著反應(yīng)溫度的升高，副產(chǎn)物七氟化碘的轉(zhuǎn)化率上升，反應(yīng)溫度高于 230°C時(shí)，七氟化碘的轉(zhuǎn)化率超過70% (七氟化碘為氣體)?？紤]到五氟化碘的凝固點(diǎn)溫 度，因此設(shè)置反應(yīng)溫度高于15°C是比較合適的。所以通過閥門調(diào)節(jié)氟氣輸入速度、冷卻水 流量使反應(yīng)體系溫度及壓力基本恒定，保證氟氣反應(yīng)完全。反應(yīng)過程中，用冷卻水冷卻反應(yīng) 體系，保持反應(yīng)體系溫度在100°C以下。為控制反應(yīng)體系液相中的溫度，所述容置反應(yīng)液14 的空間中設(shè)有冷卻器。所述冷卻器是盤管冷卻器16，通過冷卻水進(jìn)出口 9流動(dòng)的冷卻水來 帶走反應(yīng)體系液相中的熱量。此處冷卻器也可以用夾套冷卻器替代。為監(jiān)測(cè)反應(yīng)體系中液 相，氣相的溫度，所述碘托盤8上方與反應(yīng)器1底部容置五氟化碘液體的空間中分別設(shè)有溫 度檢測(cè)探頭12、13。本反應(yīng)過程因氟氣與碘反應(yīng)生成五氟化碘液體，為體積縮小反應(yīng)，但由于氟氣中 含有少量不反應(yīng)的雜質(zhì)氣體，因此，隨反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)器1內(nèi)的氣相壓力緩慢上升，當(dāng)此壓 力高于0. 035MPa時(shí)，開啟反應(yīng)器1放空閥，通過放空口 3排出雜質(zhì)氣體，本過程不需停止輸 入氟氣，直到反應(yīng)結(jié)束，五氟化碘通過出料口 10和出料閥門排出。為監(jiān)測(cè)、調(diào)整反應(yīng)體系的 壓力，所述反應(yīng)器1設(shè)有壓力表4與放空口 3。實(shí)施例2參照實(shí)施例1所述的設(shè)備與步驟，首先凈化反應(yīng)器1，取五氟化碘液體IOOkg加入 反應(yīng)器中，再取碘(純度99. 5% ) IOOkg加入反應(yīng)器內(nèi)，多次對(duì)反應(yīng)器吹高純氮，以置換反應(yīng) 器內(nèi)因加碘所引入的空氣，通冷卻水通氟氣，此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)溫度開始上升，壓力增長(zhǎng)緩慢， 當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)壓力高于0. 035MPa時(shí)，開啟反應(yīng)器放空閥排出雜質(zhì)氣體，降低反應(yīng)器內(nèi)部壓力 至常壓，然后繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)過程中溫度保持在65 80°C，待反應(yīng)器溫度趨于明顯下降時(shí)，減少氟氣輸入 量，檢查反應(yīng)終止，測(cè)得五氟化碘增量173kg，產(chǎn)品收率99. 0%。實(shí)施例3參照實(shí)施例1所述的設(shè)備與步驟，首先凈化反應(yīng)器，取五氟化碘液體IOOkg加入反 應(yīng)器中，再取碘(純度99. 5% ) 300kg加入反應(yīng)器；密閉反應(yīng)器，多次對(duì)反應(yīng)器吹高純氮，以 置換反應(yīng)器內(nèi)因加碘所引入的空氣，通冷卻水；通氟氣，此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)溫度開始上升，壓力 增長(zhǎng)緩慢，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)壓力高于0. 035MPa時(shí)，開啟反應(yīng)器放空閥排出雜質(zhì)氣體，降低反應(yīng) 器內(nèi)部壓力至常壓，然后繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)過程中溫度保持在65 80°C，待反應(yīng)器溫度趨于明顯下降時(shí)，有關(guān)減少氟氣 輸入量，檢查反應(yīng)終止，測(cè)得五氟化碘增量520kg，產(chǎn)品收率99. 1 %。由以上實(shí)施例可見，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、針對(duì)碘與氟氣的反應(yīng)速度快，且放熱量大。本發(fā)明通過氣、液、固三相法及加兩 組冷卻器可有效控制碘與氟氣的反應(yīng)速度，把反應(yīng)生成的熱量及時(shí)轉(zhuǎn)移。2、針對(duì)大量的碘蒸汽導(dǎo)致嚴(yán)重的管道堵塞問題，本發(fā)明通過反應(yīng)器頂總冷凝器可使碘蒸汽冷凝在反應(yīng)器內(nèi)，五氟化碘蒸汽冷凝后又可把碘“沖刷”至托盤上，不致于堵塞管 道。3、針對(duì)反應(yīng)溫度高，副反應(yīng)物多的問題，本發(fā)明可有效控制反應(yīng)溫度減少七氟化 碘生成。4、針對(duì)大量的碘易在五氟化碘液體中形成結(jié)塊，本發(fā)明采用碘托盤置于五氟化碘 液面上，可避免碘結(jié)塊影響反應(yīng)速率，同時(shí)加碘量大可保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。5、針對(duì)負(fù)壓條件下生產(chǎn)五氟化碘揮發(fā)量大以及存在安全及品質(zhì)隱患，本發(fā)明采用 常壓或微正壓下反應(yīng)，可有效避免因負(fù)壓造成五氟化碘飽和蒸汽壓加大揮發(fā)量及生產(chǎn)過程 中的安全和品質(zhì)隱患。總之，本發(fā)明提供了一種工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)、反應(yīng)溫度低且 容易控制、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品收率高的五氟化碘的制備方法。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技 術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種五氟化碘的制備方法，其特征在于，將固態(tài)碘置于液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液上方，往液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液中通入氟氣，固態(tài)碘與氟反應(yīng)生成的五氟化碘溶解了部分固態(tài)碘后流入到液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液中，所述方法中固態(tài)碘、液相中的碘與揮發(fā)的碘蒸汽同時(shí)與通入的氟氣反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘制備方法，其特征在于，將氟氣與揮發(fā)的碘蒸汽發(fā) 生氣相反應(yīng)生成的五氟化碘以及揮發(fā)的五氟化碘冷凝回流到所述五氟化碘或碘的五氟化 碘溶液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘制備方法，其特征在于，所述制備方法的反應(yīng)體系 溫度控制在15°C 100°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任意一項(xiàng)所述的五氟化碘制備方法，其特征在于，所述制備方法 的反應(yīng)體系的氣相正壓力小于0. 035MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3任意一項(xiàng)所述的五氟化碘制備方法，其特征在于，將固態(tài)碘置于 液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液上方后，在往液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液中 通入氟氣之前，往體系中吹入不與氟反應(yīng)的惰性氣體，驅(qū)趕空氣。
6.一種制備五氟化碘用反應(yīng)設(shè)備，所述反應(yīng)設(shè)備包括密閉的反應(yīng)器，反應(yīng)器底部為容 置反應(yīng)液的空間，其特征在于，容置反應(yīng)液的空間上方設(shè)有碘托盤，所述碘托盤設(shè)有流出到 容置反應(yīng)液空間的五氟化碘流出口，容置反應(yīng)液的空間中設(shè)有氟氣入口，反應(yīng)器設(shè)有加碘 口與五氟化碘出料口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)器上方設(shè)有冷凝器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述容置反應(yīng)液的空間中設(shè)有冷卻ο
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)器設(shè)有壓力表 與放空口。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至8任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述碘托盤上方與反 應(yīng)器底部容置反應(yīng)液的空間中分別設(shè)有溫度檢測(cè)探頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能連續(xù)反應(yīng)，高產(chǎn)率且反應(yīng)溫和、完全，且污染程度極輕五氟化碘的制備方法，將固態(tài)碘置于液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液上方，往液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液中通入氟氣，固態(tài)碘與氟反應(yīng)生成的五氟化碘溶解了部分碘后流入到液態(tài)的五氟化碘或碘的五氟化碘溶液中，以及專用于該方法的反應(yīng)設(shè)備。
文檔編號(hào)C01B7/24GK101920937SQ20101025993
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者萬群平 申請(qǐng)人:福建省邵武市永飛化工有限公司