Verfahren zur Beschleunigung und/oder Aktivierung chemischer Reaktionen oder der Emulgierung mittels des magnetischen Kraftflusses
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschleunigung und/oder Aktivierung chemischer Reaktionen oder der Emulgierung mittels des magnetischen Kraftflusses, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass einer Substanz oder einem Gemisch von Substanzen, das bzw. die chemischen Reaktionen oder der Emulgierung unterworfen werden soll bzw. sollen, als primäre Energie der magnetische Kraftfluss zugeführt wird, wobei gleichzeitig als sekundäre, kinetische Energie eine Bewegung, z. B. eine Rührbewegung, gegebenenfalls gleichzeitig mit einer gleichwertigen Bewegung, wie z.B. die Anwendung von Schwingungen, oder die Anwendung von Schwingungen allein verwendet wird.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bewirkung der Induktion oder Beschleunigung von chemischen Reaktionen oder der Emulgierung durch Verwendung der Aktivierung, die sowohl durch die primäre als auch durch die sekundäre Energie erzeugt wird, zu schaffen.
Es ist bereits bekannt, dass chemische Reaktionen einer Substanz oder zwischen Substanzen beschleunigt werden, indem auf die in ein Gefäss gebrachte Substanz bzw. Substanzen Hitze, Rührung, Hitze unter erhöhtem Druck, Hochfrequenzstrom oder Ultraschall angewendet werden. Diese Verfahren können alle lediglich die Zuführung einfacher äusserer Energie zur Beschleunigung der Reaktion sein.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist im Grundgedanken fundarnental verschieden von den bekannten Verfahren, weil das erstere Verfahren zur Induktion oder Beschleunigung der Reaktion oder Emulgierung einer Substanz oder zwischen Substanzen nicht auf die Zuführung einer derart einfachen Energie wie in den bekannten Verfahren gegründet ist, sondern auf komplizierte Wirksamkeiten, die durch die gleichzeitige Anwendung des magnetischen Kraftflusses als primäre Energie und der vorstehend erwähnten sekundären kinetischen Energie erzeugt werden.
Es ist vorteilhaft, dass das erfindungsgemässe Verfahren zu einer Vervollständigung der Reaktion oder Emulgierung der Substanz bei einer niedrigeren Temperatur in einem sehr kurzen Zeitraum führt, während die Substanz der Reaktion oder Emulgierung mittels des bekannten Verfahrens kaum ohne Anwendung von erhöhter Temperatur, hohem Druck oder Hitze während eines langen Zeitraumes unterworfen würde.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind drei für das erfindungsgemässe Verfahren verwendbare Reaktionsgefässe veranschaulicht; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Reaktionsgefässes mit teilweise weggebrochener Abdeckplatte, und die
Fig. 2 und 3 sind perspektivische Ansichten von Reaktionsgefässen, die unter verschiedenen Bedingungen verwendet werden.
Das Reaktionsgefäss (1) ist aus einem elektrischen Nichtleiter, wie z.B. Zement, keramischem Material, Glas, Gummi, synthetischem Harz oder Holz, hergestellt. Auf der äusseren Oberfläche des Gefässes ist eine aus Kupferdraht oder Kupferrohr hergestellte Magnetspule (2) angebracht. Der magnetische Kraftfluss wird erzeugt, indem ein geeigneter elektrischer Strom durch die Magnetspule geschickt wird. Die Anwendung von beispielsweise Gleichstrom, Niederfrequenzstrom oder Hochfrequenzstrom baut in dem Reaktionsgefäss den Fluss des magnetischen Feldes 4 von definierter Richtung und Intensität in Abhängigkeit von den Windungen der Magnetspule und der Intensität und Frequenz des zugeführten Stromes auf. Der magnetische Kraftfluss kann z.B. mittels eines Elektromagneten oder eines permanenten Magneten anstelle der Magnetspule erzeugt werden.
Wenn eine höhere Wirkung des magnetischen Kraftflusses, der in dem Reaktionsgefäss geschaffen wird, erwünscht ist, ist es vorzuziehen, wie in Fig. 2 gezeigt, eine geeignete magnetisch durchlässige Platte 3 zwischen dem Reaktionsgefäss 1 und der Magnetspule 2 zu verwenden, wobei die magnetisch durchlässige Platte 3 aus einem derartigen Material wie Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Siliziumstahl oder Permalloy hergestellt und mit einem elektrischen Isolator, wie z.B. Glimmer, Asbest oder einem synthetischen Harz, isoliert ist. Die Verwendung von 2 oder mehr Magnetspulen in Verbindung wie in Fig. 3 gezeigt oder die Verwendung derselben in
Verbindung mit der magnetisch durchlässigen Platte kann ein besseres Ergebnis erzeugen.
Um mehr magnetischen Kraftfluss um die Mitte des
Reaktionsgefässes zu konzentrieren, ist es vorzuziehen, in oder um die Mitte des Reaktionsgefässes einen elektrisch leitenden Körper von geeigneter Form, der aus einem elektrisch leitenden Material, wie z.B. Metall, Metallo xyd, Graphit oder Kohlenstoff, hergestellt ist, in einer solchen Weise vorzusehen, dass er vom äusseren elek trisch isoliert ist. Der magnetische Kraftfluss kann auf diese Weise durch den elektrisch leitenden Körper in die
Mitte induziert werden.
Ein magnetischer Kraftfluss mit sehr hoher Aktivität kann erzeugt werden, indem Hochfrequenzstrom von einer geeigneten Frequenz durch eine Magnetspule für
Hochfrequenzstrom geschickt wird.
Die Zuführung der sekundären kinetischen Energie kann beispielsweise durch Rühren unter Verwendung einer geeigneten Rühreinrichtung, wie z.B. einem Rührer mit drehbarer Welle und abstehenden Flügeln, die aus elektrisch isolierendem Material, wie z.B. einem syntheti schen Harz, hergestellt und in dem Reaktionsgefäss 1 angebracht ist, geschehen. Die Verwendung des oben erwähnten elektrisch leitenden Körpers als Teil der
Rühreinrichtungoder auf einem Teil des Schaftes oderder
Schaufel der Rührvorrichtung angebracht, kann die In duktion des magnetischen Kraftflusses zur Mitte des
Reaktionsgefässes erleichtern, wodurch mehr Aktivie rungsenergle erzeugt wird, um mehr Beschleunigung der
Reaktion zu bewirken.
Als anderes Mittel zur Erzeugung der sekundären kinetischen Energie kann ein Mittel, wie eine Kohlen stoffelektrode, die in das Reaktionsgefäss eingebaut ist, durch die ein elektrischer Strom, wie z. B. Wechselstrom,
Gleichstrom oder Hochfrequenzwechselstrom geschickt wird, um Schwingungen zu erzeugen, oder eine andere
Finrichtung, die Hochfrequenzstrom erzeugt und in das
Reaktionsgefäss gebracht wird, verwendet werden, um einen mit hoher Frequenz oszillierenden Fluss zu erzeu gen. Es kann möglich sein, die beiden in Verbindung miteinander zu verwenden.
Wenn die Substanz oder das Gemisch von Substanzen flüssig oder gasförmig ist bzw. sind, kann die sekundäre kinetische Energie ohne Verwendung einer Rührungsein richtung lediglich durch die Bewegung der Substanz selbst in dem Reaktionsgefäss infolge ihrer Fluidität zugeführt werden. Es ist wesentlich, die sekundäre ldneti- sche Energie in Kombination mit der primären Energie, dem magnetischen I Krafffluss, vorzusehen, und die Rich- tung der Bewegung der Substanzen im Reaktionsgefäss muss praktisch rechtwinklig zur Richtung des magneti schen Kraftflusses sein.
Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfah rens wird zweckmässig so vorgegangen, dass die umzuset zende bzw. zu emulgierende Substanz oder das umzuset zende bzw. zu emulgierende Gemisch von Substanzen in ein Reaktionsgefäss gebracht wird, das in der oben angegebenen Weise eingerichtet ist, und der Reaktion während eines geeigneten Zeitraumes unterworfen wird, während der magnetische Kraftfluss als primäre Energie zugeführt und gleichzeitig ein Mittel für die sekundäre kinetische Energie, die für die gewünschte Reaktion oder
Emulgierung geeignet ist, angewendet wird. Es ist zur weiteren Beschleunigung der Reaktion wirksam, wenn man einen für die Reaktion geeigneten Katalysator verwendet oder die Reaktionstemperatur in einer ange messenen Weise für die Reaktion einstellt.
Wenn bei der Anwendung des elektrischen Stromes eine ungünstige Oxydations- oder Hydrolysereaktion diese Reaktionen begleitet, kann verhindert werden, dass die ungünstige Reaktion die gewünschte Reaktion begleitet, indem eine leicht oxydierbare Substanz, wie z.B. Kohlenstoff, Blei oder Nickel, als Teil der in dem Reaktionsgefäss angebrachten Rühreinrichtung, der geladenen Elektrode oder des Ultraschallvibration erzeugenden Pols verwendet wird, oder indem ein positives Diaphragma, das mit FE2O4, Cr2O2 oder TiG bedeckt ist, für die Elektrode verwendet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann wirksam auf eine Vielzahl von Reaktionen angewendet werden, wie z.B. Reaktionen zwischen Flüssigkeiten, einer Flüssigkeit und einer Festsubstanz, einer Flüssigkeit und einem Gas, Gasen, Festsubstanzen und einer Flüssigkeit und einem Gas.
Beispiel I
Zu 390 g Wasser werden 11,4 g eines oberflächenaktiven Mittels, 6,0 g Calciumchlorid und 2,8 g Essigsäureanhydrid gegeben. Die entstehende emulgierbare Lösung wird bei 600 bis 800 C gehalten und in ein Gefäss mit einem Volumen von 2 Liter gebracht, das aus einem isolierenden synthetischen Harz, z.B. Vinylchlorid oder Polyäthylen, hergestellt ist. Dann wird Oszillation (die primäre Energie) mittels einer Hochfrequenzspule bewirkt, und gleichzeitig werden, während ein Rührer (die sekundäre Energie) rotieren gelassen wird, 500 g schwierig emulgierbarer Asphalt zugegeben. Das Rühren wird 3 Minuten lang fortgesetzt und 910g gelbbraun gefärbte, beständige kationische Asphaltemulsion, die aus sehr fein emulgierten Partikeln besteht, wird erhalten.
Beispiel 2
Das hier verwendete Verfahren dient dazu, unerwünschte Nebenreaktionen, wie z.B. Oxydation (die Verfärbung zu einer schwärzlichbraunen Farbe bewirkt) und Hydrolyse zu vermeiden, die beide während der Reinigung von feinverteiltem Cellulosematerial, z.B.
Reis, Weizen, Bagasse, Jute usw. und Pentosanen, vor sich gehen kann, und es dient ebenfalls dazu, nur innere chemische Reaktionen zu beschleunigen, durch die die Lösung von chemisch modifiziertem, schwierig wasserlöslichem Calciumhydroxyd, Schwefelpulver oder Natriumcarbonat mit gewissen Verunreinigungen. wie z.B.
Ligninen, Gummis, Harzen und ölen und Proteinen, umgesetzt wird.
Reaktionsgefäss:
Aus Beton hergestellter zylindrischer Tank mit elliptischem Querschnitt (72,4 Liter Volumen, 9 cm dick, 15 cm hoch und 60 cm in der langen Achse und 50 cm in der kurzen Achse).
Rohmaterial:
Gerstenstroh, zu einer Länge von 1,0 bis 1,5 cm zerschnitten, 2 kg (Trockengewicht 1,74 kg).
Reinigungsmittel: CA (OH)2 200 g, Na CO5 100 g, Na2 S 80 g, Schwefelpulver 20 g. Für die zweite und die folgenden Reaktionen wird die Abfallflüssigkeit der ersten Reaktion wieder verwendet, indem sie mit 10 % jedes der Mittel versetzt wird, was dem Verlust infolge Adsorption der Pulpen entsprechen kann.
Wasser: 60 Liter.
Magnetspule:
Ausserhalb des Gefässes angebracht. Doppelter mit Baumwolle umwickelter Kupferdraht 3,2 mm Durchmes ser, mit Paraffin-Asphat isolierter Draht, 9 Windungen pro cm. Zwischen dem Reaktionsgefäss und der Magnetspule angebracht. Isoliert mit Asbest. pm 9000 bis plm 15 000.
Magnetflussdichte: 2590 x 105 Gauss (bei 20 A).
Elektroden:
2 perforierte Kohlenstoffelektroden in einem Satz.
Gesamtfläche 5400 cm2, 2 cm dick, 18 cm breit und 70cm hoch. Jede dieser Platten weist 75 Löcher von 1,2 mm Durchmesser auf.
Kationisches Diaphragma:
Drahtgewebe mit 0,59 mm Maschenweite aus Fe3O, 20 x 70 cm. Zwei in einem Satz.
Rührer:
Er besteht aus einem Bakelitschaft und aus Flussstahl hergestellten Schrauben. 59 Umdrehungen pro Minute.
Erforderliche elektrische Energie:
Für die primäre Energie Wechselstrom mit elektromagnetischem Feld (80-70-60 Volt, 18-20-23 A) und für die sekundäre Energie Elektroden und Rührung (80-7060 Volt, 25-30-38 A). Insgesamt im Mittel 1,45 kWh.
In das Reaktionsgefäss, in das Wasser gebracht wird, werden die Reinigungsmittel unter Rühren zugegeben.
Das magnetische Wechselfeld wird magnetisiert, und der Durchgang von Wechselstrom wird begonnen. Nachdem die Lösung oder Ionisierung der Mittel geprüft ist, wird das feingeschnittene Stroh zugegeben. Zirka 20 Minuten danach wird das Zerbrechen des Strohs geprüft.
Weitere 25 Minuten lang wird das Reinigen fortgesetzt.
Dann wird die Operation unterbrochen, und das gereinigte Fasermaterial wird entfernt. Dann wird es 35 Minuten lang mittels eines Holländers zerfasert und dann mit Wasser gewaschen. Blassgelbe, ungebleichte Gersten strohpulpe. 1,418 kg, wird erhalten. Ausbeute 81,5.
Beispiel 3
30 Liter warmes Wasser werden in ein Reaktionsgefäss gebracht. Dazu wird Aluminiumsulfat gegeben, und dann wird Schwefelsäure tropfenweise zugegeben. In einem getrennten Gefäss wird Batatenstärke mit 30 Liter warmem Wasser gebracht. Es wird von Hand gerührt.
Die entstehende Dispersion wird unter Rühren in das Reaktionsgefäss gebracht. Während eines weiteren Zeitraumes von 5 Minuten wird gerührt. Dann wird der oszillierende Hochfrequenzfluss zur Wirkung gebracht.
Zu Zeiten wird ein kleiner Teil des Reaktionsgemisches herausgenommen, urn mittels der Jodprobe auf die Anwesenheit von Dextrin zu prüfen, um zu bestimmen, wann die Reaktion beendet werden soll. Nach zirka 35 Minuten ist die Reaktion beendet. Eine Lösung mit niedriger Viskosität (Be 140), 60 Liter, wird erhalten.
Die Lösung wird neutralisiert, filtriert, eingeengt, entfärbt oder desodorisiert, filtriert, erneut eingeengt, kristallisiert und filtriert. Kristalliner durchsichtiger Traubenzucker wird verhalten. 9,37 kg. Ausbeute 78,610/,.
Beispiel 4 Dia Ion SKIA (kationisches Austauschharz, hergestellt von Mitsubishi Kasei Kogyo K.K., Austauschkapazität Ca 38 g/l = 1,031 kg.),250 cm3 (257,8 g) wird bis zur Sättigung mit 500 cm3 1,2 n-Calciumchloridlösung ausgetauscht und dann gut mit 4 Liter destilliertem Wasser gewaschen. Die lonenaustauschreaktion wird unter Verwendung von 0,51 n-Natriumchloridlösung bei einer Fliessgeschwindigkeit von 10cm3/5 Minuten vorgenommen.
Bei dem bekannten Verfahren beträgt die Extraktionsleistung 12 g und die Abstreifleistung 31,5%, und die Einlasslösungstemperatur bleibt unverändert 28,50C. Bei dem vorliegenden Verfahren werden die gleichen Bedingungen verwendet, es werden jedoch elektromagnetische Felder angewendet. Weil die Fliessgeschwindigkeit zunimmt, ist es erforderlich, sie auf die gleiche Geschwindigkeit, 10 cm3/5 Minuten, wie beim bekannten Verfahren zu regeln. Die Einlasslösungstemperatur von 28,50C nimmt auf 33,50C am Auslass zu, und die Extraktions- und Abstreifleistungen von Ca** werden auf 6,35 g bzw. 92,1% verbessert. Dieser Vergleichsversuch zeigt, dass das vorliegende Verfahren die Wirkung einerlonenaustauschreaktion fördern kann.