DE20101303U1 - Vessel for the synthesis of solvent-based mixtures - Google Patents
Vessel for the synthesis of solvent-based mixturesInfo
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Description
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Anmelder-AZ.: S 073Applicant ref.: S 073
Anmelder: Siegel Helmut, St.-Trudpert-Str. 1,Applicant: Siegel Helmut, St.-Trudpert-Str. 1,
79189 Bad Krozingen
Anmelder-Nr.:79189 Bad Krozingen
Applicant No.:
Bezeichnung: Gefäß zur Synthese von lösemittelhaltigenDescription: Vessel for the synthesis of solvent-based
StoffgemischenMixtures of substances
BeschreibungDescription
Die Erfindung betrifft ein Gefäß, insbesondere zur Synthese von lösemittelhaltigen Stoffgemischen durch Vakuum-Verdampfung, bei welchem dem Stoffgemisch über die Gefäßwand und/oder den Gefäßboden Verdampfungsenergie zugeführt wird.The invention relates to a vessel, in particular for the synthesis of solvent-containing substance mixtures by vacuum evaporation, in which evaporation energy is supplied to the substance mixture via the vessel wall and/or the vessel bottom.
In Syntheselabors der chemischen, biochemischen oder auch pharmazeutischen Industrie werden häufig lösemittelhaltige Stoffgemische synthetisiert, um beispielsweise neue Verbindungen zu ermitteln oder auch um verfahrenstechnische Parameter festzulegen. Es sind Syntheseverfahren bekannt, bei welchen die Synthese eine Vakuumdestillation umfaßt, bei welcher dem Stoffgemisch über die Gefäßwand und/oder den Gefäßboden Verdampfungsenergie zugeführt wird und die Gefäße unter ein geregeltes Vakuum gesetzt werden können. Dadurch wird eine Beschleunigung der Syn-In synthesis laboratories in the chemical, biochemical or pharmaceutical industries, solvent-containing mixtures are often synthesized, for example to identify new compounds or to determine process parameters. Synthesis processes are known in which the synthesis includes vacuum distillation, in which evaporation energy is supplied to the mixture via the vessel wall and/or the vessel bottom and the vessels can be placed under a controlled vacuum. This accelerates the synthesis.
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Neymeyer & PARTNER GbR, Patentanwälte ', I*·.* I I* I }80&phgr; Viujngen-Schwenningen (DE)Neymeyer & PARTNER GbR, Patent Attorneys ', I*·.* I I* I }80&phgr; Viujngen-Schwenningen (DE)
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these bei einer möglichst niedrigen Temperatur des Lösemittels erreicht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit dieser Beschleunigung der Destillationsgeschwindigkeit dem lösemittelhaltigen Stoffgemisch beim Verdampfungsprozeß eine größere Menge an Verdampfungswärme entzogen wird, so daß sich das Stoffgemisch schon nach kurzer Zeit teilweise erheblich abkühlt.These are achieved at the lowest possible solvent temperature. However, it has been shown that with this acceleration of the distillation rate, a larger amount of heat of vaporization is removed from the solvent-containing mixture during the evaporation process, so that the mixture cools down considerably after a short time.
Da nun bei solchen Synthesevorgängen eine bestimmte maximale Temperatur aufgrund der Wärmeempfindlichkeit des Stoffgemisches nicht überschritten werden darf, ist auch die höchstmögliche Energiezufuhr über eine entsprechende Heizeinrichtung äußerst beschränkt, um ein Überhitzen des Stoffgemisches sicher auszuschließen. Dies bedeutet wiederum, daß die Heizeinrichtung über eine entsprechende Regelung auf die maximal mögliche Temperatur eingestellt wird und somit während des Verdampfungsvorganges stets nur ein relativ geringes Temperaturgefälle zwischen Heizeinrichtung und dem im Gefäß befindlichen Stoffgemisch vorhanden ist. Durch diese äußerst geringe Temperaturdifferenz ist eine entsprechend rasche Energiezufuhr an das Stoffgemisch während des Verdampfungsvorganges nicht möglich. Eine Absenkung des Temperaturniveaus auf niedrigere Verfahrenstemperaturen und eine entsprechende weitere Ab-Since a certain maximum temperature must not be exceeded in such synthesis processes due to the heat sensitivity of the mixture of substances, the highest possible energy supply via a corresponding heating device is also extremely limited in order to safely rule out overheating of the mixture of substances. This in turn means that the heating device is set to the maximum possible temperature via a corresponding control and thus there is always only a relatively small temperature gradient between the heating device and the mixture of substances in the vessel during the evaporation process. Due to this extremely small temperature difference, a correspondingly rapid energy supply to the mixture of substances during the evaporation process is not possible. A reduction in the temperature level to lower process temperatures and a corresponding further reduction in the
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NEYMEYER & PARTNER GbR, Patentanwälte I i * . . * t &Idigr;* ! JSOSJ V9$ngen-Schwenningen (DE)NEYMEYER & PARTNER GbR, Patent Attorneys I i * . . * t &Idigr;* ! JSOSJ V9$ngen-Schwenningen (DE)
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Senkung des Vakuums ist jedoch auch nicht erwünscht, da in diesen Fällen das verdampfende Lösemittel unter Umständen nicht mehr kondensieren und somit nicht mehr zurückgewonnen werden kann. Denn zur Kondensation und Rückgewinnung des Lösemittels wird eine Temperaturdifferenz zwischen der Dampftemperatür des Lösemittels und der Kondensationstemperatur von wenigstens 30 Kelvin benötigt, um ein sicheres Kondensieren des verdampften Lösemittels bewirken zu können. Dies hat wiederum zur Folge, daß bei einer maximal möglichen "Siedetemperatur" des Stoffgemisches von beispielsweise 400C eine Kondensationstemperatur von höchstens -15°C gewählt werden muß, um auch bei sich abkühlendem Stoffgemisch während des Verdampfungsvorganges und damit auch sich abkühlendem Lösemitteldampf noch sicher eine Kondensation des Lösemittels bewirken zu können. Andererseits kann die Kondensationstemperatur auch nicht beliebig gering gewählt werden, da einige Lösemittel schon bei Temperaturen um den Gefrierpunkt von 00C ebenfalls vom flüssigen in den festen Aggregatzustand übergehen und somit auch durch diese sogenannte "Vereisung" eine Kondensation und Rückgewinnung des Lösemittels ausgeschlossen ist.However, reducing the vacuum is also not desirable, as in these cases the evaporating solvent may no longer condense and thus can no longer be recovered. This is because condensation and recovery of the solvent requires a temperature difference of at least 30 Kelvin between the vapor temperature of the solvent and the condensation temperature in order to ensure reliable condensation of the evaporated solvent. This in turn means that with a maximum possible "boiling temperature" of the mixture of substances of, for example, 40 ° C, a condensation temperature of at most -15 °C must be selected in order to ensure reliable condensation of the solvent even when the mixture of substances cools down during the evaporation process and the solvent vapor cools down as well. On the other hand, the condensation temperature cannot be chosen arbitrarily low, since some solvents also change from the liquid to the solid state at temperatures around the freezing point of 0 0 C and thus condensation and recovery of the solvent is also excluded by this so-called "icing".
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Dies wiederum hat zur Folge, daß zur Beschleunigung des Synthesevorganges das Gefäß, in welchem sich das lösemittelhaltige Stoffgemisch befindet, einen möglichst guten Wärmeleitkoeffizienten aufweisen sollte, um eine mögliehst gute Energiezufuhr zum Verdampfen des Lösemittels aus dem Stoffgemisch erreichen zu können.This in turn means that in order to accelerate the synthesis process, the vessel in which the solvent-containing mixture is located should have the best possible thermal conductivity coefficient in order to achieve the best possible energy supply for evaporating the solvent from the mixture.
So sind eine Reihe von Verbesserungsvorschlägen aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 44 19 971 Al, bekanntgeworden, welche sich mit der Verbesserung des Wärmeübergangs für die oben genannten Fälle beschäftigen. Beim Gegenstand der Druckschrift DE 44 19 971 Al wird versucht, einen besseren Wärmeübergang durch eine Bodenausbildung mit Verdrängerelementen zu erzielen. Diese Gefäße bestehen jedoch aus Kunststoff und können somit nicht im herkömmlichen Sinne für sämtliche Aufgaben eines Syntheselabors eingesetzt werden.A number of suggestions for improvement have been made in the state of the art, for example DE 44 19 971 Al, which are concerned with improving heat transfer in the cases mentioned above. The subject of the publication DE 44 19 971 Al is to achieve better heat transfer by designing a bottom with displacement elements. However, these vessels are made of plastic and therefore cannot be used in the conventional sense for all tasks in a synthesis laboratory.
Desweiteren ist aus der Druckschrift DE 44 13 423 Al ein Gegenstand bekanntgeworden, bei welchem die Herstellung von Laborgefäßen aus Saphir, Aluminium- oder Siliciumnitrit mit Diamantbeschichtung beschrieben wird. Auch diese verwendeten Werkstoffe weisen einen höchst geringen Wärmeleitkoeffizienten auf und sind auch bei der HerstellungFurthermore, an article has become known from the publication DE 44 13 423 A1, in which the production of laboratory vessels made of sapphire, aluminum or silicon nitride with diamond coating is described. These materials also have a very low thermal conductivity coefficient and are also suitable for the production
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NEYMEYER & PARTNER GbR, Patentanwälte I ·*··* ! &iacgr; * I {»OS} Viilfcigen-Schwenningen(DE) NEYMEYER & PARTNER GbR, Patent Attorneys I ·*··* ! &iacgr; * I {»OS} Viilfcigen-Schwenningen(DE)
eines solchen Gefäßes nicht unproblematisch, was insbesondere die Form des Gefäßes angeht.of such a vessel is not without problems, especially with regard to the shape of the vessel.
Weiterhin werden auch Gefäße aus metallischen Werkstoffen verwendet, welche jedoch aufgrund ihrer nicht durchsichtigen Ausbildung eine Beobachtung eines Syntheseprozesses nicht zulassen und somit in Syntheselabors nur ausnahmsweise eingesetzt werden. Diese metallischen Werkstoffe weisen jedoch bekanntermaßen einen hohen Wärmeleitkoeffizienten auf, so daß bei der Verwendung solcher Gefäße eine relativ gute Wärmeübertragung auch bei geringer Temperaturdifferenz zwischen Heizeinrichtung und Gefäß erfolgt. Vessels made of metallic materials are also used, but due to their non-transparent nature they do not allow observation of the synthesis process and are therefore only used in synthesis laboratories in exceptional cases. However, these metallic materials are known to have a high thermal conductivity coefficient, so that when such vessels are used, relatively good heat transfer occurs even when the temperature difference between the heating device and the vessel is small.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Gefäß der gattungsgemäßen Art, insbesondere zur Synthese von lösemittelhaltigen Stoffgemischen durch Vakuumverdampfung derart auszugestalten, daß eine möglichst rasche Synthetisierung des Stoffgemisches erfolgen kann, insbesondere die Energiezufuhr zum im Gefäß befindlichen Stoffgemisch auch bei geringeren Temperaturniveaus rasch erfolgen kann.The invention is therefore based on the object of designing a vessel of the generic type, in particular for the synthesis of solvent-containing mixtures of substances by vacuum evaporation, in such a way that the mixture of substances can be synthesized as quickly as possible, in particular the energy supply to the mixture of substances in the vessel can take place quickly even at lower temperature levels.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teilbereich des Gefäßbodens und/oder der Ge-The object is achieved according to the invention in that at least a portion of the vessel bottom and/or the
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fäßwand aus einem hochthermisch leitenden Werkstoff besteht und ein separates Bauteil bildet, das mit dem übrigen, aus einen Glaswerkstoff bestehenden Gefäßkörper dicht verbunden ist.The vessel wall is made of a highly thermally conductive material and forms a separate component that is tightly connected to the rest of the vessel body, which is made of a glass material.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein Gefäß zur Verfügung gestellt, welches insbesondere zur Synthese von lösemittelhaltigen Stoffgemischen durch Vakuumverdampfung optimal geeignet ist. Einerseits ist durch den aus Glaswerkstoff bestehenden Gefäßkörper die optische Kontrolle des Synthesevorganges stets gewährleistet. Andererseits kann durch die zumindest in Teilbereichen aus einem hochthermisch leitenden Werkstoff bestehenden Gefäßboden und/oder Gefäßwand dem Stoffgemisch ein Maximum an Verdampfungsenergie zugeführt werden, so daß eine Auskühlung sicher ausgeschlossen ist, wodurch auch der gesamte Synthesevorgang beschleunigt wird. Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß das Gefäß aus zwei Werkstoffen besteht, nämlich als Grundwerkstoff aus einem Glaswerkstoff, wie dies auch aus dem Stand der Technik bekannt ist, und aus eine Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit. Als Glaswerkstoff kann beispielsweise Borosilikatglas eingesetzt werden, wie dies z.B. aus dem Firmenkatalog der Firma IKA-Werke GmbH und Co. KG, 79219 Staufen, auf SeiteThe design according to the invention provides a vessel which is particularly suitable for the synthesis of solvent-containing mixtures of substances by vacuum evaporation. On the one hand, the vessel body made of glass material ensures that the synthesis process is always visually monitored. On the other hand, the vessel base and/or vessel wall, which are made of a highly thermally conductive material at least in some areas, can supply the mixture with a maximum of evaporation energy, so that cooling is reliably excluded, which also speeds up the entire synthesis process. This means that according to the invention, the vessel consists of two materials, namely a glass material as the base material, as is also known from the prior art, and a material with high thermal conductivity. Borosilicate glass, for example, can be used as the glass material, as can be seen, for example, in the company catalog of IKA-Werke GmbH and Co. KG, 79219 Staufen, on page
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NEYMEYER & PARTNER GBR, Patentanwälte MN/mnNEYMEYER & PARTNER GBR, Patent Attorneys MN/mn
I &iacgr; *.·* · ** &iacgr; isoä Vllingen-Schwenningen (DE) *.»**».* *··*·&iacgr;'« * " .&Ggr;. 25. Januar 2001 I &iacgr; *.·* · ** &iacgr; isoä Vllingen-Schwenningen (DE) *.»**».* *··*·&iacgr;'« * ".&Ggr;. 25 January 2001
61 bekannt ist, wo ein solches Gefäß der herkömmlichen
Art gezeigt ist. So kann der Gefäßkörper des erfindungsgemäßen Gefäßes ebenfalls aus einem solchen Borosilikatglas bestehen, während Teilbereiche des Gefäßbodens oder der komplette Gefäßboden oder auch Teilbereiche der Gefäßwand
aus einem hochthermisch leitenden Werkstoff bestehen.
Diese Teilbereiche sind dabei als separate Bauteile
ausgebildet, die mit entsprechenden Dichtungsmitteln
dicht in den restlichen Gefäßkörper eingesetzt sind. 61 , where such a vessel of the conventional
The vessel body of the vessel according to the invention can also consist of such a borosilicate glass, while parts of the vessel bottom or the entire vessel bottom or parts of the vessel wall
made of a highly thermally conductive material.
These sub-areas are designed as separate components
which are sealed with appropriate sealing agents
are tightly inserted into the rest of the vessel body.
Gemäß Anspruch 2 kann es sich bei diesem hochthermisch
leitenden Werkstoff um einen metallischen Werkstoff handeln. Durch diese Ausgestaltung ist eine einfache Herstellung
gewährleistet, wobei metallische Werkstoffe auch äußerst kostengünstig sind.According to claim 2, this highly thermally
conductive material can be a metallic material. This design enables easy production
guaranteed, whereby metallic materials are also extremely cost-effective.
Gemäß Anspruch 3 kann der Gefäßboden außenseitig eben
ausgebildet sein und einen mit geringem Spiel in den
durch die Gefäßwand gebildeten Glaskörper hineinragenden Halteabschnitt bilden. Im Bereich dieses Halteabschnittes ist dabei gemäß Anspruch 3 eine entsprechende elastische Dichtung vorgesehen, welche umlaufend den Halteabschnitt des Gefäßbodens zur Gefäßwand hin abdichtet. Die elastische Dichtung ist dabei derart ausgestaltet, daß der Gefäßboden mit seinem Halteabschnitt klemmend im GlaskörperAccording to claim 3, the vessel bottom can be flat on the outside
be designed and have a low clearance in the
through the glass body formed by the vessel wall. In the area of this holding section, a corresponding elastic seal is provided according to claim 3, which seals the holding section of the vessel bottom to the vessel wall all around. The elastic seal is designed in such a way that the vessel bottom with its holding section is clamped in the glass body
"I f: "I I ! &Iacgr;"I f: "I I ! &Iacgr;
MN/mn 1^*..' ' *..' ,U* * V.'* &lgr;. MN/mn 1 ^*..''*..' ,U* * V.'* λ. 25.Januar200125.January2001
gehalten wird. Dabei ist vorzugsweise keinerlei weitere Verbindung, wie beispielsweise eine Gewindeverbindung oder dergleichen zwischen dem Gefäßboden und der Gefäßwand vorgesehen. Es versteht sich, daß beispielsweise . 5 für hochbeanspruchte Gefäße eine solche Gewindeverbindung oder auch beispielsweise eine Klebverbindung oder dergleichen vorgesehen sein kann.Preferably, no further connection, such as a threaded connection or the like, is provided between the vessel bottom and the vessel wall. It is understood that, for example, such a threaded connection or also, for example, an adhesive connection or the like can be provided for vessels subject to high stress.
Gemäß Anspruch 4 kann das Gefäß im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein und in dessen Gefäßwand ein umlaufender Ringkörper oder ein umlaufender Wandabschnitt des Gehäusebodens aus hochthermisch leitendem Werkstoff dicht eingesetzt sein. Dies bedeutet, daß durch diesen umlaufenden Ringkörper der aus der Gefäßwand gebildete Glaskörper in zwei Teile unterteilt ist.According to claim 4, the vessel can be essentially cylindrical and a circumferential ring body or a circumferential wall section of the housing base made of highly thermally conductive material can be tightly inserted into its vessel wall. This means that the glass body formed from the vessel wall is divided into two parts by this circumferential ring body.
Gemäß Anspruch 5 weist auch der umlaufende Ring zu beiden Gefäßwandabschnitten der Gefäßwand jeweils einen in den durch die Gefäßwand jeweils gebildeten Glaskörper hineinragenden Halteabschnitt auf, in dessen Umfangsbereich ebenfalls eine elastische Dichtung vorgesehen ist. Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 ist das erfindungsgemäße Gefäß äußerst kostengünstig und äußerst einfach herstellbar. Auch hier ist vorzugsweise keine weitere Verbindung zwischen dem Ringkörper und dem Glaskörper vorge-According to claim 5, the circumferential ring also has a holding section for both vessel wall sections of the vessel wall that protrudes into the glass body formed by the vessel wall, in the peripheral area of which an elastic seal is also provided. Due to the design according to claim 5, the vessel according to the invention is extremely cost-effective and extremely simple to manufacture. Here too, preferably no further connection is provided between the ring body and the glass body.
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sehen, so daß der Ringkörper mit seinen Halteabschnitten in den Gefäßwandabschnitten durch entsprechend klemmende Halterung der Dichtung gehalten wird. Auch hier sei erwähnt, daß für extreme Einsatzbedingungen der Ringkörper am Glaskörper durch Gewindeverbindungen oder auch Klebverbindungen zusätzlich gehalten sein kann.so that the ring body with its holding sections is held in the vessel wall sections by a corresponding clamping of the seal. It should also be mentioned here that for extreme operating conditions the ring body can be additionally held to the glass body by threaded connections or adhesive connections.
Um das erfindungsgemäße Gefäß auch alternativ zu bestehenden Gefäßen einsetzen zu können, weist der Ringkörper gemäß Anspruch 6 denselben Außendurchmesser auf wie die Gefäßwand.In order to be able to use the vessel according to the invention as an alternative to existing vessels, the ring body according to claim 6 has the same outer diameter as the vessel wall.
Gemäß Anspruch 7 kann die Dichtung zwischen den separaten Bauteilen und dem übrigen Glaskörper aus einer O-Ring-Dichtung oder aus einer Lamellendichtung bestehen. Durch diese Ausgestaltung wird eine äußerst einfache Herstellung erreicht.According to claim 7, the seal between the separate components and the rest of the glass body can consist of an O-ring seal or a lamellar seal. This design makes production extremely simple.
Gemäß Anspruch 8 kann dabei die Lamellendichtung Bestandteil einer chemisch inerten Beschichtung des jeweils separaten Bauteils sein. Eine solche Beschichtung aus chemisch inertem Material des separaten Bauteils, d.h. des Gefäßbodens oder des Ringkörpers kann beispielsweise erforderlich sein, wenn der gewählte Werkstoff für den Gefäßboden oder den Ringkörper nicht chemisch inert ist.According to claim 8, the lamellar seal can be part of a chemically inert coating of the respective separate component. Such a coating made of chemically inert material of the separate component, i.e. the vessel bottom or the ring body, can be necessary, for example, if the material selected for the vessel bottom or the ring body is not chemically inert.
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Durch die chemisch inerte Beschichtung dieser Bauteile
wird somit eine chemische Reaktion des im Gefäß befindlichen Stoffgemisches mit dem Gefäßboden oder dem Ringkörper sicher verhindert. Zur Vereinfachung der Herstellung kann diese chemisch inerte Beschichtung gleichzeitig die eigentliche Lamellendichtung zwischen dem Glaskörper und dem Ringkörper bzw. dem Glasboden bilden.Due to the chemically inert coating of these components
This reliably prevents a chemical reaction between the mixture of substances in the vessel and the vessel base or the ring body. To simplify production, this chemically inert coating can simultaneously form the actual lamellar seal between the glass body and the ring body or the glass base.
Gemäß Anspruch 9 können die aus dem hochthermisch leitenden Werkstoff bestehenden Bauteile des Gefäßes wahlweise mit technischen Einrichtungen wie beispielsweise Sensoren,
Heiz-, Kühlelementen oder Ultraschallsonden oder
aber auch jeder anderen Meßelektronik versehen sein. Damit wird das Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Gefäßes erheblich erweitert. So können beispielsweise durch dasAccording to claim 9, the components of the vessel made of the highly thermally conductive material can optionally be equipped with technical devices such as sensors,
Heating, cooling elements or ultrasonic probes or
but also any other measuring electronics. This considerably expands the field of application of the vessel according to the invention. For example, the
Vorsehen eines Heizelementes, beispielsweise in Form eines Peltierelementes, im Gefäßboden und andererseits von Kühlelementen im Ringkörper in einfachster Weise durch
bereichsweises Aufheizen und bereichsweises Abkühlen des Stoffgemisches in diesem Flüssigkeitsströmungen erreicht werden. Desweiteren kann durch Vorsehen von Ultraschallsonden eine Durchmischung oder Homogenisierung des Stoffgemisches erreicht werden. Dabei sind keinerlei weitere
Zusatzeinrichtungen oder zusätzliche Geräte notwendig, umProvision of a heating element, for example in the form of a Peltier element, in the bottom of the vessel and, on the other hand, cooling elements in the ring body in the simplest way by
Heating and cooling of the mixture of substances in these liquid flows can be achieved in certain areas. Furthermore, mixing or homogenization of the mixture of substances can be achieved by providing ultrasonic probes. No further
Additional equipment or devices are necessary to
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eine solche Durchmischung im erfindungsgemäßen Gefäß erreichen zu können.to achieve such mixing in the vessel according to the invention.
Auch durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 10 wird der Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Gefäßes erweitert. So können im Gefäßboden ein oder mehrere kalibrierteThe area of application of the vessel according to the invention is also expanded by the design according to claim 10. One or more calibrated
Sacklochbohrungen vorgesehen sein, in welchen beispielsweise nach der Vakuumdestillation vorgesehene Mengen an Feststoffen abgelagert werden und für weitere Versuche
verwendet werden können. Desweiteren kann die Innenseite des Gefäßbodens auch eine konkav kegelige, kugelige oder gewölbte Innenfläche aufweisen. Durch die entsprechende Ausgestaltung wird eine gezielte Ablagerung der Reststoffe auf dem Gefäßboden erreicht.Blind holes can be provided in which, for example, after vacuum distillation, certain amounts of solids are deposited and used for further tests
can be used. Furthermore, the inside of the vessel bottom can also have a concave, conical, spherical or curved inner surface. The corresponding design allows for a targeted deposition of the residual materials on the vessel bottom.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des "Glasgefäßes" mit seinem aus einem hochwärmeleitfähigen Material bestehenden Glasboden oder Ringkörper in der Glaswand
wird eine wesentlich größere Wärmeübertragungsgeschwindigkeit insbesondere bei der Synthese bei der Vakuumdestillation gegenüber herkömmlichen Glaskolben erreicht, so daß das Prozeßende wesentlich früher erreichbar ist.The inventive design of the "glass vessel" with its glass bottom or ring body in the glass wall made of a highly thermally conductive material
A much higher heat transfer rate is achieved, particularly during synthesis, during vacuum distillation compared to conventional glass flasks, so that the end of the process can be reached much sooner.
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Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gefäßes mit einem separatem GefäßbodenFig. 1 shows a first embodiment of a vessel according to the invention with a separate vessel bottom
aus hochwärmeleitfähigem Werkstoff;made of highly thermally conductive material;
Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Gefäß im Verbindungsbereich des Gefäßbodens und der Gefäßwand mit einer O-Ring-Dichtung;Fig. 2 shows a section through a vessel according to the invention in the connection area of the vessel bottom and the vessel wall with an O-ring seal;
Fig. 3 eine weitere Schnittdarstellung entsprechend Fig. 2 jedoch mit einer Lamellendichtung;Fig. 3 is a further sectional view corresponding to Fig. 2 but with a lamellar seal;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gefäßes, bei welchem sowohl der Gefäßboden als auch ein Teilbereich der Gefäßwand aus einem hochwärmeleitfähigen Werkstoff beFig. 4 shows a second embodiment of a vessel according to the invention, in which both the vessel bottom and a portion of the vessel wall are made of a highly thermally conductive material.
steht;stands;
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gefäßes mit einem separaten Gefäßboden sowie einem in die Gefäßwand eingesetzten Ringkörper jeweils aus hochwärmeleitfähigemFig. 5 shows a further embodiment of a vessel according to the invention with a separate vessel bottom and an annular body inserted into the vessel wall, each made of highly thermally conductive
Material.Material.
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Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gefäßes 1, dessen Grundform beispielsweise der Form des Basisgefäßes aus dem Firmenkatalog der Firma IKA-Werke GmbH & Co. KG auf Seite 67 entspricht. Es versteht sich, daß die Formgebung des Gefäßes .1 nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern auch jede andere Formgebung aufweisen kann.Fig. 1 shows a first embodiment of a vessel 1 according to the invention, the basic shape of which corresponds, for example, to the shape of the basic vessel from the company catalog of IKA-Werke GmbH & Co. KG on page 67. It is understood that the shape of the vessel 1 is not limited to the embodiment shown, but can also have any other shape.
So weist das beispielhaft dargestellte Gefäß 1 an seinem oberen Ende einen Gewindeabschnitt 2 auf, auf welchem beispielsweise zum Verschließen des Gefäßes 1 ein Schraubdeckel aufgeschraubt werden kann. Radial erweitert schließt sich nach unten hin an diesen Gewindeabschnitt ein aus einer umlaufenden, zylindrischen Gehäusewand 3 bestehender Gefäßkörper 4 an. Der Gefäßkörper 4 ist einstückig zusammen mit dem Gewindeabschnitt 2 ausgebildet und aus einem Glaswerkstoff wie beispielsweise Borosilikatglas hergestellt.The vessel 1 shown as an example has a threaded section 2 at its upper end, onto which a screw cap can be screwed, for example, to close the vessel 1. Radially expanded, a vessel body 4 consisting of a circumferential, cylindrical housing wall 3 adjoins this threaded section towards the bottom. The vessel body 4 is formed in one piece together with the threaded section 2 and is made of a glass material such as borosilicate glass.
In diesen Gefäßkörper 4 ist unterseitig ein Gefäßboden 5 eingesetzt, welcher als separates Bauteil ausgebildet ist. Dieser Gefäßboden 5 weist eine im wesentlichen ebene Außenfläche 6 auf, mit welcher das gesamte Gefäß 1 auf einem ebenen Untergrund aufstellbar ist. Diese ebene Außenfläche 6, ist in ihrer Außenkontur der Gehäusewand 3A vessel base 5, which is designed as a separate component, is inserted into the underside of this vessel body 4. This vessel base 5 has a substantially flat outer surface 6, with which the entire vessel 1 can be placed on a flat surface. This flat outer surface 6, in its outer contour, is the same as the housing wall 3.
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des Gefäßkörpers 4 angepaßt und weist den selben Durchmesser wie der zylindrische Gefäßkörper 4 auf. Dies bedeutet, daß der Gefäßkörper 4 mit seiner Gehäusewand 3 auf der radialen äußeren Ringfläche 7 des Gefäßbodens 5 aufsitzt. Innerhalb dieser radialen Ringfläche 7, deren radiale Breite etwa der Wandstärke der Gehäusewand 3 des Gefäßkörpers 4 entspricht, ist ein Halteabschnitt 8 vorgesehen, welcher sich zylindrisch in die Gehäusewand 3 des Gefäßkörpers 4 hinein erstreckt. In seinem Umfangsbereich weist der Halteabschnitt 8 eine Dichtung 9 auf, welche beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als O-Ring-Dichtung 10 ausgebildet ist, wie dies aus der vergrößerten Schnittdarstellung der Fig. 2 ersichtlich ist.of the vessel body 4 and has the same diameter as the cylindrical vessel body 4. This means that the vessel body 4 sits with its housing wall 3 on the radial outer ring surface 7 of the vessel bottom 5. Within this radial ring surface 7, the radial width of which corresponds approximately to the wall thickness of the housing wall 3 of the vessel body 4, a holding section 8 is provided which extends cylindrically into the housing wall 3 of the vessel body 4. In its peripheral area, the holding section 8 has a seal 9 which in the embodiment of Fig. 1 is designed as an O-ring seal 10, as can be seen from the enlarged sectional view of Fig. 2.
Aus Fig. 2 ist weiter erkennbar, daß der Halteabschnitt des Gefäßbodens 5 eine umlaufende Aufnahmenut 11 aufweist, in welchen die O-Ring-Dichtung 10 eingesetzt ist. Zwischen dem Halteabschnitt 8 des Gefäßbodens 5 und der umlaufenden Gehäusewand 3 des Gefäßkörpers 4 ist dabei ein Spalt 12 vorgesehen. Somit ist der Halteabschnitt 8 in seinem Durchmesser etwas kleiner ausgebildet als der Innendurchmesser der Gefäßwand 3, so daß zwischen dem Halteabschnitt 8 und der Gefäßwand 3 ein Spiel von etwa 0,2 mm besteht. Durch dieses vorgesehene Spiel von 0,2 mmFrom Fig. 2 it can also be seen that the holding section of the vessel bottom 5 has a circumferential receiving groove 11 in which the O-ring seal 10 is inserted. A gap 12 is provided between the holding section 8 of the vessel bottom 5 and the circumferential housing wall 3 of the vessel body 4. The diameter of the holding section 8 is thus somewhat smaller than the inner diameter of the vessel wall 3, so that there is a clearance of approximately 0.2 mm between the holding section 8 and the vessel wall 3. This clearance of 0.2 mm
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wird dem aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium, bestehenden Gefäßboden genügend Freiraum gegeben, um sich bei Erwärmung ausdehnen zu können, ohne daß irgendwelche Spannungen in der Gefäßwand 3 auftreten können. Dies bedeutet wiederum, daß der Gefäßboden 5 mit seinem Halteabschnitt 8 über die O-Ring-Dichtung 10 festsitzend und austauschbar im Gefäßkörper 4 gehalten wird. Die O-Ring-Dichtung 10 liegt dabei klemmend an der Innenwand des Gefäßkörpers 4 an.the vessel base, which is made of a metallic material such as aluminum, is given enough space to be able to expand when heated without any tensions occurring in the vessel wall 3. This in turn means that the vessel base 5 with its holding section 8 is held firmly and replaceably in the vessel body 4 via the O-ring seal 10. The O-ring seal 10 is clamped against the inner wall of the vessel body 4.
Desweiteren ist aus Fig. 2 auch erkennbar, daß die Gefäßwand 3 des Gefäßkörpers 4 flächig auf der Ringfläche des Gehäusebodens 5 aufsteht.Furthermore, it can also be seen from Fig. 2 that the vessel wall 3 of the vessel body 4 rests flat on the annular surface of the housing base 5.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Dichtungsart im Schnitt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Gefäßboden 5/1 mit seinem Halteabschnitt 8/1 eine zylindrische Außenkontur 13 auf, welche ohne jegliche Aufnahmenut ausgebildet ist. Beim Ausführungsbeispiel des Gehäusebodens 5/1 besteht dieser aus einem nicht inerten Werkstoff, welcher ohne weitere Vorkehrungen mit in das Gefäß 1/1 eingefüllten Stoffgemischen chemisch reagieren könnte. Um eine solche chemische Reaktion zu verhindern, weist der Gehäuseboden 5/1 zum Innenraum des Gefäßes 1/1 eine chemisch inerte Beschichtung 14 beispielsweise ausFig. 3 shows an embodiment of another type of seal in section. In this embodiment, the vessel bottom 5/1 with its holding section 8/1 has a cylindrical outer contour 13 which is designed without any receiving groove. In the embodiment of the housing bottom 5/1, this consists of a non-inert material which could chemically react with mixtures of substances filled into the vessel 1/1 without further precautions. In order to prevent such a chemical reaction, the housing bottom 5/1 has a chemically inert coating 14 towards the interior of the vessel 1/1, for example made of
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PTFE auf, durch welche der Gehäuseboden 5/1 vollständig zum Innenraum des Gefäßes 1/1 abgedeckt ist. Somit wird durch die Beschichtung 14, welche sich bis zur radialen Ringfläche 7/1 des Gefäßbodens 5/1 erstreckt, eine chemisehe Reaktion zwischen im Gefäß 1/1 befindlichen Stoffgemisch und dem Gehäuseboden 5/1 sicher verhindert.PTFE, through which the housing base 5/1 is completely covered to the interior of the vessel 1/1. Thus, the coating 14, which extends to the radial annular surface 7/1 of the vessel base 5/1, reliably prevents a chemical reaction between the mixture of substances in the vessel 1/1 and the housing base 5/1.
Zur einfacheren Herstellung des Gehäusebodens 5/1 mit seiner Beschichtung 14 kann die zwischen dem Gehäuseboden 5/1 und der Gefäßwand 3/1 notwendige Dichtung durch eine Lamellendichtung 15 gebildet sein. Diese Lamellendichtung 15 besteht, wie in Fig. 3 beispielhaft dargestellt, aus mehreren umlaufenden, sich radial vom Halteabschnitt 8/1 nach außen erstreckenden Lamellen. Diese Lamellendichtung 15 kann gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels einstückiger Bestandteil der Beschichtung 14 sein, wodurch die Herstellung vereinfacht wird.To simplify the manufacture of the housing base 5/1 with its coating 14, the seal required between the housing base 5/1 and the vessel wall 3/1 can be formed by a lamellar seal 15. This lamellar seal 15 consists, as shown by way of example in Fig. 3, of several circumferential lamellae extending radially outward from the holding section 8/1. According to the present exemplary embodiment, this lamellar seal 15 can be an integral part of the coating 14, which simplifies manufacture.
Aufgrund der Wahl eines metallischen Werkstoffes mit hochthermisch leitfähigen Eigenschaften kann somit beispielsweise bei der Vakuumdestillation eines lösemittelhaltigen Stoffgemisches ein äußerst hoher Energiebetrag pro Zeiteinheit in das Stoffgemisch durch eine entsprechende Heizeinrichtung gefördert werden. Dadurch wird die Vakuumverdampfung und somit insgesamt die Synthese einesDue to the choice of a metallic material with highly thermally conductive properties, an extremely high amount of energy per unit of time can be conveyed into the mixture by means of a suitable heating device, for example during the vacuum distillation of a solvent-containing mixture. This facilitates the vacuum evaporation and thus the overall synthesis of a
NEYMEYER & PARTNER GbR Patentanwälte I ****., J t ·** J80$ Viipngen-Schwenningen (DE)NEYMEYER & PARTNER GbR Patent Attorneys I ****., J t ·** J 80 $ Viipngen-Schwenningen (DE)
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solchen Stoffgemisches erheblich beschleunigt. Aufgrund der einfachen Abnehmbarkeit und des doch festsitzenden Haltes des Gefäßbodens 5 bzw. 5/1 über dessen Dichtung 10 bzw. 15 in der Gefäßwand 3 bzw. 3/1 ist auch die Reinigung des Gefäßes 1 bzw. 1/1 in äußerst einfacher Art und Weise möglich.such a mixture of substances is significantly accelerated. Due to the simple removal and the firm hold of the vessel base 5 or 5/1 via its seal 10 or 15 in the vessel wall 3 or 3/1, the cleaning of the vessel 1 or 1/1 is also possible in an extremely simple manner.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel 1/2 eines Gefäßes, dessen Grundform ebenfalls der Form des Gefäßes 1 aus Fig. 1 entspricht. Das Gefäß 1/2 aus Fig. 4 weist ebenfalls einen oberen Gewindeabschnitt 2/2 sowie eine Gefäßwand 3/2 auf, welche ebenfalls einen Gefäßkörper 4/2 bildet. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist beim Gefäß 1/2 aus Fig. 4 der Gefäßboden 5/2 mit einem umlaufenden Wandabschnitt 16 versehen, so daß der Gefäßboden 5/2 etwa die untere Hälfte des gesamten Gefäßkörpers 4/2 bildet.Fig. 4 shows a further embodiment 1/2 of a vessel, the basic shape of which also corresponds to the shape of the vessel 1 from Fig. 1. The vessel 1/2 from Fig. 4 also has an upper threaded section 2/2 and a vessel wall 3/2, which also forms a vessel body 4/2. In contrast to the embodiment of Fig. 1, in the vessel 1/2 from Fig. 4 the vessel base 5/2 is provided with a circumferential wall section 16, so that the vessel base 5/2 forms approximately the lower half of the entire vessel body 4/2.
Im oberen Endbereich des Wandabschnittes 16 weist dieser einen im Durchmesser verjüngten Halteabschnitt 17 auf, welcher in seiner Ausgestaltung etwa dem Halteabschnitt 8 des Gefäßbodens 5 aus Fig. 1 entspricht. Dementsprechend ist auch im Bereich dieses Halteabschnittes 16 eine Dichtung in Form einer O-Ring-Dichtung 10/2 vorgesehen. Über diese O-Ring-Dichtung 10/2 ist der Gefäßboden 5/2 mitIn the upper end area of the wall section 16, this has a holding section 17 with a tapered diameter, which in its design corresponds approximately to the holding section 8 of the vessel bottom 5 from Fig. 1. Accordingly, a seal in the form of an O-ring seal 10/2 is also provided in the area of this holding section 16. The vessel bottom 5/2 is connected to
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seinem umlaufenden Wandabschnitt 16 festsitzend und auswechselbar an der Gefäßwand 3/2 angeordnet.its surrounding wall section 16 is firmly and replaceably arranged on the vessel wall 3/2.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gefäßes 1/3, an dessen oberen Ende ebenfalls ein Gewindeabschnitt 2/3 vorgesehen ist. Beim Gefäß 1/3 ist die Gefäßwand 3/3 geteilt ausgebildet und durch einen umlaufenden Ringkörper 18 getrennt. Dieser Ringkörper 18 besteht ebenfalls aus einem hochthermisch leitfähigen Werkstoff ebenso wie der Gehäuseboden 5, welcher beim Ausführungsbeispiel des Gefäßes 1/3 identisch ausgebildet ist wie der Gehäuseboden 5 des Ausführungsbeispiels des Gefäßes aus Fig. 1.Fig. 5 shows a further embodiment of a vessel 1/3, at the upper end of which a threaded section 2/3 is also provided. In the vessel 1/3, the vessel wall 3/3 is divided and separated by a circumferential ring body 18. This ring body 18 is also made of a highly thermally conductive material, as is the housing base 5, which in the embodiment of the vessel 1/3 is identical to the housing base 5 of the embodiment of the vessel from Fig. 1.
Der Ringkörper 18 weist zu den beiden Gefäßwandabschnitten 19 und 20 der Gefäßwand 3/3 jeweils einen im Durchmesser verjüngt ausgebildeten Halteabschnitt 21 bzw. 22 auf, mit welchen der Ringkörper 18 in die entsprechenden Wandabschnitte 19 und 20 eingesteckt ist. Zur festsitzenden und dichtenden Halterung der Halteabschnitte 21 und 22 in den jeweils zugeordneten Wandabschnitten 19 und 20 ist ebenfalls eine O-Ring-Dichtung 10/3 bzw. 10/4 vorgesehen, über welche die Wandabschnitte 19 und 20 festsitzend und dicht am Ringkörper 18 bzw. dessen Halteabschnitten 21 und 22 gehalten wird.The ring body 18 has a holding section 21 or 22 with a tapered diameter for each of the two vessel wall sections 19 and 20 of the vessel wall 3/3, with which the ring body 18 is inserted into the corresponding wall sections 19 and 20. An O-ring seal 10/3 or 10/4 is also provided for the firm and sealing holding of the holding sections 21 and 22 in the respectively associated wall sections 19 and 20, by means of which the wall sections 19 and 20 are held firmly and tightly on the ring body 18 or its holding sections 21 and 22.
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Desweiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in diesen, aus einem hochthermisch leitfähigen, vorzugsweise einem metallischen Werkstoff gebildeten separaten Bauteilen 5, 5/1, 5/2 sowie 18 unterschiedliche technische Einrichtungen integriert angeordnet sind. So sind beispielsweise (in der Zeichnung nicht dargestellt) Sensoren jeglicher Art, Heiz- oder Kühleinrichtungen, beispielsweise in Form von Peltierelementen oder aber auch Ultraschallsonden vorgesehen. Durch die Ausgestaltung dieser hochthermisch leitfähigen Bauteile 5, 5/1, 5/2 oder auch 18 mit einem oder mehreren dieser technischen Einrichtungen ist das erfindungsgemäße Gefäß 1, 1/2 oder auch 1/3 äußerst variabel für die unterschiedlichsten Einsatzzwekke einsetzbar. Insbesondere aber bei der Verwendung dieses erfindungsgemäßen Gefäßes 1, 1/1, 1/2 oder auch 1/3 in Verbindung mit der Synthese von lösemittelhaltigen Stoffgemischen durch Vakuumverdampfung ist einerseits der Syntheseprozeß durch die durchsichtigen Bestandteile des Gefäßes in einfacher Weise beobachtbar und andererseits kann das im Gefäß befindliche Stoffgemisch in ausreichender Weise mit Verdampfungsenergie über den Gefäßboden 5, 5/1 oder 5/2 oder aber auch über den Ringkörper 18 versorgt werden, so daß die gesamte Synthese des Stoffgemisches erheblich verkürzt wird.Furthermore, the invention provides that different technical devices are integrated into these separate components 5, 5/1, 5/2 and 18, which are made of a highly thermally conductive, preferably metallic material. For example (not shown in the drawing) sensors of all kinds, heating or cooling devices, for example in the form of Peltier elements or ultrasound probes, are provided. By designing these highly thermally conductive components 5, 5/1, 5/2 or 18 with one or more of these technical devices, the vessel 1, 1/2 or 1/3 according to the invention can be used extremely variably for a wide variety of purposes. In particular, when using this vessel 1, 1/1, 1/2 or even 1/3 according to the invention in connection with the synthesis of solvent-containing mixtures of substances by vacuum evaporation, on the one hand the synthesis process can be easily observed through the transparent components of the vessel and on the other hand the mixture of substances in the vessel can be supplied with sufficient evaporation energy via the vessel bottom 5, 5/1 or 5/2 or also via the ring body 18, so that the entire synthesis of the mixture of substances is considerably shortened.
Desweiteren kann im Fall des Ausführungsbeispieles 1/3 gemäß der Fig. 5 auch vorgesehen sein, daß über den Gefäßboden 5 dem im Gefäß 1/3 befindlichen Stoffgemisch Wärme zugeführt wird, während über den Ringkörper 18 dem Stoffgemisch Wärme entzogen wird, d.h., das Stoffgemisch über diesen Ringkörper 18 gekühlt wird. Durch eine derartige Temperaturführung ist somit über das Gefäß 1/3 im Stoffgemisch eine sogenannte Konvektionsmischung erreichbar, ohne daß ein Rührwerk oder dergleichen, beispielsweise in Form eines Magnetrührers, in das Gefäß 1/3 eingebracht werden müßte.Furthermore, in the case of the embodiment 1/3 according to Fig. 5, it can also be provided that heat is supplied to the mixture of substances in the vessel 1/3 via the vessel bottom 5, while heat is removed from the mixture of substances via the ring body 18, i.e. the mixture of substances is cooled via this ring body 18. By controlling the temperature in this way, a so-called convection mixture can be achieved in the mixture of substances via the vessel 1/3, without an agitator or the like, for example in the form of a magnetic stirrer, having to be introduced into the vessel 1/3.
Weiter kann der Gefäßboden 5, 5/1 oder auch 5/2 aus einem magnetischen Werkstoff bestehen oder ferromagnetische Eigenschaften aufweisen, so daß die Standfestigkeit des Gefäßes insgesamt verbessert wird.Furthermore, the vessel bottom 5, 5/1 or 5/2 can be made of a magnetic material or have ferromagnetic properties, so that the stability of the vessel is improved overall.
Claims (10)
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