Verfahren zur Durchführung ehemiseher und physikalischer Prozesse. Es wurde gefunden, dass sich chemische und physikalische Prozesse zwischen Kompo nenten verschiedenartiger Phasen mit über raschend gesteigerter Geschwindigkeit durch führen lassen und dass sie zu besonders ein heitlichen Produkten führen, wenn das Gefäss, in welchem der Prozess durchgeführt wird, raschen mechanischen, kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Schwingungen unter worfen wird. Es kann zweckmässig sein, Schwingungen von einer Frequenz von etwa einigen 100 bis etwa einigen 1000 pro Minute und einer Schwingungsweite von etwa einigen Millimetern, beispielsweise 5 mm, zur An wendung zu bringen.
Dieses Verfahren ist sowohl bei der Einwirkung von flüssigen auf feste Komponenten ausführbar, wie auch bei Reaktionen zwischen einem Gas und einer oder mehreren Flüssigkeiten insbesondere einer Emulsion oder Suspension. Schliesslich können auch mehrere nicht ineinander lös liche Flüssigkeiten, von denen eine oder mehrere eine Suspension oder Emulsion sein können, in der hier beschriebenen Weise ver arbeitet werden.
Geht man von Prozessen aus, die an der Phasengrenze festflüssig verlaufen, so wir ken sich die Schwingungsbewegungen des Reaktionsgefässes in der Weise aus, dass die auf die feste Komponente mittelbar oder ur- mittelbar übertragenen raschen und intensiven Bewegungen fortdauernd frische, reaktions fähige Oberfläche erzeugen, wobei gleichzeitig eine sich auf kleinste Flüssigkeitselemente erstreckende starke Mischwirkung eintritt. Die Vereinigung und beschleunigte Durch führung mit so einfachen Mitteln war in Drehrohren, Schlagmühlen bisher unmöglich.
Eine unmittelbare Einwirkung der Fest teilchen aufeinander ist dann ausreichend, wenn diese gross und fest genug sind, um durch den Anstoss sich gegenseitig abzuschlei fen oder zu zertrümmern. Sind diese Vor aussetzungen nicht erfüllt, so ist es ratsam, in den Reaktionsraum noch runde oder viel eckige harte Mahlkörper aus einem Werk stoff einzubringen, der bei den Umsetzungen nicht angegriffen wird.
In diesem Falle wird die schwingende Bewegung die festen Teil chen zerkleinern und abbauen und dabei gleich zeitig die flüssige Komponente kräftig durch mischen: Auf diese Weise wird erreicht, dass dauernd frische Oberfläche durch Bruch oder auch Abtragen von oberflächlich entstandenen Reaktionskomponenten erzeugt wird ui d an derseits dauernd frische Reaktionsflüssigkeit durch Mischwirkungdiese Oberflächen erreicht.
Nach dem hier beschriebenen Verfahren lassen sich chemische Vorgänge der verschie densten Art, wie zum Beispiel Sulf erungen, Nitrierungen, Oxydationen, Reduktionen, bezw. Halogenierungen, Alkylierungen, Arylierrrn- gen, Merzerisierungen und Kondensationen ausführen. Weiterhin lassen sich auch I3y- drierungen, insbesondere solche von Kohle, beispielsweise von. Braunkohle, nach dem hier beschriebenen Verfahren ausführen.
Ferner ist die gleiche Methode mit Vorteil bei der Extraktion von festen Stoffen mit Lösungs mitteln, also zum Beispiel von Knochen mit Benzin oder von Erdnüssen mit Trichlor- äthylen anwendbar. Bei der Flotation von Erzen ist es bei diesem Verfahren möglich, auch grobstöckiges Erz mit Wasser und Chemikalien gemeinsam in Behälter einzu bringen. Wird dieser Behälter hierauf in an sich bekannter Weise in rasche mechanische Schwingungen versetzt, so zertrümmert sich das Erz unter gleichzeitiger Reib- und Schleif wirkung gegenseitig; so dass sich an den ent stehenden feinen Erzteilchen, die Attraktions kräfte der Aufbereitungsmittel auswirken können.
Die neue Arbeitsweise stellt einen teelr- nischen Fortschritt dar. Beispielsweise . ge lingt es auf diese Weise, viele Umsetzungen, die sonst nur in organischen Lösungsmitteln oder beispielsweise in konzentrierter Schwe felsäure durchzuführen sind, in Wasser vor zunehmen. Hierdurch wird die kostspielige Wiedergewinnung vonLösungsmitteln erspart. Viele Reaktionen sind auch ohne Wärmezu- fuhr durchzuführen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die so durchgeführten Reaktionen ausserordentlich milde verlaufen und man durch Wahl geeigneter NoDzentra- tionen und Temperaturen sie so leiten kann, dass Nebenreaktionen ausgeschaltet werden und einheitliche Produkte entstehen.
So ge lingt die Substitution selbst hochkondensier ter Ringsysteme, die sonst nur in organischen Lösungsmitteln befriedigend verläuft, nach dem geschilderten Verfahren glatt und mit praktisch quantitativen Ausbeuten.
Das Verfahren kann grundsätzlich in üb lichen Gefässen ausgeführt werden. Man kann also beispielsweise einen festen Kohlenwasser stoff in vorzerkleinertem Zustand als grobes Pulver gemeinsam mit wässriger Säure in ein Reaktionsgefäss üblicher Formgebung einfüllen und dieses verschliessen. Der Behälter ist auf einer Vorrichtung angeordnet, welche mittels einer Antriebsvorrichtung in rasche mechanische, kreisförmige oder annähernd kreisförmige Schwingungen versetzbar ist.
Als eine solche Antriebsvorrichtung kommt beispielsweise eine umlaufende unausbalan- zierte lasse in Betracht. Vorteilhafterweise wählt man solche Antriebe, welche Sehwin- gungen in einer Frequenz von etwa einigen 100 bis etwa einigen 1000 in der Minute und einer Schwingungsweite von einigen Millimetern, beispielsweise 5 mm, hervorrufen.
Die anliegende Zeichnung veranschaulicht in schematischer Weise beispielsweise eine solche Vorrichtung. Sie stellt einen senk rechter) Querschnitt durch die Vorrichtung dar. Die auf den Federn H angebrachte Grundfläche C trägt das mit dem Deckel .r1 verschliessbare Reaktionsgefäss B. An der untern Seite der Grundfläche C ist die un- ausbalanzierte lasse G angebracht, die um die -Welle F rotiert. Diese Welle ist in dem Lager .E angeordnet. Der Antrieb der Welle erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Elektromotors. Ihre Umdre hungszahl beträgt einige 100 bis einige 1000 pro Minute.
Durch die rasch umlaufende unausbalanzierte lasse G wird das gesamte System in rasche Schwingungen versetzt, die, wie durch den im Innern des Gefässes ein gezeichneten Pfeil angedeutet, annähernd kreisförmig sind. Die Schwingungsweite be trägt bei der geschilderten Vorrichtung etwa 5 Hirn.
An Stelle des in der Zeichnung beschrie benen Reaktionsgefässes B kann auch ein Rohr verwendet werden. <I>Beispiele:</I> 1. 40,4 Gewichtsteile Pyren werden mit 300 Gewichtsteilen Salpetersäure 20 /oig. in einem zu 2/a des Inhaltes mit Mahlkörpern gefüllten Gefässe, raschen mechanischen, kreis förmigen oder annährendkreisförmigen Schwin gungen ausgesetzt. (1500 bis 3000 Schwin gungen in der Minute, bei einer Ausschlags weite von 3 mm.) Die Temperatur steigt von 20 auf 50 0. Nach etwa 4 Stunden ist die Reaktion beendet. Die entstandene gelbe Paste wird von den Mahlkörpern getrennt, abgesaugt, neutral gewaschen und getrocknet.
Man erhält 47 Gewichtsteile 3-Nitropyren vom Schmelzpunkt 149 bis 150 0.
2. 20,2 Gewichtsteile Pyren werden in 200 Gewichtsteile Wasser in der in 1. be schriebenen Weise raschen mechanischen, kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Schwingungen ausgesetzt. (1200 bis 3000 Schwingungen in der Minute bei einer Aus schlagsweite von 5 mm.) Man lässt während dieses Vorganges eine Lösung von 16 Ge wichtsteilen Brom in 120 Gewichtsteilen konzentrierter Salzsäure langsam innerhalb 3 Stunden zufliessen und mahlt noch 3 Stun den nach. Das Brom ist vollständig verbraucht. Die Reaktionspaste wird von den Mahlkör pern getrennt, abgesaugt, neutral gewaschen und getrocknet. Es werden 26 Gewichtsteile Brompyren erhalten.
3. 30,8 Gewichtsteile Acenaphten werden mit 100 Gewichtsteilen Wasser und 180 Ge wichtsteilen Salpetersäure 33 0%ig wie in Beispiel 1 angegeben behandelt. Nach etwa 12 Stunden trennt man von den Mahlkörpern, saugt ab, wäscht neutral und trocknet das Nitroacenaphten. Ausbeute 38 Gewichtsteile. 4. 10 Gewichtsteile 3-Aminopyren, 100 Gewichtsteile Alkohol, 8 Gewichtsteile Na triumacetat und 7,2 Gewichtsteile Tetrachlor- benzochinon werden in einem zu =/s mit Mahl körpern gefüllten Gefässraschen mechanischen, kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Schwingungen (1500 bis 3000 Schwingungen in der Minute bei einem Ausschlag von 3 mm) ausgesetzt.
Nach etwa 5 Stunden trennt man das braune Reaktionsprodukt von den Mahl körpern, saugt ab, wäscht mit Alkohol und Wasser und trocknet. Ausbeute 13,5 Ge wichtsteile des Kondensationsproduktes.
5. 200 Gewichtsteile 2.1-Naphtoxythio- phen werden mit 50 Gewichtsteilen Ätznatron und 750 Gewichtsteilen Wasser in einem mit etwa 2/s seines Raumes mit Hartporzellan kugeln gefülltem Gefäss raschen mechanischen, kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Schwingungen (1500 bis 3000 Schwingungen pro Minute bei einem Ausschlag von 3 mm) ausgesetzt. Durch Einleiten von Sauerstoff unter Erwärmung auf 60 o gelingt es inner halb von Stunden, das gesamte 2 . 1 - Naphtoxythiophen in den 2.1-Naphthioindigo überzuführen.
Procedure for carrying out previous and physical processes. It has been found that chemical and physical processes between components of different phases can be carried out at a surprisingly increased speed and that they lead to particularly uniform products if the vessel in which the process is carried out is rapid mechanical, circular or approximately circular vibrations. It may be useful to apply vibrations at a frequency of about a few 100 to about a few 1000 per minute and an oscillation width of about a few millimeters, for example 5 mm.
This method can be carried out both with the action of liquid on solid components and with reactions between a gas and one or more liquids, in particular an emulsion or suspension. Finally, several liquids that are not soluble in one another, one or more of which can be a suspension or emulsion, can be processed in the manner described here.
If one assumes processes that run solidly at the phase boundary, the vibrational movements of the reaction vessel work in such a way that the rapid and intense movements transferred directly or indirectly to the solid component continuously generate fresh, reactive surfaces, at the same time a strong mixing effect, extending to the smallest liquid elements, occurs. The unification and accelerated implementation with such simple means was previously impossible in rotary kilns and hammer mills.
Direct action of the solid particles on one another is sufficient if they are large and firm enough to wear off or smash one another through the impact. If these prerequisites are not met, it is advisable to bring round or polygonal hard grinding media made of a material that is not attacked during the reactions into the reaction chamber.
In this case, the oscillating movement will crush and break down the solid particles and at the same time vigorously mix the liquid component: This ensures that a permanently fresh surface is created by breaking or removing superficial reaction components and on the other hand constantly fresh reaction liquid reaches these surfaces through mixing action.
According to the method described here, chemical processes of the most varied types, such as sulfations, nitrations, oxidations, reductions, respectively. Carry out halogenation, alkylation, arylation, mercerization and condensation. Furthermore, I3y- drations, in particular those of coal, for example of. Run lignite according to the procedure described here.
The same method can also be used to advantage in the extraction of solid substances with solvents, for example bones with gasoline or peanuts with trichlorethylene. In the case of ore flotation, this process enables large-scale ore to be brought into containers together with water and chemicals. If this container is then set into rapid mechanical vibrations in a manner known per se, the ore smashes against each other with simultaneous friction and grinding action; so that the attractive forces of the processing agent can have an effect on the resulting fine ore particles.
The new way of working represents a spiritual advance. For example. In this way, it is possible to carry out many reactions in water that can otherwise only be carried out in organic solvents or, for example, in concentrated sulfuric acid. This saves the costly solvent recovery. Many reactions can also be carried out without the supply of heat. Another advantage is that the reactions carried out in this way are extremely mild and, by choosing suitable central concentrations and temperatures, they can be directed in such a way that side reactions are eliminated and uniform products are formed.
The substitution of even highly condensed ring systems, which otherwise only proceeds satisfactorily in organic solvents, succeeds smoothly and with practically quantitative yields using the process described.
In principle, the process can be carried out in conventional vessels. So you can, for example, pour a solid hydrocarbon in a pre-crushed state as a coarse powder together with aqueous acid into a reaction vessel of conventional shape and close it. The container is arranged on a device which can be set into rapid mechanical, circular or approximately circular vibrations by means of a drive device.
A circumferential, unbalanced lass, for example, can be considered as such a drive device. It is advantageous to choose drives which produce visual oscillations at a frequency of about a few 100 to about a few 1000 per minute and an oscillation range of a few millimeters, for example 5 mm.
The attached drawing schematically illustrates, for example, such a device. It represents a vertical cross-section through the device. The base surface C attached to the springs H carries the reaction vessel B, which can be closed with the lid .r1. On the lower side of the base surface C, the unbalanced lasse G is attached, which around the - Shaft F rotates. This shaft is arranged in the bearing .E. The shaft is driven in a known manner, for example with the aid of an electric motor. Their number of revolutions is a few 100 to a few 1000 per minute.
Due to the rapidly rotating unbalanced lasse G, the entire system is set into rapid oscillations, which, as indicated by the arrow drawn inside the vessel, are approximately circular. The vibration amplitude be in the device described above about 5 brains.
Instead of the reaction vessel B described in the drawing, a tube can also be used. <I> Examples: </I> 1. 40.4 parts by weight of pyrene are mixed with 300 parts by weight of nitric acid 20%. in a vessel filled to 2 / a of the contents with grinding media, exposed to rapid mechanical, circular or approximately circular vibrations. (1500 to 3000 vibrations per minute, with a deflection width of 3 mm.) The temperature rises from 20 to 50 0. The reaction is complete after about 4 hours. The resulting yellow paste is separated from the grinding media, filtered off with suction, washed neutral and dried.
47 parts by weight of 3-nitropyrene with a melting point of 149 to 150 ° are obtained.
2. 20.2 parts by weight of pyrene are exposed to rapid mechanical, circular or approximately circular vibrations in 200 parts by weight of water in the manner described in 1.. (1200 to 3000 vibrations per minute with an impact width of 5 mm.) During this process, a solution of 16 parts by weight of bromine in 120 parts by weight of concentrated hydrochloric acid is allowed to slowly flow in over 3 hours and grind for a further 3 hours. The bromine is completely consumed. The reaction paste is separated from the Mahlkör pern, filtered off with suction, washed neutral and dried. 26 parts by weight of bromopyrene are obtained.
3. 30.8 parts by weight of acenaphthene are treated with 100 parts by weight of water and 180 parts by weight of nitric acid 33% strength as indicated in Example 1. After about 12 hours, the grinding media are separated, filtered off with suction, washed neutral and the nitroacenaphthene is dried. Yield 38 parts by weight. 4. 10 parts by weight of 3-aminopyrene, 100 parts by weight of alcohol, 8 parts by weight of sodium acetate and 7.2 parts by weight of tetrachlorobenzoquinone are filled with mechanical, circular or approximately circular vibrations (1500 to 3000 vibrations in the Minute with a deflection of 3 mm).
After about 5 hours, the brown reaction product is separated from the grinding bodies, filtered off with suction, washed with alcohol and water and dried. Yield 13.5 parts by weight of the condensation product.
5. 200 parts by weight of 2.1-naphthoxythiophene are mixed with 50 parts by weight of caustic soda and 750 parts by weight of water in a vessel filled with hard-paste porcelain balls at about 2 / s of its space, causing rapid mechanical, circular or approximately circular vibrations (1500 to 3000 vibrations per minute with a deflection of 3 mm). By introducing oxygen while heating to 60 o, it is possible within hours to complete the entire 2nd 1 - Naphtoxythiophene to be converted into 2.1-naphthioindigo.