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Verfahren zur Herstellung von Sulfoäthylestern von Fettsäuren Die
Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Sulfoäthylestern von
Fettsäuren durch den Umsatz von Natrium-isäthionat mit einem Fettsäurechlorid. Nach
Idiesem Verfahren wird ein Gemisch aus trockenem grobgepulvertem Natriumisäthionat
und einem Fettsäurechlorid in Form einer groben Aufschlämmung einer an sich bekannten,
mit Heizmantel versehenen zlentrifugenartigen Vorrichtung, in welcher zentrisch
eine Triebwelle mit einer Anzahl die Innenwandung des Reaktionsgefäßes bestreichenden
Flügelscheiben angeordnet ist, zugeführt und unter schnellem Umlauf der genannten
Flügelscheiben kräftig gegen die erhitzte Innenfläche des Reaktionsgefäßes geworfen,
auf dieser unter Zerreibung der festen Teilchen der Aufschlämmung ein dünner Film
aus dem Reaktionsgemisch erzeugt gleichzeitig durch die -schnell umlaufenden Flüge
eine heftige Durchwirhelung des Films bewirkt und die Durchwirbelung und Temperatur
aufrechterhalten, bis der Umsatz zwischen dem Natrium-isäthionat und dem Fettsäurechlorid
praktisch beendet ist. Die Temperatur der beheizten Innenfläche des Reaktionsgefäßes
wird hierbei auf etwa 115 bis 1750 C und die lineare Umfangsgeschwindigkeit der
Flügelscheiben auf etwa 7,5 bis 12 miSek. eingestellt. Durch diese vereinigte Wirkung
wird unter Aufrechterhaltung einer sehr genauen Temperaturkontrolle eine sehr schnelle
Reaktion erzielt und ein ständig gleichmäßiger Durchsatz erhalten, so daß eine sehr
schnelle Reaktion unter starker Verringerung von Nebenreaktionen, eine höhere Reaktionswirkung
und sehr wesentliche lÇostenersparnisse erzielt werden.
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Die genannten Fettsäureester, die beispielsweise als Zwischenverbindungen
für Farbstoffe, pharmazeutische Produkte u. dgl. benutzt werden können, wurden bisher
gewöhnlich durch den ansatzweisen Umsatz von Natrium-isäthionat mit einem Fettsäurehalogenid
oder nach einem anderen ähnlichen Verfahren hergestellt, wobei die festen Reaktionskomponenten
zuvor sehr sorgfältig zerkleinert wurden. Diese Arbeitsweise ist jedoch umständlich.
Eine wesentliche Verblesserung für diesen Umsatz wurde durch das Verfahren von Tiedemann
erzielt, nach welchem das Reaktionsgemisch hengestellt wurde, indem das aus einem
reaktionsfähigen Metall und der organischen Säure bestehende Salz zu einem sehr
feinen Pulver vermahlen, das Pulver mit-einem Carbonsäurechlorid zu einer homogenen
Aufschlämmung verarbeitet und die Reaktion auf einer beheizten Metallfläche, wie
einem Trommeltrockner, durchgeführt wurde. Diese Arbeitsweise, ergibt ein sehr ausgezeichnetes
Produkt und stellt, ein sehr befriedigendes Verfahren zur Durchführung der Reaktion
dar; sie hat jedoch den Nachteil, daß das feste Reaktionsmittel sehr fein gepulvert
werden muß und - daß die Reaktion auf dem Trommeltrockner nur langsam verläuft,
wodurch verhältnismäßig hohe Kosten entstehen.
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Wird jedoch die, Reaktion erfindungsgemäß in einer wie oben erwähnten
Vorrichtung in Form eines beheiztenZylinders durchgeführt, in welchem eineTriebwelle
mit einer Anzahl die Innenwandung des Reak,tionsgefäßes nahezu bestreic-henden Flügelscheiben
angeordnet ist und an der ferner Einrichtungen vorgesehen sind, durch welche die
umzusetzenden Stoffe in Form eines Gemisches oder einer Aufschlämmung der Vorrichtung
zugeführt und aus dieser abgezogen werden können, so wird ein wirksames System für
die Durchführung der in Frage stehenden Verfahren erhalten. DeyartigeVorrichtungen
sind unter Bezeichnungen wie »Turba-Film«-Verdampfer oder »Rota-Vak« oder »Adjusto-Film«
od. dgl. im Handel.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert kein besonderes Zermahlen
oder Pulvern der Reaktionskomponenten; vielmehr werden diese zu einer groben Aufschlämmung
vermischt, und diese Aufschlämmung wird dann durch den Einlaßstutzen der Vorrichtung
dem Rotor zugeführt, von dessen Flügeln sie gegriffen und kräftig gegen die erhitzte
Zylin-derwandung geschleudert wird, dann wieder durch die Kanten des Rotors gegriffen
und in einen Zustand kräftiger Durchwirbelung gebracht wird, während das Material
langsam entlang der beheizten Zylinderwan-
dung abfließt. Auf diese
Weise wird eine schnelle Reaktion auf den Oberflächen der Körnchen in der Aufschlämmung
und ein Entfernen des Reaktionsproduktes von der beheizten Oberfläche erzielt, wodurch
eine frische Reaktionsfläche verfügbar wird. Das Reaktionsmaterial bildet auf der
Innenfläche der beheizten Wandung einen hochturbulenten Film, der jedoch so dünn
ist, daß keine heißen Stellen auftreten, und infolgedessen wird die Reaktion nicht
überhitzt, sondern genau auf der gewünschten Reaktionstemperatur gehalten. Auch
halten die schnell umlaufenden Flügel des Rotors den Film auf der Oberfläche in
heftiger Durchwirbelung und verhindern, daß er im Aufbau dichter wird als der Abstand
zwischen den Kanten der Rotorflügel und der Wandung. Dieser Abstand oder Spielraum
kann, falls erwünscht, geringer gemacht werden als die durchschnittliche Teilchengröße
in der Aufschlämmung, so daß die Teilchen der Aufschlämmung während der Reaktion
einer kraftigen Reibung unterworfen werden und jedes Zermahlen oder besondere Zerkleinern
unnötig wird, da die Reaktion auf der Oberfläche der festen Teilchen erfolgt und
das Reaktionsprodukt von der Oberfläche so schnell, wie es gebildet wird, auch wieder
entfernt wird. Es ist somit eine Verfahrensweise gegeben, die in keiner anderenVorrichtung
möglich ist. Das erhaltene Reaktionsprodukt wird durch Auslaßstutzen am Boden der
Vorrichtung abgezogen, und da die Gesamtmenge des Reaktionsmaterials in dem Reaktionsgefäß
sehr klein ist und nur einige 100 g bis zu einigen Kilogramm beträgt, ist die Durchsatzgeschwindigkeit
sehr hoch, und da die Reaktion bis zur Beendigung im Reaktionsgefäß durchgeführt
wird, kann nur sehr wenig oder gar kein nicht umgesetztes Material durch den Abzug
am Boden entweichen.
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Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden jeweils zwei
Reaktionsmittel, von denen das eine flüssig ist oder durch Wärme verflüssigt werden
kann und das andere bei der Reaktionstemperatur fest ist, gemischt, und das erhaltene
Gemisch wird dann in der genannten Weise verarbeitet, wodurch ein vollständiger
Umsatz erhalten wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
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Fig. 1 veranschaulicht eine Ansicht des Reaktionsgefäßes, teilweise
aufgebrochen, und Fig. 2 veranschaulicht schematisch die gesamte Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
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Gemäß Fig. 1 besteht das Reaktionsgefäß aus einem vertikalen zylindrischen
Teil 1, der von einem Dampfmantel 2 umschlossen ist. Der Teil 1 ist unten durch
einen konischen Boden 3 abgeschlossen, der mit einem Abzugstutzen 4 versehen ist.
Der obere Teil des Zylinders 1 ist zu einer Kammer 5 erweitert, in der festen stehende
Leit- oder Prallflächen 6 angeordnet sind, die von Ringen 7 gehalten werden, die
an der Wandung der Kammer 5 befestigt sind.
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In dem Teil 1 und dem Teil 5 ist ein Rotor 8 angeordnet, der im wesentlichen
aus der Welle 9 und den Flügelscheiben 11 besteht. Die Kammer 5 ist oben durch eine
Deckplatte 12 geschlossen. Kurz unterhalb der die Kammer 5 bildenden Ausweitung
ist ein Einlaßstutzen 14 vorgesehen, der in den Teil 1 einmündet, und am Kopf der
Kammer 5 ist ein Dampfabzugstutzen 15 angeordnet. Die Welle 9 erstreckt sich nach
oben durch eine nicht veranschaulichte Stopfbüchse, und auf ihrem oberen Ende ist
eine Riemenscheibe 16 befestigt, durch die der Rotor 8 durch einen Riemen 17 von
einem nicht veranschaulichten Motor angetrieben werden kann, und zwar vorzugsweise
mit
einer Geschwindigkeit von etwa 400 bis 2000 Umdr./ Min., wodurch lineare Umfangsgeschwindigkeiten
der Flügelscheiben von etwa 7,5 bis 12 m/Sek. erhalten werden.
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Nach Fig. 2 sind ferner zwei Behälter vorgesehen, von denen der eine
Behälter 18 für die Aufnahme des einen Reaktionsmittels und der andere Behälter
19 für die Aufnahme des zweiten Reaktionsmittels benutzt wird. Von den Behältern
18 und 19 führen Abzugsleitungen nach einem Mischer 21, der von beliebiger Ausführungsform
sein kann, die ein gutes Durchmischen der beiden Komponenten ermöglicht.
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Beispielsweise kann er aus einem einfachen RühroderFlügelmischer oder
aus einem Behälter mit einem Propellerrührer oder Ankerrührer oder, bedingt durch
den physikalischen Zustand der Reaktionsmittel, gegebenenfalls auch aus einer sogenannten
Werner-Pfleiderer-Knetvorrichtung bestehen. Zweckmäßig soll jedoch das Gemisch fließfähig
sein, und zwar entweder infolge der Fließfähigkeit wenigstens einer der Komponenten
(oder infolge der Anwesenheit eines flüssigen Verdünnungsmittels) oder dadurch,
daß beide Teilchen pulverförmig sind, so daß sie wie trockener Sand fließen. Das
aus dem Mischer 21 abgezogene Produkt wird dann durch eine Pumpe oder andere Fördervorrichtung
22 Idurch eine Leitung 23 dem Einlaßstutzen 14 des Reaktionsgefäßes zugeführt. Das
Reaktionsgemisch wird dann durch den Dampf im Mantel 2 erhitzt und die Reaktion
erfolgt, wenn das Material längs der Innenseite des Zylinders 1 nach abwärts dem
Konus 3 und dem Abzugstutzen4 zufließt. Von der Abzugstelle 4 gelangt das Material
durch eine Leitung 23 a nach einem Behälter 24, in welchem das Reaktionsgemisch
abgekühlt oder einer anderen Behandlung, wie einem weiteren Umsetzungs- oder Pulverisierungs-,
Granulierungs- oder Abkühlungsverfahren u. dgl., unterworfen werden kann.
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Zur Herstellung von Sulfoäthylestern von Fettsäuren wird trockenes
Natrium-isäthionat in grobpulverisierter Form dem Behälter 18 und ein geeignetes
Feftsäurechlorid dem Behälter 19 zugeführt. Die bei den Stoffe werden dann durch
eine geeignete Zuteilvorrichtung 25 im richtigen Verhältnis dem Mischer 21 zugeführt,
in welchem sie roh gemischt werden.
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Ein geeignetes Mischungsverhältnis besteht z. B. aus 10 Gewichtsteilen
Natrium-isäthionat je 16 Gewichtsteilen Fettsäurechlorid. Das Gemisch wird dann
durch die Leitung 23 dem Einlaßstutzen 14 des Reaktionsgefäß es 1 zugeführt. Durch
den Umlauf der Flügel 11 wird die Aufschlämmung aus dem Natrium-isäthionat in dem
Fettsäurehalogenid gegen die beheizte Wandung des Zylinders 1 geschleudert, an der
sie nahezu sofort auf die Reaktionstemperatur gebracht wird, die durch das Heizmittel
in dem Mantel 2 festgelegt ist und das aus Dampf unter geeignetem Druck oder aus
heißem Wasser oder aus geschmolzenem Blei oder einem anderen flüssigen oder dampfförmigen
Heizmittel bestehen kann. Durch das kräftige Aufprallen der Aufschlämmung auf der
Wandung des Zylinders 1 wird auch sofort eine wesentliche Verringerung der Teilchengröße
des Feststoffes bewirkt.
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Gleichzeitig erfolgt auf der Oberfläche der Teilchen die Reaktion,
wodurch ein Reaktionsprodukt mit andersartigen physikalischen Eigenschaften erhalten
wird, die das Wegbrechen des Reaktionsproduktes von der Oberfläche der Teilchen
ermöglichen. Durch den kleinen Spiel- oder Zwischenraum zwischen den schnell umlaufenden
Flügeln 11 und der beheizten Wandung 1 wird eine sehr starke Durchwirbelung in dem
Film auf dem Teil 1 erhalten, und der Film wird
durch die von den
Flügeln entwickelte Kraft teilweise mit um die Wandung herumgerissen und durch die
Schwerkraft in einer Spiralbahn teilweise nach unten geführt. Durch den schnellen
Umlauf der Flügel 11 wird aber auch in dem Film eine heftige Durchwirbelung des
reaktionsfähigen Materials auf der Wandung 1 bewirkt, wodurch ein sehr gutes Mischen
der Reaktionsmittel und ein schnelles Entfernen des Reaktionsproduktes von der Oberfläche
der festen Teilchen erzielt wird. Die Geschwindigkeit der Zufuhr des Reaktionsgemisches
zu dem Einlaßstutzen 14 bestimmt in hohem Ausmaße die Geschwindigkeit, mit der das
Material nach abwärts fließt, und zwar ergibt ein starker Strom ein schnelleres
Abwärtsfließen als ein geringer Strom. Wenn die umzusetzenden Stoffe in Form einer
feinkörnigen Aufschlämmung vorliegen, so daß die Reaktion schnell verläuft, so kann
der Spielraum zwischen den Flügeln 11 und der Wandung 1 verhältnismäßig groß gehalten
werden, so daß ein schnelles Fließen erfolgt. Verläuft jedoch die Reaktion langsam
oder läßt sich das Reaktionsprodukt nur langsam von den Teilchen der Aufschlämmung
trennen, dann kann ein geringerer Zustrom angewendet werden und es wird dann ein
langsamererUmsatz erhalten. Auch kann die Reaktionszeit in hohem Ausmaße durch die
Länge des Teiles 1 geregelt werden, da eine kürzere Länge eine kürzere Reaktionszeit
ergibt.
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Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel erläutert.
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Beispiel In den Behälter 18 werden 4,5 kg Natrium-isäthionat und
in den Behälter 19 werden 7,25 kg Kokosfettsäurechlorid eingesetzt. Diese Stoffe
werden dann durch die Vorrichtung 25 in der richtigen Menge dem Mischer 21 zugeführt.
Die Aufschlämmung aus dem Mischer wird durch die Pumpe 22 mit einer Geschwindigkeit
von 27,2 kg/Std. dem »Turba-Film« zugeführt, dessen Wandfläche etwa 0,8 m2 beträgt.
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Der »Turba-Film« wird durch Dampf (3,85 kglem2 im Mantel) erhitzt
und die Rotorflügel werden mit 720 Umdr./Min., d. h. mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von etwa 7,5 m/Sek. in Umlauf versetzt.
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Ausbeute an Produkt: 101,88 kg.
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Nach dem vorstehend angeführten Ausführungsbeispiel wurde eine große
Anzahl Parallelversuche durchgeführt, wobei die Temperatur im Mantel, die Zuführungsgeschwindigkeit
und die Rotorgeschwindigkeit geändert wurden. Diese Versuche ergaben, daß kein wesentlicher
Unterschied bei den verschiedenen Temperaturen im Bereich von etwa 115 bis 1750
C erzielt wird. Ebenso zeigten die Versuchsreihen, daß durch Unterschiede in den
Rotorgeschwindigkeiten, die Umfangsgeschwindigkeiten der Flügel von etwa 7,5 bis
12 m/Sek. ergaben, keine wesentlichen Unterschiede erhalten werden. Auch traten
keine wesentlichen Unterschiede in der Menge des nicht umge-
setzten Materials zwischen
einem sehr kleinen Zustrom der Reaktionsmittel und einem so großen Strom, als mit
dem Reaktionsgefäß verarbeitet werden kann, auf. Es erfolgte vielmehr praktisch
ein vollständiger Umsatz bei alIen Zuführungsgeschwindigkeiten bis zu dem Punkt,
an welchem die Menge des Materials in dem Rotor so groß war, daß ein unzweckmäßiger
Kraftaufwand erforderlich wurde-.
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Die oben angeführten Versuche wurden unter Verwendung von Natrium-isäthionat
und einem Kokosfettsäurechlorid als Reaktionsmittel durchgeführt. Die Reaktion kann
jedoch mit gleicher Wirkung auch mit irgendwelchen anderen Fettsäurechloriden ohne
Rücksicht auf das Molekulargewicht oder die in ihnen enthaltene Anzahl Kohlenstoffatome
durchgeführt werden. So verläuft die Reaktion beispielsweise auch mit Acetylchlorid,
bei welchem 2 Kohlenstoffatome in der Kohlenstoffkette vorhanden sind, und sie verläuft
in gleicher Weise auch mit Stearinsäurechlorid, das 18 Kohlenstoffatome in der Kette
besitzt. Die Reaktion verläuft gleich gut auch mit irgendwelchen Zwischengliedern
der genannten Kohlenstoffketten und auch mit tSlsäurechlorid.
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Die Reaktion läßt sich am besten durchführen, wenn wenigstens eines
der Reaktionsmittel flüssig ist oder bei der Reaktionstemperatur schmilzt. In einigen
Fällen läßt sich auch ein befriedigender Umsatz zwischen zwei festen Stoffen erhalten,
aber, wenn beide Reaktionsmittel bei der Reaktionstemperatur fest sind, so ist es
im allgemeinen zweckmäßig, dem Reaktionsgemisch eine neutrale Flüssigkeit als Träger
zuzusetzen.