CH536288A - Verfahren zur Sulfatierung organischer Substanzen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur     Sul-          fatierung    organischer Substanzen durch Reaktion zwischen  diesen und einer Schwefeltrioxydgasmischung sowie eine  Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.  



  Beim Sulfonieren und/oder Sulfatieren organischer Sub  stanzen mit gasförmigem Schwefeltrioxyd wird dieses in der  Regel mit Luft oder einem anderen, bei der Reaktion inerten  Gas verdünnt zwecks Erreichung möglichst milder Bedingun  gen. Trotzdem werden oft dunkelverfärbte Produkte mit  hohen Gehalten an restlichen nichtreagierten organischen  Bestandteilen erhalten.

   Die gewöhnlich verwendete Schwefel  trioxydmenge beträgt 100-108% der theoretisch erforder  lichen, und eine darüber hinausgehende Steigerung vermin  dert im allgemeinen den Anteil an nichtreagierten Stoffen  nicht nennenswert, sondern neigt statt dessen - besonders  beim Sulfatieren von Fettalkoholen und     Polyglykoläthern-          zu    einer Vermehrung dieses Anteils durch vermehrte Neben  reaktionen in Form von Ätherbildung, Anhydridbildung  u. dgl. Die Schwefeltrioxydkonzentration im inerten Gas be  trägt in der Regel 5-10 Volumprozent, und niedrigere Ge  halte an Schwefeltrioxyd als 5 Volumprozent kommen prak  tisch nicht vor aufgrund der durch die Verdünnung stark  herabgesetzten Reaktivität.  



  Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass, wenn man  beim Sulfatieren mit Schwefeltrioxyd, das mit einem bei der  Reaktion inerten Gas verdünnt ist, der organischen Substanz  gleichzeitig einen separaten Strom von inertem Gas durch  eine besondere Düse zuführt, erhält man ein unerwartet  helles sulfoniertes Produkt mit einem äusserst niedrigen  Gehalt an nichtreagierter organischer Substanz und einem  ebenso unerwartet niedrigen Gehalt an anorganischen Stof  fen, wie Sulfaten in dem nach der Sulfonierung mit einer  Base neutralisierten Produkt. Es ist zu bemerken, dass man  diesen überraschenden     Effekt    nicht erhält, wenn man die  entsprechende Menge inerten Gases in die Zuleitung für die  Schwefeltrioxydgasmischung einführt.

   Schon beim Verdünnen  der Schwefeltrioxydgasmischung auf einen S03-Gehalt von  3 Volumprozent hat es sich als schwierig erwiesen, die Reak  tion in Gang zu bekommen und ein grosser Teil der Mischung  ist in diesem Fall durch die Apparatur gegangen, ohne zu  reagieren.  



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur     Sul-          fatierung    organischer Substanzen durch Reaktion zwischen  diesen und eine Schwefeltrioxydgasmischung in     Reaktions-          gefässen,    die mit einer Zuleitung für die     Schwefeltrioxydgas-          mischung    versehen sind, welches Verfahren dadurch gekenn  zeichnet ist, dass durch eine von der Zuleitung der     Schwefel-          trioxydgasmischung    getrennte Zuleitung ein zusätzlicher  Strom von bei der Reaktion inertem Gas so eingeleitet wird,  dass die Ausbeute an sulfoniertem Produkt steigt und dessen  Qualitätseigenschaften verbessert werden.  



  Die zum Sulfatieren gemäss der Erfindung verwendete  Schwefeltrioxydgasmischung enthält vorzugsweise 5-10  Volumprozent Schwefeltrioxyd und ein bei der Reaktion  inertes Gas, vorzugsweise Luft, und kann beispielsweise durch  kontrollierte Verdampfung in einer inerten Atmosphäre aus  flüssigem, stabilisiertem Schwefeltrioxyd hergestellt werden.  Bei der Schwefelsäureherstellung gewonnenes Konvertergas  kann auf gleichartige Weiseverwendet werden. Die     Schwefel-          trioxydgasmischung    wird zweckmässigerweise in solcher  Menge zugesetzt, dass ein Überschuss von 2-6%     Schwefeltri-          oxyd    über die theoretisch erforderliche Menge     Schwefeltri-          oxyd    hinaus erreicht wird.

   Das inerte Gas, das separat einge  führt wird, kann beispielsweise aus Luft, Stickstoff, von der  Sulfonierungs- und/oder Sulfatierungsreaktion erhältlichem  Restgas, Kohlendioxyd, Schwefeltrioxyd u. a. bestehen.  



  Luft hat sich für diesen Zweck als besonders geeignet  erwiesen. Wenn ein möglichst niedriger Salzgehalt im fertigen,    neutralisierten Produkt gewünscht wird, ist es angezeigt, das  anzuwendende inerte Gas vor dessen Eintritt in die Reak  tionsmischung     zu    trocknen. Zufuhr von nicht getrocknetem  Gas kann jedoch erfolgen, wenn der     Salzgehalt    des fertigen  Produktes nicht von Bedeutung ist.  



  Die Menge an zusätzlichem inertem Gas, das separat ein  geblasen wird, macht zweckmässigerweise das 0,5-4fältige  Volumen der eingeführten Schwefeltrioxydgasmischung aus.  Grössere Volumen als das 4fältige Volumen der     Schwefeltri-          oxydgasmischung    können angewendet werden, aber dies ist  in der Regel unnötig zur Erreichung bester Resultate. Als  besonders geeignet hat sich bei den meisten Reaktionen eine  1-2fältige Menge des zugeführten Volumens der     Schwefel-          trioxydgasmischung    erwiesen.  



  Die Temperatur des zugeführten zusätzlichen Gasstromes  ist nicht kritisch, da die Reaktionstemperatur vorzugsweise  durch Kühlung des Mantels und/oder des Umrührers des  Reaktionsgefässes geregelt wird, aber in der Regel werden  keine höheren Temperaturen als die der zugeführten     Schwe-          feltrioxydgasmischung    angewandt, d. h. etwa 10-60  C, vor  zugsweise 20-30  C.  



  Der     zusätzliche    Gasstrom kann in das Reaktionsgefäss  durch ein oder mehrere Zuleitungen eingeleitet werden,  ebenso die Schwefeltrioxydgasmischung. Was in jedem ein  zelnen Fall geeignet ist, wird bestimmt durch die Eigenschaf  ten des zu sulfatierenden Produktes, durch geeignete Reak  tionsbedingungen und durch die gewünschten Eigenschaften  des sulfatierten Produktes. Wenn die organische Substanz  sehr leicht zu sulfatieren ist, d. h. wenn sie nicht besonders  empfindlich für Übersulfatierung ist, kann eine einzige Zu  leitung für den zusätzlichen Gasstrom ausreichend sein, be  sonders bei satzweisem Sulfonieren und/oder Sulfatieren.

    Speziell im letzteren Falle soll der zusätzliche Gasstrom vor  zugsweise an einer Stelle in das Reaktionsgefäss eingeführt  werden, die näher dem Boden des Reaktionsgefässes gelegen  ist als die Stelle, an der die Schwefeltrioxydgasmischung ein  geleitet wird. Dadurch erhält die Mischung, die sulfatiert  werden soll, die Form einer schaumähnlichen Luftdispersion,  was eine verhältnismässig milde Sulfatierung mit entsprechend  guten Eigenschaften beim fertigen Produkt ergibt. Es ist zu  bemerken, dass bei S03-Gehalten von 5-10%, die Einleitung  des zusätzlichen Stromes von inertem Gas die Reaktionsaus  beute nicht negativ     beeinflusst    oder die Reaktionsgeschwin  digkeit in nennenswertem Grad verschlechtert.  



  Wenn die Sulfatierungsreaktion kontinuierlich ausgeführt  wird, können mehrere Zuleitungen sowohl für den zusätzli  chen Gasstrom als auch für die Schwefeltrioxydgasmischung  besonders geeignet sein, und diese werden dann am besten  so angeordnet, dass die beiden Gase in der unteren Hälfte der  Reaktionsapparatur     eitlgeführt    werden. Beim kontinuierlichen       Sulfatieren    ist es besonders wichtig, dass ein gutes Umrühren  der Reaktionsmischung erreicht     wird,    gleichzeitig wie Behin  derung des Durchganges der Reaktionsmischung durch das  Reaktionsgefäss vermieden werden muss.

   Das Verfahren  gemäss der vorliegenden Erfindung kann daher     zweckmässi-          gerweise    mit dem Verfahren kombiniert werden, das im  franz. Patent 1417 410 beschrieben wird.  



  Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine besonders  geeignete Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens  gemäss der Erfindung. Die Vorrichtung besteht aus einem  mit Kühlmantel versehenen, geschlossenen Reaktionsgefäss,  das versehen ist mit Zuleitungen für     Schwefeltrioxydgasmi-          schung    und organische Substanz, mit Auslass für die     sulfo-          nierte    Substanz und einer Rührvorrichtung, und sie ist da  durch gekennzeichnet, dass sie mit einem oder mehreren  Zuleitungen für die Einleitung eines zusätzlichen Stromes  von     inertem    Gas versehen ist derart, dass die Ausbeute an      sulfoniertem und/oder sulfatiertem Produkt erhöht wird und  dessen Güteeigenschaften verbessert werden.  



  Einige     zweckmässige        Ausführungsformen    der     erfindungs-          gemässen    Vorrichtung sind in den Fig. 1, 2 und 3 der beige  fügten Zeichnung gezeigt.  



  Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die sich zur Durchführung  des     erfindungsgemässen    Verfahrens für den Fall der satz  weisen Sulfonierung und/oder Sulfatierung eignet. Das     Reak-          tionsgefäss    1 ist versehen mit einer Zuleitung 2 für die  Schwefeltrioxydgasmischung und einer Zuleitung 3 für Ein  führung des zusätzlichen Stromes von inertem Gas, wobei die  Zuleitung 3 näher dem Boden des Reaktionsgefässes gelegen  ist als der Zuleitung 2.

   Das Reaktionsgefäss ist versehen mit  einem Umrührer 4 und einem Kühlmantel 5, der mit einem  Einlauf 6 und einem Auslauf 7 für Kühlwasser versehen ist,  wodurch die Temperatur der Reaktionsmischung reguliert  werden kann, einem Auslass 8 für das sulfonierte und/oder  sulfatierte Produkt sowie eine Ableitung 9 im oberen Teil  des Reaktionsgefässes für Absaugung des Restgases.  



  Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung für einen  kontinuierlich arbeitenden Prozess, die aus einem     Reaktions-          gefäss    1 besteht, das versehen ist mit einem Kühlmantel 5  mit Einlauf 6 und Auslauf 7 für Kühlwasser, einem Einlass  10 für die zu sulfonierende und/oder zu sulfatierende Sub  stanz und einem Auslass 11 für den Strom von reagiertem  Produkt, einer Zuleitung 2 für die     Schwefeltrioxydgas-          mischung    und einer Zuleitung 3 für den zusätzlichen Strom  von inertem Gas. Das Reaktionsgefäss ist versehen mit einem  zylindrischen, rotierenden, gekühlten Umrührer 4, der mit  Turbulenzorganen gemäss dem franz. Patent 1417 410  versehen sein kann.  



  Fig. 3 zeigt eine andere geeignete Placierung der Zulei  tungen 2 für die Schwefeltrioxydgasmischung und der Zu  leitungen 3 für den zusätzlichen Strom von inertem Gas,  wobei mehrere separate Zuleitungen für     Schwefeltrioxyd-          gasmischung    und für zusätzlichen Zustrom von inertem Gas  auf entgegengesetzten Seiten der unteren Hälfte des     Reak-          tionsgefässes    angeordnet sind.  



  Folgende Beispiele erläutern näher die Bedeutung und  Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.    Beispiel 1  In einen kontinuierlich arbeitenden Sulfatierungsreaktor  gemäss Fig. 2 wurde ein kontinuierlicher Luftstrom, der 6%       S03    enthielt, eingeführt sowie ein kontinuierlicher Strom  eines Polyglykoläthers, der in bekannter Weise durch Um  setzung von 1 Mol Laurylalkohol und 3 Mol Äthylenoxyd  erhalten wurde. Durch Titrieren wurde der Sulfatierungsgrad  auf 105% der theoretisch erforderlichen Menge     S03    bestimmt.  Die Reaktionstemperatur wurde bei 30 C gehalten.

   Die  Analyse des mit Natriumhydroxydlösung neutralisierten Pro  duktes gab folgende Werte:  
EMI0002.0017     
  
    Farbe, <SEP> gemessen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> mit <SEP> 15 <SEP> %
<tb>  Aktivgehalt: <SEP> 11 <SEP> Gardner
<tb>  nichtsulfatiert, <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Aktivgehalts: <SEP> 4,7%
<tb>  Salzgehalt, <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Aktivgehalts: <SEP> <B>6,5%</B>       Der Versuch wurde unter den gleichen Reaktionsbedin  gungen wiederholt, jedoch mit dem Unterschied, dass  trockene Luft vom doppelten Volumen der zugeführten  S03-Mischung gleichzeitig durch die Öffnung 3 eingeführt  wurde.

   Die Analyse des neutralisierten Produktes gab fol  gende Werte:  
EMI0002.0018     
  
    Farbe, <SEP> gemessen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> mit <SEP> 15 <SEP> %
<tb>  Aktivgehalt: <SEP> 5 <SEP> Gardner
<tb>  nichtsulfatiert, <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Aktivgehalts: <SEP> 2,3%
<tb>  Salzgehalt, <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Aktivgehalts: <SEP> 2,8       Beispiel 2  Die in Fig. 3 gezeigte Reaktionsapparatur wurde unter  im übrigen gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 angewen  det, aber anstelle des Laurylpolyglykoläthers wurde ein Strom  von technischem Laurylalkohol mit einem Schmelzpunkt von  etwa 22 C und einem mittleren Molekülgewicht von 195  eingeführt. Die Schwefeltrioxydgasmischung wurde durch die  Öffnungen 2 eingeführt.

   Die Analyse des neutralisierten Pro  duktes, das ohne zusätzliche Lufteinblasen erhalten wurde,  gab folgende Werte:  
EMI0002.0019     
  
    Farbe, <SEP> gemessen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> mit <SEP> 15%
<tb>  Aktivgehalt: <SEP> 10 <SEP> Gardner
<tb>  nichtsulfatiert, <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Aktivgehalts: <SEP> 2,6%
<tb>  Salzgehalt, <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Aktivgehalts: <SEP> 5,7%-       Der Versuch wurde unter den gleichen Reaktionsbedin  gungen wiederholt, jedoch mit dem Unterschied, dass     trok-          kene    Luft vom gleichen Volumen wie die zugeführte     S03-          Luft-Mischung    gleichzeitig durch die Öffnungen 3 eingeführt  wurde.

   Die Analyse des neutralisierten Produktes gab fol  gende Werte:  
EMI0002.0024     
  
    Farbe, <SEP> gemessen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> mit <SEP> 15%
<tb>  Aktivgehalt: <SEP> 1 <SEP> Gardner
<tb>  nichtsulfatiert, <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Aktivgehalts: <SEP> 1,7%
<tb>  Salzgehalt, <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Aktivgehalts:

   <SEP> 2,2%       Die Anwendbarkeit der Erfindung beschränkt sich nicht  nur auf die beschriebenen Beispiele, sondern die Erfindung  kann beim Sulfatieren von sehr verschiedenen Verbindungen  Anwendung finden, beispielsweise von Fettalkoholen,     Fett-          alkoholpolyglykoläthern    mit variierender Anzahl von     Poly-          glykoleinheiten,    Alkylphenolen und     Alkylphenolpolyglykol-          äthern,    hochsiedenden aromatischen Verbindungen, sog.   bottoms , gesättigten und ungesättigten Fettsäuren und  fetten Ölen sowie Mischungen dieser Komponenten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren für die Sulfatierung von organischen Substan zen durch Reaktion zwischen diesen und einer Schwefeltri- oxydgasmischung in Reaktionsgefässen, die mit Zuleitungen für die Schwefeltrioxydgasmischung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zuleitungen, die von den Zulei tungen für die Schwefeltrioxydgasmischung getrennt sind, ein zusätzlicher Strom von bei der Reaktion inertem Gas eingeleitet wird, wodurch die Ausbeute an sulfoniertem Pro dukt erhöht wird und die Güteeigenschaften des Produktes verbessert werden. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass das Volumen des zusätzlich zugeführten Gases 0,5-4mal so gross ist wie das Volumen der zugeführten Schwefeltrioxydgasmischung. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass das Volumen des zusätzlich zugeführten Gases 1-2mal so gross ist wie das Volumen der eingeführten Schwefeltrioxydgasmischung. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass der zusätzliche Gasstrom aus Luft oder dem von der Sulfatierungsreaktion erhaltenen Restgas besteht. 4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass die zugeführte Luft vor dem Einführen in das Reak- tionsgefäss zwecks Erreichung eines niedrigen Salzgehaltes im sulfatierten Produkt getrocknet wird. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass das Sulfatierungsmittel aus einer Schwefeltrioxyd- Luft-Mischung besteht, die 5-10 Volumprozent Schwefel- trioxyd enthält. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass der zusätzliche Gasstrom durch mehrere separate Zuleitungen eingeführt wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Sulfatierungsgasmischung durch mehrere sepa rate Zuleitungen eingeführt wird. B.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass die Sulfatierungsreaktion satzweise ausgeführt wird und der zusätzliche Gasstrom an einer Stelle in das Reak- tionsgefäss eingeleitet wird, die näher dem Boden des Reak- tionsgefässes liegt als die Stelle, an der die Sulfatierungsgas- mischung eingeführt wird. 9.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass die Sulfatierungsreaktion kontinuierlich in einem Reaktionsgefäss durchgeführt wird, das mit einem zylindri schen, rotierenden, gekühlten Umrührer versehen ist. 10. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass der zu sulfatierende Stoff einem Alkohol mit 8-20 Kohlenstoffatomen, einem Alkylpolyglykoläther mit 4-20 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette und 1-8 Poly- glykoleinheiten je Alkylrest, einer gesättigten oder unge sättigten Fettsäure mit 8-22 Kohlenstoffatomen oder einem animalischen oder vegetabilen Öl besteht.

   PATENTANSPRUCH 11 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, bestehend aus einem Kühlmantel aufwei senden, geschlossenen Reaktionsgefäss, das versehen ist mit Zuleitungen für Schwefeltrioxydgasmischung und für orga nische Substanz, einem Auslass für die sulfonierte Substanz sowie einer Rührvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer oder mehreren Zuleitungen für Einführung eines zusätzlichen inerten Gasstromes versehen ist zwecks Erhö hung der Ausbeute an sulfoniertem Produkt und Verbesse rung von dessen Güteeigenschaften. UNTERANSPRÜCHE 11.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekenn zeichnet, dass die Zuleitung oder die Zuleitungen für den zusätzlichen Gasstrom näher dem Boden des Reaktionsge- fässes angeordnet sind als die Zuleitung oder Zuleitungen für die Schwefeltrioxydgasmischung. 12. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekenn zeichnet, dass die Rührvorrichtung aus einem zylindrischen, rotierenden, gekühlten Umrührer besteht, der mit Zapfen versehen ist. 13.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einlässe für die Schwefeltrioxydgasmischung und/oder den zusätzlichen inerten Gasstrom in der unteren Hälfte des Reaktionsgefässes angeordnet sind.