DE2515803B2

DE2515803B2 - Verfahren zur abtrennung von basischen alkalimetallazidteilchen, die in einer loesung eines alkalimetallazids in fluessigem ammoniak suspendiert sind

Info

Publication number: DE2515803B2
Application number: DE19752515803
Authority: DE
Inventors: Peter John Montreal Blondin Guy Michel Beloeil Picard Roland Rigg Carl Fredenk McMaster ville Quebec Astrauskas (Kanada)
Original assignee: Canadian Industries Ltd, Montreal, Quebec (Kanada)
Priority date: 1974-04-24
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1977-10-27
Also published as: ZA752095B; GB1458951A; BR7502344A; CA1022726A; JPS50146600A; IT1035258B; FR2268748A1; DE2515803C3; NO139520C; NO751456L; DE2515803A1; ES436790A1; SE398225B; IN142356B; SE7504605L; NO139520B; US3953582A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Alkalimetallaziden und insbesondere auf ein Verfahren zur Abtrennung von Alkalimetallazid aus einem ' Reaktionsmedium, das aus einer Lösung eines Azids in wasserfreiem Ammoniak besieht.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Alkalimetallazids, das von Kawakami et al. in der japanischen Patentanmeldung 38-25 353 (1963) beschrieben ist, wird ein Alkalimetall, wie z. B. Natrium, in flüssigem wasserfreiem Ammoniak bei 5O⁰C und 21 atü aufgelöst. Dabei reagiert es unter Bildung von Natriumamid. Das Natriumamid wird dann mit Stickoxydul umgesetzt, wobei ein Natriumazid/Natriumhydroxid-Doppelsalz entsteht. Diese Reaktionen verlaufen gemäß den folgenden Gleichungen:

NH₃ + Na —,

NaNH₂ + N₂O
NaNH₂ + H₂O

> NaNH₂ + 1/2 H₂ (1)

NaN₃ + H₂O NaOH + NH₃

(2)

6O⁰C

2NaNH₂4 N₂O -~~* NaN₃- NaOH + NH₃

Das Produkt der Reaktion, die von Kawakami et al. beschrieben und in der Gleichung (2) gezeigt isi, besteht aus einer Lösung/Suspension eines unlöslichen Natriumazid/Natriumhydroxid-Doppelsalzes, das in der Lösung des Azids in flüssigem Ammoniak suspendiert ist. Das suspendierte unlösliche Doppelsalz kann nur schwierig durch Filtration oder Zentrifugieren abgetrennt werden. Die Lösung des Natriumazids im flüssigen Ammoniak wird zu der Stufe des Verfahrens zurückgeführt, die durch die Gleichung (1) dargestellt ist. Das gewonnene Doppelsalz wird in Wasser geiöst und weiter verarbeitet, um das Natriumazid und das Natriumhydroxid zu trennen und getrennt zu gewinnen.

Der Nutzen und damit die kommerzielle Anwendbarkeit des kontinuierlichen Verfahrens von Kawakami et al. wird durch die Schwierigkeiten beschränkt, die bei der Abtrennung des basischen Alkalimetallazids (des Doppelsalzes) von dem flüssigen Ammoniak angetroffen werden. Typischerweise können Feststoffe, die in Flüssigkeiten suspendiert sind, durch kontinuierliches Zentrifugieren abgetrennt werden. Jedoch sind Zentrifugen unbekannt, die bei Drücken über ungefähr 10 atü arbeiten. Blattförmige Druckfilter können verwendet werden, aber die Ausrüstungskosten und die Betriebskosten sind hoch. Außerdem ist ein solches System nicht kontinuierlich. Kawakami et al. stellen fest, daß die Filtrationsverfahren nicht zufriedenstellend sind. Das Abdampfen des Ammoniaks zur Gewinnung des Doppelsalzes erfordert ebenfalls teure Einrichtungen und hohe Betriebskosten.

Der Erfindung lag nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Abtrennung von festen Teilchen aus basischem Alkalimetallazid aus dem Reaktionsmedium in einem kontinuierlichen Azidherstellungsverfahren zu schaffen. Ein besonderes Ziel der Erfindung war die Schaffung eines Verfahrens zur kontinuierlichen und wirtschaftlichen Abtrennung von suspendierten basischen Alkalimetallazidteilchen aus einer Trägerlösung, die aus Alkalimetallazid in flüssigem Ammoniak besteht.

Das verbesserte Verfahren der Erfindung zur Abtrennung von suspendierten festen Teilchen aus basischem Alkalimetallazid von einer Lösung von Alkalimetallazid in flüssigem Ammoniak besteht darin, daß man die Suspension der basischen Alkalimetallazidteilchen mit einem nichtreaktiven unmischbaren Mineral- oder Silikonöl einer Dichte zusammenbringt, die größer ist als die Dichte der Suspension, die basische Alkalimetallazidteilchen durch die gebildete Grenzfläche treten läßt, die Mineralölphase abtrennt und daraus die basischen Alkalimetallazidteilchen gewinnt.

Ein verbessertes erfindungsgemäßes Verfahren umfaßt auch weitere Stufen, die darin bestehen, daß man die das basische Azid enthaltende ölphase mit einer wäßrigen Phase in Berührung bringt, wobei sich eine Grenzfläche ausbildet, und die festen, suspendierten basischen Azidteilchen durch die Grenzfläche, an welcher vorzugsweise eine Siebeinrichtung angeordnet ist, wandern und in die wäßrige Phase eintreten läßt, worin die basischen Azidteilchen aufgelöst werden.

So kann also ein Dreischichtsystem vorgesehen werden, das aus folgenden Schichten besteht: einer oberen Phase aus festen Teilchen eines basischen Alkalimetallazids, die in einer Lösung eines Alkalimetallazids in einem flüssigen Ammoniak suspendiert sind, einer mittleren Schicht, die aus einer Mineralölphase besteht, welche eine größere Dichte als die obere Schicht aufweist, und einer unteren Wasserschicht, wobei ein Sieb an der Grenzfläche zwischen der ölphase und der Wasserphase angeordnet ist. Die Maschenweite des Siebes wird so ausgewählt, daß sie der mittleren Teilchengröße des basischen Alkalimetallazids entspricht. Hierdurch wird die Überführung von öl mit den basischen Azidteilchen, während sie in die

wäßrige Phase gehen, gering gehalten.

Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein zweischichtiges Trennsystem, wobei die beiden gesonderten zweischichtigen Trennverfahren gleichzeitig ausgeführt werden, und

F i g. 2 zeigt ein dreischichtiges Trennsystem.

F i g. 1 zeigt einen geschlossenen Druckbehälter 1 mit einer Eintrittsleitung 2 für die Einführung einer Lösung als Alkalimetallazid in flüssigem Ammoniak, worin suspendierte Teilchen aus basischem Alkalimetallazid enthalten sind. Eine Eintrittsleitung 3 ist vorgesehen, durch welche in den Behälter 1 ein inertes, unmischbares Mineralöl mit einer größeren Dichte als diejenige der Alkalimetallazidlösung in flüssigem Ammoniak eingeführt werden kann. Eine Austrittsleitung 4 sorgt für die Entfernung des im flüssigen Ammoniak gelösten Alkalimetallazids, und eine Austrittsleitung 5 sorgt für den Ablaß des Mineralöls, das suspendierte Teilchen aus basischem Alkalimetallazid enthält. Ein Ablaßventil 6 ist in der Leitung 5 vorhanden. Die Grenzfläche zwischen der Azidlösung in flüssigem Ammoniak und der ölphase ist bei 7 gezeigt. Außerdem ist ein zur Atmosphäre hin offener Behälter 8 vorgesehen, der eine Eintrittsleitung 9 für die Einführung von Wasser aufweist. Im Behälter 8 befindet sich ein Behälter 10, der am Boden ein Sieb 11 aufweist. Eine Austrittsleitung 12 ist für die Abführung einer wäßrigen Lösung von Alkalimetallazid und Alkalimetallhydroxid vorgesehen. Eine Leitung 13 sorgt für die Überführung von Mineralöl aus dem Behälter 10, das durch eine Pumpe 14 zum Behälter 1 zurückgepumpt wird. Die Grenzfläche zwischen der ölphase und der wäßrigen Phase ist bei 15 zu sehen.

In F i g. 2 ist ein geschlossener Druckbehälter 20 gezeigt, der eine Eintrittsleitung 21 für die Einführung einer Lösung von Alkalimetallazid in flüssigem Ammoniak aufweist, worin Teilchen aus basischem Alkalimetallazid suspendiert sind. Der Mittelabschnitt 22 des Behälters 20 besitzt einen verringerten Querschnitt und enthält eine inerte Mineralölphase 23 einer größeren Dichte als die Dichte der Alkalimetallazidlösung in flüssigem Ammoniak. Es ist ein vergrößerter Abschnitt 24 des Behälters 20 zu sehen, der eine Eintrittsleitung 25 für die Einführung von Wasser, eine Austrittsleitung 26 für den Abzug der wäßrigen Lösung von Alkalimetallazid und Alkalimetallhydroxid und einen Rührer 27 aufweist. Ein Sieb 28 ist zwischen den Behälterabschnitten 22 und 24 vorgesehen. Flüssigkeitsgrenzflächen sind bei 29 und 30 gezeigt.

Beim Betrieb der Vorrichtung von Fig. 1 wird eine Alkalimetallazidlösung in flüssigem Ammoniak, welche suspendierte Teilchen aus basischem Alkalimetallazid enthält und beispielsweise durch das Verfahren von Kawakami et al. hergestellt worden ist, kontinuierlich durch die Eintrittsleitung 2 zum Druckbehälter 1 geführt. Ein inertes Mineralöl mit einer größeren Dichte als die Dichte der Alkalimetallazidlösung in flüssigem Ammoniak wird ebenfalls kontinuierlich durch dit Leitung 30 in den Behälter 1 eingeführt. Die beiden unmischbaren Lösungen bilden bei 7 eine Grenzfläche. Die suspendierten Teilchen des basischen Alkalimetallazids wandern aufgrund der Schwerkraft in die untere ölphase. Die verbleibende obere Lösung im Behälter 1, die aus einer praktisch hydroxidfreien Lösung von Azid in flüssigem Ammoniak besteht, wird durch die Leitung 4 kontinuierlich abgezogen. Die untere ölphase, welche basische Alkalimetallazidteilchen enthält, wird kontinuierlich durch die Leitung 5 abgezogen und geht durch das Ablaßventil 6 hindurch, von wo aus sie zu den auf atmosphärischem Druck gehaltenen Behältern 8 und 10 geführt wird, wo eine weitere Trennung stattfindet. Der Behälter 8 wird durch die Leitung 9 kontinuierlich mit. Wasser gespeist. Die ölphase aus dem Behälter 1, die durch die Leitung 5 fließt, wird zum Behäller 10 mit Siebbooten geleitet, wo sich mit dem Wasser im Behälter 8 die Grenzfläche 15 ausbildet. Suspendierte Teilchen aus basischem Alkalimetallazid setzen sich

ίο durch die Schwerkraft auf dem Sieb 11 ab und gehen in der unteren wäßrigen Phase in Lösung. Öl, das von seinen suspendierten basischen Azidteilchen befreit ist, schwimmt in der ölphase nach oben und wird kontinuierlich über die Leitung 13, die Pumpe 14 und die

is Leitung 3 zum Behälter 1 zurückgeführt. Die wäßrige Lösung aus basischem Alkalimetallazid wird kontinuierlich durch die Leitung 12 aus dem Behälter 8 entfernt, um weiterverarbeitet zu werden.

Bei einer Arbeitsweise, bei welcher die Vorrichtung von F i g. 2 verwendet wird, wird eine Alkalimetallazidlösung in flüssigem Ammoniak, die suspendierte Teilchen aus basischem Alkalimetallazid enthält, kontinuierlich durch die Leitung 21 in den Druckbehälter 20 geführt, wo sich bei 29 eine Grenzfläche mit der inerten unmischbaren ölphase 23 im Behälterabschnitl 22 ausbildet. Suspendierte Teilchen aus basischem Alkalimetallazid wandern in die ölphase 23. Wasser wird durch die Eintrittsleitung 25 kontinuierlich zum Behälterabschnitt 24 geführt, wo sich mit der Ölphase 23

eine Grenzfläche 30 ausbildet. Suspendierte Teilchen aus basischem Alkalimetallazid setzen sich durch die ölphase 23 ab und werden auf dem Sieb 28 abgelagert, wo sie durch die untere Wasserphase, herausgelöst werden. Die Auflösung der basischen Azidteilchen wird durch den Rührer 27 unterstützt. Die wäßrige Lösung des basischen Alkalimetallazids wird kontinuierlich durch die Leitung 26 abgezogen, um weiterverarbeitet zu werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele

40. näher erläutert.

Beispiel 1

351,2 g flüssiger wasserfreier Ammoniak und 66 g basisches Natriumazid wurden in einen Druckbehälter eingebracht. Das Gemisch wurde kurze Zeit gerührt, um das basische Natriumazid zu suspendieren. 250 ml Mineralöl wurden dann zugegeben. Das basische Azid setzte sich in die Ölphase ab. ?00 ml Wasser wurden dann zum Behälterboden eingeführt, worauf das basische Azid sich in die Wasserphase absetzte, wo durch leichtes Rühren eine Auflösung veranlaßt wurde. Es wurden drei Phasen mit scharfen klaren Grenzflächen gebildet.

Beispiel 2

Fünf Teile rohes Natriumazid, das in 100 Teilen Mineralöl suspendiert war, wurde mit einer Geschwindigkeit von 225 g/min in einen Wasserbehälter eingeführt. Ein Sieb der Maschenweite 0,8 mm war kurz unter der Lage der Flüssigkeitsgrenzfläche angeordnet. Das rohe Azid wurde im Wasser aufgelöst. Die Öl- und Wasserphasen mischten sich nicht und emulgierten auch nicht.

Das für die Verwendung als ölphase geeignete Medium muß gegenüber irgendeiner chemischen Reaktion mit den Komponenten der Alkalimetallazidlösung im flüssigen Ammoniak inert sein und muß eine größere Dichte als diese Lösung aufweisen. Aliphatische

Mineralöle werden bevorzugt. Es können aber auch andere ähnliche Öle. wie z. B. Silikonöle, verwendet werden.

Die Baumaterialien für die Behälter und die Leitungen der Vorrichtung müssen den Erfordernissen eines Hochdruckazidherstellungsverfahrens entsprechen. Es dürfen keinerlei reaktive Metalle verwendet werden. Die Behälter 8 und 10, die in F i g. 1 gezeigt sind, können gegebenenfalls aus einem inerten Kunststoffmaterial, wie z. B. Polyäthylen, hergestellt werden.

Es ist ersichtlich, daß das vorliegende Verfahren eine wirtschaftliche und effektive Methode zur Trennung der Azidphase und der Hydroxidphase in einem kontinuierlichen Azidherstellungsverfahren darstellt. Dieses verbesserte Verfahren vermeidet alle Schwierigkeiten, die bisher bei der Verwendung von Zentrifugier- und Filtriermethoden angetroffen wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung von basischen Alkalimetallazidteilchen, die in einer Alkalimetallazidlösung in flüssigem Ammoniak suspendiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß man die Suspension der basischen Alkalimetallazidteilchen mit einem nichtreaktiven unmischbaren Mineraloder Siliconöl einer Dichte zusammenbringt, die größer ist als die Dichte der Suspension, die basische Alkalimetallazidteilchen durch die gebildete Grenzfläche treten läßt, die Mineralölphase abtrennt und daraus die basischen Alkalime*allazidteilchen gewinnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich das die basischen Azidteilchen enthaltende Mineral- oder Silikonöl unter Ausbildung einer Grenzfläche mit Wasser in Kontakt bringt und die basischen Azidteilchen durch die Grenzfläche hindurch im Wasser in Lösung gehen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sieb mit öffnungen, die der mittleren Teilchengröße der suspendierten basisehen Alkalimetallazidteilchen entsprechen, an der Öl/Wasser-Grenzfläche angeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als unmischbares Mineralöl ein aliphatisches Mineralöl oder ein Siliconöl verwendet wird.