DE1245917B - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung fotochemischer Reaktionen - Google Patents

Description

rNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

axSlegeschrift

Int. CL: BOIj ' ³ / I C

Deutsche Kl.: 12

Nummer: 1245 917

Aktenzeichen: B 81067IV a/12 g

Anmeldetag: 19. März 1965

Auslegetag: 3. August 1967

In steigendem Maße werden heute fotochemische Reaktionen angewendet, wobei bestimmte Wellenlängen des von einer Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes die gewünschte chemische Reaktion hervorrufen. Als Lichtquelle wurden hierfür vor allem Entladungslampen mit Leistungen von 10 kW und mehr entwickelt. Diese Lampen werden zweckmäßig in die Reaktionsflüssigkeit eingetaucht, jedoch vor unmittelbarer Berührung mit dieser durch ein darübergestülptes Glasrohr geschützt. Das Glasrohr muß so beschaffen sein, daß es den Spektralbereich der chemisch wirksamen Strahlen ungeschwächt durchtreten läßt.

Bei dem heutigen Stand der Lichttechnik kann nur ein Teil der umgewandelten elektrischen Energie in dem Wellenbereich der chemisch wirksamen Strahlung abgestrahlt werden. Der weitaus größte Teil, und zwar etwa 70 bis 80 %, ist chemisch unwirksam, verwandelt sich in Wärme und muß daher abgeführt werden.

Fotochemische Reaktionen verlaufen in vielen Fällen, z. B. bei der sogenannten Fotooximierung, bei einer Temperatur von 20° C und darunter. Höhere Temperaturen führen entweder zu schlechterer Ausbeute oder verhindern die gewünschte Reaktion gänzlich. Man muß daher dafür sorgen, daß die Reaktionsflüssigkeit durch die Wärmestrahlung der Lampe nicht übermäßig erwärmt wird. Dies kann dadurch geschehen, daß man die Reaktionsflüssigkeit im Reaktor durch eingebaute Kühlaggregate kühlt und sie dadurch auf einer niederen Temperatur hält. Als Kühlmittel wird Kältesole verwendet. Man benötigt also Kälteanlagen großer Leistung, die sowohl in der Anschaffung wie auch im Betrieb kostspielig sind.

Man kann den Übertritt der erzeugten Wärme in die Reaktionsflüssigkeit auch dadurch verhindern, daß man eine Kühlflüssigkeit zwischen Lampe und Reaktionsflüssigkeit einführt, die für die chemisch wirksame Strahlung durchlässig ist. Eine solche Flüssigkeit ist beispielsweise Wasser. Man stülpt dann ein zweites Glasrohr über das erste und schafft so einen Ringraum für die hindurchzuleitende Kühlflüssigkeit.

Die Kühlflüssigkeit darf keine Verunreinigungen enthalten, die den Durchtritt der chemisch wirksamen Strahlung hindern. Außerdem sollte sie bei der Temperatur der Reaktionsflüssigkeit hindurchgeleitet werden, so daß keine Wärme von ihr über die Trennwand an die Reaktionsflüssigkeit abgegeben wird. Diese letzte Forderung kann teilweise dadurch gemildert werden, daß man gemäß der französischen Patentschrift Nr. 1324 096 noch ein größeres Gl as-

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung
fotochemischer Reaktionen

Anmelder:

Badische Anilin- 8i Soda-Fabrik
Aktiengesellschaft, Ludwigshafen/Rhein

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Wilhelm Beckmann, Limburgerhof

²

rohr so anordnet, daß zunächst das kalte Kühlwasser erst im äußersten, die Reaktionsflüssigkeit unmittelbar berührenden Ringraum hinabströmt und danach im inneren Raum hochsteigt und sich dabei erwärmt.

ao Diese Maßnahme ist jedoch nur bedingt wirksam, da bei stärkerem Temperaturanstieg der Kühlflüssigkeit eine radiale Wärmeableitung zur Reaktionsflüssigkeit nicht verhindert werden kann. In allen Fällen aber muß entweder die Kühlflüssigkeit im Kreis geführt und diese an Stelle der Reaktionsflüssigkeit mit einer Kälteanlage zurückgekühlt werden, oder man muß laufend große Mengen völlig reinen, kalten Wassers zur Verfügung stellen, das hinter der Anlage abläuft.

Aufgabe der Erfindung war die Entwicklung eines Verfahrens zur Durchführung fotochemischer Reaktionen mit einem in den Reaktionsraum eingetauchten flüssigkeitsgekühlten Strahler, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Kühlmedium mit einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur der Reaktionsflüssigkeit, in den Kühlraum ein- und aus diesem wieder abgeführt wird und der Kühlraum durch einen weiteren gasgefüllten, die chemisch wirksame Strahlung ungehindert durchlassenden Raum gegenüber der Reaktionsflüssigkeit wärmeisoliert wird.

Um die Wärmeisolierung dieser Kammer möglichst wirksam zu gestalten, wird der Isolierraum vorteilhaft unter Unterdruck gesetzt.

Aus dem gleichen Grund kann der gasgefüllte Raum mit einem Gas beschickt werden, das eine möglichst niedrige Wärmeleitzahl aufweist.

Die Vorrichtung zur Durchführung fotochemischer Reaktionen besteht aus einem in den Reaktionsraum eingetauchten Strahler, einem den Strahler umgebenden inneren Kühlrohr und einem das innere Kühlrohr umgebenden und dadurch den Kühlraum bildenden

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äußeren Kühlrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Kühlrohr mit Abstand von einem in die Reaktionsflüssigkeit unmittelbar eintauchenden und den Isolierraum bildenden Isolierrohr umgeben ist.

Der Abstand zwischen dem äußeren Kühlrohr und dem Isolierrohr beträgt zweckmäßig 5 bis 15 mm, wobei die Schichtdicke des gasgefüllten Isolierraumes so gewählt ist, daß sich keine Konvektionsströme ausbilden können und sich dadurch eine gute Wärmeisolierung ergibt.

In der Abbildung ist beispielsweise eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Im Innern der Vorrichtung befindet sich eine Lampe 1, weiche über zwei Drähte 2 und 3 an das elektrische Netz angeschlossen ist. Die Lampe 1 wird von einem unten geschlossenen inneren Glasrohr 4 umgeben. Um dieses, als inneres Kühlrohr wirkende Glasrohr 4 ist ein zweites, unten ebenfalls geschlossenes Glasrohr 5, das das äußere Kühlrohr bildet, mit größerem Durchmesser angeordnet. Dadurch entsteht zwischen den Rohren 4 und 5 ein freier Ringraum 6. In den Ringraum 6 wird durch ein Tauchrohr 7 Kühlflüssigkeit bis auf den Boden des Rohres 5 geleitet. Die Kühlflüssigkeit wird bei 8 a zugeführt und verläßt den Ringraum bei 8 b.

Um das Glasrohr 5 ist ein weiteres als Isolierrohr wirkendes Glasrohr 9 gestülpt, dessen Innendurchmesser nur wenig größer ist als der Außendurchmesser des Glasrohres 5. Dadurch entsteht zwischen den Rohren 5 und 9 ein äußerer Ringraum 10. Dieser kann evakuiert oder mit inertem, trockenem Gas gefüllt werden.

Die ganze in dem Isolierrohr 9 steckende Vorrichtung taucht in die Flüssigkeit 11 ein, die sich in einem Behälter 12 befindet.

Der durch die Glasrohre 5 und 9 gebildete RingraumlO dient als wärmeisolierende Schicht, die infolge des Vakuums bzw. des schlecht wärmeleitenden Gases den Wärmetransport von der warmen Kühlflüssigkeit zur kalten Reaktionsflüssigkeit durch Leitung und Konvention weitgehend verhindert. Dagegen kann die chemisch wirksame Strahlung bei richtiger Wahl der Glassorte ungehindert hindurchtreten. Die langwelligen und chemisch unwirksamen Lichtstrahlen werden bereits von der Glaswand des Rohres 4 zurückgehalten, die sich entsprechend erwärmt und ihrerseits die Wärme an die Kühlflüssigkeit abgibt und diese dadurch erwärmt.

Die Kühlflüssigkeit kann beim Eintritt eine Temperatur von 60° C oder mehr haben, so daß sie im Kreislauf geführt und mit normalem Kühlwasser in einem außerhalb der Anlage liegenden Kühler auf die Eintrittstemperatur zurückgekühlt werden kann. Man spart damit ein in der Anschaffung und im Betrieb aufwendiges Kälteaggregat. Man kann aber auch umgekehrt durch diese Isolierschicht den Wärmetransport von der Reaktionsflüssigkeit zum Kühlmittel hin verhindern, wenn ersteres wärmer ist als das letztere.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Durchführung fotochemischer Reaktionen mit einem in den Reaktionsraum eingetauchten flüssigkeitsgekühlten Strahler, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium mit einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur der Reaktionsflüssigkeit, in den Kühlraum ein- und aus diesem wieder abgeführt wird und der Kühlraum durch einen weiteren gasgefüllten, die chemisch wirksame Strahlung ungehindert durchlassenden Raum gegenüber der Reaktionsflüssigkeit wärmeisoliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierraum unter Unterdruck gesetzt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung fotochemischer Reaktionen nach Anspruch 1 und 2 mit einem in den Reaktionsraum eingetauchten Strahler, einem den Strahler umgebenden inneren Kühlrohr und einem das innere Kühlrohr umgebenden und dadurch den Kühlraum bildenden äußeren Kühlrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Kühlrohr (S) mit Abstand von einem, in die Reaktionsflüssigkeit unmittelbar eintauchenden und den Isolierraum bildenden Isolierrohr (9) umgeben ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem äußeren Kühlrohr und dem Isolierrohr 5 bis 15 mm beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 619/642 7.67 © Bundesdruckerei Berlin