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Verfahren zur Trennung von Flüssigkeitsgemischen
Bekanntlich lassen sich Gemische von Substanzen mit wenig verschiedenem Siedepunkt, z. B. Gemische von homologen Kohlenwasserstoffen oder Isotopengemische oder azeotropische Mischungen von Substanzen verschiedener chemischer Eigenschaften, schwer oder nicht durch Destillation trennen.
Es wurde nun gefunden, dass man derartige Flüssigkeitsgemische auf einfache Weise durch partielle Verdampfung oder partielle Kondensation oder durch eine Kombination beider Massnahmen trennen kann, wenn man diese Operationen in Gegenwart von Schichten solcher grossoberflächiger, fester Körper durchführt, deren Infrarotspektrumsbanden sich mit den Infrarotspektrumsbanden nur einer der Komponenten des Flüssigkeitsgemisches überschneiden.
Durch die Anwesenheit eines solchen festen Körpers wird diejenige Komponente des Flüssigkeitsgemisches, welche mit denen des festen Körpers sich überschneidende Infrarotspektrumsbanden besitzt, unabhängig von den Siedepunkten in erhöhtem Masse im Dampfzustand gehalten, d. h. bei der Verdampfungsoperation in grösserer Menge verdampft und bei der Kondensationsoperation in geringerer Menge kondensiert als es ohne die Anwesenheit des festen Körpers der Fall ist.
Besonders vorteilhaft ist es, sowohl die partielle Verdampfung als auch die partielle Kondensation in Gegenwart geeigneter fester Körper durchzuführen : Zu diesem Zweck leitet man das Flüssigkeitsgemisch über grossoberflächige Schichten eines solchen festen Körpers, dessen Infrarotspektrumsbanden mit denen der abzutrennenden Flüssigkeitskomponente sich überschneiden, wobei das Flüssigkeitsgemisch partiell (u. zw. mit verhältnismässig hohem Anteil der abzutrennenden Komponente) verdampft wird ;
dann leitet man den verdampften Anteil über grossoberflächige Schichten eines andern festen Körpers, dessen Infrarotspektrumsbanden mit denen der andern (nicht abzutrennenden) Flüssigkeitskomponente sich überschneiden, wobei die abzutrennende Komponente in verhältnismässig hohem Anteil kondensiert wird.
Der Transport der Flüssigkeitsdämpfe kann auch mit Hilfe eines chemisch inerten Trägergases durchgeführt werden.
Beispiel l : Ein Strom von 10 ccm/min Wasser von 18O C, d. h. ein Gemisch von zirka 7000 Teilen H20 [Schwingungsbanden 1550
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(max. 1180 cm-1+1220 cor-1) und 2500 bis 2800 cm-1 (max. 2512 cm-l+2784 cm-)], wird aus einer Röhre A von 0, 3 cm Durchmesser durch eine Jenaer Glasfritte Gg E, welche folgende Schwingungsbanden besitzt : 1000 bis 1200 cm-1 (max. 1050 cm-l), von l cm Dicke und 6, 5 cm Durchmesser bei einer Temperatur von 20 0 C geleitet. Gleichzeitig wird aus der Röhre B 2, 1 l/min Luft von 12% RF = relativer Feuchtigkeit und 200 C eingeleitet.
Die nicht verdampfte Flüssigkeit wird bei D entnommen. Das Dampf-Luft-Gemisch tritt bei C aus.
Beim Abkühlen des bei C austretenden DampfLuft-Gemisches erhält man ein Kondensat mit einem Deuteriumoxydgehalt von 1, 1 Gew.-%.
Um auch bei der Kondensation das Erfindungsprinzip anzuwenden, leitet man das bei C austretende Dampf-Luft-Gemisch von unten in eine senkrechte Metallröhre G von 2 cm Durchmesser und 30 cm Länge, die mit Basaltkörnern von 0, 1-1, 0 mm Durchmesser (Schwingungsbanden 950-1150 cm-1 und 3000-5000 cm-l) gefüllt und durch einen Heizmantel H auf 95 C beheizt ist. Das bei F austretende DampfLuft-Gemisch enthält in den ersten 100 Minuten Laufzeit praktisch nur H2O. Das auf dem festen Körper, der den Röhreninhalt bildet, niedergeschlagene Wasser enthält das gesamte D20 des eingeleiteten Dampfgemisches. Dann wird bei zirka 110 C ein chemisch inertes Gas durch die Röhre G geleitet und damit das darin vorhandene HO-DO-Gemisch verdampft. Diese Dämpfe werden ausserhalb der Röhre G kon- densiert.
Die so erhaltene Flüssigkeit besteht zu zirka aus D O.
Der Deuteriumoxyd-Gehalt wurde nach Houben-Weil, Methoden der Organischen Chemie
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(1955), Band III, Teil l, Seite 869, bei zirka 4 f1. im Infrarotspektrum bestimmt.
Beispiel 2 : Auf eine grobporige Jenaer Glasfritte wird eine 1 cm dicke Schicht von Quarzsand [Schwingungsbanden 1000-1400 cm-1 (max. zirka 1250 cry-1) und 2400-2800 cm-1] aufgefüllt. Durch diese Schicht werden bei 70 C mehrmals nacheinander 2000 ccm/min Wasser und 2, 1 l/min Luft, dann wieder mehrmals nacheinander 50 ccm/min Wasser und 2, 1 l/min Luft durchgeleitet. Man erhält bei einer Gesamtdurchsatzmenge von 200 ccm mit einem Deuteriumoxydgehalt von 0, 28 g aus dem Dampfgemisch (bei C) 5, 1 ccm Kondensat
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handenen Deuteriumoxyds.
Es ergeben sich hiemit Anreicherungsfaktoren in der ersten Stufe von über 350, die damit um mehr als eine Zehnerpotenz über den bisher erreichten Faktoren liegen.
Beispiel 3 : In die gleiche Apparatur, wie sie bei Beispiel 2 angewandt wird, werden in Gegenwart von 1 cm Quarzsandschicht (Schwingungsbanden 1000-1400 und 2400-2800 cm-l) 30 ccm Dioxan-Wassergemisch der azeotropen
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und 1250-1300 cm-1 (max. 1260 cm-)] und 20% Wasser [Schwingungsbanden 1550 bis 1700 cm-l (max. 1596-1650 cm-l) und 3700 bis 3800 cm-1 (max. 3756 cm-l) ] bei 60 C und 2, 1 l/min Stickstoff von 45 C und anschliessend zur Kondensation des verdampften Flüssigkeitsanteils während der ersten 0-30 sec in eine erste Kühlfalle und während der folgenden 30-150 sec in eine zweite Kühlfalle geleitet.
Der ganze Vorgang kann mehrfach wiederholt werden.
Von den Flüssigkeitsfraktionen, vom Ausgangsgemisch und vom Durchlauf werden die Brechungsindices bestimmt. Hieraus ergibt sich das Mischungsverhältnis entsprechend folgender Tabelle :
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<tb>
<tb> M <SEP> % <SEP> % <SEP>
<tb> cm <SEP> Cm. <SEP> Dioxan <SEP> Wasser <SEP>
<tb> Wasser <SEP> 1, <SEP> 3329 <SEP> 0 <SEP> 100
<tb> Dioxan <SEP> 1, <SEP> 4223 <SEP> 100 <SEP> 0
<tb> Azeotr.
<SEP> Gemisch <SEP> 30 <SEP> 1, <SEP> 4082 <SEP> 80 <SEP> 20
<tb> Kühlfalleninhalt
<tb> 0-30 <SEP> sec <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 4109 <SEP> 83, <SEP> 9 <SEP> 16, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Kühlfalleninhalt
<tb> 30-150 <SEP> sec, <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 4089 <SEP> 81, <SEP> 0 <SEP> 19, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Durchlauf <SEP> zirka <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 4069 <SEP> 78, <SEP> 6 <SEP> 21, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
Die Proben werden vor der Messung bis zum Sieden erhitzt, um gelöste Gase auszuschalten.
Hiemit ist die Zerlegung von azeotropen Gemischen nach diesem Verfahren gezeigt : Im Durchlauf ist das Wasser um zirka 7%, bezogen auf den ursprünglichen Wasseranteil, angereichert, währenddessen der Dioxananteil in der Kühlfalle 1 um zirka 5%, bezogen auf den ursprünglichen Dioxananteil, zugenommen hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Trennung von Flüssigkeitsgemischen, dadurch gekennzeichnet, dass man das zu trennende Flüssigkeitsgemisch durch partielle Verdampfung oder partielle Kondensation oder durch eine Kombination beider Massnahmen in Gegenwart von Schichten solcher grossoberflächiger, fester Körper trennt, deren Infrarotspektrumsbanden sich mit den Infra- rotspektrumsbanden nur einer der Komponenten des Flüssigkeitsgemisches überschneiden.
2 : Verfahren zum Trennen isotoper und azeotroper Flüssigkeitsgemische, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsgemisch durch grossoberflächige Schichten solcher fester Körper hindurchgeleitet wird, deren Infrarotspektrumsbanden sich mit denen der ersten (abzutrennenden) Komponente des Flüssigkeitsgemisches überschneiden, wobei es partiell verdampft wird, und dass die so erhaltenen Flüssigkeitsdämpfe durch grossoberflächige Schichten eines zweiten festen Körpers hindurchgeleitet werden, deren Infrarotspektrumsbanden mit denen der zweiten Komponente sich überschneiden, wobei die erste Komponente kondensiert wird.
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