DE1443500A1

DE1443500A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung organischer Stoffe

Info

Publication number: DE1443500A1
Application number: DE19631443500
Authority: DE
Inventors: Burton Brooks; Brooks Richard J
Original assignee: BROOKS RICHARD J
Current assignee: BROOKS RICHARD J
Priority date: 1962-12-12
Filing date: 1963-12-07
Publication date: 1969-01-23
Also published as: GB1045305A; GB1045306A; BE647146A; NL301697A; NL145523B; US3257175A; NL6405655A; BE636074A; US3350428A; GB1058012A; DE1443545A1; NL136581C; US3259645A

Description

Richard J.Brooks ■ Prankfurt/llain, 1 Σ.Αναηΐίνϊ. 1968

/torton Brooks . DrUu/hk

5430 './eot IIarginal ^T.7ay -ι / / ογλλ

Seattle 6, './ashington/USA 1 HH OO U U

P 1 443 5ΟΟ.8 f!i:>--i*--^!

Verfahren und Vorrichtung üuz* kontinuierlichen Sulfonierung organischer Stoffe

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sulfonierung organischer Stoffe, insbesondere zur kontinuierlichen raschen Sulfonierung von Alkylarylkohlenwaeeerstoffen, Fettalkoholen, Alkylphenolen und andei en sulfODierbaren orgarJLschen Verbindungen.

Der Begriff "Sulfonierung" wird in der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen sowohl in seiner allgemeinen Bedeutung, welche die Sulfonierung und die Sulfatierung einschließt, als auch in seiner speziellen Bedeutung, der echten Sulfonierung, gebraucht. Wenn der Text nicht die epesielle Bedeutung verlangt, ist die allgemeine Bedeutung zu verstehen.

Organische Sulfonsäuren und Sulfonate gewinnen bei der Heröte3Iung flüssiger,. insbesondere salzfreier, gut löslicher Detergentien zunehmend an Bedeutung.

Wormalerweisö werden Detergentien durch Sulforii-srungsprozesse, welche konzentrierte .Schwefelsäure oder Oleura verwenden, hergestellt. Die Reaktionsprodukte solcher Prozesse enthalten als Nebenprodukte Reste von Schwef

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Wasser, so daß Abfallsäure entsteht. Bsi der Neutralisation von auf diese Weiße hergestellten sulfonierten Produkten, beispielsweise mit Natriumhydroxyd, wird dar Säureüberschuß zusammen mit dem sulfonierten Produkt neutralisiert, wobei Natriumsulfat entsteht. Die Anwesenheit von Natriumsulfat ist für einige Zwecke erwünscht, für andere Zwecke aber, insbesondere bei der Herstellung salzfreier, gut löslicher Detergentien durchaus unerwünscht. Jn den letztgenannten Prozessen muß deshalb das Natriumsulfat entfernt werden«

Das große Interesse an der Herstellung salzfreier Detergentien unter Verwendung von Schwefeltrioxyd beruht darauf, daß Oleum einerseits knapp und zur Lagerhaltung wenig geeignet ist, und andererseits, AbfaHaüare bildet, die abgestoßen nrerden mu3. Diese beiden Probleme bestehen in vielen Ländern der Welt«

Schwefeltrioxid in stabilisierter Form lsi ein sehr wirksames Sulfonierungsnittel, das auch der kleinere Verbraucher in kleinen Mengen, beispielsweise in ?ässa?n kaufen kann. Stabilisiertes flüssiges iScLwefeltrioxyd mit über 99 % •eaktionsfähigeui Schwefeltrioxid, welches unter dem Handelaramen "Sulfan" m Handel ist» ist für das erfindungegemäße Verfahren brauchbar.

lchwefelirioxyd zur Herstellung salzfreier !Detergentien kann auf verschiedenen fegen hergestellt werden, beispielsweise durch Verbrennen einer abgemessen en Menge Schwefel und durch katü'ytieche Oxydation des resu].tierenden Schwefel loxyds au Schv/efeltriox/d. Bas re&altierende Geznisch von Schwefeltrioxyd

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und Luft kann direkt in den zu sulfonierenden organisciien Stoff eingeführt werden. Maa kann auch sas dem Konvertergas einer Üchweielsäurefabrik einen Teilatrom abzweigen und als Sulfonierungsmittel für organische Stoffe verwenden.

Schwefeltrioxid kann schließlich auch durch Strippen des gasförmigen Schwefeltrioxydes aus konzentriertem Oleum hergestellt werden. In dem erfindtmgsgemißen Verfahren wird da3 Seinrefeltrioxyd vorzugsweise zunächst mit einem Inertgas, beispielsweise mit Luft, Stickstoff, Kohlentiioxyd oder dergleichen» verdünnt«

Alkylarylkohienwasserßioffe eignen sich zur Herstellung von flüssigen Alkylarylsuübnaten als Detergentien nach dea. erfindungsgemällen Verfahren. Frühere Versuche zur Herstellung von Älkylrj^rlsulfonaten in einem diskontinuierlichen oder halbkontinuierlichen SuIfonierungsprozeß mit Scliv/eföltrioxyd hatten unbefrifcöigende Ergebnisse. Bis jetzt konnten bei der Herstellung von organischen Sulfonates im wesentlichen salzfreie Produkte von guter Farbe in wirtschaftlich tragbarer Ausbeute nicht hergestellt werden.

Bei diskontinuierlichen Verfahren zur Herstellung organischer Sulfonate bereiten die Durchmischung und die Temperatursteuerung besondere Schwierigkeiten. Zu Ihrer Vermeidung ist wiederholt versucht worden, das Chargensjstem zu modifizieren. In einem bekannten Verfahren läßt man die Sulfonierungs miscmnig aus einem Taufc in sine ileihe nachgeschaltetcr Tanks überlaufen, - . BAD

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um einen halbkontinuierlichen Sulfonierungsprozeß zu erhalten. Die damit erzielten Resultate sind jedoch nicht völlig befriedigend, weil die Qualität und die Ausbeute des Produktes nicht einheitlich sind und bzw. oder keine gute Färb« des Produktes erzielt wird.

Bei früheren Versuchen, die Sulfonierung mit einem Gemisch von Schwefeltrioxid und Luft auszuführen, wurden gelb oder braun gefärbte Produkte erhalten. Solche verfärbten Produkte erforderten eine Bleichung, um mit den Produkten der Oleümsulfonierung wettbewerbsfähig zu werden. Diese Bleichung trug jedoch wesentlich zu den Produktionskosten bei. Die gebleichten Produkte waren immer noch in der Farbe und in der Qualität wesentlich geringer gegenüber den Sultanaten, die durch Sulfonierung mit Oleum gewonnen werden.

Die US-Patentschrift 2 723 990 (Gilbert) beschreibt ein Verfahren zur diakontinuierlichen Sulfonierung mit Sehwefeltrioxyd, in welchem ein kleiner Zuschuß von Schwefelsäure verwendet wird, um die Viskosität des zu sulfonicrenden organischen Stoffes herabzusetzen, worauf das Schwefcltrioxyd mit Luft gemischt in einer Konzentration von ungefähr 5 % eingeführt wird- In diesem Verfahren hebt der Zusatz von Schwefelsäure den Vorteil der Sulfonierung mit Schwefeltrioxid, nämlich die Gewinnung eines salzfreien Produktes, im wesentlichen wieder auf. Bis zur vorliegenden Erfindung galt ein völlig kontinuierlicher Sulfonierungsprozeß, in dem ein Produkt von hohem Reinheilsgrad In optimaler Ausbeute erhalten wird, als praktisch undurchführbar«

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Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren sur Sulfonierung ▼on organischen Stoffen, insbesondere von Alkylarylkoblenwaeserstoffen, Fettalkoholen und Alkylphenole!!, in welchem die organischen Stoffe kontinuierlich »«geführt uod die Reaktionsprodukte kontinuierlich entnommen werden, wobei Temperaturen und Drücke gesteuert und in den einzelneu Reaktionsstufen sehr kurze Aufenthaltszeiten eingehalten werden.

Der erfindungsgemäße kontinuierliche Sullonieruügsprozeß wird in einer Hehrzahl von Miscbstufen, in denen eine außerordentlich lebhafte Durchmischung und eine Steuerung der Temperatur und des Druckes erfolgt, ausgeführt, wobei zwischen den einzelnen Stufen eine intensive Kühlung erfolgt, und die Mischung von Sulfonierungsmittel und Inertgas geregelt wird. Daö sulfonierte Endprodukt bedarf keiner Bleichung und ist von guter Qualität bezüglich Farbe, Geruch und Reinheit,

Die Vorrichtung zur Ausführung des erfinUungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer Anzahl von Mischern mit zwischenge3chaltsten Kühlern. Dem ersten Mischer werden in getrennten Strömen der zu suJfonierende Stoff und das SuI-fonierungemittel im Gemisch mit Inertgas zugeführt. Durch rasches intensives Mischen wird im ersten Mischer eine Reaktionsmischung hergestellt, in ücr^ nachfolgenden Kühler gekühlt und in den zweiten Mischer überführt. In diesem wird weiteres Sulfonierungsmittel im Gemisch mit Inertgas eingeführt. Die Mischung kann in weiteren Mischern und Kühlern weiterbehandelt werden.

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Ein solcher erfindungsgernäßer Mischer besteht aus einem horizontalen zylindrischen Gehäuse, in welchem ein rotierendes zylindrisches Misehorgan, welches auf seiner Mantelfläche Miechblätter trägt» angeordnet ist. Das zylindrische Gehäuse ist zweckmäßig mit einem Kühlmantel versehen und mit Anschlüssen zur Zuführung und Ableitung der Reaktionsteilnehmer bzw. der Reaktionsmischung ausgestattet. Auf dea letzten Mischer folgt ein gekühlter Scheider, in welchem überschüssiges Gas aus der Mischung abgetrennt wird und ein Nachreaktionsgefäß; - im folgenden Digester genannt -, in welchem, die Umsetzung beendet wird. Darauf folgt ein Neutralisationsgefäß.

Im Gegensatz zu den bekannten Sulfoxuerttngsprozessen mit Schwefeltrloxyd und Luft» deren gelb oder braun gefäVbte Produkte gebleicht werdea müssen» um mit den Produkten aus der Oleumsulfonlerang vergleichbar zu sem, ist daa erfindungsgemäße Verfahren ein wirtschaftlich befriedigender, vüllig kontinuierlicher Prozess, der bei sorgfältiger Kontrolle verschiedener variabler Betriebsbedingungen eine ausgezeichnete Ausbeute an Produkten ergibt, die im wesentlichen weiß «ind und kefeer Bleichling bedürfen.

Die verschiedenes Bedingangea_s di© eingehalten w@i?dea müssen, um zn optimalen Reaktioßsresiiitaten &u gelaageii₈ glad;

a_e D@r-Splelr©isai der- Rotorblätter in den Mischern« λ . b« der Durenmesser ά&Β Rotors in dem Mischer,

c. die Länge des Mischer*. ^{BÄD 0RIGINÄL}

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d. die Zahl der Mischstufen {Reaktionszonen) des'Reaktors,

e. die Reaktionstemperatur in jeder Reaktionszone,

f. die Entfernung von Nebeln aus dem eintretenden Schwefeltrioxydgas,

g. die lebhafte Mischung in jeder der Mischstufen,

h. eine äußerst kurze Reaktionszeit in jeder der Mischstufen, i. die sofortige Kühlung nach jeder Mischstufe,

}. die Nachbehandlung der Re&ktiorismischung nach Verlassen der Mischer im Digester unter lebhafter Durchmischung,

k. die Konzentration der Mischung von Scbvrefeltiioxyd und inertem Verdünnungsgas,

1. die Eintrittstemperatur der Mischung von Schwefeltrioxid und Inertgas,

zn. die Beschaffenheit und üie ZaW der Einführuuge stellen der Reaktionsteünehmer in die Mischer«

Die bei Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrensbeoi^gungen hergestellten Produkte sind auch den Produkten jener bekannten Sulfonierungsprozesae überlegen, in welchen das Produkt auf einer Wand gesammelt und von dieser abgekratzt wird. In Sulfonierungsprozessen etwa gemäß der US-Patentschrift 763 199 (Luntz et al), welche Reaktoren mit abzuschabenden Wänden gebrauchen, neigt die Sulfonsäure dazu, sich vor den Rührwerkblättern in dem Reaktor anzusammeln. Dadurch werden die Turbulenz und die Diffusion in dem Material, welches sich vor den Blättern des Reaktors her bewegt, vermindert. Dieses führt wiederum zu geringen Umsetzungsgraden und au einer Verminderung der Qualität und der Ausbeute des Produktes. Wegen der hohen Viskosität der iJul-

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fansäure und auch wegen der extrem hohen Reaktionsfähigkeit des Schwefeltrioxydes ist eine äußerst wirksame Durchmischung erforderlich, um ein gutes Produkt zu erhalten.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Nachteile der bekannten Vorfahren vermieden und reinere Produkte in höheren Ausbeuten gewonnen werden wenn die Abstände zwischen den Hührwerkblättern und den feststehenden Teilen der Mischer auf einen optimalen Wert, der vorzugsweise im Bereich von 0,012 bis 0,101 cm (0,005 bis 0,040 inch) liegt, bemessen werden.

Es wurde auch gefunden, daß durch die Verwendung mehrerer Mischstufen, in welchen eine intensive Durchmischung erfolgt und durch an jeden Mischer anschließende Kfihlung die Viskosität der Sulfonsäuren und die außerordentliche Reaktionsfähigkeit des Schwefeltrioxydes, welche in den bekannten Sulfonierungsarozessen so große Schwierigkeiten bereiten, beherrscht werden können. In ien bekannten Prozessen mit einer einzigen Mischstufe tritt die Reaktion Migeriblicklieh ein, wenn das Schwefeltrioxid in den Mischer eingeführt wird. Das hat zur Folge, daß die Reaktionswärme die Temperatur in der Reaktionsnischung sehr rasch in die Höhe treibt, was zu einer Qualitätsminderung des Sndproduktes führt. Diese Mangel werden durch die vorliegende Erfindung jeseitigt, indem die Menge des in jede Mischstufe eingeführten Schwefeltrioxids jesteuert wird, und indem eine sofortige Kühlung zwischen den einzelnen itufen herbeigeführt wird. Dadurch können die Eintrittsten¹ peratur und die . lustrittstemperatur der Reaktionspartner in allen Mischstufen genau einge-

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stellt werden. Jede Mischstufe soll wenigstens 7,62 cm (3inch) in der Länge» aber nicht mehr als 61 cm (24 inch) zwischen den Einlaßstellen der Reaktion»- partner haben.

Bei der Sulfonierung von Alkylbenzolen, z. B. Dodecylbenzol oder auch Xylol oder Toluol» werden die Ausgangsstoffe zweckmäßig zunächst mit Luft gemischt, und diese Mischung wird danach in/feinem Wärmeaustauscher auf die niedrigste, mit Kühlwasser erreichbare Temperatur gekühlt. Wird als organischer Ausgangestoff ein Fettalkohol, beispielsweise der bei Raumtemperatur feste Laurylalkobol« verwendet« dann muß dieser auf eine Temperatur von etwa 30 C (85 F) erwärmt werden, damit er schmilzt. Talgalkohol ist noch etwas höher, etwa auf 52 ⁰C (125 F), zu erwärmen. Bei Raumtemperatur flüssige» aber sehr viskos* Ausgangsstoff· werden etwas erwärmt» beispielsweise auf 33 ⁰C (30 °F) und auf konstanter Temperatur gehalten, damit beim Dosieren in die Reaktion eine frenaue Strömungsmessung möglich ist. Zweckmäßig wird der organische Ausgangsstoff in einem temperaturgesteuerten Speichertank gehalten, aus welchen er mit gleichbleibender Temperatur der Reaktionszone zugeführt werden kann* Außerdem ist es vorteilhaft« für die höher schmelzenden Ausginge stoffe eine etwas höhere Temperatur in der ersten Stufe vorzusehen als bei niedriger ■chmelz3Rdan. zu sulfonierenden Materialien·

Eine beträchtliche Schwierigkeit der bekannten Sulfonierungsprozesse liegt in der Unmöglichkeit, die Viskosität in den verschiedenen Re .ktioiiazuständen

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unter Kontrolle zu halten. Wenn nämlich das Endprodukt eine schlechte Farbe und einen geringen Reinheitsgrad aufweist, so liegt das an der Unmöglichkeit» Schwefeltrioxyd mit dem Ausgangsstoff innig zu mischen. Im orfindungsgemäßen Verfahren ist dieses Problem dadurch gelöst worden, dajj zur Kontrolle uer Viskosität der Reaktionsmischung in den letzten Reaktioßs stufen höhere Temperaturen, verbunden mit einer lebhaften Durchmischiing verwendet werden, und daß anschließend eine rasche Kühlung der Reakticnsmischung¹ erfolgt. Die Viskosität der Mischung von Reaktionspartnern und BeAktionsprodukt wird durch die höheren Temperaturen herabgesetzt, und demgemäß wird die Mischung der Reaktionsteünehraer mit dem Schwefeltrioxyd wirksamer. In jeder Mischstufe hängt die Einstellung der Viskosität unmittelbar von der Temperatur der Reaktionsinischung ab. Diese Temperatur wiederum hängt ab vcn der Menge frischen Schwefeltrioxyds, das in Jeder der Stufen angewendet wird, und von ier Temperatur, mit welcher die Reaktionspartner jeweils in die Stufe eintreten. 3anz allgemein ist es erwünscht, bei möglichst niedriger Temperatur zu sulfoiieren und zugleich die Viskosität für eine wirksame Dxirchraisehucg ausreichend iedrig zu halten.

>ie einzelnen Ausgangsstoffe haben ein bei fortschreitender Reaktion verschiedenes iskositätsverhalten, und erfordern verschiedene Betriebstemperaturen. Fett-Ikohole» beispielsweise Laurylalkofeol und Talgalkohol, zeigen bei der Sulfonieang nur eine geringe Viskositätssuaahme halm Fortschreiten der Reaktion, ie Reaktionstemperatur in der erste» Stufe ist etwa

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dieselbe wie die Endtemperatur. Alkylbenzol andererseits kanu infolge seines niedrigen Schmelzpunktee mit viel niedrigerer Temperatur zugeführt werden. Da jedoch die Viskosität mit dem Fortschreiten der Reaktion rasch as steigt, muß ein Temperaturanstieg, insbesondere in den letzten Stufen der Reaktion, zugelassen werden.

Die Zahl der verwendeten Mischstufen ist insofern von Bedeutung, als die in jede Stufe einzuführende Menge Schwefeltrioxid von der Gesamtzahl der verwendeten .Mischstufen abhängt. Der Temperaturanstieg längs des mehr« stufigen Mischers ist umso kleiner, je mehr Mischstufen bis zu einer gewissen Anzahl verwendet werden. Auf diese Weise wird eine Überhitzung des R*»aküons -gemisches vermieden, so daß ein sulfoniertes Endprodukt von. optimaler Qualität und Ausbeute mit guter Farbe und hohem Bei&heJtsgrad gewonnen wird. Zur Sulfonierung der temperaturempflndlicben Fettalkohole werden mehr Mischstufen angewendet, um eine gleichmäßigere niedrigere Temperatur xu erhalten. Andererseits können bei der Sulfonierung vou Alkylbenzol, bei dem ein Temperaturanstieg erlaubt ist, weniger Mischstufen verwendet werden.

Xn den bekannten einstufigen Sulfonierungsprozessen ist eine vollständige Umsetzung der Reaktionspartner praktisch unmöglich» weil beim Fortschreiten, der Reaktion die Viskosität vieler Reaktionsmischungen zunimmt, und die Durchmischung schlecht wird, ulrena nicht andere Bedingungen des Prozesses geändert werden. Bis zu dem erfindungsgemäßen Verfahren ist jeCoch Keine Methode einer erfolgreichen Steuerung der Viskosität der Reaktionsmisekung

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durch Beeinflussung der Temperatur während der Sulfonierung bekannt geworden. Der eriindungsgemäße Prozeß hat durch die Verwendung ^mehrerer. Mischstufen und mehrerer Einlasse für die Zugabe von frischem Schwefeltrioxid, durch die Lebhafte Durchmischung und durch das sofortige Kühlen nach jeder Misclislufe iine Lösung für die Beeinflussung der Viskosität der Reaktionsmischung gegeben. Die Verwendung sines Vielstufensystems oder eines vielstufigen Bteaktjfors erlaubt, die Sulfonierung bei verschiedenen- Temperaturen mit fortichreitender Realstion auezuführen. Die Resultate, die mit zwei Reaktoren oder, flisehstafen eraielt werden, sind den mit einer einzigen Mißchstufe erzielten.

lesultaten weic überlegen. Wenn jedoch mehr als 6, beispielsweise 3, Stufen j

•der Beaktoren verwendet werden, dann sind die Resultate etwa dieselben, als j

renn 6 Mischstufen verwendet wurden* j

leben diesen bedeutenden Binzelheiten ist der wichtigste Aspekt dieser Erfindung, ;

aß die Temperatur der Reaktionsmischung während einer sehr kurzen Zeitspanne i usreichend hodi gehalten wird, damit bei einer geringen Viskosität eine innige j lischung der Reaktionsteilnehmer eintreten kann. Durch sorgfältige Studien rurde gefunden, daß das Viskositätsverhalten des zu sulfonierendan Materials on außerordentlicher Bedeutung ist, und daß eine Bestimmung der optimalen 'emperatur für jedes Material wichtig ist, um die richtigen Misehungsedinguagen au erhalten. Zu hohe Temperaturen ergeben gewöhnlich minder^rertige Sulfonierungsprodukte. Deshalb ist es höchst erwünscht, die Sulfonierung ,

ei möglichst niedriger Temperatur auszuführen.

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in den bekannten Verfahren wird beispielsweise eine Temperatur von etwa SO ⁰C (120 *F) bis SS °C (130 °F) für die Sulfonierung von Alkylbenzolen mit

8 bis 20 C-Atomea in der Seitenkette angegeben. Bei dieser Temperatur ist ;

das gebildet· Sulfonat außerordentlich viskos· Die bekannten Methoden der !

Durchzaischnng sind völlig ungenügend, um eine gute Produktqualität aus diesem , hochviskosen Material zu erhalten· Demgegenüber verwendet der erflndunga- ■ gemäße Proxefi Mehrstufenmischer, wobei die Reaktionsteilnehmer in die j

letzte Stufe oder den letzten Mischer mit etwa SO °C (120 °F) eingeführt werden und die Temperatur für wenige Sekunden, in denen die Mischung im Reaktor weilt» bis etwa 94 ⁰C (200 ⁰F), vorzugsweise auf 66 bis 77 °C (150 -170 °F) ansteigen kann·

Wenn nur ein Mischer verwendet wird und das Alkylb**nzol mit Umgebungstemperatur eingeführt w-lrd, dann steigt die Temperatur bis etwa 94 °C (200 °F). Werden swei Mischer mit einer Zwischengeschäften Kühlung verwendet, dann erreicht die Endtemperatur nur 66 bis Π ⁰C (150 bis 170 °F). Im letzteren j Fall wird eine bessere Produktfarbe erreicht als im ersten, Ea wurde über- I

raschenderweiee gefunden, daß durch das AuBteigealaesen der Temperatur ;

in dieser Weise hei der Sulfonierung von Alkylbrazol die Viskosität oberhalb [ SO ⁰C (140 ⁰F) rasch absinkt. Nach lebhaftem Mischen während ein oder zwei j Sekunden bei dieser Temperatur wi?d das Reaktionsgemisch unverzüglich auf eine Temperatur unter 50 ⁰C (120 ⁰F) abgekühlt. An dem erhaltenen Produkt ist kaum eine Qualitätsminderung festzustellen,

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Ein weiteres Merkmai dieser Erfindung, welches, wie gefunden wurde, za einem, hohen Reinheitsgrad des Endproduktes beiträgt, ist die Vorkühlung der Reaktionspartner vor ihrem Eintritt in den Prozeß auf eine möglichst niedrige Temperatur. Je niedriger die Temperatur der Reaktion ist, umso besser ist die Qualität d&e Endprodukteß. Um in jeder Stufe die günstigsten Reaktion« bedingungen zu haben, sollte die Reaktion zwischen dem Schvvefeltrioxyd und dem Ausgangsstoff bei einer möglichst niedrigen Temperatur stattfinden, bis die Viskosität der Reaktionssoiecbung auf einen hohen Wert anzusteigen beginnt. Wenn dieser Viskositätsanstieg eintritt, dann läßt man die Temperatur ansteigen und half die Viskosität auf einem, möglichst konstanten Wert. Bei der Sulfonierung von Alkylbeßzol kann diesem beispielsweise mit etwa - 17 ⁰C (0 ⁰F) in die Reakiionszone eingeführt werden. Bei der. Sulfonierung von Fettalkoholen wird die Eintrittstemperatur höher gewählt, weil Fettalkohole einen viel höheren Schmelzpunkt haben. Andere Aromaten, z. B. Benzol, Toluol >der Xylol und dergl. können auf ähnliche Temperaturen, wie sie für Alkylienzole verwendet werden, gekühlt werden. Die Reaktionszeit, die in jeder Mischstufe des Reaktors angewendet wird, liegt «wischen 0,1 und 10 Sek., vorzugsweise !wischen 0, 5 und I Sek. Bei einem längeren Aufenthalt der Reaktionsmischung in ier Mischzone tritt eine Verschlechterung des Produktes ein. Die Aufenthaltslauer des Oases in dem Reaktor ist viel kürzer als die der Flüssigkeit. Die ingewendeten Gasgeschwindigkeiten liegen zwischen 22, 86 und 81,44 m (75 und !00 Fuß) je Sek., was einer Aufenthaltszeit des Gases von nur 0,1 bis 0, 5 Sek. Q einem normalen Reaktor entspricht. Da die Flüssigkeit nicht von dem Gas

«fördert wird, ist die Aufenthaltezeit der Flüssigkeit in dem Reaktor viel

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' Q Π ο. ft ft L J 1 % k 1

länger. Die Aufenthaltsseit der Flüssigkeit wird beeinflußt durch die Gasgeschwindigkeit* durch den Spielraum der Rührblätter sowie durch die Schlagkraft und die Rotationsrichtung der.Rtihrblätter. Wenn die notation in der gleichen Richtung liegt wie die Wölbung der Blätter, dann ißt die Aufenthaltszeit länger, als wenn die Rotation der Wölbung der Bläser entgegengesetzt ist. Die Reaktionszeit kann so in gewissem Umfang durch den Drehsinn des Mischwerkes beeinflußt werdec.

Eine weitere Ursache für cie schlechte Farbe des Endproduktes ist die Anwesenheit von Schwefelsäure und/oder von Schwefeltrioxydnebel in dem als Sulfonierungsmittei dienenden gasförmigen Schwefeltrioxyd bei seinem Eintritt in den Reaktor. Solche Nebel bilden sich« wenn Feuchtigkeitsspuren in der Luft mit dem eintretenden Schweieltriosyd untftr Bildung von Schwefelsäuretropfen reagieren» und durch eine Abkühlung auf einen su niedrigen Wert« Im vorliegenden Prozeß werden solche Nebel aus dem Gemisch von Schwefeltrioxyd und Inertgas vor dessen Einführung in Uen Reaktor abgeschieden.

Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme ergibt sich aus der Beobachtung, daß der su sulfonierfende Ausgangsstoff dem Realctor mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit in dem Strom eines Verdütinungsgases zugeführt werden eoll, damit kein Schwefeltrioxyd in den Strom des Ausgangsstoffes hineindiffundieren kann, Dann würde es römlich in einer Zone geringer Verwirbelung oder Mischung mit diesem reagieren, lirfindungsgemäß wird der zu sulfonierende Ausgangsstoff in einem InertgassLrom in die .Reaktionszone eingeführt.

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Erfindungsgemäß wird das Sehwefeltrioxyd dem Reaktor in dem gesteuerten Strom eines inertes Verdüsrmngsgasee, welches ihm zusätzliche Geschwindigkeit rerleiht, zugeführt. Gleichzeitig wird die Konzentration des eintretenden »chwefeltrioxydes gesteuert νααά vorzugsweise auf etwa 2 bis S Vol. % eingestellt.

3er Druck, unter dem die Reaktionspartner in den Reaktor eingeführt werden» 3t ebenfalls von Bedeutimg. Mit wachsendem Druckabfall der Keaktionsartner nimmt auch die Reaktivität des Schwefeltrio^ydgases zu. Im erfindung?»- emäßen Verfahren ist jedoch ein vergleichsweise niedriger Druck erforderlich, m das Gemisch von Schwefeltrioxid und Inertgas durch den Reaktor zu ffShraa. [ormalerweise tritt das Gemisch von Sehwefeltrioxyd und Inertgas mit , 703 bis 1,054 atü (10 bis 15 psig} ein, wobei 5,273 atü (75 psig) etwa die bere Grenze bilden. Drücke oberhalb 5,273 atü (?5 psig) wirken zunehmend achteilig auf das Endprodukt.

Ie Anwendung eines molaren Überschusses an verdünntem Schwefeltrioxyd it ein weiteres bedeutendes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, obei die Art des zu sulfonierenden Ausgangsstoffes in Betracht zu ziehen ist« ei der Sulfonierung substituierter Aromaten, beispielsweise von Dodeeyl- zol, wird ein Überschuh von 8 bis 10 Mol. % von Sehwefeltrioxyd angeo Für Tr idecy !benzol, welches sich nicht so leichtund vollständig ilfonieren läßt, wie das Dodecylbenzol, ist ein etwas größerer molarer jerechuß von beispielsweise 10 bis 15 Mol. % erforderlich. Zur Sulfonierung >n Fettalkoholen, die durch Nebenreaktionen leicht verderben, wird ein olarer Überschuß von 0 bis 6 Mol. % an Sehwefeltrioxyd angewendet.

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Xylol und Toluol bieten ein besonderes Problem» weil sie Sulfone bilden. Je größer der Überschuß an Schwefeltrioxyd ist, umsomehr Sulfone werden

gebildet. Um die Bildung von Sulfonen zu vermeiden, ist es wesentlich, daß die Sulfonierung mit einem Unterschuß an Schwefeltrioxid, beispielsweise mit 80 % des theoretischen Bedarfes, ausgeführt wird. Nicht ausreagiertes Xylol oder Toluol kann aus dem Reaktionsprodukt extrahiert und in den Prozeß zurückgeführt werden*

Äthoxyliertmgaprodukte der Alkylphenole, beispielsweise des Nonylphenols, können mit SchwefeJtrioxyd sulfatiert oder am aromatischen Kern sulfoniert werden. Die Sulfonate sind als Detergentien nicht erwünscht. Deshalb wird erfindungsgemäß« die Sulfonierung am aromatischen Kern dadurch behindert, daß der molare Oberschuß an Schwefeltrioxyd zwischen 0 und höchstens 6 % Hegt, je nach den besonderen Eigenschaften des Ausgangsstoffes.

Die Zahl der Reaktionszonea, in welche das Gemisch von Schwefeltrioxid und Inertgas eingeführt wird, ist ebenfalls von Bedeutung. Reinere Produkte von bester Qualität werden erhalten, wenn die Zahl de? Misch· und Reaktionsionen erhöht wird, wobei die obere Grenze bei etwa S Reaktionszonen liegt« Mehrere Oeaktionszonen sind deshalb vorteilhaft, weil die Menge des Gemisches von Schwefeltrioxyd und Inertgas ml* solcher Genauigkeit dosiert werden kann, daß bei der Reaktion mit dem im Reaktor jeweils vorhandenen sulfonierbaren Material die Temperatur nicht so hock ansteigt, daß das Endprodukt geschädigt wird· Zweckmäßig-erhalt jede Stufe, in welche das Gemisch von Schwefeltrioxid

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und Inertgas eingeführt wird« eine größere Anzahl von Eintrittsstellen, welche direkt in den Reaktor führen. Diese Eintrittsstellen sind so eingerichtet* daß sie eine Dosierung des der Mischung zugeführten Sulfonierungsmittels erlauben. Mehrere Schwefeltrioxydeiiiführungsstellen vermindern die örtliche Überhitzung an diesen und erleichtern die Mischung der Reaktionsteilnehmer. Die Temperatur, bei welcher das mit Inertgas verdünnte Sulfoni erungsmittel in den Reaktor eingeführt wird, liegt im allgemeinen zwischen 36 und 50 C (95 und 120 °F). . . I

Nach Verlassen der letzten Mischstufe und vor Eintritt ia den Digester wird die i Temperatur des Stromes aller Reaktionsteilnehmer rasch herabgesetzt, um eine Verschlechterung des Endproduktes zu vermeiden. Aus dem Strom wird dann die Sulfonsäure abgetrennt und direkt in den Digester gepumpt, in welchem eine zusätzliche Reaktion in dem Gemisch erfolgt» Während des Aufenthaltes der Sulfonsäure in dem Digester sollte die Temperatur unter 57 ⁰C (135 ⁰F) liegen. Die optimale Temperatur für den Digester liegt zwischen 47 und 52 ⁰C

[1X5 und 125 °F). Wird eine Temperatur über 57 ⁰C (135 ⁰F) im Digester j

angewendet« dann wird das neutralisierte Endprodukt einen etw&3 geringeren I behalt an Sulfat und freiem Öl haben, aber gleichzeitig wird die Produktfarbe j

rerschlechtert. Die Reaktion im Digester wird durch intensives Durchmischer* >

·· I wesentlich beschleunigt» weil die Diffusion in dem viskosen Heaktionsprodukt tehr gering ist und deshalb den Reaktionsverlauf bestimmt. Wird die )iffusion durch Umrühren unterstützt, dann ist der in der Reaktion erreichte foieatz wesentlich höher. Wenn Alkylschwefeleäure hergestellt wird, darm

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sollte diese sofort neutralisiert werden. Wenn sie jedoch in den Digester
übernommen wird, dann sollte die Aufenthaltszeit darin möglichst kurz bemessen
werden.

Die Reaktionen, welche während der Nachreaktion im Digester eintreten, sind

ziemlich komplex« umfassen aber kurz gesagt die Reaktion von während der _:

Sulfonierung gebildeten Sulfonsäureanhydriden mit nicht umgesetzten Kehlen- I

wasser stoffen. ^Werden diese Anhydride nicht beseitigt» dann werden sie bei j der nachfolgenden Wasserzugabe zu Sulfousäure und Schwefelsäure zersetzt.

Die letztere bildet bei der Neutralisation Natriumsulfat. Ungefähr 95 bis 96 % I der Umsetzung finden in den Mischern statt und ungefähr 1 bis 4 % der Umsetzung ■

erfolgen in demProduktkühler vor der Abtrennung des Schwefeltrioxyds. Die j

restlichen 0,5 bis 1« 5 % der Umsetzung erfolgen im Digester. Der größte Teil >

des Anhydrids zersetzt sich im Kühlbehälter und der Rest in geringem Mali im ' . digester. Der Zweck der Nachreaktion im Digester ist, den Gehalt des neutral!- j

eierten Produktes an anorganischen Salzen herabzusetzen und den Gehalt an ;

freiem Öl zu vermiwd«rn. Die Zugabe kleinerer Mengen von Alkoholen oder voa
Benzol, Toluol oder Xylol zur letzten Stufe des Digesters kann den Gehalt an
anorganischen Salzeu des Produktes durch eine Reaktion mit den Anhydriden
unter Bildung organischer Sulfonate herabsetzen. Um die restlichen Anhydride
vollHtäcf ig zu eersetzen, kann am Schluß eine Zugabe von Wasser erfolgen.
Der opümald Grad der !Jachreaktion oder die für eine vollständige Nachreaktioa
notwendige Zeit' werden auf die Eigenschaften des zu sulfonic wenden Ausgangsstoff es Jeweils abgestimmt. BAD ORlGlNAL.

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Die Herkunft des in dein erfindungägemäßen Verfahren verwendeten Schwefel« triosyds ist verhältnismäßig unwesentlich. Schv/cieltrioxyd kann aus einem Kon- j vertergas der Schwefelverbrennung oder aus einem stabilisierten flüssigen Schwe« feltrioxyd gewonnen werden.

Das inerte Verdünnungsmittel, das dem Schwefeltrioxid zugemischt wird, Ist ein Gas, das mit keiner der anderen Komponenten reagiert, beispielsweise

Luft* Stickstoff, Kohlsndioxyd und dergleichen. ·

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Sulfonierung iron Benzol und substituierten aromatischen Kohlenwasaarstoffen, z. B. Toluol« Sylol, insbesondere von AlkyJbensolenmit 8 bis 20 C-Atomen* kann aber auch luf die Sulfonierung anderer Stoffe, beispielsweise von Olefinen und Sulfonsäuren ier genannten Stoffe angewendet werden. So können auch Disulfonsäuren nach lern erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Äthosylierte Aromaten, i'ettalkohole und ätkoxylierte Fettalkohole und ungesättigte öle,wie ungesättigte fettsäuren, sind in gleicher Weise in dem erfindungsgemäfien Prozeß zu beiandeln. .

Die Äkylbenzole, welehe in der Praxis des eriindüngs gemäßen Verfahrens verwendet werden und ihre Herstellung sind in zahlreichen US Patentschrift, »eispielsweise 1 992 100, 2 161 173, 2 210 902, 2 218 472, 2 223 364, ϊ 220 099, 2 597 834 beschrieben. Geeignete Alkylbenzole eind beispielsweise )ctylbensol, Nonylbensol, Decylbenzol, bedecylbenzpl, Tridecylbenzol,

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Tetradecylbenzol, Hexadecylbenzol, Octadecylbenzol, Nonylfcoluol, Decyltoluol, Dodecyltoluol, Tetradecyltoluol, Dodeeyacylol, Dodecyläthylbenzol, Dodeeyli *>propylbenzol und dergleichen· Solche Alkylbenzole haben die allgemeine Formel

Darin ist B ein Alkylradikal mit gerader oder verzweigter Kette« welches wenigstens 8 C-Atome« vorzugsweise aber 8 bis 20 C-Atome enthält.

Der Kern der vorliegenden Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Sulfonierung organischer Stoffe, die beispielsweise eine alkoholische Hydroxylgruppe oder olefinische Doppelbindungen oder einen aromatischen Kern enthalten* mit Schwefeltrioxyd, welches mit Inertgas verdünnt ist. Dieses kontinuierliche Verfahren besteht darin, daß der organische Ausgangsstoff und das mit Inertgas verdünnte Schwefeltrioxyd in getrennten Strömen in den ersten einer Reihe von Mischern eingeführt und darin intensiv gemischt werden, um die rasche Bildung einer fieaktionsmischung herbeizuführen« Die Reaktionsmiechucg wird unverzüglich aus dem ersten Mischer abgezogen, gekühlt und dann durch geeignete Mittel unter Druck in einen zweiten Mischer überführt, in welchem die SuI-fonierungsreaktion unter gleichzeitiger Zugabe von weiterem, mit inertgas verdünntem Schwefeltrioxyd fortgesetzt wird. Die Reaktionsmischung kann dann weiteren solchen Mischern zugeführt werden. Nach Verlassen des letzten

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Mischers wird die Heaktionsmiachung unverzüglich gekühlt und das nicht verbrauchte Sclraefeltrioxyd wird aus der Reaktionsmischung abgetrennt· Danacli wird die Beaktionsmischung im Digester unter lebhaftem Mischen einer Nachreaktion unterzogen und schließlich neutralisiert. Wenn der organische Ausgangsstoff eine alkoholische Hydroacylgruppe enthält, dann kann der Digester umgangen werden, so daß die Heaktionamischung direkt in die Neutralisierung geleitet wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung mögen die Zeichnungen dienen, in welchen Anlagen und Vorrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen

I Verfahrens beispielsweise und schematisch dargestellt sind. In den Zeichnungen s

sind gleiche Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen*

Fig. 1 ist das Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei Reaktion^ stufen.

Fitf. 1 A zeigt eine Abänderung der Herstellung von Schwefeltrioxyd für das erfindungsgemäfie Verfahren.

Fig* 3 B ist das Fließschema eines vierstufigen Prozesses.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch den im erfindungsgemäßen Prozeß verwendeten Digester M in Abb* 1 ,

Fig. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2, ^:

Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2. .

BAD Fig. 6 ist eine Darstellung eines der Mischer in Seitenansicht.

.23«

Flg. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7 7 in Fig. 6.

Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7.

Fig. 9 ist ein vergrößerter Ausschnitt längs der Linie 9-3 in Fig. 7, welcher ein Ende des Rotors und dee Stators zeigt.

Fig. 10 ist die schematiecher Darstellung des ausgebauten Mischers, um die Wölbung der Mischerblätter zu zeigen.

Gemäß dem Fließschema in.Ii^. 1 wird ein kontinuierlicher Strom eines inerten Gases, a. B. Luft, Stickstoff oder dergleichen, durch das Rohr 10 in die Anlage eingeführt, im Kompressor 11 auf den gewünschten Druck verdichtet und im Kühler 12 gekühlt. Das komprimierte gekühlte Inertgas strömt dann in die Feuchtigkeitsfalle 13 zur Abscheidung der Feuchtigkeit und danach durch ein ölfilter 14 zur Abscheidung anderer Verunreinigungen, insbesondere von Ol und Staub, und wird schließlich im Trockner 15 getrocknet. Das inerte Verdünnungsmittel, welches den Trockner 15 verläßt, wird in 2 Teilströme aufgeteilt, von denen einer durch den Strömungsmesser (Itotaraster) 16 in den Schwefeltricxydverdaxnpfer 17 geführt wird, während der andere durch einen Strömungsmesser (Rotameter) 18 geführt und in der Leitung 25 dem einströmenden organische·*! Ausgangsstoff gemischt wird. Der größere Teil des durch das Rohr 10 zugeiührten Inertgases wird durch den Strömungsmesser 13 in den Str om von verdampftem Schwefeltrioxyd in der Leitung 20 elngeführt zwecks iveiterer Verdünnung desselben auf den gewünschten V/ert vor seinem Eintritt in den ersten Mischer 24. Schwefeltrioxyd wird aurch das Rohr 21 in die Dosierpumpe 22 eingeführt und gelangt ia die Verdampfer 17, denen verdünntes Inertgas in der

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beschriebenen Weise zugeführt wird. Das Gemiscb/vird unter Druck in der Leitung 20 weiter verdünnt und durch den Nebelabscheider 23 in den ersten Mischer 24 geleitet· Der organische Ausgangsstoff wird in einer Dosierpumpe 26 mit dom durch die Leitung 27 zugefOhrten inerten Verdünnungsmittel gemischt. Dieses Gemisch gelangt durch den Kühler 28 unter Druck iß den ersten Mischer 24. Zur weiteren Kühlung, beispielsweise zur Ableitung von Reaktionswärme, ist der Mischer 24 mit einem Wassermantel 29 umgeben. Das mit Inertgas verdünnte Schwefeltrioxyd wird durch die Anschlüsse 30« Sl in den Mischer 24 eingeleitet. Der gesamte Inhalt wird einer intensiven Durchmiechung unterzogen.

Bei der Sulfonierung eines Alkylbenzole läßt man die Temperatur im Mischer 24 unter kontrollierten Bedingungen bis ungefähr 60 C<140 F) ansteigen« Wenn äie Reaktionsmischung den Mischer verlaßt« dann ist die Reaktion eu etwa 80 % beendet. Die Reaktionsmischung wird im Kühler 32 innerhalb weniger Sekunden auf 50 ⁰C (120 ⁰F) gekühlt und dann in den zweiten Mischer 33 geleitet, [n den zweiten Mischer 33 wird durch die Mehrfachansehlfisi* 34» 35 weiteres nit Inertgas verdünntes Schwefeltrioxyd kontinuierlich eingeführt* Zugleich srird lebhaft durchgemischt· Die Temperatur der Heaktionsmiecnung beträgt leim Eintritt in den Mischer 33 etwa 50 °C (120 ⁰P). Man läßt sie unter controllierten Bedingungen im Mischer 33 auf etwa 66 bis 82 ⁰C (150 bie 180 °F) jisteigen. Die gesamte Reaktionsmischung im Mischer 33 wird unverzüglich u einem gekühlten Mischtank 3 G geleitet und dort sofort in einer großen ienge Sulfonsäuren welche durch Kühlschlangen 37 gekühlt ist«. verdünnt.

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Eine weitere Kühlung wird, falle erforderlich, dadurch herbeigeführt, daß die Sulfonsäure im Kreislauf mittels der Pumpe 40 durch den Kühler 39 zurück sum Mischtank 36 geführt wird. Die Gesamtzeit, während welcher die Reaktionsmischung sich in einem der Mischer aufhält» ist äußerst kurz und liegt in der Größenordnung weniger Sekunden. Die Zeitdauer, in welcher die Reskticnsmischung nach Verlassea diJ£ Mischer und nach Eintritt in den gekühlten Miscfetank 36 gekühlt wird, .^eU ebenso fcars sein und vorzugsweise einige Sekunden betragen*Die\^ii3ehun£ der gekühlten Sulfonsäure und der Luft, welche den 3Ö v^ril4eiißi.w4rd in einen Zentrifugalscheider 41 eingeführt, aus welchem Abluft salt einem geringen Gehalt son Schwefeltrioxyd durch den Auelaß 42

. J^ieiSaaMonsäure gelangt vom Boden des Separators 43 durch ein den Digester 44, in welchem sie durch eine Reihe von Kammern

strömt, um die Efickmischung einzuschränken. Das geschieht bei einer Temperatur von etwa 57 ⁰C (135 ⁰F) mit einer Dauer von etwa 30 Minuten.

Gegebenenfalls kann der Sulfonsäurestrom aus dem Separator 41 in zwei Ströme aufgeteilt -werden. Einer dieser Ströme wird durch das Rohr 62 in den Mischer snrückgeführt und der andere Strom wird in der Leitung 60 zum Digester 44 geführt« Der Digester 44 wird in den Kammern mittels der Kühlschlangen 4ß_# denen Kühlwasser kontinuierlich durch den Zulauf 45 zugeführt und durch den AuBiaß 46 entnommen wird, gekühlt. Xn diesem Reaktionsabschnitt reagieren ungefähr 0^5 bis 1 % des organischen Ausgangsstoffes mit dem Sulfonsäuren anhydrit?, welches im Prozeß »urückgebildet wird. Die Sulfonsäuremischung wird aus dem Digester 44 zu dem zweiten Digester 49 weitergeleitet. Dort

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wetden 1 bis 2 Gew. % eines sulfonierbaren Stoffes beispielsweise Benzol» Toluol» Xylol oder Alkohol der Sulfonsäuremisehung zugegeben, wodurch eine weitere Nachreaktion herbeigeführt wird. Wird ein Ausgangsstoff mit alkoholischer Hydroxylgruppe oulfoniert, dann kann der Digester beispielsweise durch die Leitung 61 umgangen werden. Die Reaktionsmischung \rird dsnti direkt zum Neutraliaator 56 geleitet.

-"H

Der Digester 49 wird durch Kühlschlangen .51 gekühlt, denen kaltes V/asser kontinuierlich durch den EinlaS 52 zugeführt und durch den Auslaß 53 entnommen wird. Im zweiten Digester wird der größte Teil der zurückbleibenden. Säure entfernt. Das resultierende Produkt wird In einem Mischer 54 mit Waseer,, welches durch die Leitung 53 zugeführt wird, gemischt, um die restlichen Anhydride zn eersetzen. Der Mischer 54 enthält Kühlschlangen 56 zur Einhaltung einer eingestellten Temperatur.

Das resultierende Produkt wird aus dem Mischer 54 in den Neutralisationskessel 56 durch das Rohr 57 überführt. In den Neutralisationskessel wird z. B. kaustische Soda durch den Einlaß 08 eingeführt, um den gewünschten p_H-Weri zu erhalten. Danach wird das sulfoniert© Produkt als neutralisierter Brei durch den Auslaß 59 ausgetragen,

Fig. 1 A zeigt eine andere Art der Einführung von Schwefeltrioxyd in die erfindtmgsgemäße Anlage. Die Zumischung des Inertgases erfolgt in der beschriebenen Weise. Schwefel wird in einen Schwefelschmelzer eingeführt und

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darm «u der Dosierpumpe geleitet, welche geschmolsenen Schwefel in einen Schwefelbrenner dosiert, dem zugleich die Luft zugeführt wird, und irykolchem Schwefeldioxyd gebildet wird. Das Schwefeldioxyd wird in an sich bekannter Weise katalytisch zu Schwefeltrioxid oxydiert»

Fig. 1 B ist das Fließschema einer vierstufigen Anlagt. Darixt sind abwechselnd jeweils ein Mischer 24 und ein Kühler 32 hintereinander geschaltet. Diese vierstufige Reihe kann an die Stelle der Mischer 24 und 3 ί und des Kühlers in der Figur 1 treten.

In der Fig. 2 ist der Digester, der in dieser Erfindung angewendet werden kann, dargestellt. Dieser Digester besteht aus einem zylindrischen Kessel 63, der auf einem Traggestell 64 montiert ist. Innerhalb des Kessels ist eine Welle angeordnet, die sich über die Länge dos Kessels erstreckt, in herkömmlichen Lagern 66« 67 drehbar ist und von einem Motor 68 fiber eiue Kupplung 69 angetrieben wird. Der erfindungsgemäße Digester enthalt eine Reihe voa Kammern 70, 71, 72 und 73 innerhalb des gemeinsamen Gehäuses und geeignete Rührwerke in jeder dieser Kammern. Der Kessel 63 besteht aus swei Abschnitten 74 und 75, die durch herkömmliche Flansche 76 miteinander verbua-dcn sind. Jeder Abschnitt enthält zwei unabhängige Kammern 70, 71 einerseits und 72« 73 andererseits» die gegeneinander mittels fester Trennwände 77 begrenzt sind. _ßAD oriqiNAL

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» ■ ■

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3emäß der Erfindung erfolgt die notwendige Durchaus cMing in jeder Kammer lurch ein paar von ita Abstand zueinander angeordneten Mischwerken 78 und siner rotierenden Leitfläche 79, die auf der rotierenden Welle 64 befestigt sind« redea dieser Mischwerke ist vorsugswei se mit 6 Blättern SO versehen. (Figuren \ und 5)* Jede Kammer des Digesters 1st mit einem Kühlmantel 21 umgeben, lcr mit Anschlüssen 84, 85 für Wasser als Kühlmedium versehen ist. Diese vühlmäntel sind im Abstand voa den Rührwerken an den Innenwänden der "jammern angeordnet* Durch die Zuleitung 82 und die -Ableitung 83 ist der Digester alt dem übrigen Reaktions system verbunden. Jede Kammer hat ferner einen Lnschluß 86 für die unmittelbare Zugabe von Wasser, Toluol oder dergl. zur Sersetzung der Anhydride bzw. zur Reaktion mit überschüssigem Anhydrid, tormalerweise -wird die erste Stufe, die Kammer 70; für die Nachreaktion ohne Zugabe weiterer Reaktionsmittel verwendet· Die nächste Stufe, Kammer 71, dient ur Zugabe eines aromatischen Kohlenwasserstoffes, beispielsweise Toluol usw., 3r eine weitere Nachreaktion. Der Anschluß in der letzten Kammer 73, dient ur Einführung von Wasser, um restliches Anhydrid zu zersetzen. Der Anschluß 6 an der Kammer 72 kann nach Bedarf zur Einführung von Wasser oder eine« romatJ3chen Kohlenwasserstoffes dienen. Gemäß dieser Erfindung sind zwei .nschlüsse erforderlich, vorzugsweise in den Kammern 70 und 73» TJm die npacsungsfähigkeit der Anlage zu erhöhen, können jedoch auch mehrere olcher Zuführungsanschlüsse verwendet werden,

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η α ρ η /. / ι ^ ο >>

Das wichtigste Merkmal des erfindungsgemaßen Prozesses ist die äußerst wirksame Mischung und Kühlung der Eeaktinnsmlschung. Xn den Figuren 6 und 8 ist ein erfindungsgemäüer Mischer in axialem Schnitt dargestellt. Jeder Mischer besteht aus einem horizontalen länglichei Gehäuse, dem Stator 76 und einem darin rotierenden Mischkörper 96. Eine in dem Gehäuse horizontal angeordnete Welle £8 , welche durch Buchsen in den Endwänden des Gehäuses aus diesem hinausreicht ist a*n den äußeren Enden in bekannter Weise in Lagern 89 und 90 auf den Gestellen 91 und 92 an dta gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 78 drehbar gelagert. Wie in Fig. dargestellte wird die Welle 83 mittels einer Reibungkupplung 95 von einem Motor 97 angetrieben.

Auf der Wtlle 88 ist ein Hotor 96 befestigt und wird mit dieser in. Drehung versetzt. Wie aus den Figuren 7 und 8 ersichtlich, ist auf dem Kern 98 des Rotors 99 eine Vielzahl von Blättern 97 gleicJunSSig verteilt. Die Rotorblätter ▼erlaufen epiralförmig oder gekrümelt Ober die Oberfläche 99 dieses Kerns* Sie lenken die Reaktionsmischung in einer zur Drehung des Ilotors 96 entgegengesetzten Hichtupg ab und sorgen so für eine minimale Aufenthaltszeit· Eine Mehrzahl von Kühlmänteln 100 sind am Umfang dieses Stators angeordnet. Der äußere Durchmesser des Rotorkerns 98 hat einen maximalen Abstand von 0,63 cm (1/4 inch) von der inneren Wand des Stators 87. Außerdem ist *s wesentlich, dafl die spiralförmigen Rotorblätter 97 zwischen 0,159 und 0,313 cm (1/16 und l/S inch) hoch sind und einen Abstand von 0.012 bis 0,101 cm (0,005 bis 0,040 inch) von der inneren Wand des Stators haben. Durch den

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minimalen Spielraum 'zwischen den Blättern und den* Stator wird eine AuLäufong des Materials vor den Blättern, welche zu einer schlechten Durchmischung führen würde, verhindert. Kur innerhalb dieser Grenzen herrschen die gewünschten Bedingungen einer hohen Scherung. Beispielsweise wurde gefunden, j daß die Durchmischung ungenügend istj wenn die Blätter in einem Mischer >

von 20, 32 cm (8 inch) Durchmesser niehr als JO, 16 cm (4 inch) Abstand haben und der Rotor 1750 Umdrehungen je Minute macht. Bei dieser Umdrehungs-

.zahl ist die Geschwindigkeit der Rotorblätter mindestens 24, 38 m (80 FuO) je ;

Sekunde. Darüber hinaus sollte bei sehr kleinen Mischern der Winkelabstand j

der Blätter etwa 90 betragen. Die erwünschte Durchmischung wird erhalten, wenn die Rotorblätter auf die Oberfläche des Rotorkerne von einein Ende zum anderen über die gesamte Länge des Kerns geführt sind und eine Spirale über den 0,5 fachen Umfang der Oberfläche des Rotor kerne bilden, wie in Flg. 10 dargestellt ist.

Der Rotorkern 98 ist an seinen Enden 101 auf einen gegenüber der Oberfläche 99 verringerten Durchmesser bis zu einem gewissen Abstand von den Enden IC2 des Eotorkerns 93 abgestuft. Die kreisförmigen Stirnwände 103 dta Stators bzw. Gehäuses 8? sind gegenüber den Enden 102 dea Rotorkernc 93 angeordnet, vie aus den Figuren 8 und 9 ersichtlich. An jedem Ende 102 sind radiale Leitflächen 104 angeordnet, welche sich von der Nabe 105 zum Umfang der Rotorenden 101 erstrecken. Der Zweck dieser Leitflächen wird später ^schrieben.

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Die Mischer haben Einlasse 106 und Auslässe 107 für die Zuführung bzw. Ableitung der Reaktionsteilnehmer. Die abgestuften Enden 101 des Rotorkerns liegen den Einlaß-und Au&laßoffnungen 106 und 107 gegenüber und ermöglichen einen gleichmäßigen Fluß der Reaktionsteilnehmer in die Mischkammer und die Verteilung derselben entlang der und rund um die Obfcriläehe 99 des Rotorkerns 98. Die Leitflächen 104 dienen dazu, die Rotorenden frei von jeder Reibung oder jedeEi Materialdruck zwischen den Enden des Rotors und den Endplatten 103 des Stators zu halten und eine Bremswirkung zu verhindern·

Durch diese spezielle Ausgestaltung des Mischers wird eine Mischung mit hoher Scherung bei kürzester Aufenthaltszeit herbeigeführt. Es ist wesentlich^ daß der Kern des Rotors bis auf 0,635 cm (1/4 inch) an die Gehäusewand heranreicht, damit die Aufenthaltezeit im Reaktor äußerst kurz wird. Gemäß den Figuren 6 und Ö sind an jedem Mischer Einlaßöffnungen für Schsrefeltrioxyd auf awei Einführungsebenen 34 und 35, die im Abstand voneinander liegen^ angeordnet« Vorzugsweise sollten mindestens 6 Einlaßöffnungen für Schwefeltricxyd in jeder dieser Ebenen vorhanden sein, «o daß im ganzen mindestens 12 solcher Öffnungen an einem Mischer vorhanden sind.

Der Mischer soll wenigstens 7,62 cm (3 inch) Länge haben, tun eine ausreichende Reaktionszeit zu erreichen. Wenn der Mischer länger al« 61 cm {24 ii;ch) Ist, dann wird der Druckabfall übermäßig groß.

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BAD

Die spezifische Anordnung der Rotorblätter zwt Innenwand des Stators für einen wirksamen Betrieb des Mischers ist in der FIg* 9 dargestellt. Ber Spielraum ier Blätter, der bei A und B angezeigt ist« soll zwischen 0, G12 und 9,101 cm 0,0OS und 0,040 inch) liegen« um eine gate Scherungswirkung zu erzielen. Außerdem soll der Abstand zwischen der Rotorkernoberfläche 99 und der inneren rVand des Stators 27 nicht mehr als 0,635 cm (1/4 inr;h) betragen«

η der Fig, 10 ist der Umfang C der äußerea Oberfläche 99 des Reaktorkerns S8 tufgeroilt dargestellt, um die Winkelstellung der Blätter 97 auf der Oberfläche. 19 zn seigen. Die Blätter 97 sind in einem· solchen Winkel zur Achse des Rotoren» 98 gestellt, daß sie eich auf der Hälfte des Umfangs C über die volle .,äuge L, des Rotorkerns erstrecken, wie bei D geseigt. Wie oben bemerkt, drd eine -wirksamere uurchnxischung im Mischer erhalten, «ezra die Sotorlätter 9? spiralförmig über die volle Lßnge, aber über nieikt mehr als den alben Umfang der Oberfläche 39 dem Rotorkerns 98 geführt Bind* Der vortehend beschriebene Mischer kann auch zur Sulfonierung mit Oleum oder mit chwefelsäure oder zur Adsorption von Schwefeltrioxyd in Schwefelsäure weeks Herstellung von Qleum verwendet werden und eignet eich allgemein ir viele chemische Reaktionen, die eine innige Durchmischung erfordern.

ur Verbesserung der flühlung oder zur Verminderung der freiwerdenden .eaktionswärme kann das erfindungsgemäfie Verfahren in der Weise modifiziert erden, daß zwischen zwei Keaktioae stufen hinter dem zwischen diesen ein-

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gesehalteten Köhler ein Teilstrom gekühlten Zwischenproduktes abgezweigt und In die erste Reaktionsstufe oder eine der Abzweigungsetelle vorangehende Reaktionsstufe zurückgeführt wird» mn ale Verdünnungsmittel und bzw. als Kühlmittel zu wirken.

In den nacfafolgexKlen Beispielen sind praktische Anwendungöfälle der Erfindung beschrieben. Im Lichte der leitenden Prinzipien und Lehrsn, die hier dargestellt eind_# bieten sich viele andere Anwendungsmöglichkeiten cn. Die Beispiele sind deshalb nicht als irgendeine Beschränkung des Wesens der Erfindung anzusehen.

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• - 34 -90980A/1363 Beispiele

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Beispiel 1

Ein Gemisch voa Alkylbenaolen mit 8 bis 18 C-Atomen und mit durchschnittlich 13 C-Atomen in den Seitenketten wurde mit Schwefeltrioxyd, das aus stabilisiertem Scäwefeltrioxyd hergestellt wurde, sulfoniert» Ein Gemisch von Luft und Schwefeltrioxid wurde in den Iteaktor bei 3? ⁰C (98 ⁰F) unter einem Druck, von 2,46 atfi (35 psig) eingeführt« Die Schwefeltrioaydkonzentratios in der Luft betrug 5 Vol. %. Für die Sulfonierung wurde ein Überschuß von 12 % Schwefeltrioxid fiber den theoretischen Wert verwendet« Bevor das Gemisch von Luft und Schwefeltrioxyd in den Reaktor eintrat» wurde es zur Abscheidung von Schwefelsäurenebeln durch einen Nebelabscheider geführt. Ea wurden 6 Mischer verwendet» und der Strom des Gemisches von Luft und Schwefeltrioxyd trat durch vie*- Einlasse ta jeden Mischer ein. Das Alkylbensol wurde mit Umgebungstemperatur in einem Strom kalter Luft eingeführt» Die gesamte

Reaktionsdauer in den 6 Mischern betrug 30 Sek, Der maximale Spielraum im Reaktor betrog 0.025 cm (0,01 inch). Die Temperaturen in den 6 Mischern '

co waren folgende: co

Stufe Eingang Ausgang ο

OO " 00

I Umgebungstemperatur 44 C (110 F) σ>

Π 33 °C ( 90 °F) 50 °C (120 °F) S

ΙΠ 33 °C ( 90 °F) 50 °C (120 °F)

IV 36 °C(95°F) 50°C(120°F)

V 44 °C (110 ⁰F) 57 ⁰C (135 ⁰F)

VI 50 °C (120 ⁰F) 66 °C (150 °F)

Nach Verlassen des 6. Reaktors wurde die Mischung von Sulfonsäure und Luft mit einem kleinen Rest Schwefeltrioxid sofort in einem Behälter, welcher kalte

Sulfonsäure enthielt« gekühlt. Die Temperatur in diesem Sulfonsäurebehälter

BAD ORIQfNAL

betrug 50 ⁰C (120 °F). Das Reaktionsprodukt wurde beim Eintragen in diese große Masse von Säure verdünnt und fast augenblicklich auf 50 °C (120 ⁰F) gekühlt. Die Mischung von Suifoneäure mit Luft und restlichem Schwefeltrioxy4 wurde aus diesem Tank zu einem Luftabscheider geführt, in welchen die Gase abgetrennt und abgeleitet wurden und die Sulfonsäure sich am Boden sammelte. Die abgetrennte Sulfonsäure wurde dann in einem Mischer mit mehreren Kammern 12 Minuten lang unter intensivem Mischen einer Kachreaktion im Reaktor unterzogen^ wonach 1 % üyloL/ bezogen auf das eingesetzte Alkyl benzol» zugegeben wurde, und die Nachreaktion für weitere 12 Minute» fortgesetzt wurde. Danach wurde ein kleiner Anteil von ungefähr 2 % Wasser, bezogen auf das eingesetzte Alkylbenzole zugegeben, um die während der Reaktion gebildeten Anhydride zu zersetzen. Die Mischung wurde danach mit kaustischer Soda neutralisiert· Die Analyse de* Produktes war folgende:

Freies öl - I, 3 %, bezogen auf waschaktive Stoffe. Farbe 75 Kielt für eine 5%ige Lösung und 40 mm Lichtweg unter Verwendung

dee Blaufilters Ko. 42.

Verhältnis der waschaktiven Stoffe zu Natriumsulfat; 98,5/1, 5. Beispiel 2

Ein Gemisch von AlkylbenEolen mit 8 bis 18 C-Atomen, mit durchschnittlich 12 C-Atomen in der Seltenkette wurde mit Schwefeltrioayd, welches durch Verdampfen vrai stabilisiertem Schr/efeltrioxyd hergestellt und mit Luft gemischt war, sutteniftrt. »Der Luftstrom enthielt 6 Vol. % Schwefeitrioxyd. Ein ÜbersehuS

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von Schwefeltriosyd in Höhe von 6 % über dem theoretischen Wert wurde angewendet. Ea wurden mir 4 Reaktionsstufen mit jeweils 6 Einlassen für verdüra.tes Schwefelrioxyd in jeder Stufe angewendet. Das Gemisch von Luft and Schwefeltrioxyd wurde wie im Beiepiel I mit 37 °C (98 °F) eingeführt. Das Alkyibenzol trat mit 10 ⁰C (60 °F) ein. Der Reaktor war bezüglich des Spielraumes swischen Rotor tmd Stator der gleiche wie in Beispiel 1. Die Temperaturen in den vier Kammern waren folgende:

Stufe Eintritt Austritt

I 10⁰C(SO⁰F) 44⁰C(IlO⁰F)

Π 33 °C ( 90 °F) -50 °C (120 ° F)

ΠΙ 33 ⁰C(QO⁰F) 57 ⁰C (135 ⁰F)

ι IV 50 °C (UiO °P) 83 °C (180 ° F)

Die gesamte Reaktionszeit in den 4 Stufen betrug 10 Sek. Nach Verlassen des Reaktors wurde 1 % Xylol zugegeben. Die übrige Behandlung war dieselbe 3?ie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß kein Wasser zugegeben wurde. Die Analyse dee Produktes war folgende:

Freies Öl 1,3 %, bezogen auf waschaktive Stoffe« Farbe 60 Klett .

Verhältnis der waschaktiven Stoffe zu Natriumsulfat: - 97/3.

BAD GRIGIMAL

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- 37 ~

Beispiel 3

Xn diesem Beispiel wurde handelsübliches Xylol, welches die Isomeren enthalt· mit Schwefeltrioxydgas, das durch Verdampfen stabilisierten Schwefel trioxydea hergestellt wurde, sulfoniert. Die Schwefeltrioxydkonzentration in der Luft betrug δ Vol. %. Es wurde kein Schwefeltrioxydüberöcftua angewendet. Wie in Beispiel 2 wurden 4 Mischer verwendet. Das Xylol trat in einem Luftstrom mit 5 °C (4C °F) ein. Die Temperaturen in jeder der 4 Stufen waren folgende: ·■··■■ ·

Stufe Eintritt Altstritt

I 5 °C (40 °F) 33 °C ( 90 °F)

II 16°C(60°F) 38 ⁰C (100 ^OP) ΙΠ 22 °C (70 °F> 50 °C (120 °F) IV 33 °C (90 °F) 55 °C (ISO ⁰F)

Ds das Xylolsulfoitat weniger viskos ist als das Alkylbensolsulfonct, wurde in der letzten Stufe bei einer niedrigeren Temperatur gearbeitet« bei der noch «ine gute Durciiraischung eintrat. Nach Verlassen des Reaktors wurde die

ο ο

Reaktionsmischung unterhalb 50 C (120 F) in einem Behälter durch Mischen

mit lnr Kreislauf geführter Sulfonsäure gekühlt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Nach dsr Kühlung wurde das Xylolsulfonat iu einem Scheider von der Luft abgeUenut. Die Xylolsulfonatmischung wurde 12 Minuten lang einer NaclircakllwR im Digester unterzogsu, wie in den Beispielen 1 und 2 dargestellt. Das abgetrennte Gemisch von Jjuft und restlichem Schwefeltrioxid wurde durch einen Adsorber geführt, um mitgeführtes Xylol abzusehen, λ. Die andareu Ein

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zelheiten dee "Verfahrens waren dieselben wie in Beispiel 1* Die Xylolsulfcneäure wurde mit Natriumhydroxyd oder Anunoniumhydrozyd neutralisiert. Die Analyse des neutralisierten Produkten zeigt kein freies Xylol und einen Stherlösliehea Extraktanteil von etwa 4, S %. .

Beispiel 4

Laurylalkohol mit ungeföhr 95 % C- „ wurde mit Schwefeltrioxydgaß, welches durch Verdampf en von stauüisiertem flüssigem Schurefeltriaxyd gewonnen wurde* stolfatiert. Das SehwefeXtrioxyd wurde in einem Luftstrom, welcher 4 VoI. % Schwefeltrioxyd imd einen Überschuß von 1,02 % über den theoretischen Bedarf enthielte ©ingeführt. 55» wurden zwei Mischer verwendet, denen das Gemisch von Schwefeltrioxid und Luft durch je zwei Einlasse zugeführt wsirde. Der Alkohol wurde geschmolzen mit 30 C (85 F) eingeführt. Die Temperaturen der beiden Stufen betrugen:

Stufe Eintritt Austritt

I 30 ⁰C (Ö-5 °F) 41 °C (105 °F) maximal

II 2f °C (80 °F) 41 °C (105 °F) maximal

Das Reaktionsprodiäkt wurde unmittelbar in einem Kühlbehälter auf unter 38 C (109 F) herabgekühlt, wie in uen anderen Beispielen beschrieben, Jsdoch war keine Haciireaktion vorgesehen, und es wurden auch keine Hilfsstoffe zugegeben, Ana dem Separate:- wurde die Säure direkt in den Neutralieator geführt und neutralisiert. Drei Teile des !Reaktionsproduktes je Teil des eingeführten Laorylallcohols wurden in üen ersten Rüscher zurückgeführt,, um

BAD ORiGiNAL 90980 4/1363 „30.

die Mischung zu kühlen· Das neutralisierte Endprodukt hatte ein/« Farbe von 100 Klett, bezogen auf eine 5%ige Lösung und einen Geltalt von ungefähr 3 % nichtreagierten Alkohols, bezogen auf waschaktive Stoffe.

Beispiel 5

Ein Gemisch von Alkylbenzole» mit 8 bis 18 C-Atomen mit einem Durchschnittsgchalt von 12 C-Atomen wurde in zwei Mischern mit insgesamt 4 Eißführungsebenen, also mit zwei Reihen von jeweils 6 Einführungspunkten in jedem Mischer für das Gemisch Luft und Schwefeltrioxid sulfoniert. Der Luftstrom enthielt 5 Vol. % und einen Überschuß von 10 % über dem theoretischen Bedarf an Schwefeltrioxyd. Das Gemisch von Schwefeltrioxyd und Luft trat mit 37 C

(98 ⁰F) sin, und das Alkylbenzol wurde auf 2 °C (35 °F) gekühlt, bevor es in den Reaktor eintrat. Der Reaktor hatte denselben Spielraum wie in den vorauf gehenden Beispielen. Die Temperaturen ia den zwei Steifen waren folgende:

Stufe Eintritt Austritt

I 2 °C (35° F) 53 ⁰C (125 °F)

JX 33 °C (90 ° F) 82 °C (180 °F)

Die gesamte Reaktionszeit in den zwei Stufen betrug 6 Sek. Unmittelbar nach Verlassen der zweiten Stufe wurde die Sulfonsäure auf 50 ⁰C (120 F) gekühlt. Der Übrige Prozeß war derselbe wie in Beispiel 1. Die Analyse des Produktes ist folgende:

Freies Öl- 1.2%. Farbe - 80 Klett. _BAD ORIGINAL

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Beispiel 6

Talgalkohol wurde in einem Sechsstufenreaktor» wie in Beispiel 2, sulfatiert» Entsprechend seinem hohen Schmelzpunkt wurde der Talgalkohol mit 55 C {130 F) eingeführt. Wegen der geringen Viskosität der Säure konnte die Temperatur iß den letzten Stufen auf einem niedrigeren Wert gehalten werden. Die Temperaturen waren folgende:

Stufe · · Eintritt· - . Austritt

ι ■	■ 05	°C	(130-	°F)	66	°C	(145	°F»
η	55	°C	(130		63	⁰C	(145	°F)
ΠΙ	47	°C	(115	°Ff	GO	⁰C	(140	⁰F)
rv	47	°C	(115	°F)	60	°C	(140	°F)
ν	44	⁰C	(lie	°F)	55	⁰C	(130	°E)
VI	44	°C	(ilO	°F)	53	⁰C	(125	°F>

Nach Verlassen der 6. Stufe wurde die Temperatur auf 47 ⁰C (115 °F) herabgesetzt» und die Säure wurde ohne Nachreaktion und ohne Waseersuusatz unmittelbar in Uen Neutralisierkeseel geführt· Die Analyse dee Produktes ist folgende:

Nicht umgesetzter Alkohol 4 %_M bezogen auf waschaktive Stoffe. Farbe 95 Klett. Verhältnis von waschaktiven Stoffen zu Natriumsulfat: 98/2.

' BAD ORIGINAL

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Beispiel 7

Ein äthoxyliertec Alkylphenole das durch Kondensation voö 4 Mol. Äthylen mit einem Mol. Nonylphenol hergestellt war, wurde sulfatiert« Es wurden zwei Mischer verwendet, wie in Beispiel 5 beschrieben- Der Luftstrom enthielt 4 Vol. % SO₃. Daa molare Verhältnis von SO₃ zu äthoyyliertem Alkylphenol betrug 1,04 : 1. Das äthoxylierte Nonylphenol wurde mit 27 ⁰C (80 ⁰F) in den Reaktor eingeführt. Dta Temperaturen in den zwei Stufen waren folgernde;

Stufe Eintritt Austritt

I 27 ⁰C (80 ⁰F) 50 ⁰C (120 ⁰F)

H 41 ^CC (105°F) 74 °C (165 ⁰P)

Unmittelbar nach Verlassen der zweiten Stufe wurde das Ueaktionsprodukt auf 53 C (125 F) gekühlt, indem es mit einer großen Menge von «urüekgeführtem Reaktionsprodukt gemischt wurde, wcbei Luft und nicht umgesetztes SO₃ aus der resultierenden gekühlten Mischung abgetrennt wurde. Dann wurde das Reaktionsprodukt neutralisiert. Die übrigen Verfahrensbedingungen waren dieselben wie in den vorangehenden Beispielen. Die Analyse des Produktes war folgende:

am aromatischen Kern sulfoniert:

nicht umgesetztes Ausgang3materlal:

Natriumsulfat:

sulfatiertes Ausgangsmaterial; Farbe:

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8,2 %	BAD ORIGINAL
7.2%	*<>
1,0%
83,6 %
50 Klett

Beispiel 8

Laurylalkohol wurde in zwei Mischern, wie sie in Beispiel 5 beschrieben sind, sulfatiert. Der Luftstrom enthielt 4 Vol. % SO . Das moiare Verhältnis von SO_ zu Alkohol betrug 1.03 : 1. Der Alkohol wurde in die erste Stufe mit einer Temperatur von etwa 33 C (90 F) eingeführt. Das Zwischenprodukt wurde aus dein ernten Mischer mit ungefähr 55 C (ICO ⁰F) entnommen. Ein Teil dee Zwischenproduktes wurde nach Abtrennung des mitgeführten Gases durch einen Wärmeaustauscher sum Eintritt das Ausgangsmaterials in die Stufe 1 zurückgeführt. Dabei vrurdo ein Gemisch yon ungefähr 3 Teilen Zwischenprodukt auf 1 Teil Alkohol, der mit etwa :<9 °C {102 °F) in die erste Stufe eingeführt wurde, entstand. Das nicht zurückgeführte Reaktionsprodukt aus der ersten Stuf© wurde unversüglich auf ungefär 36 C (S5 F) gekühlt und is die zweit® Stufe eingeführt, in welcher es mit weiterem SO_-Luftgemiech zur Redaktion gebracht wurde» Das R^akUonsprodukt» das aus der ktufe 2 mit ungefähr 44 °C (110 ⁰F) austritt, \rurde unverzüglich auf ungefähr 30 °C (85 °F) gekühlt, zur Abtrennung von mitgeführten Gasen in de? beschriebenen Weise behandelt und dann neutralisiert...Die übrigen Verfahrensbedingungen waren dieselbe» wie in den voraufgehenden Beispielen. Das Reaktionsprodukt hatte folgend« j

Analyse:

nicht liragesetzter Laurylalkohol 2,8 ^a

Farbs 50 Klett

Natrium-Laurylsulfat : Natriumsulfat» 99/1

³^D ORIG/NAL :

- 43 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Kontinuierliches Verfahren zum Umsetzen organischer Verbindungen, die
einen aromatischen Ring und bzw. oder olefinische Doppelbindungen und bzw.
oder Hydroxylgruppen enthalten, mit Schwefeltrioxyd,· dadurch gekennzeichnet, daß der organische Stoff und das mit einem Inertgas verdünnte Schwefeltrioxyd in getrennten. Strömen in eine Reaktionszone eingeführt und darin intensiv .
• gemischt werden, daß das Gemisch unverzüglich in einen Kühler geleitet
wird, daß das gekühlte Gemisch in einer weiteren Reaktionszone mit weiterem, durch Inertgas verdünntem Schwefeltrioxyd unter intensivem Mischen zur Reaktic gebracht und durch einen zweiten Kühler geführt wird, daß aus dem Reaktionspi*odukt das Inertgas und unverbrauchtes Schwefeltrioxyd abgetrennt werden,
und daß das Ileaktionsprodukt gegebenenfalls mit Wasser verdünnt und neutralisiert wird.

2« Verfahren nach Antspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt nach Abtrennung des Inertgaaes einer Nachreaktion bei intensiver Durchmisciiun^ unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Stoff im-Gemisch mit Inertgas in die Reaktion .eingeführt wird.

4. Verfahren nach üen Ancprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als lu«*tgas LuIt oder Stickstoff verwendet wird. . BAD OB -

t COPY ^x 9 0 9 SO A/1363

5.. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrcm des gekühlten Eeaktionsprodtiktes in die erste Reaktions stufe zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da£ ein Teilstrom des gekiihlten Zwischenproduktes zxvischen zwei Reaktionsflirtfen abgezweigt und is die erste Reaktionsstufe zurückgeführt wird*

7,. Verfahren nach den Ansprüchen ί bis 6, dadurch gekennzeichnet* daß das Schwefeltrioxyd- inertgas -Gemisch vor Eintritt in die Reaktions zonen gekühlt νχιύ vcn Schwefelsäurencbtil befreit.wird.

S. Verfahren nach den Ansprüchen J bis Ί, dadurch gekennzeichnet, daß das nebelfreie Gemisch von Schwefeltrioxyd und Inertgas den einzelnen Reaktions stufen an mehreren Stellen zugeführt wird.

9, Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebenenfalls mit Inertgas gemischte organische Stoff vor Eintritt in die erste üeakiionszone gekühlt -wird»

10. Ver/ahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachreaktion in mehreren Stufen erfolgt und in der zweiten Stufe ein mit Schweieltricxyd reaktionsfähiger organischer Stoff zugeführt wird.

BÄD ORIGINAL·

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11« Verfahren nach dea Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Jn der letzten Stufe der Nachreaktion Wasser zugefügt wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeit la den einzelnen Stufen höchstens 10 see» „ vorzugsweise 0,5 bis 2 see. beträgt.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 151, dadurch gekennzeichnet, daß die

• Viskosität der Reakttonsmischung in einzelnen Reaktioasstufen durch verminderte Abführung von Reaktionswärme herabgesetzt wird.

14. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahren« nach den Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet durch mehrere, vorzugsweise 2 bis 6» hintereinander geschal Re&ktionsmischer und durch jeweils zwiEchsn zwei Mischern geschaltete Kühler und durch einen Abscheider zur Trennung des Inertgases vom Reaktionsprodukt·

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen dem Abscheider nachgeschalteten. Digester sur Ausführung der Nachreaktion.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekeiinsaichnet durch Miacher, die aus einem horizontalen zylindrische:*, mit eineta KüMmantel umgebenen Gehäuse VPd einem im Gehäuse zentriert rotiarenden zylindrischen Mischkörper mit auf dem Mantel aufgesetzten Blättern bestehen.

BAD ORIGINAL 9 0 9 8 0 k I 1 3 S 3 _CopYl

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 2 G. dadurch gekennzeichnet» daß der Abstand zwischen der Innenwand des Gehäuse» und den Rändern der Blätter mindestens 0, 013 em und höchstens 0,101 era beträgt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet« daß der Abstand zwischen dem Zylindermantel des Mischkörpers und der Innenwand des Gehäuses höchstens 0, 63 cm beträgt und die Höhe der aufgesetzten Blätter 0,159 bis 0,318 cm beträgt.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper mindestens 7,62 cm. höchstens 61 cm, lang ist.

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet,

dall die Blätter mit eineiit Winkelabstaiul von 90° auf dem Zylindermantel des rotierenden Mißchkörpere angeordnet sind und auf dessen Länge über den 0, bfachen Umfang geführt sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 15, gekennzeichnet durch einen Digester mit mehreren Abteilen in einem gemeinsamen Gehäuse, mit einer axial durch alle Abteile geführte RühirwerksweHe, durch Rührwerke und im Abstand von diesen angeordnete Külüelemente in jedem Abteil und durch Anschlüsse sum Eiafuhren von Hilfsstoffen an einzelnen oder allen Abteilen.

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