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Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Ammoniak und ammoniakhaltigen
Verbindungen Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak bekannt, bei welchem
man stickstoffhaltige Gase strömend an der Kathode eines Elektrolyten vorbeibewegt.
Es hat sich gezeigt, daß hierbei der Erfolg wesentlich erhöht wird, wenn man den
Elektrolyten ebenfalls an den Elektroden vorbeiströmen läßt, wobei man stärkere
Relativbewegung der Flüssigkeit und Gase an der Reaktionsstelle und dadurch eine
schnellere Einwirkung bzw. höhere Ausbeute erzielt.
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Das Verfahren soll an der in Abb. i dargestellten Versuchsanordnung
erläutert werden, die nach folgenden Grundsätzen geschaffen wurde: Wasserstoff und
Sauerstoff sollten, soweit wie das eben möglich war; voneinander getrennt gehalten
werden. Ferner sollte der Elektrolyt immer wieder durch die Apparatur gepumpt werden
und sich auf diese Art und Weise anreichern. In gewissen Zeitabschnitten sollten,
ohne den Versuch unterbrechen zu müssen, Proben entnommen und der Fortgang des Prozesses
kontrolliert werden. Der Elektrolyt sollte in beständigem Fluß sein, und zwar unter
Atmosphären- bzw. geringem Überdruck, und die Zersetzungsprodukte mit sich fortreißen.
Der Apparat besteht aus einer elektrolytischen Zelle E mit einer zentralen Kathode
3 und einer ringförmigen Anode q.. Die Kathode ist rohrförmig ausgebildet. Sie ist
angeschlossen an einen Strahlapparat C, dem durch Stutzen i Luft und durch Stutzen
2 Flüssigkeit unter höherem Druck zugeführt wird. Zwischen die beiden Elektroden
ist in an sich bekannter Weise ein Diaphragma 5 gelegt, weil Wasserstoff und Sauerstoff
möglichst getrennt gehalten werden sollten. Der Elektrolyt wurde mit einer oszillierenden
Drehkolbenpumpe D umgepumpt und der Düse 2 eines Strahlapparates C zugeführt, während
durch den Abzweig i Luft in den Strahlapparat eingesaugt wurde. Als Stromquelle
wurde eine Gleichstrommaschine für io Amperen Leistung benutzt. Der Arbeitsvorgang
ist der folgende: Der Elektrolyt fließt in der durch Pfeile angedeuteten Richtung
durch die Zelle. Er strömt durch die Kathode 3 abwärts, verteilt sich auf die Ringräume
zwischen den Elektroden 3 und. q. und dem Diaphragma 5, wird im Gefäß 6 aufgefangen,
aus diesem von der Pumpe D entnommen und von neuem der Düse 2 des Strahlapparates
C zugeführt.
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Es zeigte sich nun, daß sich im Endprodukt nicht allein Ammoniak,
sondern auch Salpetersäure befand, und daß die Beschaffenheit des Elektrolyten und
das Verhältnis der Elektrodenflächen zueinander die Anteile an Ammoniak und Salpetersäure
beeinflußten. Trotz Diaphragma wurde der erzeugte Sauerstoff wirksam, was auch erklärlich
ist, da ja
beide Räume, der Wasserstoff- und der Sauerstoffraum,
von dem gleichen Elektrolyten durchströmt wurden. Trotz oben offener Zelle verblieb
ein Teil des Sauerstoffs im Elektrolyten und trat in die Reaktion ein.
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In einem weiteren Versuch nach Abb.2 wurden dein Saugstutzen z des
Strahlapparates C außer Luft auch noch NO-Gase zugeführt, die in einem Entwickler
A erzeugt' wurden. Um die Gaserzeugung verfolgen zu können, wurde ein Blasenzähler
B eingeschaltet. Bei diesem Arbeitsvorgang wurden erheblich größere Mengen von Ammoniak
und Salpetersäure gewonnen.
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Als Elektrolyt wurde nacheinander Leitungswasser, Kalilauge, Chlornatriumlösung
und schließlich eine Lösung von Carnallit von mäßig hoher Konzentration, nämlich
25o g in 21 Leitungswasser; verwendet. Bei zo Amperen und 5 Volt wurden in
30 Minuten 3,8r g NO-Gas zusammen mit atmosphärischer Luft angesaugt und
mit Sicherheit in der Apparatur verarbeitet. Fraglos hätte diese noch größere Mengen
bewältigen können, wenn die Leistung des Strahlapparates größer gewesen wäre. Denn
trotz offener Zelle wurde bei starker Entwicklung nicht der geringste Geruch von
NO.-Gasen wahrgenommen. Nach diesen 30 Minuten wurde auch hier nicht nur
Salpetersäure, sondern auch Ammoniak in erheblichen Mengen im Elektrolyten festgestellt.
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Diese Versuche hatten also das bemerkenswerte Ergebnis, daß es möglich
ist, mit dem neuen Verfahren in einem einzigen Arbeitsvorgang ein konzentriertes
Düngemischsalz mit verschiedenen rasch wirkenden Stickstoffverbindungen herzustellen,
und zwar in Mischverhältnissen, die beliebig reguliert werden können. Dabei kann
der Zeitpunkt, in dem das gewünschte Verhältnis erreicht ist und der Arbeitsprozeß
unterbrochen werden kann, im voraus bei bekannter Konzentration des Elektrolyten
und bekannter Stromstärke rechnerisch festgelegt werden, so daß sich analytische
Betriebskontrollen erübrigen.
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Bei Apparaturen für den praktischen Betrieb wird man selbstverständlich
den Elektrolyten mit einer ununterbrochen arbeitenden Pumpe umpumpen und die einzelnen
Teile der Apparatur in Materialien herstellen, die bei den jeweiligen Arbeitsprozessen
nicht angegriffen werden.
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Der Strahlapparat ist ein außerordentlich brauchbares Mittel, um die
zur Durchführung der Reaktionen nötigen chemischen Elemente, Verbindungen oder Mischungen
in der Apparatur zu vereinigen. Denselben Zweck erreicht man allerdings auch mit
rotierenden Luftpumpen, etwa nach der Bauart Westinghouse-Leblanc, oder mit anderen
in der Praxis bewährten Mischern. Von allen ist der Strahlapparat aber der einfachste.
Er ist Sauger, Mischer und Kompressor zugleich; er läßt sich sogar in einfacher
Weise als elektrolytische Zelle ausbilden, wie das aus Abb. 3 ersichtlich ist. Die
Anode besteht aus zwei Teilen, der Düse r und dem Strahlzerteiler 2. Beide sind
durch isolierende Scheiben 3 vom Gehäuse 4., das Kathode ist, getrennt. Der Gedanke,
einen Mischapparat zugleich als elektrolytische Zelle auszubilden, ist neu. Inwieweit
er sich bei anderen Mischern durchführen läßt, hängt von deren Konstruktion ab.
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Die neuen Verfahren sind an Einfachheit und Wirtschaftlichkeit nicht
zu überbieten. Sie arbeiten mit niedrigen Temperaturen und Drucken. Die bei ihnen
verwendeten Apparate sind denkbar einfachster Konstruktion und besitzen sämtlich;
mit Ausnahme der Umlaufpumpen, keine beweglichen und dem Verschleiß unterworfenen
Teile. Die für die Prozesse unumgänglich nötigen Substanzen werden nur in errechneten
Mengen zusammengeführt, in diesen Mengen den günstigsten Reaktionsbedingungen unterworfen
und bis zum Ausfluß aus der Apparatur zusammengehalten. Alles dies geschieht in
ununterbrochenem Flusse. Der ganze Arbeitsvorgang setzt sich gleichsam zusammen
aus einer ununterbrochenen Reihe von Einzelreaktionen zwischen kleineren Mengen.
Die Strömungsgeschwindigkeit ist eine große. Man kommt also selbst bei großen Leistungen
mit kleinen Abmessungen aus und erhält billige Anlagen. Außer für Reibung geht keine
Energie verloren, wie das z. B. bei allen den Verfahren der Fall ist, die mit Absorptionstürmen
arbeiten. Die Einfachheit der Apparatur gestattet auch, reaktionsbefördernde und
lenkende Mittel beliebig zu verwenden. Man kann z. B. Teile aus Glas herstellen
und sie durchlässig machen für chemisch wirksame Strahlen. Man kann beliebig kühlen
und erwärmen; man kann die Erwärmung sogar so r=eit treiben, däß man mit geschmolzenem
Elektrolyten arbeiten kann.