DE2029597A1

DE2029597A1 - Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen unter Bildung von Fotoreaktionsniederschlägen

Info

Publication number: DE2029597A1
Application number: DE19702029597
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Chem. Dr. 5810 Witten. BOIj 1-00 Huhn
Original assignee: Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Current assignee: Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Priority date: 1970-06-16
Filing date: 1970-06-16
Publication date: 1971-12-23
Also published as: JPS5128069B1; DE2029597B2; GB1352248A; US3786250A; DE2029597C3; FR2097899A5; CH519352A

Description

PATENTANWÄLTE ^

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖN WALD DR.-SNG. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM₁ALEKVONKREISLEr DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLDPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

I6.6.I97O Sch/Sd

Studiengesellschaft Kohle mbH, Mülheim / Ruhr/ Kaiser-Wilhelm-Platz 1 f

Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen unter Bildung von Potoreaktionsniederschlägen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen unter Bildung von Potoreaktionsniederschlägen, bei der mehrere Ausgangskomponenten bei Durchmischung einer Belichtung ausgesetzt und die gebildeten Belichtungsniederschläge gesammelt werden.

Es sind Vorrichtungen der vorstehend genannten Art bekannt, bei denen die Belichtungsquelle in der Mitte eines Gefäßes angeordnet ist, das die aus den Komponenten bestehende Lösung enthält. Das im Querschnitt ringförmige Gefaß ist zylindrisch ausgebildet. In der Mitte des Gefäßes befindet sich der sogenannte Lampenschaft, in den die Belichtungsquelle, z.B. ein Quarzbrenner, der mit einer Wasserkühlung versehen ist, eintauchbar ist. Die in dem ru-

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henden ringförmigen Gefäß befindliche Lösung wird durch geeignete Mittel einer Rührung unterworfen. Bei einer solchen Tauchlampenapparatur erfolgt anfangs eine schnelle Abscheidung des Potoreaktionsniederschlages, wobei die Bildung desselben unmittelbar an der Einstrahlungsfläche des gekühlten Tauchlampenschachtes am intensivsten ist. Dies führt zur Ausbildung eines dichten Belages auf dem Lampenschacht in dem Gefäß, der in den der Lichtquelle näheren Schichten zunehmend dunkel verfärbt wird. Dadurch wird die an sich sehr leicht ablaufende Fotoreaktion zunehmend verlangsamt. Nur im Rührbereich kann die Ausbildung des Schachtbelages längere Zeit unterdrückt werden. Die Lösung ist im ganzen infolge des Potoreaktionsniederschlages getrübt, was die Fotoreaktion der noch zu behandelnden Teile der Lösung beeinträchtigt. Eine Abhilfe kann bei einer solchen Tauchlampenapparatur nur durch wiederholte Unterbrechung der Belichtung, durch Filtration der Lösung und eine: sorgfältige. Reinigung des Lampenschachtes erreicht werden, wobei diese Vorgänge unter inerter Atmosphäre durchzuführen sind, was verhältnismäßig viel Zeit in Anspruch nimmt. Ein bloßes mechanisches Abschaben des Niederschlages vom Lampenschaft führt zu keiner wesentlichen Besserung. Die sich ergebende Suspension führt zu einer starken Herabsetzung der optischen Durchlässigkeit derselben. Auch das Belichten einer ruhenden Lösung bringt keinen Fortschritt. Der suspendierte Anteil der Lösung sinkt zwar langsam zu Boden, aber die an der Einstrahlungsfläche des kühlen Lampenschaftes nachgebildeten Kristalle werden nicht mehr abgespült und bilden, bevorzugt auf den Flächen hoher Leuchtdichte, einen viel schneller wachsenden dichten Belag. Die Ausbeute ist deshalb nicht sehr hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen unter Bildung von Fotoreaktionsniederschlägen zu schaffen, bei der mit einfachen

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Mitteln stets eine sichere und schnelle Fotoreaktion durchgeführt werden kann, wobei eine störende Beeinträchtigung durch die entstehenden Fotoreaktionsniederschläge ausgeschaltet ist. Die Vorrichtung mit einer Bellchtungsquelle in der Mitte eines die Lösung enthaltenden ringförmigen Gefäßes zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß das Gefäß in Höhe der Belichtungsquelle eine radial und ringförmig verlaufende Auswulstung aufweist und zu der Belichtungsquelle drehbar angeordnet ist. Die ringförmige Auswulstung - im Querschnitt gesehen kann muldenförmig bzw. dreieckförmig ausgebildet sein. |

Bei einer solchen Ausbildung der Vorrichtung wird erreicht, daß während der Rotation des Gefäßes die Lösung aus dem unteren Sammelraum in den Fotoreaktionsraum aufsteigt und in die ringförmig verlaufende Auswulstung tritt. Der hierbei gebildete Fotoreaktionsniederschlag dringt infolge der Zentrifugalkraft in dem Raum der ringförmigen Auswulstung nach außen und kann sich in dem muldenförmigen Raum der Auswulstung sammeln, während der Teil der Lösung, der der Fotoreaktion noch nicht unterworfen ist, als klare Lösung ungehindert der,Belichtungsquelle ausgesetzt bleibt. Dadurch wird die stetige Neubildung des Fotoreaktionsniederschlages nicht behindert. Es wird | ständig eine klare Einstrahlungszone der im Fotoreaktionsraum rotierenden Reaktionslösung aufrechterhalten. Der jeweils sich neu bildende Fotoreaktionsniederschlag wandert nach seiner Entstehung sogleich in den zur Lichtquelle fernsten Teil des Fotoreaktionsraumes ab. Dadurch erzielt man eine stets gleichbleibende schnelle Abscheidung des Fotoreaktionsniederschlages und in kurzer Zeit eine hohe Ausbeute. Bei Abschalten der Rotation des Gefäßes sinkt der Fotoreaktionsniederschlag aus der ringförmigen Auswulstung des Gefäßes in den unteren Sammelraum ab. Wird danach die Rotation des Gefäßes wieder

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eingeschaltet, so steigt die der Fotoreaktion noch nicht unterworfene Lösung wieder in den Fotoreaktionsraum der ringförmigen Auswulstung, während der unten gesammelte Niederschlag infolge der größeren Masse und Trägheit unten verbleibt. Das Entstehen einer die· Fotoreaktion störenden Suspension wird weitgehend unterbunden. Dadurch arbeitet die Vorrichtung wesentlich leistungsfähiger, schneller und mit einer hohen Ausbeute.

Unterhalb der ringförmigen Auswulstung kann eine den Gefäßraum nach oben abdeckende Ringscheibe angeordnet werden, um das Aufsteigen des gebildeten Fotoreaktionsniederschlages zu erschweren. Diese Wirkung kann dadurch unterstützt werden, daß der zylindrische Sammelraum des Gefäßes unterhalb der Abdeckscheibe mit einer weiteren ringförmigen Ausbuchtung ausgestattet wird.

Zur Temperierung des Fotoreaktionsraumes kann die ringförmige Auswulstung von einem Kühlmantel umgeben sein. Um die Wirkung der Belichtungsquelle auf den Fotoreaktionsraum zu beschränken, können die Gefäßwände des Sammelraumes unterhalb der Abdeckscheibe lichtundurchlässig gestaltet sein.

Die Vorrichtung der Erfindung kann für den kontinuierlichen und auch für den diskontinuierlichen Betrieb eingerichtet sein.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert.

Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Hauptteils der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Ansicht und rein schematisch.

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Pig. 4 veranschaulicht die Gesamtansicht einer Belichtungszentrifuge gemäß der Erfindung mit Antriebsteil im Schema.

Pig. 5 stellt eine Ausführungsform eines Rotations-Potoreaktors mit einer Schutzhaube dar.

Die Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen · unter Bildung von Potoreaktionsniederschlagen weist ein Gefäß 1 aus Glas, Metall od. dgl. auf, das in der Mitte einen Hohlraum 2 besitzt, in dem eine Belichtungsquelle (| 3>z.B. ein Quarzbrenner, eine Quecksilber-Hochdrucklampe od. dgl., untergebracht ist. Die Belichtungsquelle 3 ist mit einer Wasserkühlung h versehen, vrobei der Zulauf mit 5 und der Ablauf mit β bezeichnet ist. Das Gefäß 1 sitzt mit einer entsprechenden konischen Passung J bzw. mit einem Schlüpfteil auf einer Halterung 8 auf, die durch einen geeigneten Antrieb in Drehung gebracht werden kann, so daß auch das Gefäß 1 rotiert. Mit 9 und 10 sind Ein-• füllstutzen od. dgl. zum Einfüllen der Komponenten der zu behandelnden Lösung bezeichnet. Das rotierende Gefäß 1 ist in Höhe der Belichtungsquelle 3 mit einer ringförmig verlaufenden Auswulstung 11 versehen, die - im Querschnitt , gesehen - muldenförmig oder dreieckförmig gebildet sein ™ kann. Unterhalb der ringförmigen Auswulstung 11 kann eine ringförmige Abdeckscheibe 12 angeordnet sein, die mit der Inneren Gefäßwand verbunden ist und an der äußeren Gefäßwand einen Ringspalt freiläßt.

Bei der Rotation steigt die Lösung aus dem zylindrischen Sammelraum 13 durch den zwischen Außenwandung und Lichtschutzscheibe 12 freigelassenen Ringspalt in den Fotoreaktionsraum 14, der durch die ringförmige Auswulstung eine weite horizontale Ausdehnung haben kann. Die Licht-

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schutzscheibe 12, die den zylindrischen Sammelraum IJ vor direktem Lichteinfall aus dem Fotoreaktionsrauin 14 schützt, V7ird bei diesem unter Rotation erfolgenden Transport praktisch nicht benetzt. Vorteilhaft wird die Rotation intermittierend mit Hilfe eines Zeitschaltwerkes gesteuert.

Zum Beispiel erfolgt auf eine Rotation von 60 Sekunden in ständigem Wechsel eine Antriebspause von etwa 3 Sekunden. Bei der Rotation sammelt sich der in dem Potoreaktionsraum 14 gebildete Fotoreaktionsniederschlag in der ringförmigen Auswulstung 11, während in dem Raum 14 dicht zur Belichtungsquelle 3 hin sich die klare Lösung aufhält, wobei der sich stets neu bildende Fotoreaktionsniederschlag durch die Zentrifugenwirkung in den äußeren Raum der ringförmigen Auswulstung 11 gelangt. Während der Antriebspause bewegt sich die Lösung mit dem Fotoreaktionsniederschlag, infolge Trägheitswirkung in abklingender Rotation verharrend, durch den Ringspalt zwischen Lichtsehutzscheibe 12 und Außenwand hindurch in den zylindrischen Samraelraum 13. Beim Wiedereinsetzen der,Rotation wird die Lösung unter Zurücklassung des größten Teils des Fotoreaktionsniederschlages in den Fotoreaktionsraum 14 zurück transportiert, während der in der Antriebspause abgesunkene Fotoreaktionsniederschlag in dem Sammelraum IJ im wesentlichen verbleibt. Der unter Belichtung neugebildete Fotoreaktionsniederschlag in dem Raum 14 sammelt sich sofort in dem spitz zulaufenden äußeren Teil 11 des Potoreaktionsraumes. Es hat sich gezeigt, daß etwa zwei Drittel der Schichttiefe der in Richtung zur Lichtquelle befindlichen Lösung stets trübungsfrei bleiben. Dadurch bleibt

3D die Wirkung der Lichtquelle ungehindert»

Den durch den Zeitgeber wählbaren Rotationsintervallen entsprechen Belichtungsschritte, die zusätzlich durch Veränderung der Höhe der zylindermantelartigen Einstrahlungsfläche der rotierenden Lösung variiert werden können. Die

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Veränderung der Höhe der rotierenden Lösungsoberfläohe in dem Raum I^ ist in weiten Grenzen durch Verwendung von Rotationskörpern mit entsprechend gespreizten oder verengten Cf^nungswinkeln der ringförmigen Auswulstung 11 wählbar. Die Spreizung des öffnungswinkels bei der ringförmigen Auswulstung des Potoreaktionsraumes kann mitunter se>ir BTo8 gehalten werden. Hierbei ist es dann möglich, mehrere ringförmig auf einem Kreis angeordnete Lichtquellen zu verwenden und das Licht dieser Lichtquelle ler> '.-or ^inetn kreisförmig gebogenen, wassergekühlten, metall isei-m Reflektor auf der. Bereich der in Form eines Zy- .g lindermantels ausgebildeten rotierenden Lösungsoberfläche zu fokus.'r'^ren. Andererseits können die Belichtungsschrit- *r durch Verengung des öffnungswinkels der ringförmigen A -swulstung des Potoreaktionsraumes auch in weiten Grenzen Vi-"kIeinert werden. Dies kann eventuell bei schnell verlaurende.n Fotoreaktionen von Vorteil sein oder zur Erkennung des Endpunktes einer Fotoreaktion.

Damit die Reaktionslösung völlig klar in den Fotoreaktionsraum I^ eintreten kann, ist es zweckmäßig, bei dem zylindrischen Sammelraum 13 eine dem Fotoreaktionsraum 11.14 sehr ähnliche, aber schmalere ringförmige Ausbuchtung 15 vorzusehen. Dadurch wird der unter der Wirkung' der Zentri- ^j fugalkraft aufsteigenden Suspension auf dem Weg-zum Potoreaktionsraum eine vorgelagerte Potentialmulde angeboten, in die d'e spezifisch schwerere Trübung abwandern kann. In den Fotoreaktionsraum l4 selbst gelangt dann nur klare Lösung. Der Endpunkt der Fotoreaktion ist bei demjenigen Belichtungsschritt erreicht, bei dem im Fotoreaktionsraum kein Niederschlag mehr entsteht.

Die vorstehend beschriebene ringförmige Ausbuchtung 15 des zylindrischen Sammelraumes 13 erlaubt auch das Abfangen

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lichtempfindlicher Fotoreaktionsniederschläge. In diesem Falle wird die Ausbuchtung 15 durch Schwärzung ihrer Außenwand, z.B. durch schnelltrocknende, schwarze Teroson-Kautschukmasse, zum Dunkelraum-Zentrifugalabscheider im Zusammenwirken mit der Lichtschutzscheibe 12.

Wenn bei langen Belichtungszeiten und leicht verdampfbaren, lichtzersetzlichen Reaktanten oder Lösungsmitteln dünne, energieverzehrende Beschläge nicht völlig vermieden werden können, bleiben diese bei der beschriebenen Vorrichtung stets von der Reaktionslösung separiert. Sie können also die Lösung selbst nicht durch Aufbau zusätzlicher, unerwünschter innerer Filter verunreinigen. Gegebenenfalls kann man auch noch feste Wischer anordnen. Ferner ist es möglich, den Dampfdruck leicht zersetzlicher Reaktanten durch Kühlung oder passende Lösungsmittel auf ein tolerierbares Maß zu senken.

Eine Temperierung des Fotoreaktionsraumes 14 kann durch einen Kühlmantel 16 erreicht werden, der den Fotoreaktionsraum 14 mit der ringförmigen Auswulstung 11 in entsprechender Weise umgibt. Die der Form des Fotoreaktionsraumes angepaßte Auswölbung des Kühlmantels verhindert ein Verspritzen des Kühlmediums während der Rotation. Der sich von der Mitte aus nach oben und unten verengende Kühlmantel 16 kann oben offen sein, um die Absaugung und Zuspeisung des Kühlmediums zu ermöglichen. Das Gefäß 1 kann am oberen Ende mit einem weiteren Konus 17 versehen sein, in den ein Konus l8 einsteckbar ist, der eine Zuführungsleitung 19 für die in das Gefäß 1 einzuführende Lösung enthalten kann.

Fig. 4 veranschaulicht die Vorrichtung mit einer Antriebseinrichtung. Die Rotation des Gefäßes 1 kann über eine Keilriemenscheibe 20 vorgenommen werden, die mittels

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eines Keilriemens od. dgl. von einem Elektromotor od. dgl. angetrieben wird. Mit 21 ist ein Kugellager, mit 22 eine rotierende Dichtung mit dem Eintropfdurchlaß 19, und mit 23 ein Behälter bezeichnet, der verschiedene Anschlüsse 24, 25 und 26 aufweisen kann. Die Druckfederung 27 dient zur Herstellung einer entsprechenden Abdichtung bei dem schwimmenden Lager.

Das Gefäß 1 kann auch für kontinuierliche Belichtungen im Durchflußbetrieb ausgebildet werden. Hierzu kann am Boden des zylindrischen unteren Teils 13 eine weitere | rotierende Dichtung für den Ausfluß und die Versorgungsleitungen für die Lichtquelle vorgesehen werden. Der kontinuierliche Betrieb kann sich so abspielen, daß das Beliehtungsgut chargenweise vom Zentrifugenkopf durch den bisher für den Tropftrichter vorgesehenen Durchlaß zugeführt und im laufenden Rotationskörper festgehalten wird, bis eine automatische Registrierung des Spektrums im Bereich der klaren Einstrahlungszone den gewünschten Umsatz meldet und Rotationsstopp auslöst. Das Belichtungsgut würde in einen Vorratstank abfließen und der Rotationskörper würde erneut in Rotation versetzt, nachgefüllt usw.

Die beschriebene Belichtungszentrifuge kann für die Durch- " führung der verschiedensten Fotoreaktionen eingesetzt werden. Bei hohen Umdrehungszahlen des Gefäßes 1 ist es zweckmäßig, das Ganze unter einer Schutzhaube 28 unterzubringen, wie dies in der Fig. 5 gezeigt ist.

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Claims

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Ansprüche

1. Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen unter Bildung von Potoreaktionsniederschlägen, bei der mehrere Ausgangskomponenten bei Durchmischung z.B. unter Rühren,einer Belichtung, z.B. durch eine Quecksilberhochdrucklampe, ausgesetzt und die gebildeten Belichtungsniederschläge gesammelt werden, wobei die Belichtungsquelle in der Mitte eines die Komponenten enthaltenden Gefäßes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) in Höhe der Belichtungsquelle (5) eine radial und ringförmig verlaufende Auswulstung (11) aufweist und zu der Belichtungsquelle (3) drehbar angeordnet ist, wobei die Auswulstung (11) - im Querschnitt gesehen - muldenförmig bzw. dreieckfÖrmig ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der ringförmigen Auswulstung (11) eine den Gefäßraum nach oben abdeckende ringförmige Lichtschutzscheibe (12) mit der inneren Gefäßwand verbunden ist und an der äußeren Gefäßwand einen Ringspalt zum Durchtritt der Lösung frei läßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) unterhalb der Lichtschutzscheibe (12) eine weitere ringförmige Ausbuchtung (15) besitzt, und daß die Ausbuchtung (15) - im Querschnitt gesehen » schmaler als die ringförmige Auswulstung (Ii) gestaltet ist.

k. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Auswulstung (11) von einem Kühlmantel (l6) umgeben ist»

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- li -

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Sammelgefäßes (1>) unterhalb der Lichtschutzscheibe (12) lichtundurchlässig
gestaltet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungsquelle aus mehreren
ringförmig angeordneten Lichtquellen besteht, hinter denen mindestens ein metallischer Reflektor angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Belichtungsquelle ein Strahlungskörper, z.B. für -y-Strahlen, dient.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) mit einer Antriebsvorrichtung zur Rotation versehen ist und hängend an dieser angebracht ist (Pig. 4).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß eine obere zentrale Zuführung (19) und am unteren Ende eine Abführung für die gewonnene Substanz aufweist. . I

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Gefäß (1) von einer
Schutzhaube (28) umgeben ist.

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