DE2035521A1

DE2035521A1 - Verfahren zur Herstellung von Jodpentafluorid

Info

Publication number: DE2035521A1
Application number: DE19702035521
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr.; Massonne Joachim Dr.; 3000 Hannover Hellberg
Original assignee: Kali Chemie AG
Current assignee: Kali Chemie AG
Priority date: 1970-07-17
Filing date: 1970-07-17
Publication date: 1972-01-20
Also published as: DE2035521B2; GB1326130A; NL7106740A; FR2097983A5

Description

Kali-Chemie Hannover, den 16. Juli 1970

Aktiengesellschaft Pat.Dr.Ha/Hp

Patentanmeldung .

Verfahren zur Herstellung von Jodpentafluorid

Jodpentafluorid ist ein wertvolles Fluorierungsagens, das vor allen Dingen "bei der Herstellung von Perfluoralkyljodiden eingesetzt wird, die ihrerseits wiederum Zwischenprodukte für z.B. Textilhilfsmittel sind.

Es ist bekannt, Jodpentafluorid durch Umsetzung von elementarem Fluor mit festem Jod herzustellen. Datei wird gasförmiges Fluor üb er ein Bett, von zu Reaktionsbeginn festen Jodkristallen geleitet. Obwohl die Umsetzung sehr rasch erfolgt, wird das Fluor nur zu einem geringen Teil umgesetzt, denn die Reaktion verläuft so stark exotherm, daß auch bei intensiver Kühlung das Jod durch die frei werdende Reaktionswärme geschmolzen wird und zudem teilweise verdampft. Um zu* verhindernv'^!:däß das Jodpentafluorid durch Jod verunreinigt ist, wird Fluor im Überschuß zugeleitet, damit auch verdampftes Jod umgesetzt wird. Die Folge davon ist, daß das Fluor nur zum geringen Üieil ausgenutzt wird. Zudem fällt Jodheptafluorid als unerwünschtes Nebenprodukt an und verunreinigt das Jodpentafluorid. Außerdem treten sowohl Fluor- als auch Jodverluste dadurch ein.

Gemäß dem Verfahren der deutschen Patentschrift 1 261 wurde versucht, diese Schwierigkeiten bei der Jodpentafluoridhersteilung dadurch zu umgehen, daß man Fluorgas

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mit einer Lösung von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Jod in, , einem inerten Lösungsmittel in Kontakt bringt. Auch wenn Jodpentafluorid als inertes Lösungsmittel eingesetzt wird, so daß eine nachträgliche Abtrennung des eingesetzten Lösungsmittels entfällt, weist das Verfahren einige beträchtliche Nachteile auf. Gemäß der Patent- ; . schrift wird das Verfahren derart durchgeführt, daß Jodr pentafluorid aus einem Vorratstank abgezogen, durch einen mit Jod gefüllten Auslaugbehälter geleitet und mittels einer Pumpe in einen Reaktor gepumpt wird« Das Fluor Wirdii., dem Reaktor nach dem Gegenstromprinzip zugeführt. Aus -L dem Reaktor wird das Jodpentafluorid in den Vorratstank ¹Vs zurückgeführt und von hier erneut in den Kreislauf ge-. ■ .. geben. Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren vor - . allem aus, daß das Jod nur in geringer Konzentration im Jodpentafluorid vorliegt. Es müssen daher große Mengen Jodpentafluorid umgepumpt werden. Ferner ist die gleichzeitige -Dosierung der zwei aggressiven Medien Fluor, und Jodpentafluorid nicht ganz einfach. Es ist aber eine laufende Kontrolle der Reaktanden erforderlich, da ein molares Verhältnis von Jod zu Fluor von 1 ι 5 ziemliqh . genau eingestellt werden muß, damitVein reines Produkt · erhalten wird. Bei Zugabe von zu wenig Fluor in die Reaktion fällt nämlich ein mit Jod verunreinigtes Jodpentafluorid an, bei Fluorüberschuß bildet sich teilweise Jodheptafluorid. Außerdem geht Fluor verloren bzw. setzt . sich mit Jod in einem Nachreaktor zu Jodfluoriden um, . '_ die wiederum Jod lösen und das Produkt erneut verunreinigen. Zudem kompliziert ein Nachreaktor das ganze Verfahren

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Jodpentafluorid durch Umsetzung von elementarem Fluor mit

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festem Jod ist nun dadurch gekennzeichnet, daß man festes Jod mit einer solchen Menge Jodpentafluorid vermischt, daß ein rührfähiges Gemisch oder eine frei fließende Aufschlämmung entsteht, und anschließend elementares Fluor "bei einer Temperatur zwischen 10 und 50° C einleitet. Die Umsetzung wird zweckmäßigerweise in einem geschlossenen Reaktionsgefäß durchgeführt, das mit Rührer, Fluoreinleitungsrohr (als Tauchrohr gestaltet), Thermometerstutzen, Gasableitungsrohr, Bodenablaßventil und einer Kühlvorrichtung ausgerüstet ist. Zur Durchführung des Verfahrens wird festes Jod in das Reaktionsgefäß eingebracht und mindestens soviel Jodpentafluorid zugefügt, daß das Gemisch gerührt werden kann oder eine Aufschlämmung darstellt. Die Zugabe größerer Mengen Jodpentafluorid bringt keine Vorteile. Anschließend wird unter Kühlung solange Fluor eingeleitet, bis das gesamte Jod umgesetzt ist. Nach Abschluß der Reaktion wird das Reaktionsprodukt über das Bodenablaßventil entnommen. Vorteilhaft ist dieses Ventil so angeordnet, daß man nur soviel Jodpentafluorid abzieht, daß das zurückbleibende Jodpentafluorid mit der neuen Charge Jod wieder ein rührfähiges Gemisch bildet.

Die Umsetzung zwischen elementarem Fluor und Jod ist praktisch momentan. Die Kontaktzeit des Fluors liegt daher im allgemeinen unter 10 Sekunden. Erst gegen Ende der Umsetzung, wenn kein festes Jod mehr im Jodpentafluorid vorhanden ist, muß die Kontaktzeit auf über 10 Sekunden erhöht werden, wenn ein Durchbrechen des Fluors verhindert werden soll.

Die Reaktion kann bei leichtem Unter- oder Überdruck * sowie auch bei Normaldruck durchgeführt werden. Das Fluor

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wird gasförmig,über Durchflußmesser dosiert. Das Ende der Reaktion zeigt sich durch ein Abfallen der Reaktionstemperatur an. '

Die Zugabe von Jodpentafluorid zum festen Jod bringt eine Reihe wichtiger Vorteile mit sich. Sobald eine solche Menge von Jodpentafluorid zum Jod zugefügt worden ist, daß dieser Brei durchmischt werden kann, laßt sich die Reaktion so beherrschen, daß ein Zusammenschmelzen des Jods vermieden werden kann. Die Reaktionswärme kann so schnell abgeführt werden, daß die Umsetzungstemperatur 50 C nicht überschreitet. Vorzugsweise wird die Umsetzung zwischen Jod und dem gasförmigen Fluor so geleit'et, daß durch Außenkühlung eine Temperatur zwischen 20 und 30 C eingehalten werden kann.

Eine Variante des diskontinuierlichen Verfahrens besteht darin, daß zu Reaktionsbeginn eine verhältnismäßig geringe Menge Jod im Jodpentafluorid vorgelegt wird und nach Reaktionsbeginn weiteres Jod kontinuierlich über eine kleine Förderschnecke in das Reaktionsgefäß eingeführt wird. Diese Verfahrensführung hat den Vorteil, daß nur wenig Jodpentafluorid für die Herstellung des Ausgangs-' gemisches benötigt wird.

Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden, wenn man zwei Reaktoren gleicher Bauart verwendet. Dabei wird in einem Reaktor die tfluorierung durchgeführt, während der zweite entleert und neu beschickt wird. Die Anordnung beider Reaktoren kann so gestaltet werden, daß der Fluorstrom nicht abgestellt werden muß. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß mit einem gleichbleibenden Fluorgasstrom fluoriert werden kann und das gesamte zugeführte Fluor quantitativ umgesetzt wird. Eine Jodlieptafluoridbildiang kann bei dieser Arbeitsweise nicht auftreten»

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In der beigefügten Zeichnung ist eine bevorzugte.Durch-" führung des erfindungsgemaßen kontinuierlichen Verfahrens als Fließschema dargestellt. .

Hiernach stellen R 1 und R 2 die mit Fluoreinleitungsrohr, Einfüllstutzen für Jod, Blattrührer, Thermostutzen (TIC), G-asableitungsrohr und Ablaßstutzen ausgestatteten Reaktoren dar. Vor Versuchsbeginn werden die Reaktoren mit einer Suspension aus Jod und Jodpentafluorid beschickt. Anschließend wird Fluor über die Nadelventile 3, 4, und 5 in den Reaktor R 1 geleitet. Dem Fluor beigemischte Inertgase und gegen Ende der Reaktion auch Fluor gelangen über das G-asableitungsrohr und über die Ventile 6 und 7 in den Reaktor R 2. Aus dem Reaktor R 2 werden die fluorfreien Inerten über das Gasableitungsrohr und das Ventil 8 der Abgasleitung zugeführt. Während im Reaktor R 1 die Fluorierung durchgeführt wird, sind die Ventile 9, 10, 11 und geschlossen. Über die Ventile 13 und 14 können die Reaktoren und das Leitungssystem mit Inertgas beispielsweise, Stickstoff gespült werden. Über die Ventile 15 und 16 wird jeweils Jod chargenweise in die Reaktoren gegeben und über die Ventile 17 und 18 wird jeweils das Reaktionsprodukt in den Vorratsbehälter abgezogen.

Während der Fluorierung wird die Suspension kräftig gerührt und der Reaktor gekühlt. Sobald kein Jod mehr im ersten Reaktor zur Reaktion zur Verfügung steht, gelangt das Fluor über die Abgasleitung und die Ventile 6 und 7 in den zweiten Reaktor, dabei tritt hier eine Temperaturerhöhung der auf etwa 10° C gehaltenen Suspension ein. Nun werden die Ventile 4 und 6 geschlossen und die Ventile9 und 10 geöffnet. Das Fluor wird nun in den Reaktor R 2

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eingeleitet, die inerten Abgase gelangen über Ventil 8 in die Abgasleitung.. Während die Fluorierung in R 2"läuft, wird R 1 mit trockenem Stickstoff über die Ventile 13 und 6 fluorfrei gespült, über Ventil 17 das gebildete Jodpentafluorid abgezogen und mit Jod über Ventil 15 neu beschickt. Nach der Neubeschickung (Ventil 6 und 13 werden nach Stickstoffspülung sofort geschlossen) werden die Ventile 11 und 12 geöffnet und 8 geschlossen. Die inerten Abgase aus R 2 müssen nun wieder R 1 passieren und gelangen über Ventil 12 in die Abgasleitung. Entsprechend wie bei R 1 wird nach beendeter Reaktion bei R 2 verfahren»

Beispiel

In der im Fließschema gezeigten Apparatur wurde in den Reaktoren R 1 und R 2 jeweils eine Suspension vorgelegt, hergestellt aus 4,5 kg Jodpentafluorid und 4? 57 kg Jod«, Anschließend wurde in den Reaktor R 1 Fluor über das Tauchrohr mit einer Geschwindigkeit von 0,475 kg/h (300 l/h) unter kräftigem Rühren eingeleitet«, Während der Reaktion wurde durch Kühlung eine Temperatur von 20 bis 30° C eingestellt, dabei lag die Kontaktzeit der Reaktionsteilnehmer bei 5 Sekunden. Nachdem etwa 3,4 kg Fluor eingeleitet waren, brach Fluor durch und gelangte in den Reaktor R 2, wo Temperaturerhöhung eintrat» Nach etwa 10 Minuten wurde, wie anhand des Fließschemas beschrieben, der Fluorstrom auf den Reaktor R 2 umgeschaltet. Während im zweiten Reaktor die Fluorierung fortgesetzt wurde, wurde der erste Reaktor kurz mit trockenem Stickstoff fluorfrei gespült und das Reaktionsprodukt über den Bodenablaß abgezogen, dabei wurden 8 kg Jodpentafluorid erhalten. Die Ablaßvorrichtung war so angeordnet, daß beim Abfüllvorgang 4,5 kg

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Jodpentafluorid im Reaktor verblieben. Der entleerte Reaktor wurde anschließend mit 4,57 kg Jod neubeschickt und nun als Nachreaktor in Betrieb genommen. Nachdem die Fluorierung im Reaktor R 2 "beendet war, wurde der Fluorstrom wieder auf E 1 umgeschaltet, so daß die Fluorierung im Reaktor R 1 wieder begonnen wurde. Aus dem Reaktor R wurden ebenfalls 8 kg Jodpentafluorid entnommen_f das entspricht einer quantitativen Ausbeute an Jodpentafluorid, bezogen auf eingesetztes Jod und Fluor.

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Claims

!Patentansprüche

1· Verfahren zur Herstellung yori Jodpentafluorid durch . Umsetzung τοη elementarem fluor mit festem JOd₈ dadurch gekennzeichnet, daß man festes Jod mit einer solchen Menge Jodpentafluorid vermischt, daß ein rührfähiges Gemisch oder eine frei fließende Aufschlämmung entsteht^ und anschließend elementares Fluor bei einer Temperatur zwischen 10 und 50° G einleitet»

2«, Verfahren nach Ansprmeh I₉ dadurch gekennzeichnet., daß die Umsetzung bei einer Temperatur τοη 20 bis 30° G durchgeführt wird.- '

3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2„ dadurch gekennzeichnet , daß @s kontinuierlich durchgeführt'wird.

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