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Verfahren zur Entfernung von anorganischen Verunreinigungen aus wäßrigen
Lösungen von Essigsäure Die Entfernung anorganischer Verunreinigungen aus wäßrigen
Lösungen von Essigsäure hat in der Industrie, beispielsweise bei der Herstellung
von Celluloseestern,eine große Bedeutung. Ein brauchbares und genügend billiges
Verfahren stand zu diesem Zweck bisher nicht zur Verfügung.
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Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, diese Abfälle dadurch zu reinigen,
daß sie mit einem Lösungsmittel vermischt wurden, das die Essigsäure aufnahm und
von dem sie später durch Destillation wieder getrennt werden konnten. Dieses Verfahren
ist aber umständlich, erfordert beträchtliche Mengen von Lösungsmitteln und ist
deshalb praktisch nicht angewendet worden.
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Es ist Gegenstand der Erfindung, ein solches wirtschaftlich durchführbares,
sehr einfaches Verfahren anzugeben, und zwar wird die an sich bekannte Tatsache
ausgenutzt, daß die Ionen von organischen Säuren und Mineralsäuren bei der Elektrolyse
verschiedene Beweglichkeit haben. Man verfährt deshalb erfindungsgemäß sö, daß die
zu reinigenden Lösungen der Elektrolyse unter Verwendung einer indifferenten porösen
Wand in der Nähe der einen Elektrode unterworfen werden. Es gelingt auf diese Weise,
unter Aufwand an sich sehr geringer Mittel die Essigsäure praktisch vollkommen von
den beigemischten anorganischen. Bestandteilen zu reinigen und dadurch ihre Wiedergewinnung
aus den Abfällen, die sich bei der Herstellung von Acetylcellulose ergeben, zu ermöglichen.
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Auf der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt, und es ist Fig. i eine schaubildliche
Ansicht einer absatzweise arbeitenden Vorrichtung oder einer elektrölytischen Zelle
zur Durchführung des neuen Reinigungsverfahrens und Fig.2 ebenfalls eine schaubildliche
Ansicht einer Zelle, aus welcher die Verunreinigungen fortlaufend von der Essigsäure
entfernt werden können.
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Bekanntlich sind die Anionen der organischen Säuren, wie Essigsäure,
verhältnismäßig in der Lösung beweglich, d. h. das in Lösung sich befindende Ion
bewegt sich, wenn es einem elektrolytischen Strom unterworfen wird, verhältnismäßig
langsam im Vergleich zu anderen Anionen, insbesondere den Anionen der Mineralsäuren,
die in hohem Maße beweglich sind.
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Die Bewegungsgeschwindigkeit der in Lösung befindlichen Chlorid- und
Acetationen
ist, wenn diese einem elektrischen Potential, beispielsweise
von z Volt, unterworfen werden, wobei die Elektroden einen Abstand von i cm haben
und die Temperatur der wäßrigen Lösung I8° C beträgt, für Chloridionen 2,12 cm je
Stunde und für Acetationen i,04 cm je Stunde (siehe »Introduktion tö Physical Chemistry(c,
, James Walker, Macmillan & Co., 1907, S.231). Obgleich der Unterschied zwischen
der Beweglichkeit der beiden Ionen nicht so groß zu sein braucht wie zwischen dem
Chlorid- und dem Acetatanion, erfolgt dennoch ihre Trennung um so gründlicher und
schneller, je größer der Unterschied zwischen ihrer Beweglichkeit ist. Ein Unterschied
von etwa 2o °/o zwischen den Bewegungsgeschwindigkeiten der zu trennenden Ionen
genügt für die erfolgreiche Durchführung des Verfahrens, doch können, wenn verschiedene
Zellen hintereinander Verwendung finden, Ionen mit selbst geringerer Bewegungsdifferenz
erfolgreich nach dem Verfahren gemäß der Erfindung getrennt werden. Besondere Bedeutung
hat das neue Verfahren für die Reinigung der bei der Acetylierung anfallenden Essigsäurelösungen,
die gewöhnlich -schnell bewegliche Chlorionen und langsam bewegliche Acetationen
enthalten. Wesentlich ist dabei der richtige Aufbau der Verwendung findenden elektrolytischen
Zelle, d. h. es muß eine Vorrichtung Verwendung finden, durch welche die Elektrolyse
so durchgeführt werden kann, daß die schnell sich bewegenden Anionen nur einen kurzen
Weg zurückzulegen haben. Zn der. aus irgendeinem nicht anfrreßbaren Metall, wie
nichtrostendem Stahl, verchromtem Stahl oder anderem Metall, ioder aber aus Emaille
ioder Porzellan bestehenden Zelle i (Fig. i) ist die Kathode 2 untergebracht, die
an der Innenwandung des Behälters anliegt und aus Messing, Kupfer ioder anderem
gleichwertigen Kathodenmaterial hergestellt ist. Auf letzterem werden die Kationen
niedergeschlagen. In der Mitte der Zelle befindet sich das von einer porösen Zelle
4 umgebene Anodenabteil 3. In der Mitte der Zelle 4 ist die aus einem durch die
erwähnten Anionen nicht angegriffenen Stoff, wie z. B. Kohle oder Platin, bestehende
Anode 5 aufgehängt. Durch Drähte 6 und 7 werden von einer nicht veranschaulichten
Kraftquelle der Kathode und Anode negative bzw. positive Ströme zugeführt.
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In Fig.2 ist schaubildlich eine Vorrichtung zur ununterbrochenen Reinigung
dargestellt. Obgleich hier nur eine Zelle veranschaulicht worden ist, kann eine
Reihe von diesen Verwendung finden, um selbst die letzten Spuren verunreinigender
Bestandteile von der Essigsäure gründlich und wirksam zu entfernen. Die aus einem
Stoff ähnlich dem oben angegebenen bestehende Zelle 8 wird durch einen Kanal 9 mit
unreiner, in Richtung des Pfeiles einströmender Essigsäure gespeist. Die nahe der
Zellenwandung liegende Kathodenfläche io ist von der Anodenfläche i i durch eine
poröse Wandung oder Zelle 12 getrennt. Die langsam in die Zelle eingeführte Essigsäure
strömt allmählich in Richtung der Pfeile, und während der Strömung durch die Zelle
hindurch gelangen die Anionen und in erster Linie die schneller sich bewegenden
Anionen durch die poröse Wandung 12 hindurch in das Anodenabteil 15 hinein. Es leuchtet
ein, daß die dem Auslaßkanal 13 zuströmende Essigsäurelösung von den verunreinigenden
Bestandteilen befreit wird, wobei die metallischen Bestandteile auf die Kathodenfläche
io niedergeschlagen werden. Die abgeschiedenen Anionen, wie die Chlorid- oder anderen
Mineralsäureanionen, werden durch den Kanal 14 hindurch aus dem anderen Abteil entfernt.
Wenn notwendig, kann fürendgültige Reinigung .oder wenn die Zelle die letzten Spuren
der Verunreinigungen aus der Essigsäure nicht entfernt, die teilweise gereinigte
Säure aus dem Kanal 13 durch eine zweite, der ersten ähnliche Zelle hindurchgeleitet
werden. Weiter ist es möglich, daß, wenn das poröse Mittel ia zu durchlässig ist,
eine beträchtliche Menge Essigsäure in dem Anodenabteil 15 gefunden wird. Es kann
daher ratsam sein, die aus dem Anodenabteil gewonnene Lösung in eine der ersten
Zelle ähnliche Zelle einzuführen, um so die noch vorhandene Essigsäure möglichst
wiederzugewinnen. Diese zusätzlichen Zellen sind hier nicht dargestellt, vielmehr
läßt die Zeichnung nur die Anschlüsse 13 und 14 erkennen.
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Die die Anodenfläche umgebende poröse Wandung besteht aus einem durch
die Lösung nicht angreifbaren Material, beispielsweise grobem Ton, porösem Porzellan
oder anderem durchlässigen Stoff. Infolge der schweren Beweglichkeit des Essigsäureions
bleibt dieses in dem Kathodenabteil der Zelle zurück, während das Anodenabteil im
wesentlichen alle Chlorionen enthält, wobei selbstverständlich lein - kleiner Prozentsatz
von Aoetationen in diesem Abteil sich befindet.
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Da der Abstand zwischen den Anoden- und Kathodenflächen verhältnismäßig
klein und der Widerstand der Essigsäurelösung verhältnismäßig groß ist, ist eine
zur Trennung der metallischen und nichtmetallischen Verunreinigungen von der Essigsäurelösung
erforderliche Stromdichte von etwa o,2 bis 0,3 Amp. je Quadratzentimeter für etwa
30°4 Essigsäure enthaltende, durch Mineralsäureanionen verunreinigte Lösungen erforderlich.
Für andere Lösungen ändert sich die günstigste
Stromdichte entsprechend
der besonderen Lösung.
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Als Beispiel der Wirksamkeit des neuen Reinigungsverfahrens sei nachstehendes
angeführt, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken. Es wurde eine Lösung von etwa
30 % Essigsäure und ;o '/o Wasser gereinigt, welche bei einem Acetylierungsverfahren
gewonnen vorden war und sowohl Chloride als auch Kupfersalze enthielt. Diese Essigsäurelösung
wurde in einem Behälter nach Fig. r einem Strom von 2 Amp. und einer Spannung von
2o bis 84 Volt ausgesetzt, wodurch eine Stromdichte von o,2 bis o,3 Amp. je Quadratzentimeter
erhalten wird. Die Chloride und das Kupfer wurden, wie Proben der Lösung in dem
Anoden- und Kathodenabteil ergaben, vollständig entfernt. In 12 Stunden waren sämtliche
Chloride und die blaue Kupferi;onfarbe vollständig aus dem abteil entfernt.