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Verfahren zur Durchführung von Reaktionen oder Mischungen von Gasen
bzw.-Dämpfen mit Flüssigkeiten Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Gaszerteilungen
beruhen entweder auf rein mechanischer Zerteilung (Dispersionsmethoden), bei der
das Gas beispielsweise mittels poröser Diaphragmen, Rührer, Injektoren usw. in der
Flüssigkeit zerteilt wird, oder aber auf Löslichkeitsveränderung (Kongensailonsmethoden).
Im besonderen wurde bereits vorgeschlagen, zur Durchführung von Reaktionen und Mischungen
von Gasen Strahlapparate zu verwenden. Bei diesem Verfahren wurde das Gas dem Saugstutzen
eines Strahlapparates zugeführt und von der Flüssigkeit mitgerissen. Die so erhaltene
Gasflüssigkeitsmischung hat man dann weiterhin im Kreislauf geführt. Nach diesem
Verfahren ist es aber nur möglich, grobe Gaszerteilungen zu erhalten.
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Die bekannten mehr oder weniger unvollkommenenVerfahren werden nun
erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß das zu zerteilende Gas während des Zerteilungsvorganges
in stark verdünntem Zustand, d. h. bei stark verringertem Total- bzw. Partialdruck,
angewendet und die Verdünnung nach erfolgter Zerteilung wieder aufgehoben wird.
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Die Verdünnung selbst kann im wesentlichen auf zwei Wegen erreicht
werden; einmal durch Verringerung des Druckes des zu zerteilenden Gases, das andere
Mal durch Verdünnung mit dampfförmigem Dispersionsmittel (d. h. durch Herabsetzung
des Partialdruckes des Gases), wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß bei oder nach
erfolgter Zerteilung der Dampf des Dispersionsmittels kondensiert. In vielen Fällen
werden beide Wege gleichzeitig gangbar sein, so daß also sowohl unter verringertem
Druck gearbeitet als auch mit zusätzlichem dampfförmigem Dispersionsmittel verdünnt
wird.
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Es lassen sich weiterhin Fälle konstruieren, bei denen die Verdünnung
anstatt mit gasförmigem Dispersionsmittel mit anderen Gasen erfolgt, z. B. mit einem
im Dispersionsmittel molekulardispers löslichen Gas oder mit dem Dampf einer mit
dem Dispersionsmittel mischbaren Flüssigkeit.
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In allen genannten Fällen herrscht demnach während des Zerteilungsprozesses
ein Partial- bzw. Totaldruck des Gases, der erheblich unterhalb des Verwendungsdruckes
des dispersen Systems liegt. Wird nach der Herstellung des dispersen Systems unter
verringertem Druck dieses auf den höheren Verwendungsdruck gebracht, so wird damit
eine nachträgliche Dispersitätserhöhung erreicht, zumal außer dem Außendruck noch
der erhöhte Oberflächendruck, der bei der kleinen Gasblase größer ist, im gleichen
Sinne wirksam ist.
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Der Grad der bei der Herstellung zu wählenden Verdünnung hängt von
dem erwünschten Dispersitätsgrad, von der gewählten Methode zur Zerteilung, von
der vorhandenen' Grenzflächenspannung und von dem Verwendungsdruck ab. Er beträgt
beispielsweise I : 100 bis I : IOOO des Verwendungsdruckes, kanil aber gegebenenfalls
in viel weiteren Grenzen liegen.
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Es ist zwar bereits aus der Laboratoriums: technik bekannt, daß beim
Evakuieren von irgendwelchen Gefäßen (Exsikkator oder auch Vakuumdestillationsapparat,
dem üblicherweise durch eine Glaskapillare dauernd Luft zugeführt wird) mit Strahlpumpen
die abfließende Flüssigkeit Gas in mehr oder weniger feiner Zerteilung enthält.
Während des Evakuierungsvorganges wird hier ein Zustand durchschritten (Exsikkator)
und gegebenenfalls auch aufrechterhalten (Vakuumdestillation). bei dem eine Gaszerteilung
vorliegt wie sie auch nach dem vorliegenden Verfahren erzeugt wird. Dabei ist aber
zu beachten, daß bei dem neuen Verfahren planmäßig auf eine feine Gasflüssigkeitsmi
schung hingearbeitet wird, während eine solche bei dem Beispiel des Exsikkators
und auch bei der Valiuumdestillation nur als ungewollte. gegebenenfalls zeitlich
eng begrenzte Begleiterscheinung auftritt, an deren technische Auswertung bislang
nicht gedacht wurde.
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Wie oben erwähnt, handelt es sich bei der neuen Erfindung um eine
Verbesserung an sich bekannter beliebiger Herstellungsmethoden. Kann ein Zerteiler,
z. B. ein Rührwerk, Iurbomischer o. a., unter normalen Verhältnissen Gasbläschen
von z. B. 0,1 mm Durchmesser herstellen, so führt man diesem nunmehr das Gas unter
verringertem Druck zu. Man erhält dann primär ebenfalls nur eine Zerteilung von
o, l mm Durchmesser, jedoch mit einem Gas von z. B. 0,01 at Druck.
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Gelangt dieses System dann unter Atmosphärendruck, was wegen seiner
Vergänglichkeit möglichst schnell erfolgen muß, so werden bei vorliegendem Beispiel
die Gasbläschen volumetrisch im Verhältnis 1 : 100 verkleinert. wozu noch die oben
angeführte, im gleichen Sinne liegende Wirkung des Oberflächendruckes tritt.
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Der Zerteilungsvorgang selbst besteht meistens in einer Diftorination
der Gasblase, die dann instabil wird und zerfällt.
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Über die Definition difformer Systeme vgl.
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Wo. Ostwald, Kolloid-Z. 55, 257 [I93I].) In den weitaus häufigsten
Fällen erfolgt die Difformation durch ein Geschwindigkeitsgefälle des in laminarer
oder turbulenter Strömung befindlichen Dispersionsmittels. Rührwerke. umlaufende
Desintegratoren, Strahlpumpen, Venturirohre usw. sind Vorrichtungen, die zwangsläufig
ein solches Geschwindigkeitsgefälle auf mehr oder weniger einfache Art und mit mehr
oder weniger gutem Wirkungsgrad herstellen. Die Verdünnung de's Gases kann, wie
erwähnt, durch Lösungsmitteldampf oder durch Verringerung des Gesamtgasdruckes,
gegebenenfalls durch beide Maßnahmen, erfolgen. Der Unterdruck kann entweder mit
Hilfe eines Fremdvakuums erreicht werden, wobei während des Zerteilungsvorganges
mit irgendeiner Pumpvorrichtung der Gasdruck im Zerteiler verringert wird, ober
aber durch Erzeugung eines kinetischen Unterdruckes durch die Flüssigkeitsströmung.
Strahlpumpen, Injektoren, Venturirohre usw. sind Einrichtungen, mit denen man, falls
die Gaszufuhr ausreichend gedrosselt ist, kinetisch einen Unterdruck in der zutretenden
Gasphase erzeugen kann und die infolge des erwähnten Strömungsgefälles gleichzeitig
als mehr oder weniger gute Zerteiler dienen können.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Systeme können durch an sich bekannte
Mittel, wie Schutzkolloide (z. B. Gelatine) oder Emulgatoren (z. B. Seife, Saponin),
stabilisiert werden.
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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele fiir vorliegendes Verfahren
näher beschrieben, wobei der Unterdruck kinetisch durch in der Gaszufuhr gedrosselte
Strahlpumpen, Injektoren, Venturirohre usw. erzeugt wird. Diese Anordnungen haben
den Vorteil der Einfachheit.
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Abb. I zeigt die einfachste Anordnung hierfür. Die Förderpumpe I
pumpt das Dispersionsmittel 2 im Kreislauf durch ein als Injektor wirkendes Venturi
3 hindurch.
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Bei ausreichender Flüssigkeitsströmung wird mit geschlossenem Ventil
4 im Venturi ein dem Dampfdruck des Dispersionsmittels entsprechendes Vakuum erzeugt,
welches durch das Vakuummeter 5 angezeigt wird. Durch geringes Öffnen des Ventils
4 kann das zu zerteilende Gas über den Strömungsmesser 6 eingelassen werden. Als
Beispiel sei angeführt, data das Dispersionsmittel2 aus Wasser bzw. einer wäßrigen
Seifenlösung (z.B.
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0,1 0'0iges Natrinmoleat u. a.) besteht. Bei geschlossenem Ventil
betrage das Vakuum 20 mm Ouecksilber. Öffnet man dann so weit, daß das Vakuummeter
auf 28 mm steigt, so steht das in das Venturi eintretende Gas unter einem Partialdruck
von etwa o, oI at. Strömungsmesser bzw. Vakuummeter sind bei einer solchen Anordnung
bei gegebener Oberflächenspannung des Dispersionsmittels ein unmittelbares Anzeigegerät
für den Dispersitätsgrad des entstehenden Systems.
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Das Venturi 3 übernimmt bei dieser Anordnung sowhol die Funktion
des Zerteilens
wie die des Erzeugens des Unterdruckes.
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An Stelle der Herabsetzung des Totaldruckes kann auch eine Verdünnung
durch Herabsetzung des Partialdruckes erreicht werden, wobei Bedingung ist, daß
der zur Verdünnung benutzte Dampf bei oder nach erfolgter Zerteilung zu Flüssigkeit
kondensiert, also z. B. aus verdampftem Lösungsmittel besteht.
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Abb. 2 zeigt eine andere Anordnung in schematischer Ausführung. Es
bedeutet darin 10 die Strahlpumpe und 11 eine Förderpumpe, welche das flüssige Dispersionsmittel
12 im Kreislauf der Strahlpumpe zuführt.
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Im Behälter 13 wird das Dispersionsmittel verdampft und von 14 aus
das zu zerteilende Gas zugeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist der vielfältigsten Anwendung fähig.
Z. B. kann man mit diesem Verfahren Oxydationen, Hydrierungen, Hydratisierungen
von Gasen, Gaswäsche u. a. durchführen. Nachstehend werden einige Anwendungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise angeführt.
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Beispiel I Es werden 50 kg Leinöl in 100 1 Wasser, dem irgendein
Emulgator, z. B. Türkischrotöl, zugesetzt ist, emulgiert. DieseEmulsion wird in
einer Anordnung gemäß Abb. I mit fein verteiltem Sauerstoff oxydiert. Die der Anordnung
zugeführte Sauerstoffmenge beträgt 1 cbm/Stunde bei einem Partialdruck von etwa
O, OOI at. Die Jodzahledes Leinöls geht von I75 des Ausgangsmaterials in dreistündiger
Behandlung auf I28, nach sechs Stunden auf IOO zurück. Nach etwa acht bis zehn Stunden
entmischt sich die Emulsion und nimmt keinen Sauerstoff weiter auf. Das Leinöl ist
in Linoxyn überführt, welches durch Filtration und Trocknung abgetrennt werden kann.
Es fällt ein helles, nur schwach gelblich gefärbtes Linoxyn an, wie es von keinem
bekannten Verfahren in einer derartig kurzen Zeit hergestellt werden kann.
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Man kann auch das erfindungsgemäße Verfahren benutzen, um bei höheren
Temperaturen auf diese Weise aus Leinöl das sogenannte Schwarzöl herzustellen oder
bei entsprechend niedrigeren Temperaturen Standöl. In allen diesen Fällen ist eine
Geschwindigkeitserhöhung auf das Io- bis Ioofache gegenüber den bekannten Verfahren
erzielt worden.
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Man kann das Verfahren in analoger Weise auch für andere chemische
Reaktionen, wie z. B. die Oxydation von Paraffin zu Fettsäuren, die Chlorierung
von Benzol, die Härtung - von Tranen mittels Wasserstoff, die Hydrierung von Ölen
und flüssigen Kohlederivaten, die Hydratation von MetXlen zu Acetaldehyd u. a.,
verwenden.
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Während im Beispiel I die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Durchführung einer chemischen Reaktion beschrieben wurde, soll im nachfolgenden
Beispiel 2 die Herstellung einer Gasflüssigkeitsmischung unter Erzeugung eines Schaumes
beschrieben werden.
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Beispiel 2 Man nimmt z. B. IOOO 1 einer o, I°/Oigen Saponinlösung
und mischt ihr unter einem Druck von z. B. 0,05 at Luft bei mit einer Geschwindigkeit
von I bis IO cbm/Stundey je nach der Größe des zur Anwendung gelangenden Injektors,
und erhält auf diese Weise einen außerordentlich hoch dispersen festen Schaum. Derartige
Schäume können mit geeigneten Bindemitteln, wie Gips, Zement oder auch organischen
Stoffen, zu leichten Baustoffen verarbeitet werden oder aber zur Durchsetzung der
Trübe bei der Flotation dienen.