DE19919807A1 - Verfahren zur Herstellung von Sulfaten - Google Patents

Abstract

Diese Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Sulfates, umfassend die Zufuhr eines Inertgases zu einer Grenzfläche zwischen einem Dünnfilmfluß einer Verbindung, die mit SO¶3¶-Gas unter Erhalt eines Sulfates reagiert, und eines SO¶3¶-Gasstromes und Kontaktieren des Dünnfilmflusses mit dem SO¶3¶-Gasstrom im Parallelfluß, zur Reaktion der Ausgangsverbindung mit dem SO¶3¶-Gas in einem Reaktionsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsverbindung an einer Innenwand des Reaktionsrohres geführt wird, so daß die Ausgangsverbindung von einem Retentionsbereich überfließen kann, bei dem die Ausgangsverbindung zurückgehalten wird. Diese Erfindung beschreibt ebenfalls eine Anlage, die für das obige Verfahren geeignet verwendet werden kann. Unter Verwendung der Anlage können Sulfate mit ausgezeichneter Farbe leicht und mit geringen Kosten hergestellt werden. Weil das SO¶3¶-Gas nicht in den Zuführbereich der Ausgangsverbindung fließt, tritt keine Färbung von verschiedenen anderen Teilen der Anlage als dem Reaktionsrohr durch das SO¶3¶-Gas auf.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sulfaten, die als oberflächenaktive Mittel nützlich sind, deren Farbe deutlich verbessert ist, wobei die Sulfate durch die Reaktion einer Verbindung, die mit SO₃-Gas reagiert, unter Erhalt eines Sulfates (nachfolgend einfach mit Ausgangsverbindung bezeichnet), und eines SO₃-Gases hergestellt sind, und eine Anlage, die für das obige Verfahren geeignet verwendet werden kann.

Bei einem Verfahren, das das Sulfatieren einer Ausgangsverbindung mit SO₃-Gas umfaßt, wurde für den stabilen Erhalt eines Sulfates mit hoher Qualität ein Verfahren untersucht, das das Zuführen eines Inertgases zu einer Grenzfläche zwischen SO₃-Gas und einer Ausgangsverbindung und die Reaktion des SO₃-Gases mit der Ausgangsverbindung umfaßt. Ein Beispiel umfaßt eine Anlage zur Herstellung eines Sulfates, das in dem US-Patent 3 931 273 (1976) offenbart ist.

Weil jedoch bei dieser Anlage die Ausgangsverbindung von einem Zuführrohr für eine Ausgangsverbindung, die an einer oberen Seite eines Reaktionsrohres angeordnet ist, direkt in das Reaktionsrohr injiziert wird, gibt es den Nachteil, daß die Flüssigkeit, die in der Zuführlinie der Ausgangsverbindung verbleibt, unerwünscht in das Innere des Reaktionsrohres fliegt, wodurch die Innenwand des Reaktionsrohres gefärbt wird. Weil diese Ausgangsverbindung überfließt, fließt das SO₃-Gas, das in dem Reaktionsrohr verbleibt, in die Zuführlinie, so daß ein Venturi-Rohr oder dgl., das in der Zuführlinie angeordnet ist, gefärbt werden kann.

Ein konventionell verwendetes Schlitzverfahren ist bis zu einem gewissen Grad wirksam, weil ein Schlitz als Öffnung dient, die im wesentlichen die Flüssigkeit verteilt und gleichzeitig für die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes wirksam ist. Nach der Beendigung der Reaktion fließt jedoch, wenn das Zuführen der Ausgangsmaterialien gestoppt wird, das flüssige Ausgangsmaterial unerwünscht aus dem Schlitz heraus, so daß der Schlitz durch das SO₃-Gas, das in dem inneren Bereich des Reaktionsrohres verbleibt, gefärbt wird, wodurch es sehr wahrscheinlich wird, daß die Verteilung von Flüssigkeiten nicht vorteilhaft durchgeführt werden kann.

Bei der Anlage zur Herstellung des Sulfates, die oben beschrieben ist, gibt es zusätzlich solche Nachteile, daß dann, wenn der Zwischenraum eines Teils, in dem das flüssige Ausgangsmaterial einen Flüssigfilm bildet, nicht gleichmäßig ist, ein Flüssigfilm mit einer Dicke, die in Umgebungsrichtung gleichmäßig ist, nicht gebildet werden kann, so daß dessen Qualität beeinträchtigt werden kann, und daß es äußerst schwierig ist, bei der Herstellung der Anlage den Zwischenraum gleichmäßig einzustellen.

Zusätzlich ist die Sulfatierung durch das SO₃-Gas eine exotherme Reaktion, und das Reaktionsprodukt ist viskos, wodurch es keine Fließfähigkeit aufweist. Daher gibt solche Mängel, daß das Reaktionsprodukt sehr leicht mit dem SO₃-Gas reagiert, was wiederum zur Färbung des Reaktionsproduktes, Verschmorungskontaminierung des Reaktionsproduktes und dgl. führt. Für verschiedene kommerzielle Zwecke können diese Produkte mit schlechter Farbe deren kommerziellen Wert in einigen Fällen erniedrigen. Daher wurden konventionell verschiedene Verfahren zur Behandlung der verschlechterten Farbe vorgeschlagen.

Die japanische geprüfte Patentveröffentlichung 49-48409 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Sulfates mit geringer Färbung und Nebenprodukten unter Verwendung einer Dünnfilm-Sulfonieranlage, umfassend die Durchführung einer Sulfonierungsreaktion durch Einführen von Luft oder eines Inertgases als Kühlgas an eine Grenzfläche zwischen einem dünnen Filmfluß aus der Reaktionsflüssigkeit und einem SO₃-Gasstrom in einer 2- bis 5-fachen Menge des SO₃-Gases und bei im wesentlichen der gleichen Gasphasengeschwindigkeit wie dem SO₃-Gasstrom, während eine gegebene Reaktionstemperatur beibehalten wird. Bei diesem Verfahren ist jedoch, weil in Inertgas zum Kühlen zugeführt wird, eine große Menge an Inertgas erforderlich, so daß es nötig ist, ein solches Mittel für die Zirkulierung und Wiederverwendung des Abgases vorzusehen, wie in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung 53-41130 erläutert, das eine später angemeldete Patentanmeldung durch den gleichen Anmelder ist, wodurch solche Nachteile wie eine große Anlagenbeladung auftreten. Zusätzlich ist eine weitere Verbesserung erforderlich, obwohl die Farbe der resultierenden Sulfate, die unter Anwendung eines solchen Sulfatierungs- Reaktionsverfahrens erhalten werden, in einem gewissen Ausmaß verbessert wird.

Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Sulfates, umfassend die effiziente Reaktion der Ausgangsverbindung mit dem SO₃-Gas in dem Reaktionsrohr mit guter Durchführbarkeit und ohne daß verschiedene andere Teile der Anlage als dem Reaktionsrohr gefärbt werden, unter Erhalt eines Sulfates mit deutlich verbesserter Farbe und mit niedrigen Kosten, und eine Anlage, die für ein solches Verfahren verwendet wird, anzugeben.

Diese und andere Ziele der Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird eine Anlage zur Herstellung eines Sulfates angegeben, umfassend:
ein Reaktionsrohr zum Kontaktieren eines Dünnfilmflusses aus einer Verbindung, die mit SO₃-Gas reagiert, unter Erhalt eines Sulfates (nachfolgend mit "Ausgangsverbindung" bezeichnet) mit einem SO₃-Gasstrom in einem Parallelfluß;
einen Zuführbereich einer Ausgangsverbindung zum Zuführen der Ausgangsverbindung zu einer Innenwand des Reaktionsrohres;
einen Zuführbereich von SO₃-Gas zum Zuführen von SO₃-Gas in das Reaktionsrohr; und
einen Zuführbereich für ein Inertgas zum Zuführen eines Inertgases zu einer Grenzfläche zwischen dem Dünnfilmfluß und dem SO₃-Gasstrom,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführbereich für die Ausgangsverbindung eine Überfließstruktur hat, die zum Zuführen der Ausgangsverbindung zu der Innenwand des Reaktionsrohres durch überfließen davon geeignet ist.

Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sulfates angegeben, umfassend das Zuführen eines Inertgases zu einer Grenzfläche zwischen einem Dünnfilmfluß aus einer Ausgangsverbindung und einem SO₃-Gasstrom, und Kontaktieren des Dünnfilmflusses mit dem SO₃-Gasstrom in paralleler Richtung, zur Reaktion der Ausgangsverbindung mit SO₃-Gas in einem Reaktionsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsverbindung zu einer Innenwand des Reaktionsrohres geführt wird, so daß die Ausgangsverbindung von einem Retentionsbereich, bei dem die Ausgangsverbindung zurückgehalten wird, überfließen kann.

In dieser Erfindung bedeutet Sulfat" nicht nur Schwefelsäureester, sondern ebenfalls Sulfonate.

Diese Erfindung wird nachfolgend detaillierter aufgrund der Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen gegeben, die zum Zwecke der Erläuterung angegeben sind.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Hauptbereiches eines Reaktors einer Anlage zur Herstellung eines Sulfates zeigt, die erfindungsgemäß verwendbar ist;

Fig. 2 ist eine schematische Oberansicht eines horizontalen Querschnittes einer Anlage zur Herstellung eines Sulfates, die entlang der Linie X-X des Hauptbereiches eines Reaktors gemäß Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Herstellung eines Sulfates zeigt, die erfindungsgemäß verwendbar ist;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Hauptbereiches eines Reaktors einer Anlage mit vielen Rohren zur Herstellung eines Sulfates zeigt, die gemäß dieser Erfindung anwendbar ist;

Fig. 5 ist eine schematische und perspektivische Oberansicht eines horizontalen Querschnittes einer Gesamtanlage zur Herstellung eines Sulfates, die entlang der Linie Y-Y des Hauptbereiches des gemäß Fig. 4 gezeigten Reaktors dargestellt ist; und

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Vielrohranlage eines Sulfates zeigt.

Die Referenzzeichen in den Fig. 1 bis 6 haben die folgenden Bedeutungen:
1 ist ein Hauptbereich eines Reaktors, 2 ein Reaktionsrohr, 3 ein Retentionsbereich, 4 eine Zuführpassage einer Ausgangsverbindung, 5 ein Zuführbereich für eine Ausgangsverbindung, 6 eine Überflußposition, 7 ein Zuführbereich eines SO₃-Gases, 8 ein Zuführbereich eines Inertgases und 9 eine Anlage zur Herstellung eines Sulfates.

Erfindungsgemäß kann ein Flüssigfilm aus der Ausgangsverbindung mit gleichmäßiger Dicke gebildet werden, indem ermöglicht wird, daß die Ausgangsverbindung vom Retentionsbereich zu einer Innenwand eines Reaktionsrohres überfließt. Als Ergebnis kann ein Sulfat mit ausgezeichneter Farbe erhalten werden.

Hierin umfaßt die Ausgangsverbindung Alkylarylkohlenwasserstoffe, olefinische Kohlenwasserstoffe, Fettalkohole, Alkylphenole, Ethoxylate davon und andere organische Verbindungen, die ein Sulfat bilden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Herstellung von Polyoxyethylenalkylethersulfaten nützlich, die mit einer allgemein bekannten basischen Verbindung wie einem Alkalimetallhydroxid, Amin oder einem Alkanolamin neutralisiert werden können, zur Herstellung einer nützlichen Tensid-Verbindung.

Das SO₃-Gas ist im allgemeinen mit Luft, Stickstoff oder anderen Gasen, die für das SO₃-Gas nicht reaktiv sind, bis zu einer geeigneten Konzentration verdünnt. In diesem Fall ist es bevorzugt, daß die Konzentration des SO₃-Gases im allgemeinen von 1,0 Vol.-% oder mehr bis 10 Vol.-% oder weniger liegt.

Das Inertgas, das zu einer Grenzfläche zwischen dem Dünnfilmfluß einer Ausgangsverbindung und einem SO₃-Gasstrom geführt werden soll, kann Luft, entfeuchtete trockene Luft, Stickstoff oder dgl. sein, wobei dieses sowohl mit dem SO₃-Gas als auch der Ausgangsverbindung nicht reaktiv ist. Im Hinblick auf die Kosten ist Luft bevorzugt, und zur Verminderung der Nebenprodukte wie Natriumsulfat ist die entfeuchtete, trockene Luft mehr bevorzugt. Zusätzlich treten keine Probleme auf, wenn ein Teil des Inertgases, das für die Verdünnung des SO₃-Gases verwendet wird, als Inertgas zum Zuführen verwendet wird.

Wenn die Sulfatierung der Ausgangsverbindung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird, kann eine Anlage verwendet werden wie sie z. B. in Fig. 1 bis 6 gezeigt ist.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein bevorzugtes Merkmal einer Anlage in der Nähe eines oberen Bereiches eines Reaktionsrohres 2 (nachfolgend als Hauptbereich 1 eines Reaktors bezeichnet) einer Anlage zur Herstellung eines Sulfates zeigt, worin eine Ausgangsverbindung, ein Inertgas und SO₃-Gas zugeführt und die Ausgangsmaterialien miteinander in Kontakt und zur Reaktion gebracht werden.

Das Reaktionsrohr 2 ist vorgesehen, um eine Reaktionszone zu bilden, indem das Inertgas zugeführt und das SO₃-Gas mit der Ausgangsverbindung reagiert wird, wodurch eine Reaktion zwischen den beiden Teilen, dem SO₃-Gas und der Ausgangsverbindung, in dem Reaktionsrohr 2 stattfindet, indem ein Dünnfilmfluß der Ausgangsverbindung mit einem SO₃-Gasstrom im Parallelfluß in Kontakt gebracht wird. Im Hinblick auf die Form des Reaktionsrohres 2 gibt es keine Beschränkungen, so lange die Reaktionszone gebildet werden kann. Das Reaktionsrohr 2 kann so konstruiert sein, daß die Ausgangsverbindung abwärts entlang der Innenwand des Reaktionsrohres 2 fließen kann, wodurch ein Dünnfilm aus der Ausgangsverbindung gebildet wird, und daß das SO₃-Gas und das Inertgas so geführt werden, daß das Inertgas zu der Grenzfläche zwischen dem dünnen Film aus der Ausgangsverbindung und dem SO₃-Gasstrom fließt. Z.B. ist ein Rohr für die Leichtigkeit der Produktion und der Verfügbarkeit der Materialien bevorzugt. Die Form eines vertikalen Querschnittes entlang der Achse des Rohres umfaßt z. B. polygonale wie dreieckige und viereckige, ovale oder kreisförmige Formen. Unter diesen Formen ist der kreisförmige Querschnitt bevorzugt.

Zusätzlich sind die Dimensionen des Reaktionsrohres 2 wie folgt. Wenn das Reaktionsrohr 2 die Form eines Rohres hat, ist es im Hinblick auf die Verhinderung von Druckverlust und die Steuerung des Energieverlustes bevorzugt, daß der Innendurchmesser des Rohres 8 mm oder mehr, bevorzugt 12 mm oder mehr ist, und daß der Innendurchmesser im Hinblick auf die Verkürzung der Rohrlänge, die zur Vollendung der Reaktion und zur Minimierung der Anlagekosten notwendig ist, 80 mm oder weniger, bevorzugt 40 mm oder weniger ist. Zusätzlich ist es in diesem Fall im Hinblick auf die Beschleunigung der Reaktion, Verminderung der Mengen an Ausgangsmaterialien, die nicht reagiert verbleiben, und das effiziente Entfernen von Reaktionswärme erwünscht, daß die Länge des Rohres 1 m oder mehr, bevorzugt 2 m oder mehr ist und daß im Hinblick auf die Verminderung der Anlagenbeladungen durch Verminderung des Druckverlustes und Verminderung der Anlagekosten die Länge 15 m oder weniger, bevorzugt 10 m oder weniger ist.

Im Hinblick auf das Material für das Reaktionsrohr 2 gibt es keine Beschränkungen, und Beispiele davon umfassen rostfreien Stahl, Titan und andere Legierungen, Fluorgummis, Glas und dgl.

Ebenso gibt es im Hinblick auf die Anordnung des Reaktionsrohres 2 keine Beschränkungen, so lange die Ausgangsverbindung entlang der Innenwand des Reaktionsrohres 2 abwärts fließen kann. Es ist z. B. bevorzugt, daß das Reaktionsrohr 2 an einem rechten Winkel zu der horizontalen Ebene angeordnet ist.

Im Hinblick auf das graduelle Diffundieren der Stromlinie des SO₃-Gases ohne Störung des Inertgasstromes ist es bevorzugt, daß der oberste Teil des Reaktionsrohres 2 an der Innenseite davon wie in Fig. 1 gezeigt, kegelförmig ist, so daß die Stromlinie entlang der Richtung des SO₃-Gasstromes diffundiert.

In dem Bereich in der Nähe des oberen Bereiches des Reaktionsrohres 2 kann in einem Zuführbereich 5 der Ausgangsverbindung eine Überflußstruktur vorgesehen sein, die in der Lage ist, daß die Ausgangsverbindung überfließt, wodurch die Ausgangsverbindung an der Innenwand des Reaktionsrohres 2 geführt wird.

Durch Vorsehen der Überflußstruktur kann verhindert werden, daß die Ausgangsverbindung aus dem Zuführbereich 5 einer Ausgangsverbindung fließt, wenn das Zuführen der Ausgangsverbindung gestoppt wird, und gleichzeitig kann verhindert werden, daß der Zuführbereich 5 einer Ausgangsverbindung durch das SO₃-Gas gefärbt wird.

In diesem Fall ist es im Hinblick auf die Leichtigkeit der Erzeugung der Anlage mehr bevorzugt, daß der Zuführbereich 5 einer Ausgangsverbindung einen Retentionsbereich 3 einer Ausgangsverbindung und eine Zuführpassage 4 für eine Ausgangsverbindung, die mit dem Retentionsbereich 3 verbunden ist, umfaßt und daß weiterhin eine Überflußstruktur vorgesehen ist, die die Ausgangsverbindung an der Innenwand des Reaktionsrohres 2 durch einen Überfluß führen kann.

Die Überflußstruktur kann so konstruiert sein, daß die Ausgangsverbindung überfließen kann. Ein konkretes Beispiel umfaßt, wie in Fig. 1 gezeigt ist, einen Zuführbereich 5 für eine Ausgangsverbindung, umfassend einen Retentionsbereich 3 für eine Ausgangsverbindung und eine Zuführpassage 4 für eine Ausgangsverbindung, die mit dem Retentionsbereich 3 verbunden ist. In diesem Fall kann die Ausgangsverbindung von der oberen Seite (Überflußposition 6) des Retentionsbereiches 3 über fließen.

Um das überfließen der Ausgangsverbindung zu ermöglichen ist es zusätzlich bevorzugt, daß die Überflußposition 6 bei der gleichen Höhe wie die Zuführpassage 4 einer Ausgangsverbindung oder an einer höheren Position davon angeordnet ist. Wenn die Überflußposition 6 an einer höheren Position als die Zuführpassage 4 einer Ausgangsverbindung angeordnet ist, ist ein Höhenunterschied zwischen der Überflußposition 6 und der Zuführpassage 4 einer Ausgangsverbindung bevorzugt 20 cm oder weniger, mehr bevorzugt 5 cm oder weniger.

Der Zuführbereich 5 einer Ausgangsverbindung ist vorgesehen, um die Ausgangsverbindung an der Innenwand des Reaktionsrohres 2 zu führen. Der Zuführbereich 5 ist im Hinblick auf die Form, Größe und dgl. nicht besonders beschränkt, so lange ein flüssiger Film aus der Ausgangsverbindung mit gleichmäßiger Dicke an der Innenwand des Reaktionsrohres 2 gebildet werden kann, während die Ausgangsverbindung an der Innenwand des Reaktionsrohres 2 überfließen kann. Wenn das Reaktionsrohr 2 ein Rohr ist, bei dem der Querschnitt, der senkrecht zur Axialrichtung des Rohres genommen wird, eine kreisförmige Form hat, hat der Retentionsbereich 3 bevorzugt eine ringförmige Struktur.

Wenn der Retentionsbereich 3 eine ringförmige Struktur hat, gibt es keine Beschränkungen im Hinblick auf den Zwischenraum, der den Retentionsbereich 3 ausmacht. Es ist wünschenswert, daß der Zwischenraum 0,5 mm oder mehr, bevorzugt 1 mm oder mehr ist, im Hinblick auf die Verhinderung des Blockierens des Zwischenraumes beispielsweise durch feine Stäube, Metallchips oder dgl., und daß im Hinblick auf die Kompaktheit einer Anlage der Zwischenraum 8 mm oder weniger, bevorzugt 5 mm oder weniger ist. Wie oben beschrieben kann der Freiheitsgrad zum Einstellen des Zwischenraumes verhältnismäßig groß sein.

Der Zuführbereich 7 für das SO₃-Gas ist vorgesehen, um das SO₃-Gas zur Reaktionszone des Reaktionsrohres 2 zu führen. Im Hinblick auf die Form oder Dimensionen davon gibt es keine Beschränkungen, so lange das SO₃-Gas in das Reaktionsrohr 2 geführt werden kann. Konkret ist es bevorzugt, daß der Zuführbereich 7 für das SO₃-Gas in dem Reaktionsrohr 2 wie in Fig. 1 gezeigt angeordnet ist, so daß die Axialrichtung des Rohres, das den Zuführbereich 7 für das SO₃-Gas ausmacht, mit der Axialrichtung des Reaktionsrohres 2 übereinstimmt. Es ist mehr bevorzugt, daß er so konstruiert ist, daß das Zentrum der Achsen des Zuführbereiches 7 für das SO₃-Gas und für das Reaktionsrohr 2 zusammenfällt.

Der Zuführbereich 8 für ein Inertgas ist vorgesehen, um das Inertgas zu der Grenzfläche zwischen dem SO₃-Gasstrom und dem dünnen Filmfluß aus der Ausgangsverbindung zu führen. Es gibt keine Beschränkungen im Hinblick auf die Form und Dimensionen davon, so lange das Inertgas in das Reaktionsrohr 2 geführt werden kann. Konkret ist es bevorzugt, daß der Zuführbereich 8 wie in Fig. 1 gezeigt konstruiert ist, so daß die Außenrohre so vorgesehen sind, daß sie das Rohr umgeben, das den Zuführbereich 7 für das SO₃-Gas ausmacht.

Übrigens ist Fig. 2 eine schematische obere Ansicht eines horizontalen Schnittbereiches einer Anlage zur Herstellung eines Sulfates, die entlang der X-X-Linie des Hauptbereiches 1 eines Reaktors genommen ist. Zusätzlich ist Fig. 3 eine schematische Gesamtansicht eines bevorzugten Merkmals einer Anlage gemäß dieser Erfindung.

Ein konkretes Beispiel einer Anlage 9 zur Herstellung eines Sulfates, bei dem die Ausgangsverbindung von oben nach unten an der Innenwand des Reaktionsrohres 2 herabfließt, umfaßt einen Hauptbereich 1 eines Reaktors, der in Fig. 1 gezeigt ist, der an einem oberen Bereich des Reaktionsrohres 2 angeordnet ist, eine Zuführöffnung 10 für eine Ausgangsverbindung, eine Zuführöffnung 11 für ein Inertgas und eine Zuführöffnung 12 für ein SO₃-Gas. Weiterhin hat das Reaktionsrohr 2, das sich abwärts erstreckt, eine Struktur (Kühlvorrichtung 13), die zum Kühlen des Reaktionsrohres 2 durch externe Mittel fähig ist, und eine Gas-Flüssig- Trennanlage (Zyklon) 14, die am Ende des Reaktionsrohres 2 angeordnet ist, wobei die Gas-Flüssig-Trennanlage zum Trennen des Sulfates und eines Abgases dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Anlage 2 Kühlvorrichtungen 13. Die Kühlvorrichtung kann jedoch so konstruiert sein, daß sie eine einzelne Kühlvorrichtung oder drei oder mehr Kühlvorrichtungen hat, und zwar in Abhängigkeit von der Qualität des herzustellenden Sulfates.

Wenn diese Erfindung in industriellem Maße durchgeführt wird, ist es bevorzugt, eine Vielrohranlage zu verwenden, worin eine Vielzahl von Reaktionsrohren kombiniert sind. Bevorzugte Beispiele einer solchen Anlage sind in den Fig. 4 bis 6 gezeigt.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Bereiches in der Nähe des oberen Bereiches des Reaktionsrohres 2 (Hauptbereich 15 eines Reaktors) der Vielrohranlage, der dem Hauptbereich 1 eines gemäß Fig. 1 gezeigten Reaktors entspricht.

Der Hauptbereich 15 eines Reaktors umfaßt Öffnungen 16, die in dem Zuführbereich 5 einer Ausgangsverbindung angeordnet sind, um die Ausgangsverbindung in jedes Reaktionsrohr 2 gleichmäßig zu verteilen. Konkret ist es bevorzugt, daß eine oder mehrere Öffnungen 16 in der Zuführpassage 4 für eine Ausgangsverbindung in Serie angeordnet sind.

Eine solche Konstruktion ist sehr bevorzugt, weil die Öffnungen 16, die die Flüssigkeitsverteilung steuern, durch das SO₃-Gas nicht gefärbt werden, weil die Entladung der Ausgangsverbindung an der Überflußposition 6 stoppt, selbst wenn die Zufuhr der Ausgangsverbindung gestoppt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Öffnungen 16, die in zwei Stufen angeordnet sind, in zwei Linien angeordnet, denn es sind jeweils 4 Öffnungen 16 in jedem Reaktionsrohr vorgesehen. Durch diesen Aufbau kann es möglich sein, die zulässige Toleranz der Öffnungsdurchmesser der Öffnungen 16 durch die Verwendung der vier Öffnungen 16 auszuschalten und die Fließrate der Ausgangsverbindung, die zu den Reaktionsrohren 2 geführt wird, gleichmäßiger zu verteilen, wodurch ein gleichmäßiger Überfluß erzielt wird. Wenn die Ausgangsverbindung in den Linienbereich der Reaktionsrohre 2 geführt wird, kann als Ergebnis ein Flüssigfilm mit gleichmäßiger Dicke an der Innenwand des Reaktionsrohres 2 gebildet werden, wodurch es möglich wird, ein Sulfat mit hoher Qualität herzustellen.

Wenn eine Farbe des Reaktionsproduktes nicht als wichtig angesehen wird, kann nur eine Öffnung 16 verwendet werden. Wenn die Farbe jedoch als wichtig angesehen wird, ist es bevorzugt, die Anzahl der Öffnungsstufen von der zweistufigen zur 3- oder 4-stufigen zu erhöhen, und zwar im Hinblick auf die Verbesserung der Verteilungsgenauigkeit der Ausgangsverbindung in jedes Reaktionsrohr. Die Anzahl der Öffnungslinien kann ebenfalls von der 2-Linie zur 3- oder 4-Linie in Abhängigkeit von Fließrate der Ausgangsverbindung in jedem Reaktionsrohr erhöht werden. Zusätzlich kann der Öffnungsdurchmesser und die Länge der Öffnung 16 frei entsprechend solchen Faktoren wie Fließrate der Ausgangsverbindung in jedem Reaktionsrohr, Viskosität und Temperatur ausgewählt werden.

Um zu verhindern, daß die Ausgangsverbindung durch einen anderen Weg als durch die Öffnung 16 geführt wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist es bevorzugt, daß O-Ringe 17 zum Abdichten der Flüssigkeit der Ausgangsverbindung an der oberen und unteren Seite der Öffnung 16 vorgesehen sind und daß ein Filter 18 dem O-Ring zur Verhinderung des Verstopfens der Öffnung 16 angeordnet ist.

In dem Hauptbereich 15 eines Reaktors, der in Fig. 4 gezeigt ist, fließt die Ausgangsverbindung, die durch die Öffnung 16 geleitet ist, durch die Zuführpassage 4 für eine Ausgangsverbindung, die in dem unteren Bereich der Öffnung 16 vorgesehen ist, und wird zu dem Reaktionsrohr 2 geführt, während der Retentionsbereich 3 gefüllt wird und sie von der Überflußposition 6 gleichmäßig überfließt. Als Ergebnis kann das Sulfat mit einer besseren Farbe hergestellt werden, weil die Ausgangsverbindung in den Innenbereich des Reaktionsrohres 2 geführt wird, während ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm gebildet wird.

Fig. 5 ist eine schematische obere perspektivische Ansicht eines horizontalen Schnittbereiches einer gesamten Vielrohranlage, die entlang der Linie Y-Y des Hauptbereiches 15 eines Reaktors gemäß Fig. 4 genommen ist. Obwohl die Vielrohranlage 48 Reaktionsrohre umfaßt, die im Umfang von 3 konzentrischen Kreisen angeordnet sind, kann die Anzahl der Reaktionsrohre 2 entsprechend der Produktionskapazität der Anlage bestimmt werden. Die Reaktionsrohre 2 können so angeordnet sein, daß eine Anlage leicht hergestellt werden kann, und zwar nicht notwendig im Umfang der konzentrischen Anordnungen. Übrigens tritt die Ausgangsverbindung von einer Zuführöffnung 10 für eine Ausgangsverbindung ein und wird in eine Kammer für eine Ausgangsverbindung (in der Figur nicht gezeigt; in der Fig. 5 ist die Kammer ein planarer Bereich, der oberhalb der Vielrohranlage 19 angeordnet ist) von einer Zuführöffnung 20 für eine Ausgangsverbindung, die mit der Vielrohranlage 19 verbunden ist, geführt, während sie um die Vielrohranlage 19 zirkuliert. Zu dieser Zeit wird nicht die gesamte Menge der Ausgangsverbindung in die Kammer für die Ausgangsverbindung geführt, wobei eine verbleibende Ausgangsverbindung von einer Ablaßöffnung für eine Ausgangsverbindung abgelassen wird.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vielrohranlage 23 gemäß dieser Erfindung, umfassend einen Zuführbereich 24 für eine Ausgangsverbindung, der den gleichen Aufbau wie der Hauptbereich 15 eines Reaktors gemäß Fig. 4 aufweist.

Eine Kühlvorrichtung 13 ist in der äußeren Umgebung eines unteren Bereiches des Reaktionsrohres 2 vorgesehen, worin die Kühlvorrichtung 13 einen Kühlwassereinlaß 25, einen Kühlbereich 26 und einen Kühlwasserauslaß 27 umfaßt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, während die Kühlvorrichtungen 13 in zwei Zonen (obere und untere Zone) vorgesehen sind, die Anzahl der Kühlvorrichtungen nicht absolut bestimmt werden, weil sie von den Reaktionsbedingungen, Schmelzpunkten der herzustellenden Sulfate und anderen Faktoren abhängt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Reaktionsrohre 2 so designiert, daß sie eine Doppelrohrstruktur (ummantelte Struktur) aufweisen, um jedes Reaktionsrohr 2 effizient zu kühlen. Im Hinblick auf die Struktur der Kühlvorrichtung gibt es keine Beschränkungen, und eine Hüllen-Rohr-Kühlvorrichtung kann verwendet werden, wenn das Sulfat-Produkt für die Reaktionstemperatur nicht empfindlich ist. Bei einer Hüllen- Rohr-Kühlvorrichtung ist es übrigens nicht notwendig, die Dreischichtstruktur von F2 (Kühlwasserauslaß 27), F3 (Kühlbereich 26) und F4 (Kühlwassereinlaß 25) wie in Fig. 6 gezeigt, anzuwenden.

Bei der Vielrohranlage 23 wird die Ausgangsverbindung von einer Zuführöffnung 10 einer Ausgangsverbindung geführt, fließt durch eine Kammer 21 für eine Ausgangsverbindung und einen Zuführbereich 24 für eine Ausgangsverbindung und wird in die Reaktionsrohre 2 geführt. Das SO₃-Gas wird von einer Zuführöffnung 12 für SO₃-Gas, die an der oberen Seite der Vielrohranlage 23 angeordnet ist, in eine Kammer 28 für SO₃-Gas und dann in jeden Zuführbereich 7 für SO₃-Gas geführt.

Das Inertgas wird von einer Zuführöffnung 11 für ein Inertgas in eine Kammer 29 für Inertgas und dann in jeden Zuführbereich 8 eines Inertgases geführt.

Die Ausgangsverbindung, das SO₃-Gas und das Inertgas, die wie oben beschrieben zugeführt sind, werden reagiert, und das Reaktionsprodukt, das Sulfat, und ein Abgas werden von jedem Reaktionsrohr 2 in einer Reaktionsproduktkammer 30, die an einem Boden der Anlage angeordnet ist, gesammelt und durch eine Ablaßöffnung 34 abgelassen.

Eine Zuführöffnung 31, die Warmwasser oder Dampf zuführen kann, und eine Ablaßöffnung 32 zum Ablassen von Warmwasser, Drainagewasser und ausgelaufenen Kühlwasser von der Kühlvorrichtung 13 sind in einem Raum (F1) zwischen einem Flansch (in der Figur nicht dargestellt), der an dem Hauptbereich eines Reaktors angeordnet ist, und einem Flansch (in der Figur nicht gezeigt), der an einer oberen Stelle der Kühlvorrichtung 13 angeordnet ist, angeordnet. Diese Zuführöffnung 31 und Ablaßöffnung 32 dienen zum Vorwärmen des Hauptbereiches eines Reaktors oder zum Ablassen von Auslaufwasser.

Ebenso ist eine Ablaßöffnung 33 zum Ablassen des Kühlwassers, das von der Kühlvorrichtung 13 ausgelaufen ist, in einem Raum (F8) zwischen einem Flansch (in der Figur nicht gezeigt), der an einem Boden der Kühlvorrichtung 13 angeordnet ist, und der Reaktionsproduktkammer 30 angeordnet. Diese Ablaßöffnung 33 dient zum Ablassen von Auslaufwasser.

In dieser Erfindung ist es, wenn die Anlage zur Herstellung des Sulfates, wie in den Fig. 1 bis 6 gezeigt, verwendet wird, obwohl die Fließrate der Ausgangsverbindung sich in Abhängigkeit vom Innendurchmesser der Reaktionsrohre und des Molekulargewichts der Ausgangsverbindung unterscheidet, erwünscht, daß die Massenflußrate pro benetztem Umfang 50 kg/m.h oder mehr, bevorzugt 100 kg/m.h oder mehr im Hinblick auf die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes mit einer gleichmäßigen Dicke an der Innenwand des Reaktionsrohres ist und daß die Massenflußrate pro benetztem Umfang 800 kg/m.h oder weniger, bevorzugt 600 kg/m.H oder weniger ist im Hinblick auf die ausreichende Entfernung von Reaktionswärme und die Verhinderung einer übermäßigen Reaktion, die durch schlechtes Mischen in dem Flüssigkeitsfilm verursacht wird, unter Erhalt eines Produktes mit hoher Qualität mit ausgezeichneter Farbe (z. B. ist es erwünscht, daß die Massenflußrate pro benetztem Umfang 50 bis 800 kg/m.h, bevorzugt 100 bis 600 kg/m.h ist). Wenn ein Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 20 mm oder weniger wie z. B. 14 mm verwendet wird, ist es erwünscht, daß die Massenflußrate der Ausgangsverbindung 2,2 kg/h oder mehr, bevorzugt 4,4 kg/h oder mehr ist und daß die Massenflußrate 35 kg/h oder weniger, bevorzugt 26 kg/h oder weniger ist (z. B. ist es erwünscht, daß die Massenflußrate 2,2 bis 35 kg/h, bevorzugt 4,4 bis 26 kg/h ist). Wenn ein Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von mehr als 20 mm verwendet wird, wie z. B. 28 mm, ist es erwünscht, daß die Massenflußrate der Ausgangsverbindung 4,4 kg/h oder mehr, bevorzugt 8,8 kg/h oder mehr ist und daß die Massenflußrate 70 kg/h oder weniger, bevorzugt 53 kg/h oder weniger ist (z. B. ist es erwünscht, daß die Massenflußrate von 4,4 bis 70 kg/h, bevorzugt von 8,8 bis 53 kg/h ist). Übrigens wird die Massenflußrate pro benetztem Umfang als Massenflußrate der Ausgangsverbindung pro Längeneinheit eines Umfangs des Reaktionsrohres ausgedrückt, was wie folgt berechnet werden kann.

Die Temperatur der Ausgangsverbindung kann eine Temperatur eines Schmelzpunktes oder eines Trübungspunktes oder mehr sein. Im Hinblick auf einen stabilen Vorgang ist es erwünscht, daß die Temperatur der Ausgangsverbindung auf eine gegebene Temperatur durch ein allgemein bekanntes Mittel vor der Zufuhr der Ausgangsverbindung zu der Anlage eingestellt wird.

Die Menge des SO₃-Gases wird als molares Verhältnis des SO₃-Gases zu der Ausgangsverbindung definiert. Wenn z. B. das resultierende Produkt ein Polyoxyethylenalkylether ist, ist es erwünscht, daß die Menge des SO₃-Gases so eingestellt wird, daß das molare Verhältnis des SO₃-Gases zu der Ausgangsverbindung 0,95 oder mehr und 1,3 oder weniger ist.

Zusätzlich unterscheidet sich die Fließrate des SO₃-Gases alleine zu dieser Zeit in Abhängigkeit von dem Innendurchmesser des Reaktionsrohres. Wenn ein Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 20 mm oder weniger wie z. B. 14 mm verwendet wird, ist es erwünscht, daß die Flußrate des SO₃-Gases 1,8 × 10^-3 Nm³/s oder mehr, bevorzugt 2,7 × 10^-3 Nm³/s oder mehr im Hinblick auf die vorteilhafte Durchführung der Reaktion ist und daß die Flußrate 9,5 × 10^-3 Nm³/s oder weniger, bevorzugt 8,0 × 10^-3 Nm³/s oder weniger im Hinblick auf die Verminderung des Druckverlustes ist, wodurch die Anlagekosten vermindert werden (z. B. ist es erwünscht, daß die Fließrate des SO₃-Gases von 1,8 × 10^-3 bis 9,5 × 10^-3 Nm³/s, bevorzugt 2,7 × 10^-3 bis 8,0 × 10^-3 Nm³/s ist). Zusätzlich ist es erwünscht, wenn ein Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von mehr als 20 mm wie z. B. 28 mm verwendet wird, daß die Fließrate des SO₃-Gases 11 × 10^-3 Nm³/s oder mehr, bevorzugt 15 × 10^-3 Nm³/s oder mehr ist, und daß die Fließrate 57 × 10^-3 Nm³/s oder weniger, bevorzugt 48 × 10^-3 Nm³/s oder weniger ist (z. B. ist es erwünscht, daß die Fließrate des SO₃-Gases von 11 × 10^-3 bis 57 × 10^-3 Nm³/s, bevorzugt von 15 × 10^-3 bis 48 × 10^-3 Nm³/s ist).

Es ist z. B. erwünscht, daß die Gasphasengeschwindigkeit des SO₃-Gases 30 Nm/s oder mehr, bevorzugt 40 Nm/s oder mehr im Hinblick auf die Bildung eines ringförmigen Flusses während der Reaktion ist, unter Erhalt eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes der Ausgangsverbindung, und daß die Gasphasengeschwindigkeit 125 Nm/s oder weniger, bevorzugt 125 Nm/s oder weniger im Hinblick auf die Verhinderung der Turbulenz des Flüssigkeitsfilmes und die Erzeugung von Leben während der Reaktion ist.

Übrigens kann die Gasphasengeschwindigkeit des SO₃-Gases entsprechend den Gleichungsformeln berechnet werden, die in den unten angegebenen Beispielen beschrieben sind.

Zusätzlich unterscheidet sich die Fließrate des Inertgases zu dieser Zeit in Abhängigkeit von dem Innendurchmesser des Reaktionsrohres. Wenn ein einzelnes Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 20 mm oder weniger wie z. B. 14 mm verwendet wird, ist es z. B. erwünscht, daß die Fließrate des Inertgases 9,0 × 10^-5 Nm³/s oder mehr, bevorzugt 1,4 × 10^-4 Nm³/s oder mehr im Hinblick auf den ausreichenden Erhalt einer verbesserten Wirkung bezüglich der Farbe ist und daß im Hinblick auf die Beschleunigung der Reaktion und das ausreichende Vermindern der Menge an nicht-reagierten Ausgangsmaterialien die Fließrate 6,3 × 10^-3 Nm³/s oder weniger, bevorzugt 5,4 × 10^-3 Nm/s ist (z. B. ist es erwünscht, daß die Fließrate des Inertgases von 9,0 × 10^-5 bis 6,3 × 10^-3 Nm³/s, bevorzugt 1,4 × 10^-4 bis 5,4 × 10^-3 Nm³/s ist). Wenn ein einzelnes Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von mehr als 20 mm wie z. B. 28 mm verwendet wird, ist es erwünscht, daß die Fließrate des Inertgases 1,1 × 10^-3 Nm³/s oder mehr, bevorzugt 1,5 × 10^-3 Nm³/s oder mehr ist, und daß die Fließrate 5,7 × 10^-2 Nm³/s oder weniger, bevorzugt 4,8 × 10^-2 Nm³/s oder weniger ist (z. B. ist es erwünscht, daß die Fließrate des Inertgases von 1,1 ×10^-3 bis 5,7 × 10^-2 Nm³/s, bevorzugt 1,5 × 10^-3 bis 4,8 × 10^-2 Nm³/s ist).

Die Gasphasengeschwindigkeit des Inertgases, das über die Ausgangsverbindung fließt, die abwärts entlang der Innenwand des Reaktorrohres fließt, hängt von der Gasphasengeschwindigkeit des SO₃-Gases ab, das in der Mitte des Reaktionsrohres fließt. Wenn ein einzelnes Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 20 mm oder weniger, z. B. 14 mm verwendet wird, ist es erwünscht, daß die Gasphasengeschwindigkeit des Inertgases 9 Nm/s oder mehr, bevorzugt 12 Nm/s oder mehr im Hinblick auf die Bildung eines ringförmigen Flusses ist, unter Erhalt eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes aus der Ausgangsverbindung, und daß die Gasphasengeschwindigkeit 180 Nm/s oder weniger, bevorzugt 150 Nm/s oder weniger im Hinblick auf die Verhinderung der Turbulenz des Flüssigkeitsfilmes und die Erzeugung von Nebeln ist (z. B. ist es erwünscht, daß die Gasphasengeschwindigkeit von 9 bis 180 Nm/s, bevorzugt 12 bis 150 Nm/s ist). Wenn ein einzelnes Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von mehr als 20 mm wie z. B. 28 mm verwendet wird, ist es erwünscht, daß die Gasphasengeschwindigkeit 3 Nm/s oder mehr, bevorzugt 4 Nm/s oder mehr und die Gasphasengeschwindigkeit 120 Nm/s oder weniger, bevorzugt 100 Nm/s oder weniger ist (z. B. ist es erwünscht, daß die Gasphasengeschwindigkeit des Inertgases von 3 bis 120 Nm/s, bevorzugt 4 bis 100 Nm/s ist).

Die Gasphasengeschwindigkeit des Inertgases kann entsprechend den Gleichungsformeln berechnet werden, die in den später angegebenen Beschreibungen beschrieben werden.

Das Verhältnis der Fließraten des Inertgases zu dem SO₃-Gas kann willkürlich bestimmt werden. Weil das Verhältnis der Fließraten durch die Schnittfläche der Fließpassage des SO₃-Gases und des Inertgases bestimmt wird, führt eine Erhöhung eines Querschnittes der Fließpassage des Inertgases zu einer Erhöhung der Fließrate des Inertgases. Daher wird die Erzeugung von Reaktionswärme übermäßig gesteuert, so daß die Reaktion nicht leicht ablaufen kann, wodurch es weniger wahrscheinlich wird, daß die Reaktion in dem Reaktionsrohr vollendet wird. Daher ist es nicht erwünscht, den Querschnitt der Fließpassage extrem zu erhöhen. Auf der anderen Seite ist eine beachtliche Verminderung des Querschnittes der Fließpassage nicht erwünscht, weil dies zu einer Erhöhung des Druckverlustes in der Fließpassage führen würde, so daß ein großer Unterschied bei der Dicke des Flüssigkeitsfilmes in der Inertgas-Fließpassage mit dem Flüssigkeitsfilm nach Initiierung der Reaktion verursacht wird, was wiederum eine Turbulenz des Flüssigkeitsfilmes induziert, wodurch es unmöglich wird, das Reaktionsprodukt mit hoher Effizienz zu erhalten. Obwohl das Verhältnis der Fließraten (Inertgas/SO₃-Gas) sich in Abhängigkeit von dem Innendurchmesser des Reaktionsrohres unterscheidet, ist es von diesem Standpunkt her erwünscht, daß das Verhältnis der Fließraten 0,01 oder mehr, bevorzugt 0,015 oder mehr, mehr bevorzugt 0,02 oder mehr ist, und daß das Verhältnis der Fließraten 1,8 oder weniger, bevorzugt 0,5 oder weniger, mehr bevorzugt 0,4 oder weniger ist. Insbesondere ist das Verhältnis der Fließraten bevorzugt von 0,015 bis 0,5, mehr bevorzugt von 0,02 bis 0,4.

Wenn der Innendurchmesser des Reaktionsrohres 20 mm oder weniger ist, ist insbesondere das Verhältnis der Fließraten bevorzugt 0,05 oder mehr, mehr bevorzugt 0,1 oder mehr, insbesondere bevorzugt 0,15 oder mehr, und das Verhältnis der Fließraten ist bevorzugt 1,8 oder weniger, mehr bevorzugt 0,5 oder weniger, insbesondere bevorzugt 0,4 oder weniger. Mehr bevorzugt ist das Verhältnis der Fließraten 0,05 bis 1,8, noch mehr bevorzugt von 0,1 bis 0,5, insbesondere bevorzugt von 0,15 bis 0,4.

Wenn der Innendurchmesser des Reaktionsrohres 20 mm übersteigt, ist insbesondere das Verhältnis der Fließraten bevorzugt 0,01 oder mehr, mehr bevorzugt 0,015 oder mehr, insbesondere bevorzugt 0,02 oder mehr, und das Verhältnis der Fließraten ist bevorzugt 0,2 oder weniger, mehr bevorzugt 0,15 oder weniger, insbesondere bevorzugt 0,1 oder weniger. Mehr spezifisch ist das Verhältnis der Fließraten bevorzugt von 0,01 bis 0,2, mehr bevorzugt von 0,015 bis 0,15, insbesondere bevorzugt von 0,02 bis 0,1.

Obwohl das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten des Inertgases mit dem SO₃-Gas sich in Abhängigkeit von dem Innendurchmesser des Reaktionsrohres unterscheidet, ist es erwünscht, daß das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten 0,1 oder mehr, bevorzugt 0,15 oder mehr, mehr bevorzugt 0,2 oder mehr und das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten 1,2 oder weniger, bevorzugt 1,0 oder weniger, mehr bevorzugt 0,9 oder weniger ist. Insbesondere ist das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten bevorzugt von 0,15 bis 1,0, mehr bevorzugt 0,2 bis 0,9.

Wenn der Innendurchmesser des Reaktionsrohres 20 mm oder weniger ist, ist das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten bevorzugt 0,3 oder mehr, mehr bevorzugt 0,4 oder mehr, insbesondere bevorzugt 0,5 oder mehr, und das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten ist bevorzugt 1,2 oder weniger, mehr bevorzugt 1,0 oder weniger, insbesondere bevorzugt 0,9 oder weniger. Mehr spezifisch ist das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten bevorzugt von 0,3 bis 1,2, mehr bevorzugt von 0,4 bis 1,0, insbesondere bevorzugt von 0,5 bis 0,9.

Insbesondere wenn der Innendurchmesser des Reaktionsrohres 20 mm übersteigt, ist das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeit bevorzugt 0,1 oder mehr, mehr bevorzugt 0,15 oder mehr, insbesondere bevorzugt 0,2 oder mehr, und das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten ist bevorzugt 0,8 oder weniger, mehr bevorzugt 0,6 oder weniger, insbesondere bevorzugt 0,48 oder weniger. Mehr spezifisch ist das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten bevorzugt von 0,1 bis 0,8, mehr bevorzugt von 0,15 bis 0,6, insbesondere bevorzugt von 0,2 bis 0,48.

Wenn das Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeiten außerhalb des obigen Bereiches liegt, gibt es einige Fälle, bei denen eine verbesserte Wirkung der Farbe des resultierenden Sulfates vermindert ist. In den obigen Bereichen des Verhältnisses der Gasphasengeschwindigkeiten kann, weil das Mischen der SO₃-Gasmoleküle in einem Inertgas an der Grenzfläche des SO₃-Gases und des Inertgases gesteuert werden kann, die Geschwindigkeit der SO₃-Moleküle, die die Flüssigkeitsfilmoberfläche der Ausgangsverbindung erreichen, erniedrigt werden, wodurch eine schnelle Reaktion an der oberen Seite des Reaktors gemildert werden kann, was wiederum vermutlich die lokalisierte Wärmeerzeugung und schnelle Erhöhung der Temperatur des Reaktionsproduktes steuert. Durch Einstellen des Verhältnisses der Gasphasengeschwindigkeiten auf die obigen Bereiche kann die Menge des Inertgases, das relativ zu der Menge des SO₃-Gases verwendet wird, im Vergleich zu der der konventionellen Verfahren kleiner gemacht werden, und eine ausgezeichnete, verbesserte Wirkung bezüglich der Farbe kann erhalten werden, ohne daß eine zusätzliche Beladung auf die Anlage ausgeübt wird.

Zusätzlich ist es erwünscht, daß die gesamten Gasphasengeschwindigkeiten des SO₃-Gases und des Inertgases 10 Nm/s oder mehr, bevorzugt 15 Nm/s oder mehr im Hinblick auf den Erhalt einer gleichmäßigen und angemessenen Filmdicke in der Reaktionszone und die Gesamtgasphasengeschwindigkeit 90 Nm/s oder weniger, bevorzugt 60 Nm/s oder weniger im Hinblick auf die Verhinderung des Druckverlustes und die Steuerung des Energieverbrauches ist. Diese Erfindung wird oben unter Verwendung der Anlage zur Herstellung des Sulfates erläutert, bei der die Ausgangsverbindung entlang der Innenwand des Reaktionsrohres abwärts fließt. Es kann ebenfalls eine Ausführungsform enthalten sein, bei dem das SO₃-Gas und das Inertgas von einem Boden des Reaktionsrohres geführt werden und die Ausgangsverbindung, die an der Innenwand des Reaktionsrohres klettert, entlang der Innenwand des Reaktionsrohres nach oben fließt.

Ein neutralisiertes Produkt des Sulfates kann durch Neutralisieren des oben hergestellten Sulfates durch ein bekanntes Verfahren erhalten werden. Ein solches neutralisiertes Produkt des Sulfates kann geeignet als Tensid verwendet werden, dessen Eigenschaften wie die Farbe deutlich verbessert werden können, und das Tensid kann für solche Anwendungen für flüssige Reinigungsmittel, Shampoos, Pharmazeutika, Kosmetika und Chemikalien verwendet werden.

Nachfolgend wird diese Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die folgenden Arbeitsbeispiele erläutert.

Beispiele 1 bis 3

Als Ausgangsverbindung wurde ein Alkylether (Molekulargewicht: 295), hergestellt durch Zugabe von Ethylenoxid in einer Menge von 2,5 mol zu Laurylalkohol durch ein konventionelles Verfahren, verwendet. Zusätzlich wurde als Reaktionsanlage eine Sulfatierungsreaktionsanlage mit einem einzelnen Reaktionsrohr, wie gemäß Fig. 3 gezeigt, verwendet (Innendurchmesser des Reaktionsrohres (D): 14 mm ∅; Länge des Reaktionsrohres: 4 m; Innendurchmesser (d₁) eines Zuführrohres für SO₃-Gas: 9 mm; Außendurchmesser (d₂) eines Zuführrohres für SO₃-Gas: 12 mm).

Die Ausgangsverbindung, das SO₃-Gas und das Inertgas wurden kontinuierlich von jeder Zuführöffnung in das Reaktionsrohr geführt, und die Sulfatierungsreaktion wurde in dem Reaktionsrohr durchgeführt. Die Massenflußrate der Ausgangsverbindung wurde so eingestellt, daß die Massenflußrate pro benetztem Umfang [= Massenflußrate der Ausgangsmaterialien/(π × Innendurchmesser des Reaktionsrohres (D))] 100 kg/m.h war, und die anderen Bedingungen wurden wie in Tabelle 1 gezeigt, eingestellt, zur Durchführung der Sulfatierungsreaktion. Das resultierende Sulfat wurde mit einer wäßrigen Na OH-Lösung neutralisiert, und seine Farbe (Klett Nr.) wurde gemessen. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. Die Farbe wurde durch das folgende Verfahren ausgewertet.

Farbe (Klett Nr.)

Jede wäßrige Lösung aus einem Natriumsalz der gemäß den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Sulfate wurde mit ionenausgetauschtem Wasser verdünnt, zum Einstellen der Konzentration auf 10 Gew.-% der Tensidkomponente. Die Farbe wurde für jede wäßrige Lösung mit einer 10 ml Zelle bei einer Wellenlänge von 420 nm gemessen. Solche mit einer Farbe von 12 oder weniger werden als Produkte angesehen, die eine Inspektion durchlaufen haben.

Berechnung der Gasphasengeschwindigkeit des Inertgases

Die Gasphasengeschwindigkeit (u_S) eines Inertgases, das durch einen ringförmigen Bereich fließt (Abstand zwischen dem Reaktionsrohr und dem Zuführrohr von SO₃-Gas), der in dem Reaktionsrohr wie in Fig. 1 gezeigt gebildet ist, kann durch die folgende Gleichung berechnet werden:

worin u_S eine Fließgeschwindigkeit [m/s] eines Inertgases ist, das durch einen ringförmigen Bereich fließt; V_S eine Fließrate [m³/s] eines Inertgases ist, das durch den ringförmigen Bereich fließt; D ein Innendurchmesser [m] eines Reaktionsrohres ist; d₂ ein Außendurchmesser [m] eines Zuführrohres für SO₃-Gas ist; und δ eine Filmdicke [m] einer Flüssigkeit der Ausgangsverbindung ist, die durch den ringförmigen Bereich fließt. Die Filmdicke δ der Flüssigkeit wird durch die folgenden Vorgänge erhalten.

Als einfaches Modell (nachfolgend als "Zylindermodell" bezeichnet) kann eine Geschwindigkeitsverteilung u(y) in senkrechter Richtung (y-Achsenrichtung) zu der Schaftrichtung des Reaktionsrohres des Flüssigkeitsfilmes, der entlang der Innenwand des zylindrischen Reaktionsrohres fließt, wie folgt von der Navier-Stokes-Gleichung ausgedrückt werden:

Unter Verwendung der Grenzwertbedingungen:

wird die Gleichung 2 wie folgt gelöst:

worin τ_i eine Scherbeanspruchung bei der Flüssig-Gas- Grenzfläche ist, und kann wie folgt ausgedrückt werden:

Hierin kann, weil u_G » u_Li, τ_i wie folgt vereinfacht werden:

Von der obigen Gleichung der Gasphasengeschwindigkeitsverteilung kann die Massenflußrate Γ' [kg/m.h] pro benetzten Umfang (= π.D) wie folgt ausgedrückt werden:

worin P der Druck [Pa] ist; u_L eine Flüssigphasengeschwindigkeit [m/s] eines Zylindermodells ist; u_G eine Gasphasengeschwindigkeit [m/s] eines Inertgases des Zylindermodells ist; u_Li eine Flüssigphasengeschwindigkeit [m/s] an der Gas-Flüssig-Grenzfläche eines Zylindermodells ist; g eine Erdbeschleunigungskonstante [m/s²] ist; y eine transversale Koordinate [m] ist, die ein Abstand in der Koordinatenrichtung von der Innenwand des Reaktionsrohres ist; z eine Axialkoordinate [m] ist, die ein Abstand in der Axialrichtung des Reaktionsrohres ist; f ein Friktionsfaktor [ohne Einheit] eines Inertgases mit der Flüssigkeit ist, wie durch die folgende Gleichung berechnet; ρ_L eine Dichte [kg/m³] der Flüssigkeit ist; ρ_G eine Dichte [kg/m³) des Inertgases ist; µ_L eine Viskosität der Flüssigkeit [Pa.s] ist; τ_i eine Scherbeanspruchung [Pa] an der Flüssigkeit-Gas- Grenzfläche ist; δ' eine Filmdicke [m] der Flüssigkeit des Zylindermodells ist; und Γ' eine Massenflußrate pro benetztem Umfang [kg/m.h] ist, erhalten durch Berechnung auf der Basis von δ'. Hierin kann der Friktionsfaktor f zwischen dem Inertgas und der Flüssigkeit erhalten werden durch f = 0,0791 Re^-0,25, worin Re = (D.ρ_G.µ_G)/µ_G, worin D, ρ_G und µ_G wie oben definiert sind und µ_G eine Viskosität [Pa.s] eines Inertgases ist.

Zusätzlich wird die tatsächliche Massenflußrate pro benetztem Umfang Γ [kg/m.h] erhalten durch:

Γ = Flüssigkeitsfließrate/(π.D)

Hierin wird die Filmdicke δ' der Flüssigkeit als gegebener Wert angesehen, und die Massenflußrate pro benetztem Umfang Γ' wird auf der Grundlage dieser Vermutung durch die Gleichung (6) erhalten. Danach wird δ' bestimmt, das die folgende Gleichung erfüllt:

Massenflußrate pro benetztem Umfang Γ' = Tatsächliche Massenflußrate pro benetztem Umfang Γ,

worin die Massenflußraten pro benetztem Umfang in kg/m.h ausgedrückt werden und dies bis zur zweiten Stelle nach dem Komma berechnet wird. Nach der Bestimmung von δ' wird angenommen, daß die Gasphasengeschwindigkeit u_G eines Inertgases einen gegebenen Wert hat.

Als nächstes wird die Filmdicke δ der Flüssigkeit der Ausgangsverbindung, die durch den ringförmigen Bereich fließt, von der Berechnung der Filmdicke δ' des Zylindermodells durch die folgenden Vorgehensweisen erhalten. δ', das u_S = u_G erfüllt, wird als Δ erhalten, und u_S wird gleichzeitig erhalten. Mit anderen Worten, wenn u_S, das durch Substituieren von δ der Gleichung (1) mit dem δ', das wie oben erhalten ist, erhalten wird, gleich ist wie u_G, das für den Erhalt des δ'-Wertes angenommen wird, dann ist δ' δ, und u_S wird gleichzeitig erhalten. Wenn u_S nicht gleich wie u_G ist, wird der vermutete Wert von u_G für den Erhalt von δ' geändert, und dann werden δ und u_S durch erneutes Durchführen des Vorganges nach der Berechnung des δ'-Wertes erneut berechnet.

Berechnung der Gasphasengeschwindigkeit des SO₃-Gases

Die Gasphasengeschwindigkeit des SO₃-Gases wurde entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:

worin u_t eine Gasphasengeschwindigkeit [m/s] des SO₃-Gases ist; V_G eine Fließrate [m³/s] des SO₃-Gases ist; und d₁ ein Innendurchmesser [m] eines Zuführrohres des SO₃-Gases ist.

In der Gasphasengeschwindigkeit [m/s] des Inertgases und der Gasphasengeschwindigkeit [m/s] des SO₃-Gases, die wie oben erhalten sind, sind die Temperatur und Druckbedingungen enthalten. Zur Entfernung solcher Einflüsse werden die Gasphasengeschwindigkeiten [Nm/s], die in Tabelle 1 gezeigt sind, unter Verwendung der Fließrate eines Inertgases und der Fließrate von SO₃-Gas berechnet, ausgedrückt in [Nm³/s].

Vergleichsbeispiel 1

Die gleichen Vorgehensweisen wie bei Beispiel 1 wurden durchgeführt, zur Durchführung der Sulfatierungsreaktion, mit der Ausnahme, daß die Reaktionsbedingungen wie in Tabelle 1 gezeigt eingestellt wurden. Die Farbe des neutralisierten Produktes des resultierenden Sulfates wurde ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiele 4 bis 7

In den Beispielen 4 bis 7 wurden die Vielrohranlagen (Gesamtlänge: 8,7 m) mit den in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Strukturen verwendet. Jede Vielrohranlage umfaßt 48 Reaktionsrohre (Innendurchmesser des Reaktionsrohres (D): 16 mm ∅; Innendurchmesser (d₁) eines Zuführrohres für SO₃-Gas: 11,1 mm, Außendurchmesser (d₂) eines Zuführrohres für SO₃-Gas: 14,1 mm; Länge eines jeden Reaktionsrohres: 5 m), ausgerüstet mit Kühlvorrichtungen; eine Gaskammer (Höhe: 1,8 m; und Durchmesser: 0,9 m); und eine Reaktionsproduktkammer (Höhe: 1,7 m; und Durchmesser: 0,9 m). Zusätzlich umfaßt der Retentionsbereich ein Gehäuse (Durchmesser: 80 mm ∅; und Höhe 67 mm) und eine Zuführpassage der Ausgangsverbindung ist mit vier Öffnungen (zwei Stufen und zwei Linien; Öffnungsdurchmesser 1 mm ∅; und Öffnungslänge: 15 mm) ausgerüstet.

Als Ausgangsverbindung wurde ein Alkylether (Molekulargewicht: 280), hergestellt durch Zugabe von Ethylenoxid in einer Menge von 2 mol zu einem gemischten Alkohol aus Laurylalkohol und Myristylalkohol bei einem Gewichtsverhältnis von 75 : 25 durch ein konventionelles Verfahren, verwendet.

Die Ausgangsverbindung, das SO₃-Gas und das Inertgas wurden kontinuierlich von jeder Zuführöffnung in die Reaktionsrohre kontinuierlich in die obige Reaktionsanlage geführt und die Sulfatierungsreaktion in den Reaktionsrohren durchgeführt. Die Massenflußrate der Ausgangsverbindung wurde so eingestellt, daß die Massenflußrate pro benetztem Umfang [= Massenflußrate der Ausgangsmaterialien/(π × Innendurchmesser des Reaktionsrohres (D))] 100 kg/m.h war, und die anderen Bedingungen wurden wie in Tabelle 1 gezeigt eingestellt, zur Durchführung der Sulfatierungsreaktion.

Zusätzlich wurde jeder Teil des Reaktionsrohres, angezeigt durch F1 bis F8, wie folgt eingestellt:

F1 (Vorwärmschicht: kein Durchfluß.

F2 bis F4 (obere Kühlschichten): Kühlwasser mit 50°C floß bei 45 m³/h als Kühlwasser durch.

F5 bis F7 (untere Kühlschichten): Kühlwasser mit 15°C floß bei 20 m³/h als Kühlwasser durch.

F8 (Wasserausflußschicht): kein Durchfluß.

Die resultierenden Sulfate und das Abgas, das von der Anlage zur Herstellung des Sulfates abgelassen wurde, wurden durch eine Gas-Flüssigkeit-Trennanlage getrennt, und das Sulfat wurde mit einer 27%igen wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung mit einem Schleifenneutralisator auf pH 6 bis 8 neutralisiert. Weiterhin wurde das neutralisierte Produkt mit ionenausgetauschtem Wasser verdünnt, so daß der Inhalt eines Natriumsalzes des Sulfates 25 Gew.-% ist. Seine Farbe wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 ausgewertet.

Die Reaktion wurde in der Vielrohranlage gestoppt und das Innere der Anlage 7 Tage später überprüft. Es wurde festgestellt, daß die Ausgangsverbindung in dem Retentionsbereich verblieb und keine Färbung durch das SO₃-Gas konnte in der Zuführpassage für die Ausgangsverbindung, den Öffnungen und dgl. beobachtet werden.

Beispiele 8 bis 10

Als Ausgangsverbindung wurde der gleiche Alkylether wie bei den Beispielen 4 bis 7 verwendet. Zusätzlich wurde als Reaktionsanlage eine Sulfatierungsreaktionsanlage mit einem einzelnen Reaktionsrohr (Innendurchmesser des Reaktionsrohres (D): 28 mm ∅; Länge des Reaktionsrohres: 7 m; Innendurchmesser (d₁) eines Zuführrohres für SO₃-Gas: 22 mm; Außendurchmesser (d₂) eines Zuführrohres für SO₃-Gas: 25 mm) wie in Fig. 3 gezeigt verwendet.

Die Ausgangsverbindung, das SO₃-Gas und das Inertgas wurden kontinuierlich von jeder Zuführöffnung in das Reaktionsrohr in die obige Reaktionsanlage geführt, und die Sulfatierungsreaktion wurde in dem Reaktionsrohr durchgeführt. Die Massenflußrate der Ausgangsverbindung wurde so eingestellt, daß die Massenflußrate pro benetztem Umfang [= Massenflußrate der Ausgangsmaterialien/(π × Innendurchmesser des Reaktionsrohres (D))] 230 kg/m.h war, und die anderen Bedingungen wurden wie in Tabelle 1 gezeigt eingestellt, zur Durchführung der Sulfatierungsreaktion. Das resultierende Sulfat wurde mit einer wäßrigen NaOH-Lösung neutralisiert und dessen Farbe auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 ausgewertet. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiele 2 bis 3

Die gleichen Vorgehensweisen wie bei Beispiel 4 wurden durchgeführt, zur Durchführung der Sulfatierungsreaktion mit der Ausnahme, daß die Reaktionsbedingungen wie in Tabelle 1 gezeigt eingestellt wurden. Die Farbe des neutralisierten Produktes des resultierenden Sulfates wurde ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Tabelle 1 (Fortsetzung)

*1: Konnte durch das erfindungsgemäß gezeigte Verfahren nicht berechnet werden, weil kein Inertgas verwendet wurde.

*2: Kein Inertgas wurde verwendet.

*3: Konnte durch das hier gezeigte Verfahren nicht berechnet werden, weil das Inertgas bei einer geringen Fließrate und geringen Gasphasengeschwindigkeit zugeführt wurde.

*4: Das Inertgas wurde bei einer geringen Gasphasengeschwindigkeit zugeführt.

Wie aus den Ergebnissen von Tabelle 1 ersichtlich ist, hat jedes Sulfat (Natriumsalze von Alkylethersulfaten), das gemäß den Beispielen 1 bis 10 erhalten ist, eine ausgezeichnete Farbe.

Insbesondere ist ersichtlich, daß durch Einstellen des Verhältnisses der Fließraten des Inertgases zu dem SO₃-Gas auf einem Bereich von 0,01 bis 1,8 und des Verhältnisses der Gasphasengeschwindigkeiten auf 0,1 bis 1,2 die in den Beispielen 1 bis 10 erhaltenen Sulfate deutlich verbesserte Farben im Vergleich zu den Sulfaten gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 aufweisen, worin zumindest eines der Verhältnisse der Fließraten des Inertgases zu dem SO₃-Gas und des Verhältnisses der Gasphasengeschwindigkeit außerhalb der obigen Bereiche eingestellt ist.

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage können Sulfate mit ausgezeichneter Farbe durch eine gute Handhabung und mit geringen Kosten leicht hergestellt werden. Zusätzlich erfolgt in der erfindungsgemäßen Anlage keine Färbung von verschiedenen anderen Teilen der Anlagen als dem Reaktionsrohr durch das SO₃-Gas, weil das SO₃-Gas nicht in den Zuführbereich für eine Ausgangsverbindung fließt.

Claims (7)

1. Anlage zur Herstellung eines Sulfates, umfassend:
ein Reaktionsrohr zum Kontaktieren eines Dünnfilmflusses aus einer Verbindung, die mit SO₃-Gas reagiert, unter Erhalt eines Sulfates mit einem SO₃-Gasstrom in einem Parallelfluß;
einen Zuführbereich für eine Ausgangsverbindung zum Zuführen der Ausgangsverbindung zu einer Innenwand des Reaktionsrohres;
einen Zuführbereich von SO₃-Gas zum Zuführen von SO₃-Gas in das Reaktionsrohr; und
einen Zuführbereich für ein Inertgas zum Zuführen eines Inertgases zu einer Grenzfläche zwischen dem Dünnfilmfluß und dem SO₃-Gasstrom,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführbereich für die Ausgangsverbindung eine Überfließstruktur hat, die zum Zuführen der Ausgangsverbindung zu der Innenwand des Reaktionsrohres durch überfließen davon geeignet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, worin der Zuführbereich für eine Ausgangsverbindung einen Retentionsbereich der Ausgangsverbindung und eine Zuführpassage einer Ausgangsverbindung, die mit dem Retentionsbereich verbunden ist, umfaßt und worin die Ausgangsverbindung von einem oberen Bereich des Retentionsbereiches überfließt.

3. Anlage nach Anspruch 2, worin der obere Bereich des Retentionsbereiches bei der gleichen Höhe wie die Zuführpassage oder einer höheren Position als die Zuführpassage angeordnet ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Ausgangsverbindung entlang der Innenwand des Reaktionsrohres abwärts fließt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Sulfates, umfassend die Zufuhr eines Inertgases zu einer Grenzfläche zwischen einem Dünnfilmfluß einer Verbindung, die mit SO₃-Gas unter Erhalt eines Sulfates reagiert, und eines SO₃-Gasstromes und Kontaktieren des Dünnfilmflusses mit dem SO₃-Gasstrom im Parallelfluß, zur Reaktion der Ausgangsverbindung mit dem SO₃-Gas in einem Reaktionsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsverbindung an einer Innenwand des Reaktionsrohres geführt wird, so daß die Ausgangsverbindung von einem Retentionsbereich überfließen kann, bei dem die Ausgangsverbindung zurückgehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, worin das Inertgas so geführt wird, daß ein Verhältnis der Fließraten aus dem Inertgas zu dem SO₃-Gas von 0,01 bis 1,8 und ein Verhältnis der Gasphasengeschwindigkeit des Inertgases zu dem SO₃-Gas von 0,1 bis 1,2 ist.