DE304479C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

7- M 304479 KLASSE Uh. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Oktober 1915 ab.

Es ist bekannt, daß chemische Reaktionen zwischen Flüssigkeiten, Gasen oder Flüssigkeiten und Gasen dadurch beschleunigt oder veranlaßt werden, daß elektrische Ströme durch die Mischungen, entweder als Funkenentladungen, Lichtbogen oder sogenannte dunkle Entladungen, hindurchgehen. Im letzteren Fall sind die Wirkungen meist äußerst schwach und können nur kleine Energiemengen zur Wirkung kommen. Wenn die Entladungen mittels Funken oder Lichtbogen erfolgen, treten örtliche Erhitzungen auf, die in vielen Fällen äußerst schädlich wirken. Dies hat sich beispielsweise bei synthetischer Herstellung von NH₃ mittels elektrischer Entladungen durch ein Gemisch der Elemente gezeigt, wobei zwar NH₃ erzeugt wird, das NH₃ aber sich beinahe ebenso schnell wieder zersetzt, wie es gebildet wird.

Es hat sich ferner gezeigt, daß bei Hydrogenisierungsverfahren, beispielsweise bei Hydrogenisierung (Härten) von Tran mittels elektrischer Entladungen durch den Tran in Gegenwart von Wasserstoff, gleichzeitig Überhitzungsprodukte entstehen.

Die Erfindung bezweckt, diese elektrischen Entladungen und die daraus entstehenden schädlichen örtlichen Erhitzungen möglichst zu vermeiden. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß die Stoffe, die hier nicht in Frage kommen, in der Regel ein nur geringes elektrisches Leitungsvermögen besitzen, weshalb eine verhältnismäßig hohe elektrische Spannung verwendet werden muß, die unter gewöhnlichen Umständen die elektrischen Entladungen kräftiger und die örtlichen Erhitzungen um so schädlicher werden läßt. Es werden deshalb nach der Erfindung elektrische Ströme verwendet, die mehr geneigt sind, sich über den ganzen Querschnitt des Reaktion·?- gemisches zu verteilen, und Vorrichtungen zum Einleiten des Stromes verwendet, die diese Verteilung befördern.

Elektrische Ströme, die die oben erwähnte Eigenschaft in hohem Grade besitzen, sind die sogenannten Hochfrequenzströme (Wechselströme mit großer Periodenzahl, Teslaströme), die auf die umgebenden Gase oder schlechtleitenden Flüssigkeiten stark ionisierend wirken und dadurch ihr elektrisches Leitungsvermögen erhöhen.

. Als Vorrichtungen, die besonders geeignet sind, die elektrische Energie über die ganze Reaktionsmasse zu verteilen, können diej eiligen gelten, in denen die Elektroden plattenförmig und nebeneinander, wie in einem gewöhnlichen elektrischen Kondensator, mit oder ohne Isolationsplatten in schmalen Zwischenräumen zwischen den Elektrodenplatten, angeordnet sind, wobei die Zwischenräume mit den zu behandelnden Stoffen ganz ausgefüllt werden.

Eine solche Vorrichtung ist in den deutschen Patentschriften 167107 und 169410 für

Hydrogenisierung von Ölsäuren und ihren Glyzeriden veröffentlicht; hier sind aber die

/ Zwischenräume zwischen den Platten mit keiner Wasserstoff-Ölmischung als Schaum

5 oder Emulsion ausgefüllt, sondern nur mit Wasserstoff, während das öl über die Platten als eine dünne Schicht strömt. Auch fehlt in den genannten Patentschriften die Wirkung und Verwendung von Hoch'frequenzströmen.

ίο Die Wirksamkeit dieser Vorrichtungen wird durch ihre Verwendung gemäß dem neuen Verfahren eine ganz andere, indem die Platten, anstatt mit öl in einer Wasserstoffatmosphäre überrieselt.zu werden, mehr oder.

weniger, zweckmäßigerweise sogar ganz, unter die Oberfläche- eines innigen Gemisches (Schaum oder Emulsion o. dgl.) von Öl oder, Fettsäure und Wasserstoff getaucht werden, wobei dieses innige Gemisch der Einwirkung elektrischer Hochfrequenzwechselströme oder Polaritätswechsel ausgesetzt wird, je nachdem die Vorrichtung die beiden oder nur den einen Pol eines Hochfrequenztransformators ausnutzt. .

Tesla fand, ,daß in ölgefüllten Kondensatoren im öl schwebende, kleine Luftblasen unter der Einwirkung elektrischer Polaritäts--■ wechsel mit hoher Frequenz in den Kohdensatorplatten. ohne scheinbare elektrische Entladungen leuchtend wurden, sich verteilten und zuletzt vollständig- verschwanden, also ' sich' im Öl lösten. Dabei wurde das Öl warm und elektrisch leitend, was Tesla streng vermeiden mußte.

■ 35 Tesla beachtete hierbei aber nicht die gleichzeitige Wirkung der Hochfrequenzentladungen auf die chemischen Reaktionen zwischen den vorhandenen Stoffen. Diese werden für das neue Verfahren ausgenutzt.

Noch geeigneter sind die Anordnungen, die¹ in der norwegischen Patentschrift, 25009 angegeben sind, nämlich elektrisch . geladene Filterelektroden, durch die die ganze Reaktionsmischung während der Behandlung gepreßt oder gesaugt wird. Da das Reaktionsgemisch hier durch den Elektrodenfilter selbst, oder allmählich durch sämtliche Elektrodenfilter, durchströmt, und da Wechselstrom verwendet wird, so kann man die Vorrichtung einpolig arbeiten lassen, indem sämtliche Filter miteinander elektrisch leitend und nur _xmit dem einen Pol der Hcchfrequenzstromquelle verbunden sind. Man kann noch vorteilhafter die Filter wie die Platten eines elekirischen Kondensators nebeneinander oder zylinder- oder spiralförmig ineinander anordnen und je zwei Filter unter sich und mit dem einen Pol, die übrigen miteinander und mit, dem zweiten Pol verbinden und das Reaktionsgemisch allmählich durch die ganze Filterreihe strömen lassen.

Die Reaktionsmischung kann sich je nach •Bedarf unter gewöhnlichem Druck, Über- oder Unterdruck befinden. Ferner kann _ die Mischung je nach Bedarf abgekühlt oder erwärmt werden, beispielsweise durch Umlauf durch eine Vereinigung der obengenannten Reaktionsräume mit Kühl- bzw. Erwärmungsvorrichtungen (die Vorrichtung selbst wirkt jedoch auch elektrisch wärmend), und man kann dann je nach Bedarf die Mischung einmal, oder mehrmals durch die Einrichtung umlaufen lassen.

Man kann auch mehrere derartige Einzelanordnungen zu ganzen Gruppen zusammenstellen und die Mischung allmählich durch die ganze Gruppe strömen lassen, somit eine vollständig" ununterbrochene Behandlung erzielen.

Man kann ferner je nach Bedarf Absorptionsapparate, Kondensierapparate o. dgl. einschalten und hier die entstehenden Stoffe fortgesetzt ausscheiden, wodurch die Wirkung erhöht wird.

Um die Ionisierung und dadurch das Leitungs- und Reaktionsvermögen der Reaktionsmischung noch weiter zu steigern, kann die letztere während der Behandlung gleichzeitig mit aktivierenden Strahlen, z. B. Röntgenstrahlen, Radiumstrahlen, ultravioletten Licht- strahlen o. dgl., beleuchtet werden.

Man kann ferner, besonders bei der Behandlung von Flüssigkeitsmischungen allein oder von solchen in Verbindung mit Gasen, gleichzeitig verschiedene Zusätze, beispielsweise aktivierende Stoffe oder Kontaktstoffe in gelöstem, wässerigem oder pulverförmigem Zustande, verwenden,, oder-man kann Elektroden anwenden, die derartige Stoffe ent- · halten. .

Vorrichtungen zur Ausführung der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. ι und 2 zwei Ausführungsbeisp.iele für die Behandlung von einer Flüssigkeit oder Flüssigkeitsmischung mit einem Gase oder einer Gasmischung, beispielsweise zur Hydrogenisierung von Tran o. dgl.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung von Gasreaktionen.

Fig. 4 und 5 zeigen zwei verschiedene Ausführungen von Filterelektroden.

Gemäß Fig. 1 ist in eine ah beiden Enden offene Kammer 3, 4, 3 aus nichtleitendem Stoffe eine große Anzahl elektrisch leitender, Filter, beispielsweise aus Metallgewebe bestehend, in zwei Gruppen 1, 1' und 2, 2' verteilt, eingesetzt. In j eder Gruppe stehen die einzelnen Filter dicht nebeneinander, während die beiden Gruppen derart etwas · getrennt sind, daß in der Mitte der Kammer 3, 4, 3 ein offener Raum 4 gebildet wird. Sämtliche

Filter ι und 2 sind mit ein und derselben Leitung S, und alle Filter 1' und 2' mit der gemeinsamen elektrischen Leitung 6 verbunden. Das Ganze ist von einem Mantel 7 umgeben.

Die elektrischen Leitungen 5 und 6 sind gut' isoliert und aus dem Mantel durch die Stopfbüchsen 8 und 9 nach j e einem Pol der Elektrizitätsquelle geführt, die der Vorrichtung einen Wechselstrom mit großer Periodenzahl zuführt.

Der Mantel wird bis zu geeigneter Höhe mit . der Flüssigkeit oder Flüssigkeitsmischung, z. B. Tran, gefüllt, und das Gas oder das Gasgemisch, z. B.' Wasserstoff, wird durch das Rohr 10 und den Injektor 11, 12 oder eine sonstige Emulgierungsvorrichtung in den Raum 4 zwischen den beiden Filterreihen eingeblasen. Der Gasstrom säugt bei 13 iji bekannter Weise die auf dem Boden des Mantels befindliche Flüssigkeit mit sich und preßt sie als Schaum in den Raum 4 hinein.

Infolge'des im Räume 4 dadurch entstehenden Überdruckes strömt die schaumige Gasflüssigkeitsmischung seitlich durch die beiden Filtersäulen und bei 14 und 15 wieder in den äußeren Mantel zurück. Allmählich scheidet sich aus dem Schaum etwas Flüssigkeit und Gas aus; die Flüssigkeit sinkt auf den Boden des Mantels, wo sie bei 13 wieder in die Emulgierungsvorrichtung eingesaugt wird, während das Gas sich über dem Schaum lagert.

Mittels eines Gebläses 16 o. dgl. kann man je nach Bedarf dieses Gas durch das Rohr 17 entfernen und durch das Rohr 18 wieder in die Emulgierungsvorrichtung einpressen, so daß auch das Gas mehrmals durch die Filter in Umlauf gesetzt wird.

Wenn, wie oben erwähnt, mehrere Vorrichtungen zu einer Gruppe zusammengebaut werden, so wird das verbrauchte Gas nicht wieder

■ zurückgeblasen, sondern in die nächste Vorrichtung geleitet usw., und man treibt in diesem Falle z\veckmäßigerweise die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durch die Gruppe, wobei ein ununterbrochener Betrieb erreicht und ein reineres Erzeugnis erhalten

■ wird.

Fig. 2 zeigt eine andere Anordnung. 'Es ist hier nur eine Filtersäule angeordnet, die von 4 bis 15 durchströmt wird, und ferner wird die Flüssigkeit vom Boden des Mantels, bei 13, durch ein Rohr 19. nach der Emulgierungsvorrichtung 11, 12 gesaugt.

Der Mantel; sowohl nach Fig. 1 als nach

Fig. 2, ist selbstverständlich mit einer Auslaßöffnung für das Erzeugnis und ,mit einer

. Zufuhrleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit und mit der sonst nötigen Ausrüstung versehen. ■ , ■ .

Die Vorrichtung kann, wie ersichtlich, auch als eine gewöhnliche Filterpresse ausgebildet werden, wobei der äußere Mantel 7 wegfällt.

Fig. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, das für Gasreaktionen, beispielsweise Ammoniaksynthese, geeignet ist. Hierbei wird es oft notwendig, sehr hohe Drucke anzuwenden, weshalb der äußere Mantel 7 sehr stark angedeutet ist. Wie in Fig. 2 ist auch hier, nur eine Filtersäule, die von 4 bis 15 durchströmt wird, vorhanden. Die mit 1 bezeichneten Filter sind durch die elektrische Leitung 5 mit dem einen Pol der Elektrizitätsquelle, die Filter 1' durch die elektrische Lei- tung 6 mit dem zweiten Pole verbunden.

Das Gas oder die Gasmischung. wird kalt oder entsprechend vorgewärmt, beispielsweise bei 11, in einen Raum' 20 eingeleitet, der die ganze' Filtersäule ^rmgibt. Von hier strömt das Gas durch die Kanäle 21 der Bodenplatte 22 in den Raum 4 hinein, ferner durch die Filtersäule nach¹ dem Raum 15 und von hier durch das Rohr 23 * nach den Kondensatoroder Absorptionsvorrichtungen. Von diesen Vorrichtungen können die von den Reaktionsprodukten befreiten Gase unter Umständen in die freie Luft geleitet oder in irgendeiner Weise nutzbar gemacht werden, oder sie können wieder in die Vorrichtung zurückgeleitet und nochmals behandelt werden, indem man die verbrauchten Gase stets durch neue ersetzt und dadurch den erforderlichen Druck aufrechthält. Ein in den Deckel 26 /eingesetztes Pyrometer 24; 25 gibt.die Tempera'tur der Reaktionsprodukte an; diese Temperatur kann dadurch in passender Höhe gehalten werden, daß^v die Zufuhr von elektrischer Energie.im Verhältnis zu der Menge der durch die Vorrichtung strömenden Gase oder umgekehrt geregelt wird.

Wenn man eine Gasreaktion bei einem sehr hohen Druck durchführen will, so bietet ■ die \'^Torrichtung den Vorteil, daß diejenigen Teile, die den hohen Druck aushalten sollen, der Reaktionstemperatur nicht ausgesetzt werden, da die letztere durch" elektrische Einwirkung in dem Reaktionsraüm selbst entwickelt wird. Das Material des äußeren Behälters, welcher dem Drucke ausgesetzt ist, behält somit während des Betriebes sein volles Widerstands\'ermögen gegen Sprengung. Der obere Deckel 26, sowie andere Teile der Außenwandung, kann, wie in der Zeichnung angedeutet, mit Wasserkühlung 27 versehen sein. Die elektrischen Leitungen 5 und 6 werden gasdicht und isoliert durch Stopfbüchsen, beispielsweise durch die Bodenplatte, geführt.

Die Einzelheiten .der Vorrichtung können selbstverständlich verschieden ausgebildet sein. ■ ' - , . ,

Fig. 4 und 5 zeigen im Schnitt zwei Beispiele der Filterelektrodenanordnung mit kurzer Entfernung der Filterflächen und mit Raum für die etwa zuzusetzenden Kontaktstoffe in den Elektroden selbst.

In Fig. 4 besteht die einzelne Elektrode aus einem Plattenring 28, dessen innere Kante 29 nach oben gebogen ist. ' Über dieser Kante ist dann der äußere, nach unten gebogene Rand eines zweiten schmalen Plattenringes 30 deckeiförmig gedruckt. Diese Ringe stehen dadurch in elektrischer Berührung miteinander.. In dem erstgenannten unteren Ring ist ein Boden 31 aus passendem* Metalldrähtnetz befestigt (festgeschweißt), und in dem anderen Plattenring (dem Deckelring) ist ein ähnliches Metalldrahtnetz 32' befestigt (festgeschweißt). Die Elektrode bildet somit eine flache Schachtel, deren Boden und Deckel aus geeignetem Metalldrahtnetz besteht, so daß die Gase durchströmen können.

Diese hohle, schachteiförmige Elektrode kann mit einer geeigneten Kontaktmasse 33 gefüllt werden und ist von einer ringförmigen Isolierung 34, beispielsweise aus Schamottesegmentsteinen, Porzellansegmenten .0. dgl., umgeben. Die Ringe 28 haben auf je einer Seite eine Zunge 35, die aus dem Isolationsringe herausragt und zur Einleitung des Stromes bei 6 dient. Der Zusammenbau ist in der Weise bewirkt, daß die Filterelektroden über- oder nebeneinander mit den Zungen 35 abwechselnd nach der einen oder der anderen Seite gelegt werden. Es kann selbstverständ-Hch auch jeder Ring mit mehreren Stromeinleitungszungen versehen sein.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform für die Elektroden, bei der man nur Drahtgewebe 39, in flachen Plattenringen 40 mit Zungen 35 eingesetzt, verwendet. Diese werden derartig aufeinandergelegt, daß je zwei aufeinanderfolgende Platten mit den Zungen nach derselben Seite gelegt werden, während die nächsten zwei Scheiben die Zungen nach der entgegengesetzten Seite richten.

. Zwischen zwei Platten,' die die Zungen nach derselben Seite richten, werden Metallringe 36 mit massivem, U-förmigem oder sonstigem Querschnitt gelegt, und diese bilden dann zusammen die hohle Elektrode, die, wenn gewünscht, mit Kontaktmasse 33 gefüllt werden kann. Zwischen diesen hohlen Elektroden werden dünne Isolationsringe 37 gelegt, so daß die zusammenwirkenden Elektrodenflächen in passende, kurze Entfernungen voneinander kommen.

Um zu verhindern, daß diese Flächen dadurch, daß sie sich biegen oder Beulen bekommen, .sich berühren und Kurzschluß hervorrufen, kann man zwischen ihnen eine passende Anzahl Körper oder Körner passender Größe und aus elektrisch nichtleitendem Material 38, beispielsweise Porzellanwürfel, Quarzkörner o. dgl., legen.

Zwischen den zusammenwirkenden, elektrisch entgegengesetzten Flächen kann man übrigens auch mehr oder weniger elektrisch leitende Kontaktmassen legen, wodurch eine größere oder kleinere elektrische. Überleitung, durch die Kontaktmasse stattfindet und somit eine elektrische Widerstandserwärmung in der Kontaktmass'e selbst erreicht wird. In diesem Falle kann man die zusammenwirkenden Polflächen in größeren, sogar sehr großen Entfernungen voneinander anbringen und sich gegebenenfalls mit zwei zusammenwirkenden Polflächen begnügen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:'

   Verfahren zu elektrischer Behandlung der Reaktionsstoffe für chemische Reaktionen zwischen Flüssigkeiten, Gasen oder Flüssigkeiten und Gasen unter gleichzeitiger Einwirkung elektrischer Hochfrequenzpolaritätswechsel zwischen massiven, porösen oder durchlöcherten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion unmittelbar zwischen den Elektrodenflächen ohne Zwischenschaltung eines anderen Dielektrikums als der zu behandelnden oder für die Behandlung . wirksamen Stoffe ausgeführt wird.

   Hierzu j Blatt Zeichnungen.