精馏提纯系统及三氯化磷的精馏提纯方法.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310704729.6(22)申请日 2023.06.14(71)申请人 广东先导微电子科技有限公司地址 511517 广东省清远市高新区创兴三路16号A车间(72)发明人 乐卫华郭金伯黎昌松朱柏浩徐成(74)专利代理机构 北京天盾知识产权代理有限公司 11421专利代理师 肖小龙(51)Int.Cl.B01D 3/14(2006.01)B01D 3/32(2006.01)C01B 25/10(2006.01)(54)发明名称一种精馏提纯系统及三氯化磷的精馏提纯方法(57)摘要本发明属于化工。

2、技术领域，涉及一种精馏提纯系统及三氯化磷的精馏提纯方法。包括精馏球瓶、精馏柱、分流器、塔顶冷凝器、塔侧冷凝器、前馏分收集瓶、产品收集瓶、加热单元和控制单元，加热单元用于加热精馏球瓶，控制单元与分流器、加热单元电连接；精馏球瓶设置进料口、进气口和精馏口，精馏柱内填充管状结构的聚四氟乙烯填料，精馏柱的顶部设置石英挡板，石英挡板上设置通孔，精馏柱顶部还设置温度计探头；分流器的分馏口通过管道和阀门分别与前馏分收集瓶、产品收集瓶管道连通。本发明系统结构简单、操作简便，基于该精馏提纯系统的三氯化磷精馏提纯的方法，可得到稳定的高纯三氯化磷产品，且精馏工艺简单，产品收率高，可进行大规模生产。权利要求书2页 说。

3、明书6页 附图2页CN 116603262 A2023.08.18CN 116603262 A1.一种精馏提纯系统，其特征在于，所述精馏提纯系统包括精馏球瓶、精馏柱、分流器、塔顶冷凝器、塔侧冷凝器、前馏分收集瓶、产品收集瓶、加热单元和控制单元，所述加热单元用于加热精馏球瓶，所述控制单元与分流器、加热单元电连接；所述精馏球瓶设置进料口、进气口和精馏口，所述精馏口、精馏柱、分流器、塔顶冷凝器、塔侧冷凝器和前馏分收集瓶依次连通；所述精馏柱内填充管状结构的聚四氟乙烯填料，所述精馏柱的顶部设置石英挡板，所述石英挡板上设置通孔，所述精馏柱顶部还设置温度计探头；所述分流器的分馏口通过管道和阀门分别与前馏分收。

4、集瓶、产品收集瓶管道连通。2.如权利要求1所述的精馏提纯系统，其特征在于，所述精馏柱为石英材质；优选所述精馏柱包括与精馏口连通的第一塔柱、与第一塔柱连通的第二塔柱，所述第一塔柱和第二塔柱的顶部均设置石英挡板；优选所述第一塔柱和第二塔柱的长度比为1：0.8。3.如权利要求1或2所述的精馏提纯系统，其特征在于，所述聚四氟乙烯填料为6mm管径30mm管长的管状结构、10mm管径30mm管长的管状结构、15mm管径30mm管长的管状结构中的一种或多种；优选所述6mm管径30mm管长的管状结构、10mm管径30mm管长的管状结构、15mm管径30mm管长的管状结构的重量比为3：2：1。4.如权利要求1所。

5、述的精馏提纯系统，其特征在于，所述精馏球瓶的精馏口通过聚四氟乙烯材质的软连接与精馏柱连接。5.如权利要求1所述的精馏提纯系统，其特征在于，所述加热单元包括套设在精馏球瓶外的加热夹套、为加热夹套提供热源的加热机组，所述加热夹套包括夹套内腔、热源进口和热源出口。6.如权利要求1所述的精馏提纯系统，其特征在于，所述分流器采用外置式结构；所述分流器的分馏口处设置分流器阀门；所述分流器阀门选用电磁控制阀，所述电磁控制阀与控制单元电连接。7.一种三氯化磷的精馏提纯方法，其特征在于，使用权利要求16任一项所述的精馏提纯系统，包括以下步骤：（1）打开精馏球瓶的进气口，向系统内输入保护性气体置换空气；（2）关闭。

6、进气口，打开进料口，从进料口向精馏球瓶内加入三氯化磷；（3）打开加热单元，控制加热温度为110120，开始加热精馏；（4）打开塔顶冷凝器，设置冷凝温度为3045；打开塔侧冷凝器，设置冷凝温度不超过10；（5）当温度计探头温度为7376时，开始全回流，全回流控制时间为510h，全回流结束后开始采出轻馏分和产品，通过分流器设置分流比，轻馏分回流比控制在46：1，轻馏分去除量为精馏总量的1020%；产品回流比控制在13：1，产品量控制在精馏总量的6070%；其余作为重馏分处理；（6）精馏结束后，打开进气口，充入保护性气体，关闭加热单元，待系统降温至室温，关闭进气口，等待下一批次精馏。权利要求书1/2。

7、 页2CN 116603262 A28.如权利要求7所述的三氯化磷的精馏提纯方法，其特征在于，步骤（1）中，置换时间为2030min，保护性气体流量为35L/min；步骤（6）中，充入保护性气体流量在13L/min。9.如权利要求7所述的三氯化磷的精馏提纯方法，其特征在于，步骤（2）中，三氯化磷加入量为精馏球瓶容量的50%90%。10.如权利要求7所述的三氯化磷的精馏提纯方法，其特征在于，步骤（3）中，控制精馏全回流时间8h10h，轻馏分去除量为精馏总量的1520%。权利要求书2/2 页3CN 116603262 A3一种精馏提纯系统及三氯化磷的精馏提纯方法技术领域0001本发明属于化工技术、。

8、化工设备领域，涉及一种精馏提纯系统及三氯化磷的精馏提纯方法。背景技术0002三氯化磷常温下是无色澄清的发烟液体，化学式是PCl3，沸点76，是一种重要的无机盐工业产品，在半导体生产技术、高纯磷生产技术、电路的制造流程、制药行业、新能源电池等领域都有着广泛的应用。并且随着行业发展，各行业对三氯化磷的纯度要求越来越高。0003公开号为CN103350989A的中国专利公开了一种三氯化磷的生产方法，该工艺用10M3特质的钢反应釜，在反应釜中进行氯化反应，一批次6小时可以产出5.996.01T三氯化磷。但该专利方法制得的三氯化磷纯度较低，只能达到99.95%，很难满足现阶段行业要求。0004公开号为C。

9、N101559932A的中国专利公开了一种纯度为99.9999%三氯化磷的生产方法及其装置，其装置集三氯化磷发生与精馏装置为一体，首先在上部带有石英筛板式精馏塔的双层玻璃反应釜中加入三氯化磷母液，然后将黄磷加入，通入工业氯气，使液态黄磷起反应，控制反应温度在4490，通过石英筛板式精馏塔精馏收集纯度为99.9999%的三氯化磷。该专利方法虽然产出高纯三氯化磷，但反应难以控制，存在较大的安环风险，用黄磷与氯气反应热来精馏三氯化磷，其热源不稳定，会严重影响三氯化磷品质。发明内容0005针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的之一在于提供一种精馏提纯系统。0006本发明的目的之二在于提供一种三氯化。

10、磷的精馏提纯方法。0007基于该精馏提纯系统的三氯化磷的精馏提纯方法，可得到稳定的高纯三氯化磷产品，且精馏工艺简单，产品收率高，可进行大规模生产。0008为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种精馏提纯系统，所述精馏提纯系统包括精馏球瓶、精馏柱、分流器、塔顶冷凝器、塔侧冷凝器、前馏分收集瓶、产品收集瓶、加热单元和控制单元，所述加热单元用于加热精馏球瓶，所述控制单元与分流器、加热单元电连接；所述精馏球瓶设置进料口、进气口和精馏口，所述精馏口依次连通精馏柱、分流器、塔顶冷凝器、塔侧冷凝器和前馏分收集瓶；所述精馏柱内填充管状结构的聚四氟乙烯填料，所述精馏柱的顶部设置石英挡板，所述石英挡板上设置。

11、通孔，所述精馏柱顶部设置温度计探头；所述分流器的分馏口通过管道和阀门分别与前馏分收集瓶、产品收集瓶管道连通。0009优选地，所述精馏柱为石英材质。说明书1/6 页4CN 116603262 A40010优选地，所述精馏柱包括与精馏口连通的第一塔柱、与第一塔柱连通的第二塔柱，所述第一塔柱和第二塔柱的顶部均设置石英挡板。0011优选地，所述第一塔柱和第二塔柱的长度比为1：0.8。0012优选地，所述聚四氟乙烯填料为6mm管径30mm管长的管状结构、10mm管径30mm管长的管状结构、15mm管径30mm管长的管状结构中的一种或多种；进一步优选地，所述6mm管径30mm管长的管状结构、10mm管径3。

12、0mm管长的管状结构、15mm管径30mm管长的管状结构的重量比为3：2：1。0013优选地，所述精馏球瓶的精馏口通过聚四氟乙烯材质的软连接与精馏柱连接。0014优选地，所述加热单元包括套设在精馏球瓶外的加热夹套、为加热夹套提供热源的加热机组，所述加热夹套包括夹套内腔、热源进口和热源出口。0015优选地，所述分流器采用外置式结构；所述分流器的分馏口处设置分流器阀门；所述分流器阀门选用电磁控制阀，所述电磁控制阀与控制单元电连接。0016一种三氯化磷的精馏提纯方法，使用所述的精馏提纯系统，包括以下步骤：（1）打开精馏球瓶的进气口，向系统内输入保护性气体置换空气。0017（2）关闭进气口，打开进料口。

13、，从进料口向精馏球瓶内加入三氯化磷；（3）打开加热单元，控制加热温度为110120，开始加热精馏；（4）打开塔顶冷凝器，设置冷凝温度为3045；打开塔侧冷凝器，设置冷凝温度不超过10；（5）当温度计探头温度为7376时，开始全回流，全回流控制时间为510h，全回流结束后开始采出轻馏分和产品，通过分流器设置分流比，轻馏分回流比控制在46：1，轻馏分去除量为精馏总量的1020%（体积分数）；产品回流比控制在13：1，产品量控制在精馏总量的6070%（体积分数）；其余作为重馏分处理；（6）精馏结束后，打开进气口，充入保护性气体，关闭加热单元，待系统降温至室温时，关闭进气口，系统等待下一批次精馏。00。

14、18优选地，步骤（1）中，置换时间为2030min，保护性气体流量为35L/min；步骤（6）中，充入保护性气体流量在13L/min。0019优选地，步骤（2）中，三氯化磷加入量为精馏球瓶容量的50%90%。0020优选地，步骤（3）中，控制精馏全回流时间8h10h，轻馏分去除量为精馏总量的1520%（体积分数）。0021与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）本发明系统结构简单、操作简便，基于该精馏提纯装置的精馏提纯方法，可得到稳定的高纯三氯化磷产品，且精馏工艺简单，产品收率高，可进行大规模生产。0022（2）本发明系统在实际应用过程中，设计为带夹套的精馏球瓶，用导热油加热代替常规的电热套。

15、加热，使精馏温度更加稳定易控，减少因受热不均球瓶破裂风险和现场操作的触电风险；加热机组和精馏系统隔开放置，延长了设备使用寿命。用四氟填料代替玻璃或者石英环填料，减少了玻璃或石英碎屑对产品的影响，同时降低了整个精馏塔的重量，提升了设备安全性能。通过PLC系统控制设定回流比，减少人为因素影响，提高了产品质量及产品稳定性，同时降低了员工工作量。0023（3）本发明方法以工业三氯化磷为原料，避免了以工业黄磷氯化生产三氯化磷工说明书2/6 页5CN 116603262 A5艺，从根源上降低了氯化工艺风险较高的问题。0024（4）本发明的精馏提纯系统及方法，控制精馏全回流时间8h10h，轻馏分去除量为精馏。

16、总量的1520%（体积分数），一次精馏就能得到6N三氯化磷。附图说明0025附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明精馏提纯系统的结构示意图；图2为挡板的俯视结构示意图；图3为挡板的侧视剖面结构示意图；其中：1精馏球瓶、2软连接、3第一塔柱、4聚四氟乙烯填料、5石英挡板、6第二塔柱、7分流器、8温度计探头、9塔顶冷凝器、10塔侧冷凝器、11前馏分收集瓶、12产品收集瓶、13前馏分收集瓶第一进料口、14前馏分收集瓶第二进料口、15前馏分收集瓶尾气出口、16产品收集瓶进料口、17产品收集瓶进气口、1。

17、8产品收集瓶尾气出口、19通孔、20加热夹套、21热源进口、22热源出口。具体实施方式0026为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。0027除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。0028实施例1如图13所示，本实施例公开了一种精馏提纯系统，包括精馏球瓶1、精馏柱、分流器7、塔顶冷凝器9、塔侧冷凝器10、前馏分收集瓶11、产品收集瓶12、加热单元和控制单元，所述加热单元用于加热精馏球瓶1，。

18、所述控制单元与分流器7、加热单元电连接。0029本实施例中，所述精馏球瓶1设置进料口、进气口和顶部的精馏口，所述精馏口依次连通精馏柱、分流器7、塔顶冷凝器9、塔侧冷凝器10和前馏分收集瓶11；所述精馏柱内填充管状结构的聚四氟乙烯填料4，所述精馏柱的顶部设置石英挡板5，所述石英挡板5上设置通孔19，石英挡板5既能够压紧聚四氟乙烯填料4，防止蒸汽量大使聚四氟乙烯填料4上浮，也可以对回流液体进行分流，防止壁流产生，提高精馏效果。所述精馏柱顶部设置温度计探头8；作为本实施例的优选方案之一，所述精馏柱为石英材质，所述精馏柱包括依次与精馏口连通的第一塔柱3和第二塔柱4，所述第一塔柱3和第二塔柱4的顶部均设。

19、置石英挡板5。所述第一塔柱3和第二塔柱4的长度比为1：0.8。作为本实施例的优选方案之一，所述聚四氟乙烯填料4为乱堆在精馏柱中6mm管径30mm管长的管状结构、10mm管径30mm管长的管状结构、15mm管径30mm管长的管状结构中的多种混合；本实施例进一步优选为所述6mm管径30mm管长的管状结构、10mm管径30mm管长的管状结构、15mm管径30mm管长的管状结构的重量比为3：2：1。0030本实施例中，所述分流器7的分馏口通过管道和阀门分别与前馏分收集瓶11、产品说明书3/6 页6CN 116603262 A6收集瓶12管道连通，作为本实施例的优选方案之一，该阀门与控制单元电连接。00。

20、31本实施例中，所述精馏球瓶1的精馏口通过聚四氟乙烯材质的软连接2与精馏柱连接。0032本实施例中，所述加热单元为套设在精馏球瓶1外的加热夹套20、为加热夹套20提供热源的加热机组，所述加热夹套20包括夹套内腔、热源进口21和热源出口22，作为本实施例的优选方案之一，加热单元采用导热油加热。0033本实施例中，所述分流器7为外置式结构；所述分流器7设置分流器阀门；分流器阀门选用电磁控制阀，所述电磁控制阀与控制单元电连接。0034本实施例中，所述前馏分收集瓶11设置与分馏口连通的前馏分收集瓶第一进料口13、与塔侧冷凝器10连通的前馏分收集瓶第二进料口14、前馏分收集瓶尾气出口15。所述产品收集瓶。

21、12设置与分馏口连通的产品收集瓶进料口16、产品收集瓶进气口17、产品收集瓶尾气出口18。0035实施例2本实施例公开了一种三氯化磷的精馏提纯方法，使用实施例1中的精馏提纯系统。0036其中：精馏球瓶容积为50L；第一塔柱长度为1000mm，第二塔柱长度为800mm，石英挡板上均布12个5mm的孔洞；轻馏分收集瓶容积为20L，产品收集瓶容积为50L。0037包括以下步骤：（1）打开精馏球瓶的进气口，向系统内输入保护性气体置换空气，置换时间30min，流量3L/min。0038（2）关闭进气口，打开进料口，从进料口向精馏球瓶内加入三氯化磷，加入量为精馏球瓶容量的2/3，然后关闭进料口；（3）打开。

22、加热单元，让导热油在加热夹套内循环，控制循环流量900L/min；设定加热程序，控制加热温度为115，开始加热精馏；（4）打开塔顶冷凝器，设置冷凝温度为30；打开塔侧冷凝器，设置冷凝温度不超过10；（5）当温度计探头温度为74时，开始全回流，全回流控制时间为5h，全回流结束后开始采出轻馏分和产品，通过分流器设置分流比，轻馏分回流比控制在6：1，轻馏分去除量为精馏总量的10%（体积分数）；产品回流比控制在3：1，产品量控制在精馏总量的70%（体积分数）；剩下组分作为重馏分处理；（6）精馏结束后，打开进气口，充入氮气，控制流量在3L/min，关闭加热单元，待系统降温至室温时，关闭进气口，系统等待下。

23、一批次精馏。0039实施例3本实施例公开了一种三氯化磷的精馏提纯方法，使用实施例1中的三氯化磷精馏提纯的装置。0040其中：精馏球瓶容积为50L；第一塔柱长度为1000mm，第二塔柱长度为800mm，石英挡板上均布12个5mm的孔洞；轻馏分收集瓶容积为20L，产品收集瓶容积为50L。0041包括以下步骤：（1）打开精馏球瓶的进气口，向系统内输入保护性气体置换空气，置换时间30min，流量3L/min。说明书4/6 页7CN 116603262 A70042（2）关闭进气口，打开进料口，从进料口向精馏球瓶内加入三氯化磷，加入量为精馏球瓶容量的2/3，然后关闭进料口；（3）打开加热单元，让导热油在。

24、加热夹套内循环，控制循环流量900L/min；设定加热程序，控制加热温度为115，开始加热精馏；（4）打开塔顶冷凝器，设置冷凝温度为30；打开塔侧冷凝器，设置冷凝温度不超过10；（5）当温度计探头温度为74时，开始全回流，全回流控制时间为5h，全回流结束后开始采出轻馏分和产品，通过分流器设置分流比，轻馏分回流比控制在6：1，轻馏分去除量为精馏总量的15%（体积分数）；产品回流比控制在3：1，产品量控制在精馏总量的70%（体积分数）；剩下组分作为重馏分处理；（6）精馏结束后，打开进气口，充入氮气，控制流量在3L/min，关闭加热单元，待系统降温至室温时，关闭进气口，系统等待下一批次精馏。0043。

25、实施例4本实施例公开了一种三氯化磷的精馏提纯方法，使用实施例1中的三氯化磷精馏提纯的装置。0044其中：精馏球瓶容积为50L；第一塔柱长度为1000mm，第二塔柱长度为800mm，石英挡板上均布12个5mm的孔洞；轻馏分收集瓶容积为20L，产品收集瓶容积为50L。0045包括以下步骤：（1）打开精馏球瓶的进气口，向系统内输入保护性气体置换空气，置换时间30min，流量3L/min。0046（2）关闭进气口，打开进料口，从进料口向精馏球瓶内加入三氯化磷，加入量为精馏球瓶容量的2/3，然后关闭进料口；（3）打开加热单元，让导热油在加热夹套内循环，控制循环流量900L/min；设定加热程序，控制加热。

26、温度为115，开始加热精馏；（4）打开塔顶冷凝器，设置冷凝温度为30；打开塔侧冷凝器，设置冷凝温度不超过10；（5）当温度计探头温度为74时，开始全回流，全回流控制时间为8h，全回流结束后开始采出轻馏分和产品，通过分流器设置分流比，轻馏分回流比控制在6：1，轻馏分去除量为精馏总量的15%（体积分数）；产品回流比控制在3：1，产品量控制在精馏总量的70%（体积分数）；剩下组分作为重馏分处理；（6）精馏结束后，打开进气口，充入氮气，控制流量在3L/min，关闭加热单元，待系统降温至室温时，关闭进气口，系统等待下一批次精馏。0047表1（ppm）说明书5/6 页8CN 116603262 A8表1给出实施例24所得精馏三氯化磷产品ICPMS检测结果。可以看出，用本发明的精馏提纯系统及方法，控制精馏全回流时间超过8h，轻馏分采出超过15%，一次精馏就能得到6N三氯化磷。0048以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。说明书6/6 页9CN 116603262 A9图1说明书附图1/2 页10CN 116603262 A10图2图3说明书附图2/2 页11CN 116603262 A11。