DE498961C - Verfahren zur Ausfuehrung chemischer Reaktionen in Loesungen - Google Patents

Verfahren zur Ausfuehrung chemischer Reaktionen in Loesungen

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006Controlling or regulating processes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zur Ausführung chemischer Reaktionen in Lösungen Aus dem Massenwirkungsgesetz, aus dem Gesetz von Van't Hoff, aus dem Prinzip von Le Chatelier wie auch direkt aus molekularkinetischen Betrachtungen kann folgendes allgemeine chemisch.-technologische Prinzip abgeleitet werden: Man kann jede chemische Reaktion in Lösungen durch gleichzeitige kontinuierliche Veränderungen: I. des gesamten osmotischen Druckes in der Lösung, 2. des partiellen Druckes entsprechender Stoffe, 3. der Temperatur in Richtungen, die den Veränderungen dieser Faktoren durch die gewünschte Reaktion gerade entgegengesetzt sind, fördern und beschleunigen (s. die Arbeit des Erfinders »Theorie der Brennkraftmaschinen und deren Brennstoff vom Standpunkt der chemischen Gleichheitslehre«, erschienen bei W. Knapp, Halle a. d. Saale, wo dieses Prinzip für Gasreaktionen analytisch abgeleitet und experimental bewiesen ist).
  • Durch diese Veränderungen der drei Faktoren des chemischen Gleichgewichtes wird der gewünschten Reaktion der größtmöglichste Impuls verliehen, und es wird immer eine Temperaturzone geben, bei welcher diese Einwirkungen allein, ohne Anwendung von Katalyten genügen, um die Reaktion hervorzurufen und mit genügender Geschwindigkeit zu leiten.
  • Wird ein Katalyt angewendet, so werden diese Veränderungen von außen die Wirkung des Katalyten stark unterstützen.
  • Bei der Reaktion, die zur Bildung des Äthylacetates führt: CH3 COOH + C2HjO 3 CH3COO . C2H5 + H20 wird in jedem Moment aus Essigsäure und Alkohol Acetat gebildet, und gleichæitig zerfällt das Acetat in Essigsäure und Alkohol.
  • Das Endresultat hängt von der Differenz der beiden Geschwindigkeiten ab und ist die resultierende Geschwindigkeit gleich dieser Differenz.
  • In diesem Beispiel der Esterbildung bzw.
  • Verseifung kann das gebildete oder verbrauchte Molekül des Wassers bei der Betrachtung der Veränderlichkeit des osmotischen Druckes nicht in Betracht gezogen werden, da durch dieses Molekül das Lösungsmittel, das immer im großen Überschuß vorhanden ist, nur in einem zu vernachlässigenden Maße vermehrt bzw. verkleinert wird.
  • Geht die Reaktion von links nach rechts, so wird aus zwei Molekülen ein Molekül gebildet, und Wärme wird frei. Verläuft die Reaktion von rechts nach links, so werden aus einem Molekül zwei Moleküle, und es wird Wärme gebunden.
  • Wirkt man auf ein System von Essigsäure, Alkohol und Äthylacetat in Wasserlösung so ein, daß man den gesamten osmotischen Druck durch Beimengung der entsprechenden verbrauchten Stoffe in der Lösung kontinuier lich zu vergrößern sucht, die partiellen Drücke der Säure und des Alkohols oder eines dieser Stoffe kontinuierlich durch dieselben Beimengungen zu erhöhen und die Temperatur der Lösung kontinuierlich zu erniedrigen sucht, so wird in ein und demselben Temperaturintervall die Reaktion der Bildung des Esters viel rascher verlaufen als ohne diese Einwirkungen.
  • Sucht man umgekehrt den gesamten osmotischen Druck kontinuierlich, durch Zuführen von Lösungsmitteln zu erniedrigen, den partiellen osmotischen Druck durch das Äthylacetat kontinuierlich zu erhöhen und die Temperatur ebenfalls kontinuierlich iu erhöhen, so wird der umgekehrte Vorgang des Zerfalls des Esters in Essigsäure und Alkohol mit viel größerer Geschwindigkeit als sonst vor sich gehen.
  • Dadurch, daß man von außen die erwähnten drei Faktoren des chemischen Gleichgewichtes in Lösungen in gewissen Richtungen zu verändern sucht, ruft man eine Reaktion hervor, die dieselben Faktoren in die entgegengesetzten Richtungen verändert. Es könnendabei drei folgende Fälle eintreten: I. Die Veränderungen von außen überwiegen diejenigen, die durch die Reaktionen hervorgerufen sind, und die drei Faktoren ändern sich in den Richtungen der äußeren Einwirkungen.
  • 2. Die Veränderungen von außen bleiben dauernd den Veränderungen, die durch die Reaktion hervorgerufen werden, gleich. In diesem Falle vollzieht sich die Reaktion bei konstantem allgemeinen und partiellen osmotischen Druck und bei konstanter Temperatur.
  • 3. Die Veränderungen von außen bleiben dauernd kleiner als die Veränderungen, die durch die Reaktion hervorgerufen werden, und die drei Faktoren ändern sich in den Richtungen der Veränderungen, die durch die Reaktionen hervorgerufen werden.
  • Es können auch die resultierenden Veränderungen der einzelnen Faktoren verschiedenken, hier aufgezählten Gruppen angehören.
  • In den Veränderungen der drei Faktoren des chemischen Gleichgewichtes liegt ein Mittel, chemische Reaktionen in gewünschter Richtung zu leiten und die Geschwindigkeiten des Verlaufs von Reaktionen zu steigern.
  • Bei der praktischen Ausführung von chemischen Reaktionen kann auf die Veränderung des einen oder anderen Faktors verzichtet werden. Gewöhnlich wird die Veränderung des partiellen osmotischen Druckes gleichzeitig die nötige Veränderung des allgemeinen osmotischen Druckes hervorbringen.
  • Zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens ist keine besondere Apparatur nötig.
  • Die Kühlung und Erwärmung kann mit den üblichen bekannten Mitteln ausgeführt werden. Nur muß hervorgehoben werden, daß örtliche, mit hohen Temperaturdifferenzen verbundene Einwirkungen am vorteilhaftesten sind. Die Erwärmung bzw. Abkühlung kann durch ein im Gefäß angeordnetes Rohr erzeugt werden, welches von einer Wärme abgebenden bzw. Wärme aufnehmenden Flüssigkeit oder Dampf durchströmt wird.
  • Es handelt sich dabei nicht nur um eine Erwärmung oder Abkühlung der ganzen Lösung, sondern darum, Stellen in der Lösung zu schaffen, von wo die reagiernden Moleküle sich die nötige Wärme holen können bzw. ihre frei werdende Wärme abgeben können.
  • Für manche komplizierte Reaktionen müssen im Reaktionsgefäße gleichzeitig erwärmende und abkühlende Stellen geschaffen werden.
  • Die kontinuierliche Erhöhung des osmotischen Druckes kann durch kontinuierliches Zusetzen einer stark konzentrierten Lösung der entsprechenden Stoffe geschehen, die kontinuierliche Erniedrigung kann durch kontinuierliches Zusetzen des reinen Lösungsmittels erfolgen. Die Einführung der stark konzentrierten Lösung bzw. des reinen Lösungsmittels in die Lösung kann durch ein gelochtes Rohr mittels kleinen überdruckes der einzuführenden Flüssigkeiten bewerkstelligt werden.
  • Das hier beschriebene Verfahren soll an einigen technologischen Beispielen hier weiter erläutert werden.
  • Die Reaktion der Esterbildung Diese Reaktionen bilden die Grundlage vieler wichtiger chemischer Industrien. Wie bekannt, verlaufen diese Reaktionen sehr langsam. Von diesem Standpunkt ist die Reaktion der Bildung des Athylacetat am meisten erforscht, Eine Lösung von Essigsäure und Alkohol setzt sich bei Zimmertemperatur in I90 Tagen nur zur Hälfte um.
  • Nach dem neuen Verfahren kann diese Zeit sehr verkürzt und eine größere Ausbeute erzielt werden.
  • Die Reaktion erfolgt nach der Formel: CH3-COOH+C2H5HO-t CH3COO . C2H5+H2O.
  • Da bei der Bestimmung des osmotischen Druckes das Molekül H20 nicht berücksichtigt werden darf, so verläuft die Reaktion mit Verkleinerung des allgemeinen osmotischen Druckes. Bei der Reaktion wird etwas Wärme frei.
  • Diese Reaktion muß daher zufolge dem neuen Verfahren mit folgenden Veränderungen der drei Faktoren des chemischen Gleich gewichtes ausgeführt werden: I. mit Steigerung des allgemeinen osmotischen Druckes, 2. mit Steigerung gdes partiellen Druckes von Essigsäure und Alkohol durch Beimengung dieser Stoffe, was auch gleichzeitig die unter I genannte Fordlerunlg der Steigerung des allgemeinen osmotischen Druckes erfüllen wird, 3. bei einer Einwirkung einer fallenden Temperatur.
  • Ein Behälter wird bis ein Drittel mit einer Lösung von Essigsäure und Alkohol gefüllt, die dann bis auf eine Temperatur von 60° C erwärmt wird. Die Lösung soll z. B. auf je 1 kg reiner Essigsäure 0,6 kg 95 prozentigen Alkohol enthalten. Das Lösungsmittel ist in diesem Falle von den 5 01o des Wassers gebildet. Nun wird im Gefäß durch ein gelochtes Rohr dieselbe Lösung mittels überdruck allmählich eingeführt. Diese Lösung enthält mehr Essigsäure als theoretisch nötig wäre. Dadurch wird das Endprodukt nur wenig Alkohol enthalten können, was die Abdestillation des Acetats stark erleichtern wird.
  • Der Siedepunkt der Essigsäure ist II80 C, der des Acetats 740 C und der des Alkohols 780 C. Die Einführung der neuen Lösung geschieht so langsam, daß das Gefäß erst in 3 Stunden gefüllt ist. Die Temperatur der eingeführten Lösung kann der Temperatur der Flüssigkeit im Behälter immer gleichgehalten werden. Da bei der Reaktion nur seht kleine Wärmemengen frei werden, so kann man von künstlicher Kühlung absehen. Die Luftkühlung wird genügen, um die Temperatur zu erniedrigen. Nachdem das Gefäß gefüllt ist, kann die Lösung ausgepumpt werden und wie gewöhnlich destilliert werden. Die Destillation wird in diesem Falle sehr leicht vor sich gehen, da, wie früher erwähnt, die Lösung nur wenig freien Alkohol enthalten kann.
  • Um die Reaktion noch mit größerer Geschwindigkeit durchzuführen, kann in bekannter Weise Schwefelsäure als Katalyt der Lösung beigemengt werden.
  • Nach dem neuen Verfahren können alle sonstigen Esterbildungen mit viel größerer Geschwindigkeit als üblich ausgeführt werden.
  • Die Verseifung von Estern Die entgegengesetzte Reaktion der Verseifung von Estern, wie z. B. die Verseifung von Äthylacetat, muß nach dem neuen Verfahren bei folgenden, gleichzeitigen und kontinuierlichen Einwirkungen auf die drei Faktoren des chemischen Gleichgewichtes ausgeführt werden: I. der gesamte osmotische Druck muß durch Beimengung des Lösungsmittels einer fallenden Einwirkung, 2. der partielle osmotische Druck des Athylacetats muß durch Beimengung dieses Stoffes einer steigenden Einwirkung ausgesetzt werdien, und 3. die Temperatur der Lösung muß durch äußere Einwirkung gesteigert werden.
  • Um diese Einwirkungen zur Wirkung zu bringen, muß das Reaktionsgefäß mit folgenden drei Röhren ausgestattet werden: I. mit einem Heizrohre, 2. ! mit einem gelochten Rohre, durch welches mittels kleinem Überdruck Wasser an alle Stellen des Reaktionsgefäßes eingeführt werden kann und 3. mit einem gelochten Rohre, durch welches rnittels kleinem Überdruck an alle Stellen des Reaktionsgefäß es kleine Mengen einer starken Lösung von Äthylacetat eingeführt werden können.
  • Die Reaktion der Verseifung wird folgendermaßen ausgeführt: Das Reaktionsgefäß wird bis auf ein Drittel seines Fassungsvermögens mit einer starken Lösung (z. B. einer 50 prozentigen Lösung) von Äthylacetat von I80 C gefüllt. Dann wird mit der Einführung von kleinen Mengen von Wasser und kleinen Mengen derselben Lösung von Äthylacetat begonnen. Die Mengen des eingeführten Wassers und der Lösung müssen so bemessen werden, daß sie dabei den gesamten osmotisehen Druck mindernde Einwirkungen aussetzen und daß das Gefäß sich nur in ungefähr 2 Stunden füllt. Die ganze Lösung wird allmählich durch das Heizrohr so geheizt, daß die Temperatur in den 2 Stunden von I80 bis auf 400 (: C steigt.
  • Nach 2 Stunden kann die Lösung aus dem Reaktionsgefäß entfernt werden und wie üblich einer fraktionierten Destillation unterworfen werden.
  • Das hier beschriebene Verfahren erlaubt solche Reaktionen in Lösungen auszuführen, die bis jetzt überhaupt unausführbar waren, solche Reaktionen, die bis jetzt nur mit Hilfe von Katalyten ausgeführt wurden, ohne Anwendung derselben anzuführen; ferner die Temperatur vieler Reaktionen herabzusetzen und viele Reaktionen mit größerer Geschwindigkeit und größerer Ausbeute auszuführen.

Claims (1)

  1. P A T E N T A N S P R U C H : Verfahren zur Ausführung chemischer Reaktionen in Lösungen unter oder ohne Mitwirkung von Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktoren des Gleichgewichtes, der gesamte osmotische Druck, durch Beimengung der Stoffe oder des Lösungs.mittels, die partiellen Drucke -der Reaktionskomponenten, durch Beimengung der entsprechenden Stoffe, die Temperatur der Lösung, in der Weise von außen gleichzeitig und kontinuierlich verändert werden, daß diese Veränderungen in Richtungen verlaufen, welche den Veränderungen, die durch den Verlauf der Reaktion bedingt werden, entgegengesetzt sind.
DEB92371D 1920-01-15 1920-01-15 Verfahren zur Ausfuehrung chemischer Reaktionen in Loesungen Expired DE498961C (de)

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