DE1442723A1

DE1442723A1 - Verfahren zum Beschleunigen chemischer Reaktionen mit Hilfe eines magnetischen Kraftflusses

Info

Publication number: DE1442723A1
Application number: DE19621442723
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Fukushima; Keisuke Tanaka
Original assignee: IKEDA EIICHI
Current assignee: IKEDA EIICHI
Priority date: 1962-10-11
Filing date: 1962-10-11
Publication date: 1969-10-23
Also published as: GB1025234A

Description

Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren sub Beschleunige» chemischer Beaktionen mit Hilfe eine· magnetischen Kraftflusses, die darin besteht, in einer Substans oder einem Gemisch τοη 8ubstansen, die chemischen Beaktionen unterworfen werden sollen, einen magnetischen Kraftfluss su unterhalten bei gleichseitiger Anwendung einer sekundären kinetischen Snergie einer Bührbewegung oder einer gleichwirkenden ähnliches Bewegung, wie etwa der Anwendung von Wechselstrom, Gleichst rom, Hochfrequsnsstrom oder Ultraschallschwingungen, wobei die Mittel sur Erzeugung der kinetischen ßekundärenergie einsein oder gruppenweise angewendet werden können. Bin Merkmal der Erfindung besieht sich auf ein Verfahren sur Bewirkung des Einleiten* oder des Beschleunig·*· chemischer Beaktionen mit Hilfe einer Aktivierung, die sevohl auf eimer Primärenergie als auch auf einer

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Sekundärenergie beruht. Weitere Merkmale ergeben sich auf der folgenden detaillierten Beschreibung. Die hier erwähnte chemische !Reaktion bezieht sich auf chemische Beaktionen oder andere Veränderungen einer einzelnen Substanz oder zwischen Substanzen.

Bisher ist es bekannt, dass chemische Beaktionen einer Substanz oder chemische Reaktionen zwischen Substanzen dadurch beschleunigt werden können, dass die Substanz oder die Substanzen, die in einen Behälter gebracht sind, der Erwärmung, dem Rühren, der Erwärmung unter erhöhtem Druck, dem Hochfrequenzstrom oder Ultraschallschwingungen unterworfen werden. Alle diese Verfahren bedeuten nichts weiter als die Einwirkung einer äußeren Energie zur Beschleunigung der Reaktion. Das erfindungsgemäSe Verfahren unterscheidet sich in seinem Grundgedanken von den bekannten Verfahren, well das neue Verfahren zur Einleitung oder zur Beschleunigung der Reaktion einer Substanz oder zwischen Substanzen nicht wie bei der bekannten Methode auf der Einwirkung einer einzelnen Energie beruht, sondern auf einer komplexen Aktivität, die auf der gleichzeitigen Anwendung eines magnetischen Kraftflusses als der Primärenergie und der vorerwähnten kinetischen Sekundärenergie beruht. Ein mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzielbarer Vorteil besteht darin, dass die Reaktion bei geringerer Temperatur und in kürzerer Zeit beendet werden kann, während die Substanz bei der bekannten Methode der Reaktion kaum unterworfen werden kann, ohne die Anwendung einer erhöhten Temperatur,eines hohen Druckes oder der Erwärmung für eine längere Zelt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben eich 9 0 9 8 4 3/1348

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U42723 aus der folgenden Beschreibung an Hand der beigefügten Zeich· nung, worin

Fig· 1 eine perepektlTleehe Ansieht elnee Beaktione-

behälters darstellt, deesen Behälterwandung teil-

welee weggebroohen let, während rig· 2 und 3 perepektlYleehe Ansichten τοη Beaktlons-

behältern unter verschiedenartigen Bedingungen

seigen.

Der Reaktionsbehälter 1 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie beispielsweise Zement, keramischen Stoffen, alas, gummi, Kunsthars oder HoIs· Auf der auflesen Oberfläche des Behälters ist ein Solenoid 2 angeordnet , das aus Kupferdraht oder Kupferrohr besteht· Der magnetische Kraftfluss wird dadurch erseugt, dass ein geeigneter elektrischer Strömt durch das Solenoid geleitet wird· Sie beispielsweise Anwendung τοη Gleichstrom, Ifiederfrequensstrom oder Bochfrequensstrom erseugt In dem Reaktionsbehälter einen magnetischen Kraftfluss 4 τοη bestimmter Sichtung und Stärke, die τοη den Windungen des Solenoids, τοη der Stromstärke und τοη der frequenz des hlndurehgeschlckten Strome» abhängen. Der magnetische Kraftfluss kann mit Hilfe eines Elektromagneten oder eines Dauermagneten anstelle des Solenoids erseugt sein* Wenn eine stärkere Wirkung des magnetischen Kraftflusses im Reaktionsbehälter gewünscht wird, dann ist es sweckmässig, entsprechend der Darstellung in rig. 2 «ine Wand J τοη entsprechender magnetischer Permeabilität sii verwenden, die aus einem Werkstoff wie etna Welohet ahl, SUisiuastahl oder einer Legierung mit ausreichender Permeabilität bestehen kann, die durch einen elektrischen

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Isolator wie Glimmer, Asbest oder Kunstharz zwischen dem Reaktionsbehälter 1 und den Solenoid Z Isoliert let. Die Verwendung τοη zwei ©der mehr vereinigten eolenolden ent* sprechend @mt Darstellung in Flg. 5 oder deren Anwendung . in ferbla&ung; mit einer Wand von magnetischer Permeabilität tragen au ©inar Verbesserung des Ergebnisses bsiα

His @Iö®n stärkeren m&g2ietiseh@n Kraffcflusa um die Mitte des Reaktionsbehälters herum konzentrieren au können, 1st "m sweekmässlg^ in dl® Mitte od@r wm. di@ Mitte des Reaktionsbehälter Iisrum einen elektrisch 1® it enden Körper von geeigneter Form su stellen, der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wie etwa aue Metall, Metalloxyd, Graphit oder Kohlenstoff besteht, und zwar diesen in einer solchen Weise anzuordnen, dass er nach außen elektrisch isoliert 1st. Der magnetisch© Kraftfluss kann auf diese Weise in der Mitte durch den elektrisch leitenden Körper induziert werden.

Sin magnetischer Kraftfluse mit sehr hoher Wirkung kann erzeugt werden, indem Hochfrequensstrom mit einer geeigneten Frequenz durch eine Hochfrequenzspule geschickt wird.

Vorkehrungen für die kinetische Sekundärenergie können beispielsweise getroffen werden durch »uhren mit Hilfe einer geeigneten Bohrvorrichtung, die aus elektrischem Isolierstoff, wie Kunstharz, besteht und die Innerhalb des Reaktion»·» behalters Λ untergebracht wird. I)Ie Anwendung des oben erwähnten elektrisch leitenden Körpers als eines selbständigen Teiles oder angebracht an einem feil der Well« oder der Flügel der Rührvorrichtung erleichtern die Induktion des magnetischen Kraftflusses im mittleren Bereiche des Beaktionsbehälters, was einer Steigerung der Aktivierungsenergie und 90 9"843/13Al

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damit einer Steigerung der Beschleunigung der Reaktion gleichkommt ·

Al· weitere Mittel Tür die kinetische ^öekundärenergie kommen solche« wie Kohleelektroden, die in den Reaktionsbehälter eingefügt werden, in Betracht, durch deren Werkstoff ein elektrischer Strom, wie Wechselstrom, Gleichstron oder Hoehfrequensstrom, hindurchgeleitet wird,,oder aber eine Vorrichtung, welche Hochfrequensstroa erzeugt, die in dea Reaktionsbehälter untergebracht wird, um einen ossiliierenden Hochfrequenzflusa su erzeugen. Beide Mittel können gleichseitig angewendet werden.

Wenn die Substans oder die Substanzen flüssig oder gasförmig sind» dann kann die kinetische üekundärenergie ohne die Anwendung einer Rührvorrichtung nutsbar gemacht werden, und »war durch die Bewegung der Substans in dem Reaktionsbehälter selbst als eine folge ihrer Fluidität. In Jedem falle ist es erforderlich, die geeignete Methode zur Anwendung der kinetischen Sekundärenergie auszuwählen, was abhängig 1st Ton der Art der Primärenergie, der Art der Substans bsw· der Substanzen, deren Reaktion erwünscht ist, sowie Tom Objekt und von der Methode der Reaktion, Es ist wesentlich, die kinetische Sekundärenergie in Verbindung mit der Primärenergie, also dem magnetischen Kraftfluss, ansuwenden, und die Richtung der mechanischen Bewegung soll vorzugsweise senkrecht zur Richtung des magnetischen Kraftflusses sein.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weiden die Substanz bzw. die Substanzen, die miteinander reagieren sollen, in einen Reaktionsbehälter gebracht, der in der oben beschriebenen Weise ausgerüstet ist, und der Reaktion wnhread. ei.ruir ga^i- uifcfin 7**t "uuu-wurfan,

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der magnetische Kraftfluss als Primärenergie und ein MIttel für die kinetische Sekundärenergie, das für die gewünscht« Reaktion geeignet ist, gleichzeitig zur Anwendung gebracht werden. Pur die weitere Beschleunigung der Reaktion ist es nützlich, einen für die Reaktion geeigneten Katalysator zu verwenden oder die Reaktionstemperatur entsprechend der Art der Reaktion einzustellen. Wenn ungünstige Reaktionen der Oxydation oder der Hydrolyse nach Anwendung des elektrischen Stromes bei diesen Reaktionen auftreten, dann kann die ungünstige Reaktion dadurch unterbunden werden, dass die gewünschte Reaktion beschleunigt wird unter Anwendung einer leicht oxydierbaren Substanz wie Kohle, Blei, Nickel oder Kohlenetoff ale Bestandteil der in dem Reaktionsbehälter untergebrachten Rührvorrichtung, der stromführenden Elektrode oder der Stange, welehe die Ultraschallschwingungen erzeugt, oder durch die Anwendung eines positiven Diaphragmas, das mit FeχO^» Cr₂Ox oder 31O₂ überzogen ist, als Elektrode·

Das erfiiidimgsgemässe Verfahren kann nützlich angewendet werden bei einer Vielzahl von Reaktionen, beispielsweise bei solchen Zwischenflüssigkeiten, Flüssigkeit und festem Stoff, Flüssigkeit und Gas, Gasen, festen Stoffen sowie festem Stoff und Gas.

Die folgenden Beispiele bezwecken die Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Beispiel 1.

Zu 390 g Wasser werden hinzugefügt 11,4- g eines oberflächenaktiven Agens, 6,0 g Kaliumchlorid und 2,8 g Essigsäureanhydrid· Die erhaltene emulgierfähige Losung wird bei 60 ° bis 80 ⁰C gehalten, und in einen Behälter mit einem

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Fassungsvermögen τοπ swel Litern gebracht, der aus einem isolierenden Kunsthars, beispielsweise Vinylchlorid oder Polyäthylen besteht. Dann wird mit Hilf· einer Hochfrequent« spule eine Oscillation (die Primärenergie) ausgeübt, und während gleichseitiger Rotation eines Rührere (die Sekundäxv energie) werden 500 g schwer eaulgierfähiger Asphalt hlnsugegeben. Das Rühren wird während drei Hinuten fortgesetzt, 910 g einer lohfarbigen, beständigen kationischen Asphaltemulslom, die sehr fein verteilte emulgierte Partikel enthält, werden erhalten.
Beispiel 2.

Das hier angewendete Verfahren dient sur Verhinderung unerwünschter Nebenreaktionen, wie Oxydation (die eine Verfärbung in schwärslich-braune Farbe hervorruft) und hydrolyse, die beide während des Aussehwemmens und Reinigen* τοη fein zerteilten cellulosehaltigen Stoffen, wie Beis, Welsen, Zuekerrahrtreber, Jute usw. und Pentosanen, auftreten können, und es dient auch sur Beschleunigung der eigentlichen chemischen Reaktionen, durch welche die Lösung τοη chemisch modifixiertem, schwer wasserlöslichem Kalsiumhydroxyd, Bchwefeipulver oder Natriumkarbonat sur Reaktion gelangt mit gewissen Verunreinigungen oder Fremdstoffen, wie Lignin, Gummi, Härmen und Ölen, und Proteinen.

Beaktlonsbehälter: Aus Beton bsw. Zement bestehender sylinderähnlicher Behälter mit eliptlsohem Querschnitt (Volumen - 72,4 1) Dicke - 9 cm; Höhe « 15 cm; lange Achse · 60 cm und kurze Achse · 50 cm)·

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AuaeeSnremm- ©der
Heiaigungemittelι

lassen
Solenoidg

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Qerstenstroh, auf 1,0 bis 1,5 cm X&nge geschnitten.
2 kg (Trockengewicht * 1,7* kg). Ca (OH)₂ « 200 g| Ha₂ ⁰⁰J " ¹OO g; Ha₂S · 80 g| S^Fttlver - 20 g. Für die swelt© una die folgenden Beaktionsn wird die Abfallflüssigkeit der ersten Heaktion wieder verwendet dmrsh Susats von 10 % eines jeden der Stoffe« was ungefähr dem Verlust durch Adsorption des Breies entspricht·
60 Liter.

Angepasst an die Außenseite des Behälters.

Doppelt baiäMwollumsponnener Kupf ez>draht, 3*2 ma Durchmesser, paraffIn-aepüalt-ieolierter Draht, 9 Windungen pro cm.
Baum «wischen dem ReaktlonsbebJLlter und dem Solaneids Isoliert Mit Asbest* ^tO 9000 bis jam 15000.
2590 x 10** ©aiiSE (bei 20 A)

Kohleelektrode^ in

2 5ⁱKX> em ;

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Kationisches Diaphragmat 30 Haschen Draht-Oase

(20 χ 70 cm), hergestellt aus

Rührwerkt

Erforderliche elektrische Leistung!

Zwei in einem Sats. Ss besteht aus einer Bakelit-Welle und Weieheisen-Sehrauben. 59 Umdrehungen pro Minute. Für die Primärenergie, elektromagnetisches Feld aus Wechselstrom (80-70-60 YoIt) (18 - 20 - 23 A) und für die Sekundärenergie, Elektroden und Rührwerk (80 - 70 - 60 T) (25 - 30 - 38 A), Gesamtleistung durchschnittlich 1,45 kWh.

Zn den Beaktlonsbehälter, in dem sich Wasser befindet, wird der auszuschwemmende Stoff unter Rühren, eingebracht· Ein magnetisches Wechselfeld wird magnetisiert, und es wird mit dem Durchgang τοη Wechselstrom begonnen· Hachdem die Lößlichmachung oder ionisierung des Mittels beobachtet worden 1st, wird das fein geschnittene Stroh hinzugefügt. Xtwa Minuten später wird der Bruch des Strohes geprüft· Das Ausschwemmen wird für zusätzliche 25 Minuten fortgesetst. Dann wird die Behandlung gestoppt, und es wird das ausgeschwemmte fibröse Material entfernt. Dann wird es etwa Minuten lang mit Hilfe eines Schlägers geschlagen und dann mit Wasser gewaschen. Bin blaßgelber ungebleichter Qerstenstrohbrel, 1,418 kg, wird erhalten. Ausbeutet 81,5 %·

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Beispiel 3.

30 1 warnt8 Wasser wird in den Reaktionsbehälter getan. Aluminiumsulfat wird hinzugegeben, und danach wird Schwefelsäure tropfenweise hinzugefügt, in einen separaten Behälter wird süße Kartoffelstärke mit 30 1 warmem Wasser gebracht. Es wird von Hand gerührt. Die erhaltene Dispersion wird unter Rühren in den Heaktionsbehälter eingebracht. Das Rühren wird für weitere 5 Minuten fortgesetzt. Dann wird der oszillierende Hochfrequenzfluss in Tätigkeit gesetzt. Von Zeit zu Zeit wird eine kleine Menge des Reaktionsgemisches herausgenommen, um die Anwesenheit von Dextrin durch den Jodversuch zu prüfen, und zu bestimmen, wann die Reaktion beendet ist· nach etwa 35 Minuten ist die Reaktion beendet. Es wird eine gemeine Tiskose Lösung (Be 14°), 60 1, erhalten.

Die Lösung wird neutralisiert, gefiltert, konzentriert, entfärbt ader desodorisiert, gefiltert, erneut konzentriert, kristallisiert und gefiltert. Ein kristalliner, transparenter Traubenzucker wird erhalten. 9»73 kg; Ausbeutet 78,61 %.

Beispiel 4.

Dia Ion SKIA, (ein Kationenaustauschharz, hergestellt Ton Mitsubishi Käse! Kogyo K. K., Austauschkapazität 0**38 g/l - 1,031 kg), 250 ml (257,8 g), werden ausgetauscht zu einem Sättigungsauemaß mit 500 ml 1,2 n-Kalziumchloridlösung und dann mit 4 1 destilliertem Wasser gut gewaschen. Die Ionenaustausehreaktion wird durchgeführt bei Verwendung Ton 0,51 n-NatrlumchloridlöBung bei einer Fließgeschwindigkeit Ton 10 ml/5 min. Bei der früheren Methode beträgt die Extraktionsleistung 12 g, und die Stripping-Wirkung 31*5 %* und die Sinlass-Lösungstemperatur bleibt unverändert bei

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28,5 °0· Β·1 den erfindungsgeaaBen Verfahren wurden dl· gleichen Bedingungen angewendet, Jedoch erfolgte die KInwirkung durch elektromagnetische Felder· Oa dl· Flleßgeechwindlgkeit wächst, . war es notwendig, ei· entsprechend der älteren Verglelchsaethode auf die gleiche Geschwindigkeit Ton 10 «1/5 »la einsuregeIn. Die i-Inlaea-LÖBungsteaperatur ron 28,5 ⁰O erhöhte eich auf $3,5 ⁰C aa Ausläse, und die Extrakt ions- und Strlpping-Wlrkungen το η Oa⁺⁴^ werden yerbeeeert auf 6,35 β dsw. 92,1 %· Dieser yergleichende Versuch seigt, dass das erfindungegemäße Verfahren die Wirkung der ionenaustausohreaktlon Terbeeaern kann.

Patentanepriiche ι

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Claims

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Patentanspruch·!

M1J Verfahren sum Beschleunigen chemischer Reaktionen ait Hilfe eines magnetischen Kraftflusses, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Buhet ans oder in einem Gemisch τοη Substanzen, die chemischen Reaktionen unterworfen werden sollen, ein magnetischer Kraftfluss als primärenergie unterhalten wird bei gleichseitiger Anwendung einer sekundären kinetischen Energie aus einer Arbeiterbewegung, einsein oder gruppenweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Rühren, Anwendung von Wechselstrom, Gleichstrom, Hochfrequensstrom und Ultraschallschwingungen·
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, dass sur Magnetisierung für den magnetischen Kraftfluss entweder ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet rerwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, dass sur Magnetisierung für den magnetischen Kraftfluss süßUtBlich eine magnetisch durchlässige Wand verwendet wird·
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Solenoid« zur Magnetisierung für den magnetischen Kraft fluss verwendet werden·

5· Verfahren nach Anspruch 1, gekenneelehnet durch die Verwendung von elektrisch leitendem Material in einem Teil des Reaktionsgefäßes für die Induktion des magnetischen kraftflusees·

6· Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» gekennseichnet

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durch dl· Verwendung «inte Katalysators iur susätslichen Beschleunigung chemischer Reaktionen »it Hilfe eines magnetischen KrsJTtflusses·

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