DE1518465C3

DE1518465C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Sulfomeren oder Sulfatleren organi scher Verbindungen

Info

Publication number: DE1518465C3
Application number: DE1518465A
Authority: DE
Inventors: John Edwin Vander Cresskill N.J. Mey (V.St.A.)
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1964-02-04
Filing date: 1965-02-04
Publication date: 1973-11-22
Also published as: DE1518465B2; ES308998A3; ES308998A1; IL22916A; GB1029029A; NL6501442A; FR1439060A; US3328460A; US3501276A; DE1518465A1; NL146135B; DK129280B; BE659278A; DK129280C

Description

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- dann weiter zu sulfonieren. Gemäß den Beispielen kennzeichnet, daß der sich lateral erstreckende werden dabei bis zu 96,6% des Ausgangsdodecyl-Kanal (60) von den Stirnflächen eines oberen benzols sulfoniert, und das Produkt enthält besten-Flansches (24) mit darin angeordneten öffnun- 5° falls 1,77% nicht umgesetztes Material.

gen (38) und eines unteren Flansches (13) gebil- Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung

det wird, wobei oberer und unterer Flansch durch kann die Umsetzung von Schwefeltrioxid mit sulfo-

ein Beilagblech (41) voneinander getrennt sind nierbaren oder sulfatierbaren organischen Verbin-

und der obere Flansch (24) noch einen Durch- düngen in wirksamer und wirtschaftlicher Weise so

trittsweg (18) bildet, durch den das Gemisch von 55 durchgeführt werden, daß die Bildung farbbildender

inertem Gas und Schwefeltrioxid in die Reak- Körper weitgehend verhindert wird,

tionskammer (8) eingeleitet werden kann. Beispielsweise werden bei Verwendung von Dodecylbenzol 99% und mehr Ausgangsmaterial sulfo-

niert, und das Produkt enthält nur. 1 % oder weniger

⁶o nicht umgesetztes Ausgangsmaterial, bezogen auf

Alkyl aromatische Verbindungen haben eine be- Aktivsubstanz. Außerdem weist die Vorrichtung zu

trächtliche Bedeutung in der Industrie, und zwar seiner Durchführung keine beweglichen Teile oder

hauptsächlich auf dem Gebiet der synthetischen sorgfältig zu zentrierende Rohre auf und ist daher

Detergentien. Zu diesen Detergentien gehören ge- unempfindlicher als die aus den obigen Literaturstel-

wisse höher molekulare alkylsubstituierte mononu- 65 len bekannten Vorrichtungen.

kleare aromatische Monosulfonate, in denen die Al- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum

kylgruppen hauptsächlich 8 bis 22, beispielsweise 8 Sulfonieren oder Sulfatieren von organischen Verbin-

bis 20 und insbesondere 12 bis 14 Kohlenstoffatome düngen durch Umsetzung dieser Verbindungen, die

in Form eines Flüssigkeitsfilms vorliegen, mit einem Schwefeltrioxid/Inertgas-Gemisch, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die flüssige organische Verbindung lateral in eine Reaktionszone einströmen läßt, so daß sich dort ein Flüssigkeitsfilm von 0,005 bis 0,076 cm Dicke ausbildet, der mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 76 cm/sec nach unten fließt, und mit einem abwärts geführten Schwefeltrioxid/Inertgas-Gemisch in Kontakt bringt.

Vorzugsweise wird der Unterschied zwischen dem Druck, unter dem die organische Flüssigkeit in die Reaktionszone (3) eintritt und dem Druck in der Reaktionszone (3) bei höchstens 0,35 kg/cm² und insbesondere praktisch gleich 0 gehalten, damit die Strömung des Films laminar bleibt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgas/Schwefeltrioxid-Gemisches in der Reaktionszone wird zweckmäßig zwischen 12 und 90 cm/sec und vorzugsweise zwischen 22,5 und 45 cm/sec gehalten.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reaktionskammer (8) in ihrem oberen Teil (2) mit einem Einlaß (39), der mit Mitteln (22, 23) zur Zuführung der organischen Flüssigkeit verbunden ist, ausgestattet ist, der so ausgebildet ist, daß die organische Flüssigkeit einen Film bildet, der in nicht turbulenter Strömung nach unten fließt, und einen zweiten, mit Mitteln (37) zum Zuführen eines Gemisches von inertem Gas und Schwefeltrioxid verbundenen Einlaß (18) aufweist, durch den das Gasgemisch nach unten in und durch die Reaktionskammer in Kontakt mit dem Film aus der organischen Flüssigkeit strömt, und in seinem unteren Teil einen mit einer Trennkammer (43) verbundenen Auslaß (53) aufweist, der so ausgebildet ist, daß die an den Wänden der Reaktionskammer nach unten strömende Flüssigkeit und das nach unten strömende Gas getrennt ausgebracht werden können.

Die Mittel (22, 23) zum Zuführen der organischen Flüssigkeit bestehen vorzugsweise aus einer Vorratskammer (16, 17) für die organische Flüssigkeit und Öffnungen (38), die diese Kammer mit einem sich Iateral erstreckenden Kanal (60) verbinden, der in dem ersten Einlaß (39) endet.

Der sich lateral erstreckende Kanal (60) wird zweckmäßig von den Stirnflächen eines oberen Flansches (24) mit darin angeordneten öffnungen (38) und eines unteren Flansches (13) gebildet, wobei oberer und unterer Flansch durch ein Beilagblech (41) voneinander getrennt sind und der obere Flansch (24) noch einen Durchtrittsweg (18) bildet, durch den das Gemisch von inertem Gas und Schwefeltrioxid in die Reaktionskammer (8) eingeleitet werden kann. ·

Das neue Verfahren ist auf die Sulfatierung oder Sulfonierung aller der Materialien, von denen bekannt . ist, daß sie direkt durch Umsetzung mit Schwefeltrioxid sulfatiert oder sulfoniert werden können, anwendbar. Verbindungen, die sich zum Sulfatieren mit Schwefeltrioxid eignen, sind beispielsweise Fettalkohole, wie Lauryl-, Myristyl- und Cetylalkohol, äthoxylierte Fettalkohole und äthoxylierte Alkylphenole. Für eine Sulfonierung geeignete Verbindungen sind Olefine, wie beispielsweise aliphatische Olefine mit einer oder mehreren Doppelbindungen, beispielsweise Tetradecen, Hexadecen usw., aromatische Kohlenwasserstoffe, wie solche, die eine Benzol-, Anhtracen- oder dergleichen Struktur haben, und alkylierte aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Äthylbenzol, Dodecylbenzol usw. Die Vorteile des Verfahrens der Erfindung ergeben sich insbesondere bei der Behandlung alkylaromatischer Kohlenwasserstoffe zur Erzeugung alkylaromatischer Sulfonsäuren, die, wenn man sie mit einem geeigneten basischen Mittel, wie einem Alkalihydroxid, einem Amin oder einem Alkanolamin, neutralisiert,

ίο 'hoch wirksame Detergentien bilden. Das Verfahren der Erfindung wird daher vorzugsweise auf diejenigen alkylierten aromatischen Verbindungen, deren Alkylgruppen insgesamt 8 bis 22 Kohlenstpffatome und insbesondere 12 bis 14 Kohlenstoffatome enthalten, insbesondere auf Dodecylbenzol angewandt. Wenn die organische Verbindung bei Zimmertemperatur fest ist, so kann sie nach bekannten Methoden, beispielsweise durch Vorwärmen, in flüssige Form übergeführt werden.

Das in dem Verfahren verwendete Schwefeltrioxid kann irgendwelcher Herkunft sein. Es kann beispielsweise von stabilisiertem flüssigem Schwefeltrioxyd abgedampft und mit Luft, Stickstoff oder anderem inerten Gas vermischt werden, beispielsweise indem man Schwefeltrioxid und inertes Gas ineinanderströmen läßt.

Das Gemisch von inertem Gas und Schwefeltrioxid enthält vorzugsweise 2 bis 25 Volumprozent und insbesondere 5 bis 10 Volumprozent Schwefeltrioxid.

Das inerte Trägergas, in dem das Schwefeltrioxid suspendiert wird, soll mit dem Schwefeltrioxyd und der sulfonierbaren organischen Verbindung bei den angewandten Sulfonierungsbedingungen nicht reagieren. Beispiele für solche Gase sind Luft, Kohlendi- oxid, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Stickstoff. Luft ist bevorzugt, weil sie leicht erhältlich und billig ist und weil mit ihr ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden können. Die Geschwindigkeit, mit der das Gemisch von inertem Gas und Schwefeltrioxid durch die Reaktionszone strömt, beträgt zweckmäßig zwischen 12 und 90 cm/sec und vorzugsweise 22,5 bis 45 cm/sec.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

F i g. 1 ist ein Seitenaufriß einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung der Erfindung, der die Beschickungsvorrichtung und die Reaktorabschnitte sowie den Abschnitt zum Trennen der sulfatierten oder sulfonierten organischen Verbindung von dem verbrauchten Gas zeigt,

F i g. 2 ist ein Schnitt durch den Beschickungsabschnitt und einen Teil des obersten Reaktorabschnittes, wobei Teile der Vorrichtung fortgebrochen sind, um das Verständnis zu erleichtern,

Fi g. 3 ist eine F i g. 2 entsprechende Ansicht des Trennabschnittes,

Fig.4 ist.ein Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig.2, .

F i g. 5 ist ein Vorderaufriß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung,

F i g. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig.5,

F i g. 7 ist eine Ansicht eines Trennabschnittes der Vorrichtung von F i g. 5 längs der Linie 7-7,

F i g. 8 ist eine Seitenansicht der in F i g. 7 gezeigten Vorrichtung im Schnitt und

F i g. 9 ist eine Ansicht längs der Linie 9-9 von Fig.5.

5 6

Der in F i g. 1 gezeigte Reaktor 1 weist drei Haupt- Fortsatz 36 am unteren Ende der Gaseinlaßleitung

abschnitte, nämlich einen Beschickungsabschnitt 2, 31 hindurchtreten, zusammengehalten,

eine Anzahl Reaktionsabschnitte 3 und einen Trenn- Das Gemisch von inertem Gas und Schwefeltrioxid

abschnitt 43 auf. wird durch die öffnung 37 der Gaseinlaßleitung 31,

Der in den F i g. 2 und 4 gezeigte Reaktorab- 5 die gasdicht mit dem oberen Ende des Gasdurchschnitt 3 besteht aus einem vertikal angeordneten, in trittsweges 18 verbunden ist_r in die Vorrichtung einvertikaler Richtung langgestreckten Gehäuse 5 mit geleitet.

einer inneren Reaktionswand 6 und einer äußeren Die in die Kammern 16 und 17 durch die öleinlaß-Reaktionswand 7, die konzentrisch in dem Gehäuse 5 rohre 22 und 23 eintretende sulfonierbare organische verlaufen und zusammen eine ringförmige Reak-v io Flüssigkeit wird von diesen Kammern durch öffnuntionskammer in dem Raum zwischen der inneren gen 38, die längs des inneren und äußeren Endes des und der äußeren Reaktionswand bilden. Beim Be- Flansches 24 angeordnet sind, in die Kanäle 60, die trieb der Vorrichtung erfolgt die Umsetzung zwi- am Umfang der Schlitze 89 angeordnet sind, ausgesehen der sulfonierbaren organischen Flüssigkeit und bracht. Die Schlitze 39 sind am Innen- und Außendem Schwefeltrioxid an den Oberflächen der inneren 15 umfang der Flanschkomponenten 13 bzw. 14 an- und äußeren Reaktionskammerwand, und es ist au- geordnet und enden am oberen Ende der Reaktionsßerst wichtig, daß während der Umsetzung diese kammer 8. Die vertikale Höhe jedes Schlitzes kann Wände und die Reaktionskammer ausreichend ge- mittels Beilagscheiben 41 in Ausnehmungen 42, die kühlt werden. Zu diesem Zweck sind Kühlmantel 9 konzentrisch in den Komponenten 13 und 14 des und 11 rund um die Innen- bzw. Außenwand der 20 Flansches 24 umlaufen, eingestellt werden. Diese Reaktionskammer vorgesehen. Diese Kühlmantel Beilagscheiben dienen auch als Dichtung, da sie die weisen nicht gezeigte Ein- und Auslässe zur Zu- und organische Flüssigkeit in den Kanälen 60 enthalten. Abführung eines Kühlmediums, wie Wasser, auf, das Die umlaufenden Kanäle 60 hinter den Schlitzen während des Betriebes der Vorrichtung mit solcher können die gleiche oder eine andere Höhe haben wie Temperatur und Geschwindigkeit durch die Kühl- 25 die Schlitze 39. Für die Ausbildung der Vorrichtung mantel umläuft, daß die Temperatur in der Reak- ist es zweckmäßig, wenn diese Kanäle die gleiche tionszone während der Umsetzung vorzugsweise in Höhe haben wie die Schlitze 39, wie in den Zeichdem Bereich von etwa 0 bis 150° C gehalten wird. nungen gezeigt. Die durch die Schlitze 39 in die

Am oberen Ende des Gehäuses 5 befindet sich eine Reaktionskammer 8 eintretende organische Flüssig-

Flanschanordnung mit einer Innenkomponente 13 30 keit kommt sofort mit dem aus dem Durchtritt 18 in

und einer Außenkomponente 14, wobei sich die die Reaktionszone eintretenden Gemisch von inertem

Außenkomponente, wie in F i g. 2 gezeigt, von dem Gas und Schwefeltrioxid in Kontakt, und die Sulfo-

Gehäuse fort nach außen erstreckt. Innen- und nierung der organischen Flüssigkeit erfolgt sofort an

Außenkomponente der Flanschanordnung 12 sind so der Kontaktstelle und weiter längs des Strömungswe-

angeordnet, daß sie den oberen Teil der Reaktions- 35 ges der Flüssigkeit an den Reaktorwänden 6 und 7.

kammer 8 zwischen dem äußeren Ende der Innen- Am unteren Ende des Reaktorabschnittes 3 und an

komponente 13 und dem benachbarten Innenende diesem befestigt ist der Trennabschnitt 43 (F i g. 1),

der Außenkomponente 14 bilden. in dem das verbrauchte Gas von der sulfatierten oder

Der in F i g. 2 im einzelnen gezeigte Einspritzab- sulfonierten Verbindung abgetrennt wird. Dieser

schnitt 15 weist vertikal angeordnete Innen- und 40 Trennabschnitt verhindert, daß das verbrauchte Gas

Außenbeschickungskammern 16 und 17 für organi- Tröpfchen des flüssigen Produktes mitreißt. Der

sehe Flüssigkeit auf, die konzentrisch so angeordnet Trennabschnitt ist so ausgebildet, daß das Gas sich

sind, daß zwischen benachbarten vertikalen Wänden von der organischen Flüssigkeit abtrennen kann,

19 und 21 der Kammern für die organische Beschik- ohne dieses zu durchbrechen. Zu diesem Zweck erkung ein Gaseinlaß 18 gebildet wird. 45 weitert sich die Querschnittsfläche derart, daß der

Die zu sulfonierende organische Flüssigkeit wird strömende Flüssigkeitsfilm sich allmählich von dem mittels öleinlaßrohren 22 bzw. 23 in die Innen- und Strömungsweg des verbrauchten Gases entfernt.
Äußenbeschickungskammer eingeleitet. Am oberen Dadurch wird die Ausbeute an flüssigem Produkt und unteren Ende der Beschickungskammern für die erhöht und ein reineres Rückführungsgas und ein organische Flüssigkeit sind Flansche 24 bzw. 25 be- 5° helleres Produkt erhalten. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, festigt, wobei der Flansch 24 eine Innenkomponente weist der Trennabschnitt 43 ein zylindrisches Ge-28 und eine Außenkomponente 29 aufweist, die häuse 44, das ein aus Innen- und Außenwand 45 praktisch die gleiche Form haben wie die Flanschan- bzw. 46 bestehendes Wandpaar, die eine Gasabzugsordnung 12. Die obere Hälfte des Einspritzabschnit- leitung 47 bilden, umfaßt. Der mit der Gasabzugsleites 15 ist mit einem bogenförmigen zylindrischen Gas- 55 tung 47 in Verbindung. stehende Gasauslaß 48 führt einlaßrohr 31 zur Aufnahme des Gemisches von in- senkrecht von dem Gehäuse 44 fort,
ertem Gas und SO₃, das von außen zugeführt wird, In der Nähe des unteren Endes des Gehäuses 44 versehen. gegenüber der Gasauslaßleitung 48 befindet sich die

Das Gaseinleitungsrohr 31 ist so ausgebildet, daß Abzugsöffnung 50 für die sulfonierte organische Veres mittels der Lippe 32 mit öffnungen 33 zur Auf- ⁶° bindung. Wie aus Fig.3 ersichtlich, wird die sulfo-

nahme von Bolzen oder anderen Befestigungsmitteln nierte organische Verbindung an der Wand des Ge-

mit der Herkunftsstelle des Gasgemisches verbunden häuses 24 und der Innenwand 51 entlang geführt und

werden kann. strömt zu der Auslaßöffnung 50. Am Boden des Ge-

Die obere Hälfte des Einspritzabschnittes 15, die häuses 24 und der Innenwand 51 entlanggeführt und Beschickungskammern für die organische Flüssigkeit 65 eingeschlossene organische Verbindung abgeführt

16 und 17 und der Reaktorabschnitt 10 sind mittels werden kann.

Schraubbolzen 34 und Bolzen 35, die durch öffnun- Beim Betrieb der Vorrichtung wird die sulfonier-

gen in den Flanschen 12, 24 und 25 und durch einen bare organische Flüssigkeit, vorzugsweise Dodecyl-

benzol, unter Druck durch Öleinleitungsrohre 22 und 23 in die Vorratskammern 16 bzw. 17 geleitet. Druck- und Zufuhrgeschwindigkeit der organischen Flüssigkeit sollen derart sein, daß in den Kammern ausreichend Flüssigkeit enthalten ist, um während des gesamten Betriebs die Kanäle 60 von Flüssigkeit überflutet zu halten und zu bewirken, daß die organische Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 76 cm/sec, vorzugsweise etwa 10 bis 50 cm/ see, und einem Druckdifferential von etwa 0 bis 0,35 kg/cm² von den Schlitzen auf die Reaktorwände 6 und 7 ausgebracht wird. Das Druckdifferential ist praktisch 0, d. h. der Unterschied zwischen dem Druck, mit dem die organische Flüssigkeit in die Reaktionskammer 8 eintritt und dem Druck in der Reaktionskammer beträgt zweckmäßig etwa 0 bis 0,35 kg/cm² und vorzugsweise praktisch 0.

Das flüssige Dodecylbenzol oder eine andere organische Flüssigkeit strömt von den Kammern 16 und 17 durch Öffnungen 38 in Kanäle 60. Die Schlitze 39 haben zweckmäßig eine Dicke oder Höhe von etwa 0,005 bis 0,076 cm, vorzugsweise 0,12 bis 0,03 8 cm, die durch Anziehen oder Lockern der Bolzen 34 und 35 eingestellt werden kann. Das Gemisch von inertem Gas, vorzugsweise Luft, und gasförmigem Schwefeltrioxid, das zweckmäßig etwa 2 bis 25 Volumprozent und vorzugsweise etwa 5 bis 10 Volumprozent Schwefeltrioxid enthält, wird durch die öffnung 37 so in die Gaseinlaßleitung 31 eingeführt, daß sich in der Reaktionskammer 8 eine Gasgeschwindigkeit von zweckmäßig etwa 12 bis 90 cm/ see, vorzugsweise 22,5 bis 45 cm/sec, ergibt. Das Gemisch strömt durch die Gaseinlaßleitung 31 und in den Gasdurchtrittsweg 18 in Kontakt mit dem von den Schlitzen 3? austretenden Flüssigkeitsfilm. Wegen der Geschwindigkeit der organischen Flüssigkeit und des geringen Druckunterschiedes zwischen der von den Schlitzen 39 austretenden Flüssigkeit und der Flüssigkeit in der Reaktionskammer 8, der vorzugsweise praktisch gleich 0 ist, strömt die organische Flüssigkeit unmittelbar nach Austritt aus den Schlitzen 39 an. den Reaktorwänden 6 und 7 nach unten, ohne daß der Kontakt mit dem Gasgemisch unterbrochen oder die Sulfonierung gestört wird. Wenn der Kontakt des Flüssigkeitsfilms mit dem Gasgemisch ungleichmäßig ist, so kann es zu lokalen Überhitzungen und zur Bildung gefärbter Reaktionsprodukte kommen. Die beschriebene Ausbildung der Vorrichtung hat den Vorteil, daß der Kontakt über die ganze Länge der Reaktionskammer praktisch gleichmäßig ist.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, setzt die Kühlung unmittelbar, nachdem die Flüssigkeit mit dem Gemisch . von inertem Gas und Schwefeltrioxid in Kontakt gebracht ist, ein, und es wird weiter gekühlt, während ein wesentlicher Teil der Umsetzung erfolgt. Außerdem wird die organische Flüssigkeit noch gekühlt, bevor sie in die Reaktionskammer eintritt, und zwar durch das mit den unteren Teilen des Flansches 12 in Kontakt stehende umlaufende Kühlmedium. Das Kühlmedium ist vorzugsweise Wasser, das durch nicht gezeigte Ein- und Auslässe in die Kühlmantel 9 und 11 ein- und aus diesen austritt. Die Temperatur des durch die Kühlmantel 9 und 11 umlaufenden Wassers steuert die Reaktionstemperatur, die meistens Zimmertemperatur ist. Gewünschtenfalls und je nachdem, was" für eine organische Flüssigkeit sulfoniert wird, können noch weitere Reaktionsabschnitte eingefügt werden. Durch diese weiteren Reaktionsabschnitte 3, wie sie in F i g. 1 gezeigt sind, wird die Reaktionszeit erhöht, indem der Strömungsweg der organischen Flüssigkeit verlängert wird. Das ist von besonderem Vorteil, wenn zur Erzielung einer ausreichenden Sulfonierung der Flüssigkeitsfilm längere Zeit mit dem Gemisch aus inertem Gas und Schwefeltrioxid in Kontakt stehen muß. Jeder Reaktorabschnitt weist seine eigenen Kühlmittel auf, die den Kühlmitteln des ersten Reaktorabschnittes gleichen. Dadurch kann die Temperatur in jedem einzelnen Reaktorabschnitt getrennt gesteuert werden, und gewünschtenfalls kann die Temperatur in aufeinanderfolgenden Abschnitten erhöht werden, um die Aktivität zu erhöhen, damit eine praktisch vollständige Sulfonierung der organischen Verbindung erreicht wird. Die weiteren Reaktionsabschnitte sind jedoch nicht mit der am oberen Ende des Reaktorabschnittes vorgesehenen Flanschanordnung, die der für die Vorrichtung der Erfindung notwendigen Einspritzan-. Ordnung angepaßt ist, versehen.

Die sulfonierte Flüssigkeit strömt zusammen mit dem verbrauchten Gas in den Trennabschnitt 43, wo der Weg der organischen Verbindung durch die Ausbildung der Wände 48a und 49 beendet wird. Gemäß F i g. 3 strömt die sulfonierte organische Verbindung an den oberen Wänden 48 α und 49 des Trennabschnittes entlang aus dem Weg des verbrauchten Gases und durch die Austrittsöffnung 50 aus dem Trennabschnitt 43 aus. Das verbrauchte Gas, das Spurenmengen der organischen Verbindung enthält, tritt durch die Öffnung 53 in den Trennabschnitt 43 ein und wird durch den Gasaustrittsweg 47 und von dort durch den Gasauslaß 48 geleitet und gewünschtenfalls rückgeführt, um weiteres Schwefeltrioxid aufzunehmen.

In einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung, wie sie in den F i g. 5 und 9 gezeigt ist, ist die neue horizontale Flanscheinspitzanordnung mit einem schlitzförmigen Reaktor kombiniert.

Der in Fig.5 gezeigte Reaktor 54 weist drei Hauptabschnitte auf, nämlich einen Beschickungsund Reaktorabschnitt 55, mehrere Reaktionsabschnitte 56 und einen Trennabschnitt 57. Diese Abschnitte sind zweckmäßig beispielsweise mittels Flanschen 58 a und Bolzen so miteinander verbunden, daß sie auseinandergenommen werden können.

Gemäß den Fig.6 und 9 weist die Vorrichtung ein vertikal gelagertes, in vertikaler Richtung langgestrecktes Gehäuse 56 α mit in einem Abstand voneinander verlaufenden vertikalen ebenen Seiteriwänden 57 von beträchtlicher Breite auf. Bei einer solchen Ausbildung des Reaktors variiert die Breite der parallelen Seitenwände 57 normalerweise in einem Bereich, der von der Höhe des gewünschten Durchsatzes abhängt, normalerweise zwischen etwa 5 und 250 cm. Diese Wände sind mit ihren aneinandergrerizenden vertikalen Kanten 58 so verbunden, daß sie eine vertikale langgestreckte Reaktionskammer 59 mit einem Querschnitt von der Form eines praktisch rechtwinkligen Schlitzes bilden, wie in den Fig.6 und 9 gezeigt. Der Abstand zwischen den Wänden der Reaktionskammer ist derart, daß das Gemisch von inertem Gas und Schwefeltrioxid in der Form eines Bandes austritt. Mit der Reaktionskammer 59 ist der Gaseinläß 61, durch den das Gemisch aus inertem Gas und Schwefeltrioxid strömt, nachdem es

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aus der Gaseinlaßdüse 81a ausgetreten ist, verbunden. Der Gaseinlaß 61 ist von der Kammer 62, die die organische Flüssigkeit, die durch das öleinlaßrohr 63 eintritt, aufnimmt, umgeben. Am Boden der Flüssigkeitskammer 62 ist ein Flansch 64 angeordnet. Dieser Flansch ist starr mit dem Bodenteil der Flüssigkeitskammer verbunden, und der Flansch weist in Abständen voneinander angeordnete Löcher 65 zur Abgabe der organischen Flüssigkeit in den Kanal 66 α und von dort in den Schlitz 66 am oberen Ende der Reaktionskammer 59 auf. Der Schlitz wird von dem Raum zwischen den Flanschen 64 und 67 gebildet, und diese Flansche sind starr am oberen Teil des Kühlmantels 68 und mittels Bolzen 60 a am Flansch 64 befestigt. Der Raum zwischen den Flanschen wird durch Beilagscheiben 70 in Vertiefungen 80, die den Gaseintrittsweg 61 umgeben, bestimmt. Um die Temperatur in dem für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Bereich zu halten, ist ein das Gehäuse 56 umgebender Kühlmantel 68, der die gleiche Gestalt wie dieses Gehäuse hat, vorgesehen.

Der Kühlmantel 68 weist, wie in F i g. 9 gezeigt, einen Einlaß 69 und einen Auslaß 71 auf, so daß Kühlmedium ein- und austreten kann. Über der Gaseinlaßleitung 61 befindet sich die Gaseinführdüse 61 a, die das von außen zugeführte Gemisch aus inertem Gas und Schwefeltrioxid aufnimmt. Wie aus F i g. 6 ersichtlich, hat der obere Teil der Gaszufuhrdüse einen größeren Querschnitt als der untere. Am Boden der Gaszufuhrdüse ist ein Flansch 30, der so ausgebildet ist, daß er mit dem Flansch 40 am oberen Ende der Flüssigkeitskammer in Eingriff kommen kann, angeordnet. Durch diese Flansche ist die Gaseinlaßdüse mittels Bolzen oder anderen Mitteln am oberen Ende der Flüssigkeitskammern befestigt.

Am unteren Ende des Gehäuses 56 ist der Trennabschnitt 72 befestigt (F i g. 5). Wie in der zuerst beschriebenen Ausführungsform ist dieser Trennabschnitt so ausgebildet, daß ein Mitreißen von Tröpfchen des flüssigen Produktes durch das verbrauchte Gas verhindert wird und das Gas sich von der organischen Flüssigkeit abtrennen kann, ohne diese zu durchsetzen. Gemäß den Fig.7 und 8 weist der Trennabschnitt ein vertikal angeordnetes Gasaustrittsrohr 73, dessen oberes Ende 74 einen breiteren Querschnitt als sein unteres Ende hat, auf. Ein Gehäuse 75 weist in seinem oberen Teil eine sich erweiternde Wand 76 auf, die sich in einen zylindrischen Bodenteil 78 erstreckt und dessen Außenwand mit ihrem unteren Ende das obere Ende des Austrittsrohres 73 umgibt. Am Boden des zylindrischen Bodenteiles 78 führt vom unteren Teil des Rohres 73 die Auslaßleitung 79, durch die das verbrauchte Gasgemisch abgeführt wird. Am Boden des zylindrischen Bodenteiles befindet sich außerdem die Abzugsleitung 81, durch die organische Verbindung abgeführt wird. Durch diese Abzugsleitung 81 kann die organische Flüssigkeit nach Wunsch kontinuierlich abgezogen werden.

Der oben beschriebene von konzentrischen Rohren gebildete Reaktor wird hauptsächlich dann verwendet, wenn sehr große Mengen an sulfonierten Produkten, beispielsweise 2 700 000 kg oder mehr, je Jahr erwünscht sind, während der schlitzförmige Reaktor für die Produktion von Mengen bis zu 1 300 000 kg je Jahr verwendet werden kann. Wenn das Verfahren der Erfindung unter den genannten Bedingungen durchgeführt wird, ist das fertige Produkt praktisch weiß, was insbesondere dann von . Wichtigkeit ist, wenn Detergentien von heller Farbe erwünscht sind. Außerdem hat das Fertigprodukt einen niedrigen ölgehalt von unter 2%, was insbesondere hinsichtlich Ausbeute und Reinheit von Bedeutung ist. Schließlich hat die Vorrichtung der Erfindung den besonderen Vorteil, daß sie keine beweglichen Teile aufweist, so daß die Gefahr des Unbrauchbarwerdens außerordentlich gering ist.
ίο Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. .

. Beispiel 1

Die bevorzugte Vorrichtungen der Erfindung mit einer Länge von etwa 6 Metern wurde verwendet. Sie bestand aus einem Beschickungs- und Reaktionsabschnitt von 1,8 m Länge und zwei weiteren Reaktionsabschnitten von je 1,8 m Länge. Die an dem Reaktionsabschnitt befestigte Trennvorrichtung war 0,6 m lang. In den Beschickungs- und Reaktorabschnitt wurde ein Gemisch von 10 kg je Stunde Schwefeltrioxyd mit 65,5 m³ je Stunde Rückfüh- /, rungsluft eingeleitet. Das Gemisch von Luft und t Schwefeltrioxyd wurde dann mit Dodecylbenzol, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 29,3 kg/h in den Reaktor eingeführt wurde, in Kontakt gebracht. Das Dodecylbenzol trat mit einer Geschwindigkeit von • etwa 18 cm/sec und unter einem Druckgefälle von etwa 0,07 kg/cm² in die Reaktionskammer ein.

Durch die Kühlmäntel wurde Wasser von etwa 14° C geführt, und die Temperatur des Gemisches von Luft und Schwefeltrioxyd betrug etwa 29,5 C. Der Luftdruck betrug 1,3 atü. Das Produkt wurde mit einer Geschwindigkeit von 39,1 kg/h vom Trennabschnitt abgezogen, und die Umwandlung, bezogen auf das Dodecylbenzol, betrug etwa 99 %. Die Analyse des neutralisierten Produktes ergab die Farbe 30, bezogen auf eine 10⁰/oige Lösung der neutralisierten Säure, und einen Gehalt von 1 % an nicht umgesetztem Material, bezogen auf 100% Aktivsubstanz.

B e i s ρ i e 1 2 ,

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurde das mit einer Geschwindigkeit von 16,2 kg/h abdampfende Schwefeltrioxyd mit 107,5 m³/h rückgeführter Luft vermischt und mit 47 kg/h Dodecylbenzol umgesetzt. Die Geschwindigkeil des durch die Schlitze in die Reaktionskammer eintretenden Dodecylbenzols betrug 33 cm/sec und der Druckunterschied etwa 0,07 kg/cm². Der Luftdruck betrug 1,27 atü. Das Kühlwasser wurde mit einer Temperatur von etwa 15° C durch die Kühlmäntel geführt, und die Temperatur des Gemisches von Luft und Schwefeltrioxyd betrug etwa 29,5° C. Eine 10%ige Lösung der neutralisierten Säure, die 0,6% nicht umgesetztes Material, bezogen auf 100% Aktivsubstanz, enthielt, zeigte die Klettfarbe 50. ,

Beispiel3

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurde das Schwefeltrioxyd mit einer Geschwindigkeit von 10 kg/h verdampft mit 66,6 m³/h Rückführungsluft vermischt und mit 29,2 kg/h Dodecylbenzol umgesetzt. Die Geschwindigkeit des durch die Schlitze in die Reaktionskammer eintretenden Dodecylbenzols betrug 18 cm/sec bei einem Druck-

unterschied von etwa 0,07 kg/cm². Der Luftdruck betrug 1,3 kg/cm². Das Kühlwasser wurde mit einer Temperatur von etwa 14° C durch den Kühlmantel geführt, und die Temperatur des Gemisches von Luft und Schwefeltrioxyd betrug etwa 29,5° C. Eine lO°/oige Lösung der neutralisierten Säure mit einem Gehalt von 0,7 % an nicht umgesetztem Material, bezogen auf 100 % Aktivsubstanz, hatte eine Klettfarbe von 50.

Beispiel 4

Im folgenden Beispiel hatte die Reaktionskammer die Form eines Rohres mit rundem Querschnitt und war etwa 5,2 m lang. Die Apparatur bestand aus einem Beschickungs- und Reaktionsabschnitt von 1,5 m Länge und zwei weiteren Reaktionsabschnitten von je 1,8 m Länge. Der Trennabschnitt am unteren Ende des Reaktors war 0,6 m lang. In dem Beschikkungs- und Reaktionsabschnitt wurde stündlich ein Gemisch von 5,3 kg Schwefeltrioxyd und 33,6 m³ Rückführungsluft eingeleitet. Das Gemisch von Luft und Schwefeltrioxyd wurde dann mit Dodecylbenzol, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 15,0 kg/h in den Reaktor eingeführt wurde, in Kontakt gebracht. Das Dodecylbenzol trat mit einer Geschwindigkeit von etwa 15,25 cm/sec und bei einem Druckgefälle von etwa 0,07 kg/cm² in die Reaktionskammer ein. Das Kühlwasser wurde mit einer Temperatur von etwa 7⁰C durch die Kühlmäntel geführt, und die Temperatur des Gemisches von Luft und Schwefeltrioxyd betrug etwa 28° C. Der Luftdruck betrug 0,67 atü. Das Produkt wurde mit einer Geschwindigkeit von 18,25 kg/h von dem Trennabschnitt abgezogen, wobei die Umwandung 99,1 %, bezogen auf das Dodecylbenzol, betrug. Eine Analyse des neutralisierten Produktes ergab die Farbe 30, bezogen auf eine 10%ige Lösung der neutralisierten Säure mit einem Gehalt von 0,9 °/o an nicht umgesetztem Material, bezogen auf 100 % Aktivsubstanz.

Beispiel 5

In diesem Beispiel wurde ein Reaktor mit einer schlitzförmigen Reaktionskammer verwendet. Die Breite des Gehäuses betrug 15 cm, seine Dicke 0,95 cm und die Gesamtlänge ausschließlich des Trennabschnittes 6,6 m. Der Reaktor bestand aus einem Beschickungs- und Reaktionsabschnitt von 0,6 m Länge und drei weiteren Reaktionsabschnitten von 1,2, 2,4 und 2,4 m Länge. Der an dem Reaktor befestigte Trennabschnitt hatte eine Länge von 0,9 m. In den Beschickungs- und Reaktorabschnitt wurde ein Gemisch von stündlich 54 kg Schwefeltrioxyd und 360 m³ Luft eingeleitet. Das Gemisch von Luft und Schwefeltrioxyd wurde dann mit Dodecylbenzol, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 160 kg/h in den Reaktor eingeleitet wurde, in Kontakt gebracht.

Das Dodecylbenzol trat mit einer Geschwindigkeit von etwa 37,5 cm/sec und unter einem Druckgefälle von etwa 0,21 kg/cm² in die Reaktionskammer ein. Das Kühlwasser wurde mit einer Temperatur von etwa 11 ° C durch den Kühlmantel geführt, und die Temperatur des Gemisches von Schwefeltrioxyd und Luft betrug etwa 32° C. Von dem Trennabschnitt wurden stündlich 215,5 kg Produkt abgezogen, und die Umwandlung, bezogen auf das Dodecylbenzol, betrug etwa 99,4 %. Die Analyse des neutralisierten Produktes ergab die Farbe 48, bezogen auf eine lO°/oige Lösung der neutralisierten Säure und einen Gehalt von 0,6 °/o an nicht umgesetztem Material, bezogen auf 100 % Aktivsubstanz.

Beispiel 6

Das Verfahren von Beispiel 5 wurde wiederholt, jedoch wurde das Schwefeltrioxyd mit einer Geschwindigkeit von 41 kg/h verdampft, mit 285 m³/h Rückführungsluft vermischt und mit 122,5 kg/h Dodecylbenzol umgesetzt. Das Dodecylbenzol trat durch die Schlitze mit einer Geschwindigkeit von 28 cm/sec und unter einem Druckgefälle von etwa 0,07 kg/cm² in die Reaktionskammer ein. Das Kühlwasser wurde mit einer Temperatur von etwa 32° C durch den Kühlmantel geführt, und die Temperatur des Gemisches von Luft und Schwefeltrioxyd betrug 43° C. Eine lO°/oige Lösung der neutralisierten Säure mit einem Gehalt von 1,0 %> an nicht umgesetztem Material, bezogen auf 100% Aktivsubstanz, besaß die Klettfarbe 48.

Beispiele für organische Verbindungen, die ebenfalls nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Erzielung praktisch der gleichen Ergebnisse umgesetzt werden können, sind: Lauryl-, Myristyl- und Cetylalkohol, Tetradecen, Hexadecen, Toluol und Äthylbenzol.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 . enthalten. Diese Verbindungen werden normaler- Patentanspruche: weise amc^ Sulfonieren. der alkylierten mononuklea-

1. Verfahren zum Sulfonieren oder Sulfatieren ren aromatischen Verbindungen, die gewöhnlich als von organischen Verbindungen durch Umsetzung »Detergenzalkylate« bezeichnet werden und zu dedieser Verbindungen, die in Form eines Flüssig- 5 nen die sogenannten Dodecylbenzole und Tridecylkeitsfilms vorliegen, mit einem Schwefeltrioxid/- benzole gehören, hergestellt.

Inertgas-Gemisch, dadurch gekenn- Es sind bereits Verfahren zur direkten Sulfonierung

zeichnet, daß man die flüssige organische von Detergenzalkylat mit Schwefeltrioxid bekannt.

Verbindung lateral in eine Reaktionszone ein- Beispielsweise ist es aus der USA.-Patentschrift

strömen läßt, so daß sich dort ein Flüssigkeitsfilm io 2 923 728 bekannt, durch ein Inertgas verdünntes

von 0,005 bis 0,076 cm Dicke ausbildet, der mit Schwefeltrioxid in einem Rohr mit kreisförmigem

einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 76 cm/ Querschnitt mit organischen Verbindungen, die mit-

sec nach unten fließt, und mit einem abwärts ge- tels eines Gases in und durch das System geblasen

führten Schwefeltrioxid/Inertgas-Gemisch in werden, umzusetzen. Dieses Verfahren ist jedoch

Kontakt bringt. 15 nicht in technischem Maßstab durchführbar, da das

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- Durchpressen der flüssigen organischen Verbindung rens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einer ver- zu große Gasmengen erfordern würde. So zeigen die tikal angeordneten .langgestreckten, kühlbaren Beispiele dieser USA.-Patentschrift, daß je Stunde Reaktionskammer mit einem Einlaß und einem nur etwa 3 kg Produkt erhalten wurden. Außerdem Auslaß, dadurch gekennzeichnet, daß die Reak- 20 wird in Spalte 2, Zeilen 4 bis 11 angegeben, daß das tionskammer (8) in ihrem oberen Teil (2) mit in dem dort beschriebenen Verfahren zur Zuführung einem Einlaß (39), der mit Mitteln (22, 23) zur des Schwefeltrioxids verwendete konzentrische Rohr Zuführung der organischen Flüssigkeit verbun- genau justiert werden muß, damit das Gemisch aus den ist, ausgestattet ist, der so ausgebildet ist, daß Schwefeltrioxid und Inertgas einen sich konisch erdie organische Flüssigkeit einen Film bildet, der 25 weiternden Strömungsweg beschreibt, derart, daß es in nicht turbulenter Strömung nach unten fließt, mit der flüssigen organischen Verbindung am Reak- und einen zweiten, mit Mitteln (37) zum Zufüh- torumfang an der Stelle des Zusammentreffens einen ren eines Gemisches von inertem Gas und Schwe- Kreis bildet. Es wird eigens hervorgehoben, daß das feltrioxid verbundenen Einlaß (18) aufweist, konzentrische Rohr nicht dezentriert werden darf, durch den das Gasgemisch nach unten in und 30 damit die Kreisform nicht zerstört und beispielsweise durch die Reaktionskammer in Kontakt mit dem eine Ellipse gebildet wird. Dazu ist natürlich beson-FiIm aus der organischen Flüssigkeit strömt, und dere Sorgfalt bei der Errichtung und Überwachung in seinem unteren Teil einen mit einer Trenn- der Vorrichtung erforderlich. Auch bleiben bei diekammer (43) verbundenen Auslaß (53) aufweist, sem Verfahren verhältnismäßig große Mengen Ausder so ausgebildet ist, daß die an den Wänden 35 gangsmaterial unsulfonisiert. So kommen gemäß Beider Reaktionskammer nach unten strömende spiel 5, das die Sulfonierung von Dodecylbenzol beFlüssigkeit und das nach unten strömende Gas trifft, auf 16,43 % sulfoniertes 0,83 % nichtsulfoniergetrennt ausgebracht werden können. tes organisches Material, d. h. auf 100 g sulfoniertes

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- mehr als 5 g nichtsulfoniertes organisches Material,
kennzeichnet, daß die Mittel (22, 23) zum Zufüh- 4° Aus der deutschen Auslegeschrift 1129 474 ist es ren der organischen Flüssigkeit aus einer Vor- bekannt, bei einer Sulfonierung die organische Verratskammer (16, 17) für die organische Flüssig- bindung als Film auf die gekühlte Innenwand eines keit und öffnungen (38) bestehen, die diese Zylinders aufzubringen und nach einer Teilsulfonie-Kammer mit einem sich lateral erstreckenden Ka- rung zu höchstens 80 ⁰Zo durch ein an mehreren Stelnal (60) verbinden, der in dem ersten Einlaß (39) 45 len zugeführtes Schwefeltrioxyd/Inertgasgemisch mitendet, tels eines umlaufenden Abstreifers abzukratzen und