Ausgewählte Moderne Trennverfahren mit Anwendungen auf Organische Stoffe

221 Pages·1965·9.64 MB·German

by  Dr. Rer. Nat. Heinrich Röck

FORTSCHRITTE DER PHYSIKALISCHEN CHEMIE
FORTSCHRITTE DER PHYSIKALISCHEN CHEMIE
HERAUSGEGEBENVON
PROF. DR. W. JOST . G(jTTINGEN
BAND 2
AUSGEW.AHLTE MODERNE TRENNVERFAHREN
MIT ANWENDUNGEN AUF ORGANISCHE STOFFE
DR. DIETRICH STEINKOPFF VERLAG
DARMSTADT 1965
AUSGEWAHLTE MODERNE
TRENNVERFAHREN MIT ANWENDUNGEN
AUF ORGANISCHE STOFFE
VON
DR. RER. NAT. HEINRICH ROCK
Trostberg/Oberbayern
2., neubearbeitete Auflage von
DR. RER. NAT. WALDEMAR KOHLER
Ludwigshafen/Rh.
Mit 148 Abbildungen in 172 Einzeldarstellungen
und 38 Tabellen
DR. DIETRICH STEINKOPFF VERLAG
DARMSTADT 1965
Aile Rechte vorbehalten
Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form
(durch Photokopie, Mikroflim oder ein anderes Verfahren)
ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert werden.
ISBN 978-3-642-85704-1 ISBN 978-3-642-85703-4 (eBook)
DOl 10.1007/978-3-642-85703-4
Copyright 1965 by Dr. Dietrich Steinkopff, Darmstadt
Herstellung: Universitatsdruckerei Malnz GmbH
Zweck und Ziel der Sammlung
Die vorliegende Monographienreihe verdankt ihre Entstehung noch einer
Anregung H. ULICHS. Sie wird in sich abgeschlossenen Banden die heutigen
Kenntnisse aus verschiedenen Zweigen unseres Faches darstellen. Der in
Industrie, Forschung oder Lehre tatige Wissenschaftler kann daraus den neu
esten Stand eines Gebietes kennenlernen, der Studierende Erganzungen iiber
den knappen Rahmen vorhandener Lehrbiicher hinaus finden. Auch mag diese
Reihe in gewissem Sinne sich zu einem flexiblen Ersatz nicht existierender
Handbiicher entwickeln.
HERAUSGEBER UND VERLAG
Vorwort zur 1. Auflage
Das vorliegende Buch befaBt sich mit der Theorie und Praxis einiger
moderner Trennverfahren. Die Auswahl der geschilderten Verfahren ist will
kiirlich und nicht mit einer Art Rangordnung verkniipft, die sie vor anderen
Methoden hervorheben konnte. Die behandelten Verfahren werden im Institut
fiir physikalische Chemie der Universitat Gottingen im Rahmen eines Prakti
kums iiber Trenn- und Reinigungsmethoden als Praktikumsaufgabe von fort
geschrittenen Studenten bearbeitet. Der Leiter des Institutes, Prof. Dr. W.JOST,
hat die Einrichtung dieses Trennpraktikums veranlaBt, um den Chemiker mit
den modernen Methoden der Stofftrennung vertraut zu machen. Demselben
Zweck dienen die Seiten dieses Biichleins.
Die einzelnen Verfahren werden jeweils in einem abgeschlossenen, fiir sich
allein verstandlichen Kapitel behandelt, wobei ofter auf die bestehenden, zahl
reichen Querverbindungen hingewiesen wird. Am SchluB eines jeden Kapitels
befindet sich das zugehorige Verzeichnis der Literatur, wahrend die Formel
zeichen am Anfang jedes Kapitels erklart werden. Die Literatur wurde im
wesentlichen bis zum Sommer 1956 beriicksichtigt.
Herrn Prof. Dr. W. JOST gilt mein Dank fiir die Anregung zur Abfassung
dieser Monographie und fiir die stete Forderung wahrend der Arbeit. Den
Herren Dr. L. SIEG, Dr. F. LANGERS, Dr. U. ONKEN danke ich fiir ihre Mit
arbeit bei der Herstellung des Manuskriptes und bei dem Lesen der Korrekturen.
Trostberg, Obb., Juli 1957
HEINRICH ROCK
Vorwort zur 2. Auflage
Seit dem Erscheinen der 1. Auflage im Jahre 1957 sind zahlreiche Arbeiten
uber die hier behandelten Trennverfahren veroffentlicht und interessante Ent
wicklungen beschrieben worden. Das gilt besonders fur das Zonenschmelzen
und die Gaschromatographie. Die Auswahl bei der Neubearbeitung dieses
Buches ist so getroffen worden, daB vorwiegend Methoden beschrieben werden,
nach denen Substanzen im Laboratorium mit relativ einfachen Mitteln ge
reinigt werden konnen. Die Literatur wurde bis 1964 berucksichtigt.
Herrn Prof. Dr. W. JOST und Herrn Dr. H. ROCK danke ich fUr wertvolle
RatschUige und Hinweise, letzterem auch fUr die vorbereitenden Arbeiten zur
2. Auflage. Den Herren Dr. St. BEHRENDT, Dr. R. BRUNKEN und Dr. D. FRENZEL
bin ich fUr ihre kollegiale Hilfe verpflichtet.
LudwigshafenjRhein, Marz 1965
WALDEMAR KOHLER
Inhaltsverzeichnis
V orwort zur 1. Auflage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI
Vorwort zur 2. Auflage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII
1. Allgemeines iiber Trennverfahren zur Substanzreinigung und Bestimmung
der Reinheit von Substanzen 1
1.1 Abkurzungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1
1.2 Allgemeines uber Trennverfahren zur Substanzreinigung. . . . .. 1
1.21 Theoretische Gesichtspunkte; Der Einzeltrenneffekt und seine
VervielfaItigung in Kolonnen . . . . . . . . . . 1
1.22 Praktische Gesichtspunkte; Auswahl der Verfahren . 7
1.3 Bestimmung der Reinheit von Substanzen . . . . . . . . 8
1.31 Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . 8
1.32 Theorie der Reinheitsbestimmung durch thermische Analyse 9
1.33 Experimentelle Methoden der thermischen Analyse zur Rein-
heitsbestimmung ............... 17
1.331 Statische Methode; Adiabatisches Kalorimeter 17
1.332 Dynamische Methoden . . . . 22
1.3321 Filmmethode . . . . . . . . 24
1.3322 Riihrmethode ....... 30
1.4 Reinigung mit gleichzeitiger Reinheitsbestimmung 37
1.5 Literatur zu Abschnitt 1 . . . . . . . . . . . 38
2. Zonenschmelzverfahren zur Reinigung organischer Substanzen 40
2.1 Abkurzungen. . . . . . 40
2.2 Grundlagen des Verfahrens 40
2.21 Allgemeines . . . . 40
2.22 Einfaches Erstarren 41
2.23 Zonenschmelzen . . 44
2.3 Experimentelle Anordnung und Ergebnisse 48
2.4 Kolonnenkristallisieren . 58
2.5 Literatur zu Abschnitt 2 . . . . . . . . 61
3. Verdrangungs.Adsorptions·Chromatographie (fliissig) 62
3.1 .Abkurzungen. . . . . . . . . . . . . . 62
3.2 Chromatographische Methoden. . . . . . . 62
3.21 Literaturangaben zur Chromatographie 65
Inhaltsverzeichnis IX
3.3 Beschreibung der Gleichgewichtsverhiiltnisse 66
3.4 Einfache Kolonnentheorie . . . . . . . 72
3.41 Verlahren zur Bestimmung von HETP nach ROSSINI 75
3.5 Apparaturen. . . . . . . . . . 76
3.6 Ergebnisse von Kolonnenversuchen . 79
3.7 Literatur zu Abschnitt 3 . . . . . 82
4. Gaschromatographie 83
4.1 Abkiirzungen. • 83
4.2 Allgemeines und Historisches 83
4.3 Theorie der Entwicklungs-Verteilunys-Gaschromatographie (E VG) . 85
4.31 Definition des Verlahrens . . . . . . . . . . . . 85
4.32 Beschreibung der Gleichgewichtsverhaltnisse 86
4.33 Wanderungsgeschwindigkeit und Gestalt der Zonen . 88
4.34 Hohe einer theoretischen Trennstufe; Vergleich der EVG mit
der Destillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.35 Temperaturabhangigkeit und Stoffabhangigkeit der Ruck-
haltevolumina. . . . . 101
4.36 Nichtlineare Isothermen. . . 106
4.4 Experimentelle Anordnung der EVG 108
4.41 Allgemeines . . . . . . . . 108
4.42 Kolonnen und stationare Phasen . 109
4.43 Analysenmethoden fur das aus der Kolonne abstromende Gas 120
4.431 Physikalische Detektoren . . . . . . . . . " 121
4.4311 Warmeleitfahigkeitszelle . . . . . . . . 121
4.4312 Gasdichtemeter nach MARTIN und JAMES. 126
4.4313 p-Strahlen-Ionisationsdetektor . . . . . 128
4.4314 Elektroneneinfangdetektor . . . . . . . 128
4.4315 Photoionisationsdetektor. . . . . . . . 129
4.4316 Ionisationskammer nach RYCE und BRYCE. 130
4.4317 Gasentladungsrohr. . . . . . . . . . . . 131
4.4318 Halbleiterdetektor. . . . . . . . . . . . 131
4.4319 Messung weiterer physikalischer Eigenschaften des
Chromatogrammgases . . . . . . . . . .. 132
4.432 Physikalisch-chemische Detektoren . . . . . . 133
4.4321 Wasserstoff-Flammendetektor. 133
4.4322 FlammeneInissionsdetektor . 134
4.4323 Flammenionisationsdetektor 134
4.4324 mtrarotabsorptionsschreiber 135
4.4325 Messung des Gasvolumens 135
4.4326 Messung des Gasdruckes . . 136
x
Inhaltsverzeichnis
4.4327 Anzeige radioaktiver Substanzen 137
4.4328 Messung der elektrischen Leitfahigkeit 138
4.433 Chemische Detektoren . . . . . . 138
4.4331 Acidimetrische Mikrotitration .... 138
4.4332 Coulometrische Mikrotitration . . . . . . . . . 139
4.4333 Spezifische qualitative Nachweisreaktionen ... 139
4.44 Qualitative und quantitative Analyse mit der EVG . . •. 140
4.45 Injektion der Probe, Sammeln der Fraktionen, Stromungs-
regler ............... . 145
4.46 Praparative EVG . . . . . . . . . . . . . . 147
4.461 Kolonnen mit groBem Querschnitt . . . . 148
4.462 Zyklische Wiederholung des Einzelprozesses 151
4.463 Kontinuierliche Trennung in einem Satz von bewegten
parallelen Saulen . . . . . 152
4.464 EVG als GegenstromprozeB . . . . . . . . . 154
4.5 Adsorptions-Gaschromatographie ..... . . . . . • . 158
4.51 Entwicklungs-Adsorptions-Gaschromatographie EAG . 158
4.52 Verdrangungs-Adsorptions-Gaschromatographie VAG 164
4.6 Literatur zu Abschnitt 4 . . . 169
5. Thermodifl'usion in fUissiger Phase 175
5.1 Abkilrzungen. . . . . . . . 175
5.2 Allgemeines . . . . . . . . 175
5.3 Beschreibung der Gleichgewichtsverhiiltnisse 177
5.4 Theorie der ThermodiUusionskolonne. . . 180
5.5 Aufbau und Betrieb von ThermodiUusionskolonnen 186
5.51 Kolonnen mit leerem, engem Spalt . . 186
5.52 Kolonnen mit gefiilltem, weitem Spalt. 190
5.53 Kolonnen mit rotierendem Innenrohr . 195
5.6 Ergebnisse von Trennversuchen 195
5.7 Literatur zu Abschnitt 5 202
N amen verzeichnis 204
Sachverzeichnis. . 208