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Verfahren zur synthetischen Darstellung von Ammoniak.
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Im übrigen erschien es schon, vom rein praktischen Standpunkte aus betrachtet, äusserst schwierig, höhere Drücke als die oben angegebenen zu erzielen, die Apparate, in denen sie angewandt werden, dicht zu halten und dabei die vorgeschriebenen hohen Temperaturen anzuwenden.
Bei diesem Sachverhalt ist es nicht überraschend, dass jeder Gedanke, die bei der Industrie der komprimierten Gase bisher gebräuchlichen Drücke von 150-200 Atm. zu übersteigen, allgemein verworfen wurde. Tatsächlich sind auch seit Professor Haber alle Bestrebungen darauf gerichtet, den Arbeitsdruck möglichst zu verringern.
Es wurde nun gefunden, dass im Gegensatz zu diesen Bestrebungen es möglich ist, geläufiger Weise bei Drücken zu arbeiten, die höher liegen, als die eben genannten, dass trotz der Enormität dieser Drücke (400-2000 Atm. ) ihre Anwendung sich als höchst vorteilhaft erweist und dass die ganze Prozedur sich bei Einhaltung der nachfolgend angegebenen Bedingungen ohne Schwierigkeiten durchführen lässt. Diese
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gebiet der bei den Artilleriefeuerwaffen vorkommenden Drücken an und sollen hier mit dem Sammel- namen,, Hyperdrücke" bezeichnet werden. Die Arbeitsbedingungen, die die Anwendung dieser Hyperdrücke erfordern oder gestatten, wurden festgestellt und daraus hat sich das folgende ergeben.
Auch hier und im Gegensatze zu dem, was anzunehmen berechtigt erschien, ist das Vorhandensein eines Kata-
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lysators unerlässlich. Jedoch gestattet die gesteigerte Ausbeute der Reaktion von der Anwendung sehr wirksamer und sonach kostspieliger Katalysatoren Abstand zu nehmen und sich mit bekannten Katalysatoren, wie Eisen, zu begnügen.
Versuche haben gezeigt, dass die günstigste Temperatur ungefähr 500-7000 C beträgt, je nach Beschaffenheit des benutzten Katalysators. In dieser Weise erhält man, selbst mit nicht besonders wirksamen Katalysatoren, praktisch passende Verbindungskoeffizienten.
Ferner wurde gefunden, dass selbst bei Apparaten von relativ geringer Leistungsfähigkeit die eingeleitete Reaktion sich ohne ständige Wärmezufuhr fortsetzt und erhält. Der Wärmeüberschuss, der durch passende Abkühlung der Aussenfläche des Katalysators in der Reaktionszone wess'ebracht werden muss, wird leicht in verwendbarer Form aufgefangen, z. B. in Form hoch gespannten Wasser-
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nommen werden kann.
Zufolge des hohen Wertes des Verbindungskoeffizienten und des hohen Arbeitsdruckes wird es leicht möglich, das fabrizierte Ammoniak, ohne Zuziehung irgendwelcher Spezialkühlmittel, mittels einer einfachen Kaltwasserzirkulation zu verflüssigen.
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ist der erste Katalysator, in den das hyperkompnmierte Gemisch durch t1, B einströmt. Dieser Apparat besteht aus einem langen, dickwandigen, nahtlosen Rohr aus Stahl oder anderem geeigneten Metall und besitzt einen hohen Festigkeitsgrad bei geringer Wärmeleitfähigkeit. Dieses Rodr ist auf der rechten Seite geschlossen und enthältinkonzentrischer Anordnung ein weiteres, dünnwandiges Rohr T1. das auf der rechten Seite geöffnet und an seinem freien Ende in dem durchloehten Ring J geführt ist.
Das linke Ende dieses zweiten, auf der rechts befindlichen Seite die katalysierende Substanz enthaltenden Rohres ist in den Metallstopfen A eingedichtet, welcher seinerseits dicht und fest passend (beispielsweise Dichtungen durch Feder und Nut mit eingelegten Kupferringen) in das linke Ende des Aussenrohres eingeschraubt ist. In den Stopfen A ist ein weiteres dickwandiges Rohr G dicht eingeschraubt, welches als Kondensator dient und zu diesem Zwecke von einem'Wasserzirkulationsmantel B umgeben ist. Unten ist der lichte Querschnitt des Rohres G an der Stelle F erweitert. Die an dieser Stelle sicll ansammelnde
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das Rohr H nach einem zweiten Katalysator und erforderlichenfalls nach einem dritten abziehen.
Die Abmessungen der Katalysatoren können dabei von dem einen zum andern kleiner genommen werden.
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austauscher, in welchem das durch B zuströmende Gemisch unter dem Einfluss der durch den Reaktions- vorgang-entwickelten Wärme bis auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird. In dem rechts gelegenen Teile vermittelt dieses Gemisch die Ableitung der Reaktionswärme nach aussen. Erwähnt sei hier, dass der als unmittelbare Folge der Enormität der Drucke sich ergebende geringe Querschnitt des Zentralrohres, die die Erzielung der günstigsten (exakten) Temperatur gewährleistende Ableitung der entwickelten Wärme, durch die Wandung hindurch, bedeutend erleichtert, da ja eine grosse Wärmemenge in einem sehr kleinen Volumen erzeugt wird.
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Indem eine bedeutende Wärmemenge durch einen Querschnitt von verhältnismässig geringer Weite abgeleitet wird, entsteht ein beträchtlicher Temperaturabfall zwischen dem inneren Katalysatorraum und der Wandung des den Druck aushaltenden Aussenrohres. Dieser Temperaturabfall wird durch den Umstand ermöglicht, dass das druckfeste Gefäss, wie oben bereits angegeben, aus einem Metall von schlechtem Wärmeleitungsvermögen hergestellt ist. Daraus folgt, dass die äusseren Schichten dieses Metallgefässes zwar die Abfuhr einer grossen Wärmemenge nach aussen gestatten, jedoch auf Temperaturen sieh erhalten, die genügend tief sind, um zu verhindern, dass die Widerstandsfähigkeit des Metalles und dessen Undurchlässigkeit gegenüber Gasen in Mitleidenschaft gezogen werden.
Erforderlichenfalls kann die Erzielung der tiefen Aussentemperatur dadurch erleichtert werden, dass man zwischen der Reaktionskammer und der den Druck aushaltenden Innenwand des Metallgefässes eine Schicht aus Isolationsmaterial, z. B. aus Asbest, einschaltet, welche den Temperaturabfall zwischen dem Innern der Reaktionskammer und der Aussenwandung des dem Druck widerstehenden Metallgefässes erhöht. Bei dem auf der Zeichnung dargestellten Apparat würde man die Innenwand des Metallgefässes T mit der Isolationsschicht bekleiden.
Selbstverständlich leitet sich die Reaktion nicht von selbst ein. Um sie einzuleiten, kann man beispielsweise einen elektrischen Heizdraht verwenden, der auf der rechten Seite von T angeordnet wird.
Bei Eintritt der Reaktion wird der elektrische Stromkreis unterbrochen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur synthetischen Darstellung von Ammoniak unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur, aus seinen, auf die Reaktionstemperatur gebrachten Elementen dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion unter Drücken einer Grössenordnung von 400-2000 Atm., bei Gegenwart eines katalytisch wirkenden Stoffes vor sich geht, derart, dass nach Einleitung der Reaktion durch äussere Wärmezufuhr die Reaktionstemperatur mittels der bei der Vereinigung der Elemente entwickelten Wärme unter gleichzeitiger Ableitung jeglichen Wärmeüberschusses nach aussen, auf einer Höhe von ungefähr 500-7000 erhalten wird.