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Verfahren zur Herstellung von Melamin
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rückdrängung des Melaminzerfalles, bezweckt das erfindungsgemässe Verfahren daher auch die Verhinderung einer solchen Kuchenbildung.
Es wurde gefunden, dass bei der Ausführung der Umsetzung von Harnstoff zu Melamin bei 270 bis 500 C durch Durchleiten von Harnstoff, sowie seiner sämtlichen entstehenden thermischen Zersetzungsprodukte durch ein rohr-oder säulenförmiges Reaktionsgefäss die Melaminbildung schneller, mit grösserem Wirkungsgrad und mit geringerem Zerfall des Melamin bewerk- stelligt und die Neigung des Melamin zur Bildung eines undurchdringlichen, fest haftenden Kuchens vermieden werden kann, wenn das Reaktionsgefäss mit Füllkörper versehen wird. Dadurch wird ein innigerer Kontakt des Ammoniaks mit dem Harnstoff und seinen Zersetzungsprodukten geschaffen und so die für die Reaktion erforderliche Zeit sowie das Ausmass der Melaminzersetzung beträchtlich vermindert.
Dabei werden nicht nur höhere Ausbeuten erzielt, sondern das gewonnene Melamin enthält auch weniger Verunreinigungen. Ausserdem ist die Verwendung eines mit Füllkörpern gepackten, säulen-oder zylinderförmigen Reaktionsgefässes besonders geeignet, das gebildete Melamin in dampfförmigen Zustand durch"Spülen"des Reaktors mit Ammoniak abzuführen. Dieser Vorgang setzt nicht nur die Zersetzungstendenz des Melamin weit herab, sondern beseitigt auch die Schwierigkeiten, welche durch die Ablagerung harter, fest haftender Melaminkuchen, die beim Übergang desselben vom flüssigen in den festen Zustand entstehen.
Um den höheren Reinheitsgrad des nach der Erfindung gewonnenen Melamins im Vergleich zu Produkten, die nach anderen Verfahren zur Herstellung aus Harnstoff erhalten werden, aufzuzeigen, wurden Parallelversuche angestellt, bei denen Harnstoff durch ein vertikales Rohr unter sonst identischen Bedingungen hindurchgeleitet wurde. Wurde bei den Versuchen keine Packung verwendet, so wies das erhaltene Melamin einen Reinheitsgrad von nur 86% auf. Es enthielt 8-6% wasserunlösliche Stoffe, wie z. B.'Cyanur-
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säure, Ammelin und Ammelid, sowie 2-6% Harn- stoff.
Anderseits wurde bei Verwendung einer Packung aus Füllkörpern ein Produkt erzielt, welches zu 97% aus Melamin bestand und nur 2-61"wasserunlösliche Stoffe und 0-3% Harnstoff aufwies.
Bei der Umwandlung von Harnstoff in Melamin ist es nicht notwendig, zusätzlich Ammoniak zu verwenden. Es ist nur erforderlich, den Harnstoff 1D einem geschlossenen Gefäss auf 270 bis 500 C zu erhitzen. Unter diesen Bedingungen zersetzt sich vorerst ein Teil des Harnstoffes und bildet dabei eine zur Umwandlung des restlichen Harnstoffes zu Melamin ausreichende Menge an Ammoniak. Dass die Gegenwart von Ammoniak für die Me1aminbildung notwendig ist, wird dadurch bewiesen, dass bei der Erhitzung von Harnstoff in einem offenen Reaktionsgefäss, aus welchem also das bei der Harnstoffzersetzung gebildete Ammoniak entweichen kann, keine nenneswerte Menge Melamin erhalten wird. Anderseits ist es aber äusserst wünschenswert, zusätzliches Ammoniak, u. zw. in solchen Mengen anzuwenden,
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Falls gewünscht, können auch Drücke der Grössenordnung von 70 kg/cm2 und höher vorteilhaft benützt werden. Die Anwendung solcher hoher Ammoniakdrücke dient nicht nur zur vollständigeren Umsetzung des Harnstoffes, sondern verhindert auch den Zerfall des gebildeten Melamins, welcher bei so hohen Temperaturen leicht eintritt. Dieser Zerfall wird vornehmlich durch Ammoniakabgabe verursacht, wobei die Blldung von Stoffen, wie Melem, Melam und
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von Melamin nicht so bedeutend, als dass die Verwendung noch nennenswert höherer Ammoniakdrücke zu rechtfertigen wäre, welche wieder eine kräftiger Apparatur, die solchen Drücken standhalten kann, erfordern würden.
Das Verfahren nach der Erfindung kann mit sehr verschiedenen Vorrichtungen durchgeführt werden. Die Zeichnung zeigt ein Beispiel einer geeigneten Apparatur im Schnitt. Diese Einrichtung besteht aus einer mit Füllkörpern versehenen, zylinderförmigen Reaktionskammer 1 mit Heizmantel 2, dem Einlass 3 für heisse Gase oder andere Bsheizungsmittel und dem Auslass 4, welche beide mit der ringförmigen Kammer zwischen Reaktionsgefäss und Heimantel in Verbindung stehen. Das Reaktionsgefäss enthält einen unteren und einen oberen, mit Füllkörpern versehenen Abschnitt 5 bzw. 7, welche durch Traggitter 6 bzw. 8 gehalten werden.
Die genannten Abschnitte können mit irgendwelchen geeigneten Füllkörpern, wie Glasperlen, Spiralen, Wolle, Ringen, Porzellan, Raschigringen od. dgl., beschickt sein. Wenn gewünscht, können in beiden Abschnitten Füllkörper verschiedener Grösse verwendet werden. Je nach der Grösse des Reaktionsgefässes und anderer Variablen, wie Temperatur, Druck und Druckflussgeschwindig- keit des Ammoniaks, ergeben sich optimale Packungsbedingungen. Es ist auch vorteilhaft, die Grösse und bzw. oder Form der Füllkörper in den einzelnen Abschnitten der Höhe nach verschieden zu wählen.
Bei der in der Zeichnung veranschaulichten Vorrichtungsausführung wird geschmolzener Harnstoff durch den zwischen den vorerwähnten, mit Füllkörpern ausgestatteten Abschnitten liegenden Einlass oder die Zuleitung 9 eingeführt. Demzufolge passieren der Harnstoff und seine thermischen Zersetzungsprodukte den unteren Abschnitt, während die flüchtigen thermischen Zersetzungsprodukte durch den oberen Abschnitt nach aufwärts strömen und dann am Scheitel des Reaktionsgefässes durch den Abzug 10 abgeführt werden. Das Ammoniak wird am Boden des Reaktionsgefässes durch die untere Leitung 11 eingeführt und das Ausmass des Ammoniakstromes mittels des Ventils 12 geregelt. Der zylindrische Raum des Reaktionsgefässes wird unten durch den Kegel 13 abgeschlossen, der durch Bolzen 14 befestigt ist.
Dieser Kegel enthält an seiner Spitze einen Abzugsstopfen 15. Der zylindrische Reaktionsraum ist oben durch eine Platte 16 geschlossen, die mittels Bolzen 17 befestigt ist. In gleicher Weise ist der zylindrische Teil des Heizmantels unten durch einen mittels Bolzen 19 gesicherten Kegelstutz 18 und oben durch eine Platte 20 abgeschlossen, die mit Hilfe des Bolzens 21 befestigt ist. Die vorerwähnte Harnstoffzuleitung 9 ist im zylindrischen Teil des Reaktionsgefässes 1 mittels Gewinden 22 befestigt und in üblicher
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weise in geschmolzenem Zustand, durch Zuleitung 9 in das Füllkörper beschickte Reaktionsgefäss eingeführt und zusammen mit seinen thermischen Zersetzungsprodukten durch den unteren Abschnitt geschickt. Das ganze Reaktionsgefäss wird dabei auf einer Temperatur von 270 bis 500 C vorzugsweise von 350 bis 400 C gehalten.
Diese Temperatur wird durch Durchleiten von heissen Gasen durch den Raum zwischen dem Mantel 2 und der Aussenwand des Reaktionsgefässes 1 erzielt. Die Gase werden durch die Zuleitung 3 eingeführt und durch die Leitung 4 abgezogen. Mittels der Zuleitung 11 wird Ammoniak eingeführt und strömt durch Abschnitt 5 im Gegenstrom zum durchsickernden, geschmolzenen Harnstoff und seinen Zersetzungsprodukten nach aufwärts. Nach dem
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Passieren des unteren Abschnittes dringt das Ammoniak in den oberen Abschnitt ein und steigt im Gleichstrom mit allen vorhandenen flüchtigen Zersetzungsprodukten des Harnstoffes auf, wird durch die Leitung 10 abgeführt und sodann gefiltert oder auf andere Weise für die Wiedereinführung und neuerliche Zirkulation vorbereitet.
Man kann derartige Verfahrensbedingungen anwenden, dass sich das gebildete Melamin im unteren konischen Teil 13 sammelt und von dort durch Entfernen des Abzugsstopfens abgeführt werden kann, doch ist es vorzuziehen, Temperatur und Ammoniakdruck so zu wählen, dass das Melamin in sublimiertem Zustand durch die Leitung 10 abgeführt werden kann. Dies erfordert hohe Temperaturen und eine beträchtliche Geschwindigkeit und Menge an durchströmendem Ammoniak, um eine spülen0e Wirkung zu erzielen. Das Melamin kann bei einer Temperatur von 2700 C leicht dampfförmig entfernt werden, vorausgesetzt, dass die vorerwähnte Spülwirkung genügend gross ist und ein nicht wesentlich höherer Druck als 14 /c angewendet wird.
Wenn anderseits Drucke von 53 kg/cm2 oder 70 /css angewendet werden, ist eine Temperatur von mindestens 350s C nötig, um das Melamin durch Durchspülen des Systems mit Ammoniak abführen zu können.
Obgleich die Erfindung keinesfalls durch irgend welche theoretische Erklärungen eine Einschränkung erfahren soll, darf angenommen werden, dass infolge des Einführens von Harnstoff in eine auf 200-500 C gehaltene Reaktionskammer der Harnstoff rasch zersetzt wird und dabei Stoffe, wie Cyanursäure, Ammelin,
Ammelid, Biuret ; Cyamelid, Ammonium- cyanurat und vielleicht auch zahlreiche andere nichtflüchtige Stoffe, zusammen mit flüchtigen
Verbindungen, wie z. B. Cyansäure erhalten werden.
Alle diese Materialien dürften Zwischenpro- dukte bei der Melaminbildung sein und sich zum grössten Teil in Form von verschiedenen Am- moniakzerlegungsprodukten vorfinden. Daher erfordern sie zur weiteren Umsetzung einen
Kontakt mit Ammoniak und gerade in dieser
Beziehung ist das erfindungsgemässe Verfahren besonders vorteilhaft. Versuche haben ergeben, dass eine mit Füllkörpern ausgestattete Reaktions- kammer einen äusserst gründlichen Kontakt dieser Zwischenprodukte mit dem für die weitere Umwandlung derselben erforderlichen Ammoniak gewährleistet, besonders wenn letzteres im Gegenstrom zum durchsickernden Harnstoff und den nichtflüchtigen Zwischenprodukten eingeleitet wird. Daher wird die Umwandlung zu Melamin durch Verwendung von Füllkörpern wesentlich beschleunigt.
Dasselbe gilt auch für die flüchtigen Zersetzungsprodukte des Harnstoffes, die im Gleichstrom mit dem Ammoniak durch die Füllkörperzwischenräume streichen, wobei ein besserer Kontakt der Gase infolge der Wirbelbildung, die aus der Füllkörperpackung resultiert, hergestellt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ausbildung des Verfahrens zur Herstellung von Melamin gemäss dem Stammpatent
Nr. 164797, dadurch gekennzeichnet, dass die
Melaminbildung aus Harnstoff erfolgt, wobei die Umsetzung in einem mit Füllkörpern ver- sehenen Reaktionsgefäss vorgenommen wird.