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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Veresterung von Fettalkoholen
Es ist bekannt, Sulfonierungen aromatischer Stoffe durchzuführen, indem die Reaktionsteilnehmer
in einer Mischkammer zerstäubt oder versprüht und die gebildeten Flüssigkeiten von
dort in eine darunter befindliche, durch eine perforierte Trennwand abgetrennte,
mit Heiz- und Kühleinrichtungen versehene Reaktionskammer geleitet werden (britische
Patentschriften 140 007 und 139 234). Dieses Verfahren eignet sich nur für langsam
verlaufende Sulfonierungsreaktionen, die es ermöglichen, den Reaktionsverlauf räumlich
auf zwei getrennte Kammersektionen aufzuteilen.
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Drei andere bekannte Verfahren zur kontinuierlichen Sulfonierung
benutzen scheibenartige Verteilerorgane, die im Inneren eines mit Kühlmantel versehenen
Reaktionsgefäßes rotieren. Bei einem dieser Verfahren fließen die Reaktionsteilnehmer
gemeinsam auf eine oder mehrere Verteilerscheiben auf, von denen - wenigstens die
oberste schräg zur Achse gelagert ist, und werden in Form einer breiten dünnen Schicht
auf die gekühlte Innenwandung des Reaktionsgefäßes geschleudert (DWP 546). Nach
dem zweiten Verfahren vollzieht sich die Reaktion ausschließlich innerhalb einer
sehr dünnen, die gekühlte Gefäßwandung zusammenhängend herabfließenden Flüssigkeitsschicht;
diese Schicht wird ursprünglich durch einen der Reaktionsteilnehmer mittels eines
Überlaufes oder mittels einer rotierenden Verteilerscheibe gebildet, und in diese
Schicht wird der zweite Reaktionsteilnehmer einige Zentimeter tiefer eingesprüht
oder durch einen schnell umlaufenden Verteilerkopf eingeschl eudert (USA.-Patentschrift
2 217 263).
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Bei dem dritten Verfahren werden beide Reaktionsteilnehmer, der zu
sulfonierende Stoff und das als Sulfonierungsmittel verwendete Schwefelsäuremonohydrat
bzw. Oleum, zusammen in flüssigem Zustand auf ein und denselben rotierenden Teller
geleitet, auf dem die Umsetzung zu Ende geführt wird, indem das Reaktionsgemisch
gegen zwei auf dem zumeist besonders gekühlten Teller konzentrisch angeordnete,
mit Düsen versehene Umgrenzungsflächen und sodann aus den Düsen der äußeren Umgrenzungsfläche
gegen die gekühlte Behälterwandung geschleudert wird (deutsche Patentschrift 749
554). Es wurde weiter in Abwandlung der letztgenannten Vorrichtung durch Anordnung
zusätzlicher, mit Düsen versehener Umgrenzungsflächen auf dem rotierenden Teller
eine Vielzahl konzentrischer Kammern zu bilden, von denen die inneren zur Durchführung
der Sulfonierungsreaktion, die äußeren - unter Anordnung eines zusätzlichen Zulaufes
für das Neutralisationsmittel -zur anschließenden Neutralisation des sauren Sulfonates
bestimmt sind; hierbei wird auf die Kühlung sowohl des Tellers als auch der Wandung
des Reaktionsbehälters im allgemeinen verzichtet und gegebenenfalls beim Arbeiten
in einer Zerstäubungsanlage das Reaktionsprodukt zu Pulver zerstäubt (deutsche Patentschriften
878 944, 897 101).
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Die bekannten Vorrichtungen, bei denen die Sulfonierungsreaktion
in einer dünnen Flüssigkeitsschicht auf der gekühlten Wandung des Reaktionsgefäßes
vor sich geht, ermöglichen nur den Durchsatz von geringen Mengen Reaktionsgut. Soweit
die Reaktionsteilnehmer der Sulfonierungsreaktion bei bekannten Vorrichtungen auf
derselben Scheibe bzw. demselben Teller zusammenfließen, bedarf es entweder besonderer
zusätzlicher Vorrichtungen zur ständigen und gleichmäßigen Kühlung des Rotationskörpers
zwecks Ableitung der Reaktionswärme, oder es läßt sich, wenn auf eine solche Kühlung
verzichtet wird, die Reaktion nur mit unbefriedigenden Durchsatzmengen durchführen,
wobei in beiden Fällen des Zusammenfließens der Reaktionsteilnehmer auf demselben
Rotationskörper die Gefahr besteht, daß infolge Überhitzung mehr oder minder dunkle
Sulfonierungsprodukte erhalten werden.
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Es verbleibt somit die Aufgabe, schnell verlaufende Reaktionen wie
die Veresterung von Fettalkoholen unter Verwendung von Chlorsulfonsäure, 98- bis
1000/oiger Schwefelsäure oder Oleum als Veresterungsmittel kontinuierlich in einer
einfachen Apparatur durchzuführen, wobei zur Dunkelfärbung der Produkte führende
Nebenreaktionen mit Sicherheit vermieden werden.
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Dieser Aufgabenstellung entspricht, wie gefunden wurde, ein Verfahren
zur kontinuierlichen Veresterung von Fettalkoholen mittels Chlorsulfonsäure, 98-bis
1000/oiger Schwefelsäure oder Oleum unter Verwendung rotierender Flächen zwecks
Abschleuderung der flüssigen oder in Lösung befindlichen Reaktions-
teilnehmer
in Richtung der gekühlten Wandung des Reaktionsgefäßes, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umsetzung der zersprühten, zerstäubten oder nebelförmigen Reaktionsteilnehmer
erst beginnt, nachdem jeder einzelne Reaktionsteilnehmer mindestens einer ausschließlich
ihm zugeordneten, mit einer Umdrehungszahl von mindestens 1000 pro Minute rotierenden
Fläche gesondert zugeleitet sowie gesondert von dieser weiterbefördert und abgeschleudert
worden ist.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens eignet sich erfindungsgemäß eine
Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mit einer in dem Reaktionsgefäß
1 angeordneten, in schnelle Umdrehung versetzbaren Welle 8 mehrere scheibenförmige,
10, 11, oder mit Öffnungen in der Peripheriewandung versehene trommelartige Rotationskörper
fest verbunden und dem einzelnen Rotationskörper eine oder mehrere Zuleitungen 5,
15 bzw. 6, 16 zugeordnet sind, die der Zuführung lediglich eines der Reaktionsteilnehmer
dienen.
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Wie weiter gefunden wurde, ist es vorteilhaft, die Fläche des Reaktionskörpers,
über die der zu zerstäubende Reaktionsteilnehmer fortbefördert wird, mit Trennwänden
zu versehen, die auf die Peripherie des Rotationskörpers hin zulaufen.
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Die Erfindung wird an Hand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Das zylindrische, mit einem abwärts gewölbten Boden versehene Reaktionsgefäß
1 ist mit einem Kühlmantel 2 umgeben. Im Deckel des Reaktionsgefäßes befinden sich
die Öffnungen 3 und 4 zur Einführung des Zulaufrohres 5 für den Alkohol sowie des
Zulaufrohres 6 für das Veresterungsmittel.
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Auf dem Deckel des Reaktionsgefäßes ist der Elektromotor 7 angebracht,
dessen senkrechte Welle über eine Kupplung die senkrecht in das Reaktionsgefäß 1
und konzentrisch zu dessen Mittelachse hineinragende Welle 8 antreibt.
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Mit der Welle 8 ist der hülsenförmige Ansatz des unteren scheibenförmigen
Rotationskörpers 10 fest verbunden. Der über dem Rotationskörper 10 angeordnete
Rotationskörper 11 ruht auf Zwischenstücken 13, die auf dem Rotationskörper 10 aufliegen.
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Der als Deckelscheibe dienende Rotationskörper 12 ruht auf Zwischenstücken
14, die auf dem Rotationskörper 11 aufliegen. Die Seitenflächen der Zwischenstücke
13 und 14 laufen auf die Peripherie der Rotationskörper hin zu.
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Die Rotationskörper 10, 11 und 12 sowie die zwischen ihnen eingefügten
Zwischenstücke 13 und 14 sind durch Vernietung fest miteinander verbunden.
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Die scheibenartigen Teile der Rotationskörper 10 und 11 begrenzen
von oben und unten eine Verteilungskammer 25, die hülsenartigen Ansätze dieser Rotationskörper
einen Ringraum 15, in den der Alkohol aus dem Zulaufrohr 5 einfließt und durch den
hindurch dieser der Verteilungskammer 25 zufließt. Zwischen den durch die Seitenflächen
der Zwischenstücke 13 gebildeten Trennwänden hindurch wird der Alkohol aus der Verteilungskammer
25 hinausbefördert. In entsprechender Weise wird eine zweite Verteilungskammer 26
durch den scheibenartigen Teil des Rotationskörpers 11 und die Deckelscheibe 12
gebildet. Die hülsenartigen Ansätze des Rotationskörpers 11 und der Deckelscheibe
12 umgrenzen einen Ringraum 16, in den das Veresterungsmittel aus dem Zulaufrohr
6 einfließt und durch den es hindurch der Verteilungskammer 26 zufließt, um aus
dieser zwischen den durch die Seitenflächen der Zwischenstücke 14 gebildeten Trennwänden
hindurch in den Reaktionsraum hinausbefördert zu werden.
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Bei einer derartigen Anordnung durchlaufen kanalartig der dem mittleren
Rotationskörper 11 zugeordnete Ringraum 16 den darüber angeordneten Rotationskörper,
die Deckelscheibe 12, und der dem unteren Rotationskörper 10 zugeordnete Ringraum
15 die beiden darüber angeordneten Rotationskörper 11 und 12.
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Im Deckel des Reaktionsgefäßes befindet sich eine :)ffnung 19 zur
Ableitung der Reaktionsgase, im Boden des Reaktionsgefäßes eine Abflußöffnung 20
für das Reaktionsprodukt.
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Die Vorrichtung wird wie folgt betrieben: Mittels des Elektromotors
7 werden die Welle 8 und dadurch die miteinander verbundenen Rotationskörper 10,
11 und 12 in schnelle Umdrehung versetzt. Hierauf läßt man kontinuierlich abgemessene
Mengen des in flüssigem Zustand befindlichen Alkohols aus dem Zulaufrohr 5 durch
den Ringraum 15 hindurch in die Verteilungskammer 25 und gleichzeitig abgemessene
Mengen des Veresterungsmittels aus dem Zulaufrohr 6 durch den Ringraum 16 in die
Verteilungskammer 26 einlaufen. Durch die schnelle Umdrehung der Rotationskörper
werden die beiden Reaktionsteilnehmer aus den Verteilungskammern 25 und 26 in Richtung
auf die gekühlte Wandung des Reaktionsgefäßes 1 derart herausgeschleudert, daß sie
erst in feinzerstäubtem bzw. nebelförmigem Zustand miteinander in Berührung und
zur Reaktion kommen.
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Das Reaktionsgut fließt unmittelbar darauf an der gekühlten Wandung
des Reaktionsgefäßes abwärts und wird kontinuierlich durch die Öffnung 20 im Boden
des Reaktionsgefäßes abgeführt, während die gebildeten Reaktionsgase durch die Öffnung
19 im Deckel des Reaktionsgefäßes abgeleitet werden.
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Durch die Zuordnung -besonderer, der Zuführung nur je eines Reaktionsteilnehmers
dienender Zuleitungen zu je einem der übereinander angeordneten, schnell rotierenden
Körper unterscheidet sich die Vorrichtung der Erfindung von den bekannten Zerstäubereinrichtungen.
Die Reaktionsteilnehmer kommen in zerstäubtem Zustand erst zur Reaktion, wenn sie
die Rotationskörper verlassen haben und unter großer Geschwindigkeit der gekühlten
Innenwandung des Reaktionsgefäßes zugeführt werden. Bisher wurden Veresterungen
unter Verwendung von Chlorsulfonsäure und beim Durchsatz großer Mengen von Reaktionsgut
zwecks Vermeidung dunkler Reaktionsprodukte bei Temperaturen von 30 bis höchstens
50° C durchgeführt. Es ist daher überraschend, daß bei Anwendung des Verfahrens
und der Vorrichtung der Erfindung auch beim Durchsatz großer Mengen von Reaktionsgut
und bei Temperaturen im Reaktionsraum von 60 bis 80° C durchweg helle Produkte erhalten
werden.
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Beispiel 1 Zur Durchführung der Veresterungsreaktion wird ein Reaktionsgefäß
üblicher Bauart (1500 1 Rauminhalt) mit Mantelkühlung verwendet, dessen zylindrischer
Teil einen Innendurchmesser von 1,20 m hat.
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Um die Mittelachse dieses zylindrischen Teiles rotieren die scheibenförmigen
Rotationskörper 10 und 11. Der Durchmesser dieser Scheiben beträgt 28 cm; ihre Rotationsgeschwindigkeit
beträgt 1500 Umdrehungen pro Minute.
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Auf den scheibenförmigen Rotationskörper 10 laufen durch das Zuflußrohr
5 in der Stunde 550 kg eines Fettalkoholgemisches (OH-Zahl 230, Jodzahl 2,85, Schmelzpunkt
3u0 C, spezifisches Gewicht 0,825 bei 380 C), und auf den scheibenförmigen Rotationskörper
11 laufen in der gleichen Zeit durch das Zulaufrohr
6296 kg Chlorsulfonsäure
(950/oil). Die Zulauftemperatur beträgt für das Fettalkoholgemisch 380 C, für die
Chlorsulfonsäure 210 C.
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Jeder der Reaktionsteilnehmer verteilt sich auf der rotierenden Fläche
des für ihn vorgesehenen scheibenförmigen Rotationskörpers, wird auf dieser Fläche
weiterbefördert und von dieser unter Zerstäuben in Richtung der gekühlten Wandung
des Reaktionsgefäßes abgeschleudert. Die Umsetzung beginnt somit erst, wenn sich
die Reaktionsteilnehmer in zerstäubtem Zustand befinden. Im Reaktionsraum tritt
eine Erwärmung auf 60 bis 800 C ein. An der gekühlten Wandung des Reaktionsgefäßes
fließt der entstandene saure Fettalkobolschwefelsäureester nach unten und durch
die Abflußöffnung 20 in einer Menge von 770 kg pro Stunde mit einer Temperatur von
35 bis 450 C in die darunter befindlichen Neutralisiergefäße ab.
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Nach Durchführung der Neutralisation mit Natronlauge werden aus der
erwähnten Stundenmenge sauren Fettalkoholschwefelsäureesters 2290 kg Reaktionsgemisch
mit einem Gehalt von etwa 36°/o aktiver Substanz mit einem Sulfatierungsgrad von
90 erhalten.
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Beispiel 2 In der im Beispiel 1 genannten Apparatur werden kontinuierlich
in der Stunde 550 kg eines Fettalkoholgemisches (OH-Zahl 232, Jodzahl 47,9, Schmelzpunkt
30,50 C, spezifisches Gewicht 0,825 bei 380 C) mit 440 kg 1000/oiger Schwefelsäure
umgesetzt. Die Arbeitsweise und die Temperaturen sind die gleichen wie im Beispiel
1.
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Es werden in der Stunde 990 kg saurer Fettalkoholschwefelsäureester
erhalten, woraus sich nach der Neutralisation mit Natronlauge 3000 kg Reaktionsgemisch
mit einem Gehalt von etwa 27 ovo aktiver Substanz mit einem Sulfatierungsgrad von
84 ergeben.
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Beispiel 3 In der im Beispiel 1 genannten Apparatur werden kontinuierlich
in der Stunde 550 kg eines Fettalkoholgemisches (OH-Zahl 230, Jodzahl 2,85, Schmelzpunkt
300 C, spezifisches Gewicht 0,825 bei 380 C) mit 385 kg Oleum (200/oil) umgesetzt.
Die Arbeitsweise und die Temperaturen sind die gleichen wie im Beispiel 1. Es werden
in der Stunde 935 kg saurer Fett-
alkoholschwefelsäureester erhalten, woraus sich
nach der Neutralisation mit Natronlauge 2900 kg Reaktionsgemisch mit einem Gehalt
von etwa 28°/o aktiver Substanz mit einem Sulfatierungsgrad von 88 ergeben.
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PATENTANSPOCHE: 1. Verfahren zur kontinuierlichen Veresterung von
Fettalkoholen mittels Chlorsulfonsäure, 98-bis 1000/oiger Schwefelsäure oder Oleum
unter Verwendung rotierender Flächen zwecks Abschleuderung der flüssigen oder in
Lösung befindlichen Reaktionsteilnehmer in Richtung der gekühlten Wandung des Reaktionsgefäßes,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der zersprühten, zerstäubten oder nebelförmigen
Reaktionsteilnehmer erst beginnt, nachdem jeder einzelne Reaktionsteilnehmer mindestens
einer ausschließlich ihm zugeordneten, mit einer Umdrehungszahl von mindestens 1000
pro Minute rotierenden Fläche gesondert zugeleitet sowie gesondert von dieser weiterbefördert
und abgeschleudert worden ist.