DE1048872B

DE1048872B - Vorrichtung zur Reinigung von chemischen Stoffen durch Sublimation im Vakuum

Info

Publication number: DE1048872B
Application number: DEC15910A
Authority: DE
Inventors: Pierre Henri Balange; Louis Grulet; Rene Pierre Victor Roe
Original assignee: Compagnie Francaise des Matieres Colorantes SARL
Current assignee: Compagnie Francaise des Matieres Colorantes SARL
Priority date: 1956-12-07
Filing date: 1957-12-06
Publication date: 1959-01-22
Also published as: BE562486A; CH341795A; US2993764A; NL96415C; FR1163217A; GB812883A

Description

Die Verfahren der Reinigung durch Sublimation werden im allgemeinen in zwei Gruppen eingeteilt.

Die erste dieser Gruppen umfaßt die sogenannte »echte Sublimation«. Das Verfahren besteht darin, daß man die von dem zu reinigenden Stoff, der sich in festem Zustande befindet, abgegebenen Dämpfe kondensiert, wobei das gereinigte Produkt ebenfalls als fester Stoff anfällt. Die Kondensationstemperaturen liegen dabei unterhalb des Tripelpunktes; es tritt daher niemals eine. flüssige Phase auf. Diese Technik ist in industriellem Maßstabe nur auf Stoffe anwendbar, welche in festem Zustande einen hohen Dampfdruck besitzen. Bei den Stoffen, welche in festem Zustande einen geringen Dampfdruck besitzen, muß das Verfahren unter einem sehr hohen Vakuum durchgeführt werden. Indessen erfolgt unter diesen Verhältnissen die Diffusion der Dämpfe außerordentlich langsam, und die Leistung der Anlage bleibt sehr gering.

Diese letztgenannten Stoffe bilden vorzugsweise den Gegenstand der Verfahren der zweiten Gruppe, der sogenannten »Pseudo-Sublimation«. Das zu süblimierende Produkt wird in den flüssigen Aggregatzustand übergeführt, und zwar bei einer solchen Temperatur, daß der Dampfdruck erheblich ansteigt, wobei aber die Temperatur noch unter dem Siedepunkt bei dem betreffenden Vakuum bleibt. Die abgegebenen Dämpfe werden in dem Kondensator in den festen Aggregatzustand übergeführt und so aufgesammelt.

In beiden Fällen muß die industrielle Fertigung eines Sublimierapparats den folgenden beiden wesentlichen Faktoren Rechnung tragen:

1. Die von einem festen Körper oder von einer Flüssigkeit bei Temperaturen unterhalb des Siedepunktes abgegebenen Gasmoleküle haben im allgemeinen geringe Diffusionsgeschwindigkeiten. Die Übergänge von Masse an die kalte Wandung sind ebenfalls gering. Um eine bedeutende Produktion zu erreichen, muß man also sehr große Apparate bauen. Um die Dämpfe in Bewegung zu setzen, verwenden gewisse Verfahren einen »Mitnehmer«, d. h. ein inertes Gas, das in den Apparat in geregelter Menge eingeführt wird. Falls ein sehr hohes Vakuum notwendig ist, steigt dadurch der Gestehungspreis der Vakuumpumpenanlagen ganz erheblich an.

2. Die Ansammlung des sublimierten festen Produktes auf dem Kondensator setzt im Verlauf eines Arbeitsvorganges den Wirkungsgrad des Kondensators sehr rasch herab. Dieser Übelstand ist um so ernster, als sich im allgemeinen harte Krusten bilden, welche von den Wänden nur durch sehr energische Maßnahmen abgelöst werden können, wobei dann aber auch MetaUteilchen mitgerissen werden. Müssen aber Vorrichtung zur Reinigung vorr chemisches Stoffen durch Sublimation im Vakuum

Anmelder;

Compagnie Frangaise des Matieres Colorantes, Paris

Vertreter: Dr, M. Eule, Patentanwalt, München 13, Kurfürstenplatz 2

Beanspruchte Priorität: Frankreich, vom 7. Dezember 1956

PieixetHenri Belange, Rouen, Seine-Maritime, Louis Grulet, Les Authieux sur Ie Port,

St. Quen par Oissel, Seine-Maritime, und Rene Pierre Victor Roe, Rouen, Seine-Maritime

(Frankreich), sind als Erfinder genannt worden,

die erhaltenen Produkte frei von allen Metallspuren sein, insbesondere frei von Eisen, dann wird die Wahl des Werkstoffs des Apparats zu einem unlösbaren Problem.

Die vorliegende Erfindung hat zum -Ziel die Schaffung eines Apparates zur Reinigung chemischer Produkte durch Sublimation, den man sowohl für die echte bzw. Normalsublimation wie auch für die Pseudosublimation verwenden kann. Zum Unterschiede von den bereits bekannten Apparaten erlaubt der erfindungsgemäße Apparat bei sehr geringen Abmessungen eine beträchtliche Leistung. Dieser Vorteil ist auf den Umstand zurückzuführen, daß der Weg der Gasmoleküle zwischen dem erwärmten zu reinigenden Stoff und der kalten Wandung des Sublimierapparats auf wenige Millimeter beschränkt ist. Ferner wird das sublimierte feste Produkt, anstatt sich auf dem Kondensator anzusammeln, schon bei seiner Bildung mitgerissen und aus dem - Bereich der Sublimation herausgeführt. Dieser Um-

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stand ist einer der Faktoren, welche die Reinheit der erhaltenen Produkte bedingen. Es ergibt sich weiterhin daraus, daß der Kondensator dauernd seinen maximalen Wirkungsgrad beibehält. Der Apparat ist demzufolge einer stetiger! Arbeitsweise fähig. ^! Infolgedessen kann man die Feinheit der Kristalle des gereinigten Produktes ganz nach Belieben regeln, indem man dieselben in der Sublimationskammer mehr oder weniger wachsen läßt, wobei man dieselben in regelmäßiger Größe erhalten kann. Der Nachteil einer anschließenden Vermahlung wird dadurch vermieden.

Außerdem ist es möglich,. infolge der guten Diffusion der Dämpfe bei mäßiger Temperatur zu arbeiten. Die Gefahren der Zersetzung des sublimierten Produktes während des Erhitzens werden auf diese Weise ganz erheblich herabgesetzt;" um so mehr als das Produkt nur sehr kurze Zeit in. dem Teller des Apparats verweilt. Das Fertigprodukt kann also von sehr hoher Reinheit sein. „_

Der erfindungsgemäße Apparat arbeitet wirtschaftlicher als die bereits bekannten Apparate; er gestattet in der Tat eine ganz erhebliche Leistung. Der Kraftbedarf ist infolge des Fehlens toter Zeiten und der geringen Masse an Wasser inrTeller sehr herabgesetzt. Schließlich kann man mit mittlerem Vakuum arbeiten, selbst wenn der Dampfdruck der zu reinigenden Stoffe bei der betreffenden:.. Temperatur nicht über wenige Millimeter Hg hinausgeht.

Der Apparat umfaßt einän.festen Teller/ mit zwei Kreissektoren, die an ihrem Außenumfang mit einer Randleiste versehen sind. An der Seite, an welcher das gereinigte Produkt ausgegetragen wird, besteht die Randleiste aus einer, einfachen angeschweißten Rippe. Zwischen der Scheibe d und dieser Randleiste verbleibt ein Raum von etwa 20 mm, damit das Produkt zu den Schabemessern gelangen kann. An dem restlichen Umfange der beiden Sektoren / ist die Randleiste stärker und besitzt in ihrem Oberteil eine Nut, in welcher sich eine Dichtung e befindet, die in der Fig. 2 durch eine L|tze dargestellt ist. Der Teller / wird an die bewegliche Scheibe d gedrückt, und zwar mittels der Federn x, die zwischen der Platte/'.-und dem Bodeni-^des Gehäuses angeordnet sind. Am Boden jedes der T.ellersektoren befindet sich ein Speisestutzen h sowie ein Entleerungsstutzen w für die Rückstände. Das Innere der Sektoren wird mit-einer inerten Massei angefüllt, deren Art dem zu behandelnden Produkt angepaßt ist, beispielsweise mit Sand oder mit Stahlfeilicht. Der Zweck dieser Masse ist, die - Verdampfungsoberfläche zu vergrößern, die Temperatur zu regeln und das Umherspritzen von Flüssigkeit zu vermeiden. Eine Verteilungsrampe a¹, die in jedem Sektor von dem Speisestutzen .h abzweigt, gewährleistet die Verteilung des in sublimierenden Produktes über die Masse / hinweg.

Der feste' Teller / wird durch eine Vorrichtung k beheizt, wobei die letztere ein elektrischer Widerstand öder auch irgendeine andere. Wärmequelle sein kann. Die Temperatur der Sektoren des festen Tellers / wird durch Pyrometer mit Thermoelementen geregelt.

Eine bewegliche hohle Scheibe d,< die an einer Hohlwelle b angebracht ist, steht--in Berührung mit den erhöhten Rändern des festen Tellers /. Diese Scheibe vollführt eine gleichmäßige" Kreisbewegung, die ihr yon einem Schneckengetriebe, bestehend aus dem Schneckenrad α und der Schnecke n, aus erteilt wird. Die Scheibe d wird durch- umlaufendes Wasser gekühlt. Das Wasser tritt·durch ein inmitten der Hohlwelle b angeordnetes Rohr.w ein und strömt aus der Scheibe durch den Ringraum zwischen m und b sowie die beiden Überlaufrohre ο in eine feste kreisförmige Tasse p.

Gelenkige Schabemesser r, die zwischen den Sektoren des Tellers angeordnet sind, stehen in elastischer Berührung mit der Innenseite der Scheibe d. Diese Berührung wird sichergestellt durch die Wirkung der Zugfedern s, die von der Außenseite des Apparats aus einstellbar sind.

ίο Ein das Vakuum haltendes Gehäuse dient als Träger der gesamten oben beschriebenen Teile. Diese Gehäuse ist zusammengesetzt einerseits aus einem Boden %, an welchem die Heizvorrichtung k mit den an einen Kasten / angeschlossenen dichten Zuleitungen, der feste Teller/, die Schabemesser?· sowie deren Anlenk- und Einstellvorrichtung, die Trichter ν zum. Auffangen des Produktes, gekühlt durch in einer äußeren Kammer u umlaufendes Wasser, sowie die Tragfüße des Apparats befestigt

ao sind, andererseits aus einem kreisrunden Deckel q,

■' der an dem Boden i mittels eines mit der Dichtungsnut t versehenen Flansches befestigt ist und in seiner Mitte eine Stopfbüchse c zur Führung der Welle b der Scheibe d trägt.

Auf dem Deckel ist ein Bügeln befestigt, welcher ■ die Organe zur Bewegung der Scheibe d trägt. An der Seite des Deckels ist ein Vakuummesser ζ angeschweißt bzw. angelötet.

Um einen Reinigungsvorgang vorzunehmen, wird im Inneren des Apparats ein Vakuum hergestellt. Der Teller/ sowie dessen Belag; werden je nach-dem zu sublimierenden Stoff auf eine gewisse Temperatur gebracht. Die Scheibe d wird in Bewegung gesetzt, und durch die Kühlvorrichtung- Jiindurch läßt man Wasser eintreten. Der zu sublimierende Stoff wird alsdann durch die Stutzen h hindurch dem festen Teller / zugeführt. Die von dem Stoff abgegebenen Dämpfe kondensieren an der kalten Wandung der Scheibe d über den Sektoren des Tellers /. Die sich drehende Scheibe bringt das sublimierte Produkt zur

- Berührung mit den Schabemessern r, welche das Produkt ablösen und dasselbe in die an die Behälter a² angeschlossenen Auffangtrichter ν fallen lassen. Das Einführen des zu sublimierenden Stoffes erfolgt stetig und auch die Arbeitsweise des Apparats ist stetig. Die in dem Teller / verbleibenden nicht sublimierbaren Elemente werden am tiefsten Punkt der Sektoren durch die Rohrstutzen w hindurch ausgetragen.

Das nachstehende Beispiel, welches die Arbeitsweise des Apparats erläutert, soll den Erfindungsbereich in keiner Weise einschränken.

Beispiel

Man nimmt die' Sublimation ~ des m-Nitro-p-toluidins in der folgenden Weise vor: Man stellt im Inneren des Gehäuses ein Vakuum von 12 mm Hg her. Der Teller und sein Belag werden auf eine Temperatur von 12O¹ bis 122° C gebracht. Das in der ' Kühlvorrichtung umlaufende Wasser hat eine Temperatur von 15° C. Die Kondensatorscheibe ist auf eine Drehzahl von η == 1,4 eingestellt. Das rohe m-Nitrop-toluidin befindet sich in flüssigem Zustande in einem Speiseballon, wo es unter atmosphärischem Druck auf ■ einer Temperatur von 150° C gehalten wird. Mittels eines Tauchrohres, welches mit einem durch eine Nadel dichtenden Hahn versehen ist, wird der Stoff durch einfaches Ansaugen bei einer regelmäßigen Fördermenge von 100 cm³ in je 4 Minuten'in den

Sublimationsteller eingeführt. Die Sublimation erfolgt bereits zu Beginn des Einfahrens. Das sublimierte Produkt fällt in den Auffangtrichter. Die Höchstleistung wird nach 10 Minuten des Betriebes erreicht. Die stündliche Produktion an sublimiertem m-Nitro-p-toluidin beläuft sich auf 2000 g bei einem Energieverbrauch für das Heizen von 650 VA/Stunde. Das sublimierte Produkt hat die Form feiner gelber orangefarbener Kristalle, deren Schmelzpunkt sich auf 115° C beläuft. Dieses Produkt kann nach den üblichen Methoden direkt diazotiert werden, ohne Rückstände zu hinterlassen. Die Rückstände, die sich auf ungefähr 3% des Gewichtes des rohen m-Nitrop-toluidins belaufen, können stetig aus dem Sublimationsbereich abgezogen werden, indem man dieselben am tiefsten Punkt des Tellers aufsammelt.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Reinigung von chemischen Stoffen durch Sublimation im Vakuum, gekennzeichnet durch einen festen Teller/ mit zwei Kreissektoren, eine Tellerheizvorrichtung (k), einen aus einer innen von Kühlwasser durchströmten Scheibe (d) bestehenden Kondensator, der sich in einem Abstand von einigen Millimetern von der Oberfläche des in dünner Schicht auf dem Teller f ausgebreiteten zu sublimierenden Produktes dreht, Schabemesser (r), die zwischen den Sektoren des Tellers (/) angeordnet sind und die Kondensatorscheibe (d) von dem sublimierten Produkt reinigen, sowie ein Gehäuse (g·), welches diese Vorrichtung vakuumdicht umschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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