Первая стадия получения тетрафторбората калия

(газ) + HF HBF4 + 3H2O

 

Синтез HBF4 является первой, наиболее сложной и ответственной стадией синтеза тетрафторбората калия, поэтому при разработке технологии синтеза наряду с решением задач по подбору основных звеньев технологической линия особое внимание было уделено разработке конструкции реактора для синтеза HBF4. В качестве методики опишем имеющуюся экспериментальную установку и ее работу.

 

Рисунок 4 - Схема установки синтеза HBF4 (стадия 1): 1 - баллон с BF3; 2 - буферная емкость; 3 - реактор с рубашкой; 4 - абсорбер; 5 - термостат; 6 - редуктор с манометрами; 7(а, б) - краны газовых коммуникаций

 

В реактор 3 заливают реакционную смесь, являющуюся 5,0÷6,0 % раствором плавиковой кислоты (Сисх. = 45 %) в обессоленной воде. Измеряют ее исходный вес и объем. Проверяют пропускную способность и герметичность системы.

Для подачи трифторида на установку производительность 5÷10 моль тетрафторбората калия на цикл используют(вался) баллон 1 объемом 1 дм3, заполненный трифторидом бора по весу примерно на 900 г (заполнение баллона газообразным трифторидом производится по методике, разработанной специалистами Радиевого института). Баллон помещают в стальной термостат 5, который охлаждают жидким азотом так, чтобы на входе редуктора 6 избыточное давление не превышало 25÷30 атм. При этом на выход редуктора следует подавать Ризб не более 0,5 атм. Скорость подачи газа в реактор регулируют с помощью натекателя 7а. Газовые коммуникации оборудуют краном 7б для соединения со вспомогательными коммуникациями технологической линии, которая нужна для продувки системы и при возникновении форс-мажорных ситуаций.

Установку продувают рабочим газом. Время продувки 1÷5 мин. - зависит от типа установки и системы подачи газа. Начало абсорбции контролируется по величине облака белого дыма над раствором - продуктов гидролиза трифторида (при увеличении облака уменьшить подачу газа).

Процесс растворения трифторида в реакционной массе идет автокаталитически: с выделением большого количества тепла и ускорением при повышении температуры, поэтому следует строго выдерживать температурный режим в пределах 20÷25 ˚С. Для отвода излишков тепла реактор оборудуют рубашкой с водным овладением (Т ~ 12 ˚С). И так как Трифторид легко и энергично растворяется в воде, в конструкции реактора учтена возможность использования конвекции для перемешивания реакционных масс.

Для увеличения дисперсности газового потока трифторид подается в раствор через диспергатор 2 (рисунок 5), выполненный из инертного материала (ПЭ, ПЭТФ и т.п.).

 

Рисунок 5 - Эскиз реактора для синтеза HBF4 с рубашкой водяного охлаждения и трубчатым диспергатором BF3: 1 - реактор; 2 - диспергатор; 3 - рубашка; 4 - вентили для BF3; 5 - датчик температуры; 6 - датчик уровня жидкости

 

Необходимо учесть, что при замкнутой системе водопользования в растворе идет накопление смеси тетрафторбората калия с фторидом калия, имеющей гелеобразную консистенцию, и осадок может забивать поры диспергатора, поэтому необходимо предусмотреть его легкую очистку или замену.

Ректор оборудован датчиками температуры 5, уровня жидкости 6 и вентилями для подачи трифторида бора и отвода HBF4.

Между баллоном 1 и реактором 3 устанавливается стальная буферная емкость 2, имеющая Vраб ~ 0,7Vректора и является обязательным элементом технологии, так как высокая растворимость трифторида бора в воде может привести к разрежению в системе и перебросу жидкости в зону питания.

Для предотвращения проскока трифторида бора в атмосферу система оборудована щелочным адсорбером 4, заполненным водным раствором 15M KOH, который затем используется на стадии нейтрализации HBF4. Адсорбер может быть изготовлен из инертного материала по отношению к щелочи.

При хорошем диспергировании газа в растворе и отводе тепла из зоны реакции процесс растворения трифторида в воде удается закончить за 15÷20 мин. Затем проводится промежуточное измерение объема и веса смеси, и если количество пропущенного трифторида соответствует расчетным данным, процесс адсорбции прекращается, а полученная кислота выдерживается при температуре 10÷25 ˚С еще примерно 24 часа, после чего направляется в нейтрализатор. Полнота прохождения реакции определяется расчетным путем: реакция заканчивается, если определенное весовым или объемным способом количество пропущенного через реакционную массу трифторида равно количеству трифторида рассчитанного из следующего эмпирического соотношения HF/BF3 ~ 1,02 по фтористому водороду, взятому для реакции.