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Verfahren zur Ausführung von lebhaft verlaufenden chemischen Reaktionen.
Bringt man zwei lebhaft, beispielsweise unter starleer Wärmeentwicklung, miteinander
reagierende Stoffe, etwa wäßriges Ammoniak und konzentrierte Schwefelsäure, zusammen,
dann entstehen, ganz besonders natürlich hei Ausführung dieser Aufgabe im großen,
Schwierigkeiten. DieMasse beginnt zu sieden und zu spritzen. Durch die großeTemperaturerhöhung
treten Zersetzungen, durch das Spritzen Materialverluste und Schädigungen der Umgebung
ein. Auch muß ein Material, in (lebt nian eine solche Reaktion vornehmen
will,
beständig sowohl gegen plötzliche Temperaturveränderungen als auch gegen jedes der
Reagenzien als auch gegen die Reaktionsprodukte und jedes der etwa entstehenden
Nebenprodukte sein, also Anforderungen genügen, die sich in zahlreichen Fällen gar
nicht erfüllen lassen. Außerdem ist trotz der Anwendung von Rührwerken in der geschilderten
Weise ein Reaktionsgemisch schwer zu beobachten, und es verursacht die größten Zeitverluste
und Schwierigkeiten, örtliche Überschüsse eines der reagierenden Bestandteile zu
vermeiden. Wegen dieser Schwierigkeiten ist es in den weitaus meisten Fällen auch
unmöglich, solche Reaktionen erfolgreich kontinuierlich durchzuführen, und man pflegt
daher die Reaktionen mit kleineren einzelnen Mengen in diskontinuierlichem Betriebe
auszuführen.
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Alle diese Schwierigkeiten vermeidet die vorliegende Erfindung in
der Weise, daß sie das Reaktionsprodukt zirkulieren läßt und an verschiedenen Stellen
dieses Kreislaufes kontinuierlich oder diskontinuierlich die verschiedenen Reagenzien
hinzukommen läßt, Kühlung, Heizung oder andere :Maßnahmen bewirkt, und fertiges
Reaktionsprodukt entfernt. Die Zeitdauer eines Umlaufes hängt von den besonderen
Verhältnissen der jeweils auszuführenden Reaktion ab. Bei stürmischen, schnell verlaufenden
Reaktionen kann die umlaufende Menge des Reaktionsproduktes sehr klein sein. Bei
langsam verlaufenden Reaktionen wird man sie größer wählen. Bedingung ist nur, daß
umlaufende Menge und Umlaufgeschwindigkeit so gewählt oder geregelt werden, daß
beim dauernden oder zeitweisen Abzapfen von Reaktionsprodukt die Reaktion die genügende
Vollständigkeit erreicht hat. In anderen Worten: Umlaufgeschwindigkeit und umlaufende
Menge sind so groß zu wählen, daß an derjenigen Stelle des Kreislaufes, wo fertiges
Produkt entnommen wird, die Reaktion zwischen den zuletzt zugelaufenen Reagenzien
auch wirklich beendet ist. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß durch die Verdünnung
mit dem Reaktionsgemisch in der Regel (auch bei sogenannten stürmischen Reaktionen)
die Reaktionsgeschwindigkeit stark verringert wird. Das ist von größtem technischen
Vorteil, weil (leg stürmische Verlauf von Reaktionen zu unbeherrschbaren Wärmeentwicklungen,
Nebenreaktionen und Verlusten führt.
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Als Folge dieses Umlaufs liegt jeweils jedes.Reagenz nur in verhältnismäßig
sehr geringer Konzentration vor bzw. treffen die Reagenzien nur in sehr geringer
Konzentration aufeinander. Hierdurch ergibt sich nicht nur die bereits bemerkte
Tatsache der Mäßigung und Regelung sogenannter stürmischer R caktionen, sondern
auch der weitere Vorteil, claß das für die Reaktionsapparatur verwendete -Material
nur mehr beständig gegen die Reaktionsprodukte, nicht aber mehr sicher gegen rasche
Temperaturschwankungen oder gar fest gegen die einzelnen Reagenzien (z. B. Alkali
und Säure) zu sein braucht. Beispielsweise gelingt nach dem vorliegenden Verfahren
die Neutralisation von Salpetersäure mitAminoniak in gewöhnlichen schmiedeeisernen
Apparaten ohne weiteres. Ferner ist es bei diesem Kreislauf ein leichtes. die Vollständigkeit
der Reaktion und die genaue Dosierung der Reagenzien aufs schärfste zu verfolgen
und zu regeln. Insbesondere aber ermöglicht das vorliegende Verfahren kontinuierlichen
Betrieb allergrößten Umfanges mit außerordentlich kleinen Apparaten und verschwindendem
Kraft-, Raum- und Bedienungsbedarf.
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Man hat nach der amerikanischen Patentschrift oo;Rog bereits Säure
umlauten und allmählich durch Ammoniak 'neutralisieren lassen. Hierbei ging man
aber nicht z-oni Umlaut des neutralen Reaktionsproduktes, sondern vom Umlauf der
Säure aus. Infolgedessen mußte die gesamte' Apparatur säurefest sein. Auch wurde
nur Ammoniak, nicht Säure zugesetzt, so (Maß der Betrieb unstetig -wurde. Auf diese
Weise war es weder möglich, eine geringe heanspruchung des Apparaturmaterials durch
Säureangriff während der ganzen Betriebszeit zu gewährleisten, noch auch die Reaktion
ausreichend zu mäßigen. Dies ist vielmehr nur dann erreichbar, wenn inan gemäß vorliegendem
Verfahren im unilaufenden Reaktionsgemisch stark verdünnte Mengen beider Reaktionsbestandteile
von Anfang an zusammenkommen läßt.
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Hinsichtlich der Maßnahmen unterscheidet sich also (las vorliegende
Verfahren von jenem bekannten dadurch, daß hier von Anfang an Reaktionsgemisch,
dort Säure umläuft, hier Säure und Ammoniak in kleinen -Mengen an verschiedenen
Stellen dauernd zugesetzt werden, dort lediglich Ammoniak an einer Stelle bis zur
Erreichung des gewünschten Zweckes zugesetzt wird. Hinsichtlich des I?rfolges liegt
dort ein unstetiges, hier ein unbegrenzt im stetigen Betriebe durchführbares Verfahren
vor. Dort muß die Apparatur säurefest sein, hier ist dies nicht erforderlich. Dort
verläuft an der Eintrittsstelle desAmnioniaks die Reaktion stürmisch, hier lasen
sich sämtliche Teilreaktionen einzeln regeln und beherrschen. Dort bedarf der diskontinuierliche
Prozeß der überwacbung und Abstellung, hier verläuft einmal eingestellt der steti-e
Prozeß ohne besondere überwachung unbegrenzt von selbst.
Beispielsweise
stellt Abb. i die @cutra@isierum, von Natronlauge finit Salpetersäure nach (lein
vorliegenden '' erfahren dar. In Glas finit l-',eaktions-emiscli - also einer Lösunrr
von Natriumnitrat - gefüllte Rcaktion:@@efüL1 t fließt Salpeter:;iure .1. Pumpe,
1nicl:n@r o. dgl. 2 befördert die schwach angesäuerte Lauge über 3. wo Lauge abgezapft
«-erden kann, zu 4. wo Natronlauge zufliellt. nach r zurück. wobei die bei 4. etwa
erlangte gcrittgz Alkalität durch die zufließende `äuge vernichtet wird. Natürlich
kann man ganz nach Wunsch die umlaufende Lösung schwachsauer oder schwach alkalisch
oder streng neutral halten. Durch Veränderung der Umlaufgeschwindigkeit und der
Zuflußstärken ist man (bei der vorliegenden augenblicklich verlaufenden Reaktion)
in der Lage, beliebige Arbeitsgeschwindigkeiten und Konzentrationsgefälle (d. h.
Konzentrationszunahme des umlaufenden Produktes beim Vorbeiaang an einem Reagenzzufluß
in bezug auf eben dieses Reagenz) einzustellen. Auf diese Weise kann inan beispielsweise
unerwünschte -.Nebenreaktionen (etwa das Ausfallen von Kristallen ini Unilauf) vollkommen
verineiclen, erwünschte (z. B. Austreiben von Kohlensäure ini sauren Teil des Umlaufes
durch kleineren Säureüberschuß) verstärken. Auch kann inan statt kontinuierlich
auch diskontinuierlich zu- und abfließen lassen, kurz sich jedem gewünschten Zweck
auf das genaueste anpassen.
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Bei der Herstellung von Ammonsulfat aus Schwefelsäure und Gaswasser
gemäß vorliegendem Verfahren scheidet sich im (schwach) sauren Teil des Kreislaufes
die Kohlensäure aus dem (stets im Gaswasser anwesenden) kohlensauren Ammoniak ab.
Diese Abscheidung braucht einen ziemlich großen Zeitratlui. Ist an der betreffenden
Stelle die L'm-Iauf"-escliwincIi-keit zu, groß (wird also etwa in A11. i bei .-i-Gaswasser
und bei B Säure zugesetzt, statt richtig unigel<elirt t: dann wird der Hauptteil
der Kohlensäure durch das Ammoniak wieder gebunden und verursacht später. wenn diese
Kohlensäure wieder frei wird, Störungen. Wird hingegen heim Eintreten der Isolilcnsätireentwicklung
durch Einschaltung des großen Gefäße.; i (Alb. i der L-inlauf verlangsamt und der
Kohlensäure Zeit und Gele-enheit zur Entwicklung, dann kann eine erneute Bindung
un(l aus dieser folgende Störung des Betriebe: nicht eintreten.
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Das vorliegende ''erfahren beschränkt :ich keineswegs auf l', Bissigkeiten.
Viclnlchr kann nian
es mit gleichem Vorteile für lZeak-
| tio"cti von Gasen oder testen Stoffen finit |
| I# Iüssigkeiten (z. 11. Salmiakbereitung aus |
| t:as@@-a.;ser und -asförmiger Salzsäure ttsw.) |
| anwenden. |
| .\1>b.2 zeit ein kompliziertes Apparat- |
| <chritla nach deni vorliegenden ''erfahren: |
| In das aus i2 mit Reaktionsgemisch gefüllte |
| Gefäß i fließt Reagenz A zu Pumpe 2, fördert |
| (las Gemisch durch \'Tärineschlange 3 unter |
| Aufnahme des Reagenz B bei .4 durch Rohr 5 |
| in das Reaktionsgefäß 7, wo bei 6 Reagenz C |
| hinzufließt. Pumpe 8 fördert dieses Reak- |
| tionsgemisch durch Kühler 9, hinter dem bei |
| io abgezapft werden kann, unter Aufnahme |
| von Reagenz D hei i r durch Rohr 12 nach |
| Reaktionsgefäß i zurück. |
| Ein nach diesen Grundzügen hergestellter |
| Apparat würde z. B. die direkte Herstellung |
| eines Doppelsalzes von Ammonnitrat und |
| Kaliphosphat (hochkonzentriertes Düngemit- |
| tel) aus Amnioniakgas, Salpetersäure, Pott- |
| asche und Phosphorsäure in einer Apparatur |
| ermöglichen, die weder säurefest noch latige- |
| fest zu sein braucht. |