Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von nüssigen organischen
Verbindungen mit flüssigen chemischen Mitteln.
Es ist bekannt, Sulfonierungen auf einer oder mehreren sich mit verhältnismässig geringer Geschwindigkeit drehenden Scheiben durchzuführen. Für die Sulfonierung und Neutralisation von Fettstoffen, zum Beispiel von Fettalkoholen mit Schwefelsäure, Oleum oder Chlorsulfonsäure, ist diese Vorrichtung aber infolge unzureichender Eühlmöglioh- keit und der bei der Langsamkeit des Durch- satzes auftretenden schädlichen Nebenreaktion wenig geeignet.
Es wurde gefunden, dass sich diese Nachteile des bekannten Verfahrens vermeiden lassen, wenn man zur kontinuierlichen Behandlung von flüssigen organischen Verbindungen mit flüssigen chemischen Mitteln das folgende Verfahren benutzt :
Man setzt abgemessene Mengen des flüs- sigen chemischen Mittels und der zu behandelnden flüssigen organischen Verbindung auf einem sich mit mindestens 500 Umdrehungen je Minute drehenden Teller um, der am äussern Rand und in einigem Abstand davon mindestens zwei senkrechte, oben nach innen umgebogene Begrenzungswände trägt und der in einem kühlbaren Behälter angeordnet ist, unter ständigem Zu-und Ablauf, gegebenenfalls unter Hindurchleiten trockener Kiihlungsluft.
Die genannten Begrenzungswände sind mit Durchbohrungen, die bei je zwei benachbarten Wänden gegeneinander versetzt sind, das heisst also sich nicht gegenüberstehen dürfen, versehen. In diesen sind auswechselbare Düsen angebracht.
Die Umsetzungsdauer wird durch die Zuflussmenge und durch Regelung der Umlaufgeschwindigkeit des Tellers, sowie durch Einstellung der Kiihlung bedingt.
Das Verfahren kann insbesondere zur Sulfonierung von Fettstoffen und andern sulfonierbaren flüssigen organischen Verbindun- gen mit flüssigen Sulfonierungsmitteln verwendet werden. Ferner kann das Verfahren zur Neutralisation von fl ssigen Sulfonaten mit flüssigen Neutralisierungsmitteln benutzt werden.
In der Zeichnung ist eine zur Durchführung dieses Verfahrens zur kontinuierlichen Sulfonierung oder zur kontinuierlichen Nen tralisation geeignete Vorrichtung dargestellt.
Es bedeutet a einen säurefesten Behälter, der voneinemKühlmantelyumgeben und mit je einer Zu-und Ableitung für Eühlungs- luft f und fl versehen ist. In dem Behälter a ist der Teller b angeordnet, der am äussern Rand und in einiger Entfernung davon zwei senkrechte, oben umgebogene Begrenzungs- wände c und cl besitzt.
Die Wände sind mit Bohrungen versehen, in denen D sen. d bezw. d1 angebracht sind, die sich bei den Wänden c und cl nicht gegenüberstehen. Über dem Teller b münden innerhalb der innern Be grenzungswand c Zuleitungsrohre e und Cj, die in der Zeichnung ineinanderliegend dargestellt sind, die aber auch nebeneinander angeordnet sein können.
Das Arbeiten mit dieser Vorrichtung ge- schieht wie folgend :
Aus zwei Behaltern, die mit Sulfonie rungsgut, zum Beispiel einem Fettalkohol, und einem Sulfonierungsmittel. zum Beispiel Schwefelsäuremonohydrat, gefüllt sind, flie ssen die Umsetzungsteilnehmer durch die beiden Zuleitungsrohre e und el über zwei DosiergefäBe (Rotastaten) auf den mit minde- stens 500 Umdrehungen rotierenden Teller b, und zwar innerhalb der innern Begrenzungswand c desselben. Schon an der Mündung der Zuleitungsrohre e und el findet die Umsetzung statt, die auf dem Teller b zu Ende geführt wird.
Das Sulfonierungsgemisch wird infolge der sehnellen Drehung des Tellers b an die innere Begrenzungswand c geschleudert, aus der es durch die Düsen d zer stäubt austrittt. Diese Flüssigkeitsnebel schlagen sich an der äussern Begrenzungs- wand cl nieder, um dann schnellstens durch die D sen d,, die den D sen d der innern Begrenzungswand c nicht gegenüberstehen, abermals zerstäubt auszutreten.
Das zer stäubte Sulfonat wird dann durch die Fliehkraft an der durch den Kühlmantel g ge- kühlten Wand des Behälters a niederge- schlagen und läuft an derselben ab. Um ein Übersteigen der Flüssigkeit zu vermeiden, sind die Begrenzungswände c und Ci oben nach innen umgebogen. Durch die Anord- nung wird erzielt, dass die Durehmisehung der Umsetzungsteilnehmer In allerkürzester Zeit (in Bruchteilen einer Sekunde) stattfindet. Nötigenfalls wird mittels der durch f eintretenden und durch f1 austretenden trokkenen Luft gekühlt.
Um zu vermeiden, da. xi feinstzerstäubte Teilchen des Umsetzungsge- misches mit dem durch f1 austretenden Luftstrom abgeführt werden, muss die Fliehkraft des aus den Düsen d bezw. d1 der Begrenzungswände c und Ci austretenden Sulfonates grosser sein als die Geschwindigkeit des Eüh- lungsluftstromes, was durch entsprechende Einstellung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Tellers b erreicht wird.
Die Neutralisierung mittels der beschrie- benen Vorrichtung vollzieht sich in der gleichen Weise, nur mit dem Unterschied, dass an Stelle des Sulfonierungsgutes das Sulfonat und an Stelle der Sulfonierungsmittel das Neutralisierungsmittel, das heisst basi- sche Stoffe, wie Alkalihydroxyde oder kohlensaure Alkalien, organische Basen oder dergleichen, treten. Bei der Neutralisation werden unter Umständen besonders grosse Wärmemengen frei, die durch entsprechend starke Zufuhr trockener Kiihlluft abgeführt werden müssen. Darnach richtet sich auch, wie oben angegeben, die erforderliche Umdre- hungsgesehwindigkeit des Tellers b.
Nach dem beschriebenen Verfahren lassen sich alle Fettstoffe kontinuierlich sulfonieren und ebenso ihre Sulfonate neutrali- sieren. Als Fettstoffe kommen Fette und Wachse nat rlicher oder synthetischer Her kunft, zum Beispiel Rieinusöl, Oliven¯l und dergleichen, ferner Spermöl und andere sul fonierbare Wachse in Betracht. Ebenso k¯nnen die entsprechenden Fettsäuren, wie Rieinolsäure und Olsäure und ihre Derivate, zum Beispiel Ester, mit ein-oder mehr wertigen Alkoholen und Amide verwendet werden.
Mit besonders gutem Erfolg lässt sich das Verfahren zur Sulfonierung hohermolekularer Alkohole und ihrer Derivate verwenden. Ge- eignet sind zum Beispiel Fettalkohole, die durch Reduktion von @len, Fetten oder Wachsen, zum Beispiel von Kokosöl, Palm kernol, Spermöl und dergleichen, oder von diesen zugrunde liegenden Fettsäuren, sowie
Gemischen dieser Alkohole erhalten sind, ebenso auch die durch Oxydation von Paraf finen entweder direkt oder indirekt und durch Reduktion der dabei erhaltenen Carbonsäuren hergestellten höhermolekularen
Alkohole. Als Derivate von Fettalkoholen sind Äther und Ester, soweit sie sulfonier bare Gruppen, wie Hydroxylgruppen oder
Doppelbindungen aufweisen, verwendbar.
Als itther sind die Äther mit mehrwertigen
Alkoholen und deren Polymeren, wie Gly kolen und Polyglykolen, Glycerin und Poly glycerinen,geeignet.
Weiter geeignete sulfonierbare organische
Verbindungen sind ungesättigte Kohlenwas- serstoffe und alkylierte aromatische Kohlen- wasserstoffe. Bei den letzteren kann die Al- kylierung und Sulfonierung auch in einem
Arbeitsgang mittels der beschriebenen Vor richtung vorgenommen werden.
Gegebenenfalls kann unter Zusatz von Losungs-und Verdünnungsmitteln bekannter
Art oder von wasserentziehenden Mitteln ge arbeitet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die
Vorrichtung arbeiten besonders einfach und d ergeben einen hohen Sulfonierungsgrad. Ein besonderer Vorteil ist die Schnelligkeit des
Durchsatzes. Dadurch, dass die Umsetzung in denkbar kürzester Zeit stattfindet und das
Sulfonat sofort aus dem Umsetzungsgemisch entfernt wird, lassen sich manche Sulfonie rungen, die man bisher beispielsweise bei
Temperaturen zwischen 5 und + 45 durchführen musste, ohne die Gefahr der Bil dung von Neben-und Zersetzungsprodukten bei Temperaturen zwischen 50 und 80 aus- führen, was für die Farbe der Sulfonate gün stig ist. Dieselben Vorteile bietet auch das Verfahren bei der Neutralisation von beliebig erhaltenen Sulfonierungsprodukten.
Beispiele : 1. 320 Gewichtsteile eines Fettalkoholgemisches mit der Hydroxylzahl 247, dem Schmelzpunkt 20 bis 21¯ und dem spezifischen Gewicht 0, 835/25 und 320 Teile Schwefelsäuremonohydrat laufen je Stunde durch zwei schräg angeordnete Zuleitungsrohre e und el auf den mit 700 Umdrehun gen/Minute rotierenden Teller b innerhalb der innern B, egrenzungswand c, wobei-durch f ein trockener Luftstrom eingeleitet wird.
Das mit 70 bis 75 aus den Düsen d, der äussern Begrenzungswand cl austretende Gut wird an die durch den Kühlmantel g gekühlte Wand des Behälters a geschleudert und rieselt dort mit einer Temperatur von etwa 25 in ein Sammelgefäss herab. Es entstehen je Stunde 640 Gewichtsteile des sauren Fettalkohol schwefelsäureesters.
Diese werden stündlich mit 887 Gewichtsteilen einer 18, 5% igen Natronlauge in derselben Weise in eine gleiche Vorrichtung geführt, deren Teller b mit 1500 bis 1800 Um drehungen/Minute rotiert. Durch einen entsprechend starken Luftstrom und die Wandkühlung des Behälters a wird das aus dem Teller b austretende neutralisierte Sulfat von einer Temperatur von 60 bis 70 auf 30 bis 40 heruntergekühlt. Je Stunde werden 1487 Gewichtsteile des Natriumsalzes des Fett alkoholschwefelsäureesters erhalten.
2. 320 Gewichtsteile eines Fettalkoholgemisches mit der Hydroxylzahl 247, dem Schmelzpunkt 20 bis 21 und dem spezifischen Gewicht 0, 835/25 und 213 Gewichtsteile Oleum (20% ig) laufen pro Stunde durch zwei schräg angeordnete Zuleitungsrohre e und e'auf den sich mit 900 Um drehungen/Minute drehenden Teller b innerhalb der innern Begrenzungswand c, wobei durch f ein trockener Luftstrom eingeleitet wird.
Das mit einer Temperatur von 75 bis 80 aus den Düsen dl der äussern Begren- zungswand cl austretende Reaktionsgut wird an die durch den Kühlmantel y gekühlte Wand des Behälters a geschleudert und rieselt dort mit einer Temperatur von zirka 28" in ein SammelgefäB herab. Es entstehen pro Stunde 533 Gewichtsteile des Fettalkoholsehwefelsäureesters.
Diese werden stündlich mit 456 Gewichtsteilen einer 18, 5 %igen Natronlauge in derselben Weise in eine gleiche Vorrichtung geführt, deren Teller b mit 1500 bis 1800 Umdrehungen Iinute rotiert. Durch einen entsprechend starken Luftstrom und die Wandkühlung des Behälters a wird das aus dem Teller b austretende Neutralisationspro- dukt von einer Temperatur von 50 bis 60¯ auf zirka 40 herunteroekühlt. Pro Stunde werden 980 Gewichtsteile des Natriumsalzes des FettalkoholschwefelsÏureesters erhalten.
3. 160 Gewichtsteile Naphthalin und 116 Gewichtsteile eines Gemisches sekundärer Alkohole, erhalten durch Ketonisierung von Fettsäuren aus der Paraffinoxydation mit 7 bis 11 Kohlenstoffatomen und Hydrierung der entstandenen Ketone, werden gemiseht und auf ungefähr 90 erhitzt. Das flüssige Naphthalin-Alkoholgemisch läuft mit Schwe- felsäuremonohydrat im Molverhältnis Naph thalin :
SchwefelsÏure wie 1 : 2 auf den sich mit 1000 Umdrehungen/Minute drehenden Teller b innerhalb der innern Begrenzungs- wand c unter Einleiten eines trockenen Luftstromes durch f, wobei die Reaktionstemperatur bis auf 125 ansteigt. Das durch die Düsen dl der Ïu¯ern Begrenzungswand austretende Reaktionsgemisch wird nach dem Verlassen der Apparatur noch eine halbe Stunde bei 125 nachgerührt. Das Neutralisieren geschieht mit 24 iger Natronlauge in derselben Weise wie in dem vorhergehenden Beispiel.