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Verfahren zur Ausbringung einer Alkansulfonsäure aus einem Photosulfoxydations-Reaktionsgemisch
Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Herstellung einer Alkansulfonsäure
und insbesondere ein Verfahren zu ihrer Abscheidung aus einem PhotosulSoxydations-Reaktionsgemisch.
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Die üblicherweise als oberflächenaktives Mittel benutzten Alkansulfonsäuren
stellt man für gewöhnlich durch Photosulfoxydation eines Alkans her. Die bisher
übliche Methode zur Ausbringung der Alkansulfonsäuren umfaßt sehr umständliche Maßnahmen,
um das gewtlnschte Produkt aus einem Reaktionsprodukt herauszuholen, indem man nämlich
zuerst einen größeren Teil des nicht umgesetzten Alkans durch Absetzen vom Photosulfoxydations-Reaktionsgemisch
abtrennt, danach das Gemisch zunächst zwecks Verdampfung des in ihm enthaltenen
Schwefeldioxyds erhitzt, anschließend nach seiner Konzentrierung durch Erhitzen
durch Absetzen von der Schwefelsäure befreit, nach dieser Behandlung neutralisiert
und schließlich durch Dampfdestillation vom Alkan befreit, wodurch die gewünschten
Alkansulfonsäuren in Form eines Alkalisalzes gewonnen werden. Dieses bekannte Verfahren
ist nicht mit umständlich, sondern wirft auch heikle Probleme in der Wärmeleistungsphase
auf. So muß man beispielsweise das gelegentlich der Schwefelsäureabscheidung durch
Erhitzen konzentrierte Reaktiorlsgemisch bei Gelegenheit der Alkansulfonsäure-Neutralisierung
kühlen, und fernerhin verursacht
die an die Neutralisierung anschließende
Dampfdestillation mit zunehmender Alkanbeseitigung eine Viskositätserhöhung des
Reaktionsgemisches, so daß man zwecks Viskositätseinregelung das Gemisch wieder
aufheizen muß, und so weiter.
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Im Hinblick auf diese geschilderten Nachteile der bisherigen Verfahren
schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Ausbringen der gewünschten Alkansulfonsäuren
aus einem Photosulfoxyitions-Reaktionsgemisch auf einfacherem Wege vor. Anders ausgedrückt
besteht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Alkansulfonsaure in
der Ausbringung der gewünschten Alkansulfonsäuren in Sulfonsäureform, wobei die
kennzeichnende Besonderheit darin besteht daß man zunächst den Hauptanteil- des
nicht umgesetzten Alkans aus dem bei der Alkanphotosulfoxydation anfallenden Reaktionsgemisch
durch Absetzen abtrennt, anschließend das restlichen nicht umgesetzte Alkan zusammen
mit dem Schwefeldioxyd durch Dampfdestillation aus dem Reaktionsgemisch entfernt,
das Oemisch danach nur stehen läßt, damit sich die Schwefelsäure aus ihm absetzen
kann, und auf diese Weise Alkansulfonsäuren erhält. Zu den beim erfindungsgemäßen
Verfahren verwendbaren Alkanen gehören insbesondere solche mit 10 bis 26 Kohlen
stoffatomen.
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Da beim erfindungsgemäßen Verfahen die Viskosität des Reaktionsgemisches
im Zeitpunkt der Restalkanbeseitigung durch Dampfdestillation niedriger als bisher
ist, kann man sie bei vergleichsweise niedriger Temperatur, d.h. für gewöhnlich
bei 80° bis 250° C und vorzugsweise bei 100° bis 110°C durchführen, und außerdem
kann bei dieser Gelegenheit auch noch Abrennleistung erhöht werden. Außerdem erhält
man durch dIeseDampfdestillation bei vergleichsweise niedrigerer Temperatur eine
Farbaufbesserung der Alkansulfonsäuren. Da man überdies beim erfindunsgemäßen Verfahren
eine gleichzeitige Abtrennung von Schwefelsäure und Schwefeldioxyd erzeilen kann,
wird der Wärmeleistungsgrad
verbessert und der Kalorienverbrauch
auf etwa 2/3 des bisherigen Bedarfs erniedrigt. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt
einen Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen und dem bekannten Verfahren in Bezug
auf die Abscheidung einerseits des nicht umgesetzten Alkans und andererseits der
Schwefelsäure.
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Tabelle I Verfahren Bedingungen bekanntes neues Leistung (n-Alkan
g/Std) 11 26 Abscheidung Dampfverbrauch (in g je g des nicht n-Alkan) 9 7 umgesetzten
Temperatur (in 00) 150 100 Alkans Farbe (KL-Farbe in 5%iger wässr. Na-sulfonatlösg)
400 250 Temperatur (in °C) 140-150 # 100 Konzentration der abge-Abscheidung schiedenen
Schwefelsäaure der Schwefel (in Gew.-%) 65-70 70 säure Dauer der Säureabscheidung
(in Min) 30 10 Säureabtrennung (in Gew.-) 88 90 Wie bereits erläutert, besteht ein
Merkmal der Erfindung darin, daß man den - nach Absetzen des Hauptteils - restlichen
Anteil an nicht-umgesetzten Alkan gleichzeitig mit dem Schwefeldioxyd durch Dampfdestillation
aus dem Reaktionsgemisch abtrennt. Über die Bedingungen dieser Destillation gibt
die nachstehende Tabelle II Auskunft.
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Tabelle II Parameter Bereich Grund für die Begrenzung Mini- Maxi-
Optimum betr Mini Maxi mm mm mm mm Destillations- Farbvertemperatur schlechterung
(in °C) 80 250 100-110 Destillation beim Reaktionsist teuer produkt Destillationsdruck
(in mm.Hg) 50 760 50-100 Destillation Destillation und Apparatur ist teuer sind
zu teuer Konzentration Säureab- Farbverder nach den Kon- scheidungsrate schlechterung
zentration ab- ist zu gering beim Reaktionsgetrennten produkt Schwefelsäure 50 95
65-80 Die beigefügte Zeichnung ist eine schematische Darstellung der Anlage, mit
der man bei einer Ausführungsform der Erfindung arbeiten kann.
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Nachstehend wird die Erfindung einiger bevorzugter AusfUhrungsbeispiele
näher erläutert, ohne auf sie beschränkt zu sein.
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Beispiel 1 Ein Reaktor 1 wurde zunächst mit 5 Liter eines n-Alkans
beschickt und dann über Leitung 2 mit stündlich 600 Liter Reaktionsgas in Form eines
Schwefeldioxyd-Sauerstoffgemisches im Mischungsverhältnis 2 zu 1 Volumen und über
Leitung 4 bzw. 5 mit stündlich je 4o Liter weiterem n-Alkan und zusätzlichem Wasser
befüllt, und durch Zünden einer 100 W-Hochdruck-Quecksilberleuchte wurde Photosulfoxydation
bewirkt. Das so gewonnene Reaktionsprodukt wurde durch Leitung 6 in den Scheidertank
7 überführt, wo es sich in nicht-umgesetztes n-Alkan und ein schweres Gemisch aus
30 Gew.- Sulfonsäuren, 30 Gew.-% Wasser,
10 Gew.-« Schwefelsäure,
28 Gew.-« n-Alkan und 2 Gew.-% Schwefeldioxyd aufteilte. Dieses Schwergemisch wurde
über Leitung 8 in den Destillierturm 9 von 5 cm Durchmesser und 30 cm Hohe eingebracht,
in der mit Hilfe von durch Leitung 10 zugeführten, auf 150°C überhitztem Dampf eine
Dampfdestillation bei 1500 durchgeführt wurde, wobei der Turm gleichzeitig von außen
her beheizt wurde. Das aus n-Alkan, Wasser und Schwefeldloxyd bestehende Destillat
wurde durch die Leitung 11 in den Scheidertank 12 überführt, wo es sich in Wasser,
das über Leitung 13 abfloß, in n-Alkan, das der Leitung 14 zugeführt wurde, und
in Schwefeldioxyd aufteilte, das Uber Leitung 15 abgenommen wurde. Der im Turm 9
verbleibende Rückstand aus Sulfonsäuren und 70 gew.-iger Schwefelsäure wurde über
Leitung 16 abgezogen und in den -Scheidertank 17 überführt, in dem er sich in Schwefelsäure
und Sulfonsäure aufteilte. Die hier anfallenden Sulfonsäuren wurden über Leitung
18 in den Neutralisationstank 20 überführt, aus dem schließlich die Alkansulfonate
über Leitung 20 ausgetragen wurden.
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In der nachstehenden Tabelle III sind die Durchführungsbedingungen
und die Ergebnisse dieses Versuchs zusammengestellt: Tabelle III Arbeitsschritt
Bedingungen Ergebnis Trennung durch behandelte Menge (n-Alkan Destillation in g/Std)
Dampfmenge (in g Je g n-Alkan) 3 Temperatur (in 00) 150 Druck (in mm Hg) 160 Entzugsrate
bezüglich 802 (in %) 100
Arbeitsschritt Bedingungen Ergebnis Abtrennung
der Temperatur (in °C) 150 Schwefelsäure Konzentration der abgeschiedenen Schwefelsäure
(in Gew.-%) 70 Zeitbedarf für die Abtrennung (in Min) 10 Abtrennrate (in %) 90 Eigenschaften
Sulfonsäure-Gehalt (in Gew.-%) 80 der abgeschieden- n-Alkan-Gehalt (in Gew.-%) 0,5
en Sulfonsäure Schwefelsäure-Gehalt (in Gew.-%) 2,7 Wassergehalt (in Gew.-%) 16.8
Schwefeloxid-Gehalt (in Gew.-%) nur Spur Farbe (KL-Farbe in 5 Xlger wässriger Na-sulfonatlösung)
400 Beispiel 2 Beispiel 1 wurde mit der Abwandlung wiederholt, daß die Dampfdestillation
in Turm 9 bei nur 130°C mit auf 130°C überhitztem Dampf und unter Außenbeheizung
durchgeführt wurde und daß der über Leitung 16 abfließende Rückstand in Bezug auf
Schwefelsäure nur 65 %ig war.
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Die Durchführungsbedingungen für diesen Versuch und die mit ihm erzielten
Ergebnisse sind aus der nachstehenden Tabelle IV ersichtlich.
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Tabelle IV Arbeitsschritt Bedingungen Ergebnis Trennung durch behandelte
Menge (n-Alkan Destillation in g/Std.) 22 Dampfmenge (in g Je g n-Alkan) 7,5 Temperatur
(in °C) 130 Druck (in mm Hg) 760 Entzugsrate bezüglich 502 100 (in % 100 Abtrennung
der Temperatur (in °C) 130 Schwefelsäure Konzentration der abgeschiedenen Schwefelsäure
(in Gew.-%) 65 Zeitbedarf für die Abtrennung (in Min) 10 Abtrennrate (in %) 8Q Eigenschaften
Sulfonsäure-Gehalt (in Gew.-%) 70 der abgeschiede- n-Alkan-Gehalt (in Gew.-%) 0,5
nen Sulfonsäure Schwefelsäure-Gehalt (in Gew.-%) 4 Wassergehalt (in Gew.-%) 24,8
Schwefeloxyd-Gehalt (in Gew.-%) nur Spur Farbe (KL-Farbe in 5 %iger Wässriger Na-sulfonatlösung)
300 Beispiel 3 Beispiel 1 wurde mit der Abwandlung wiederholt, daß der Destillierturm
unter Außenbeheizung mit nur 100° heißem Dampf beschickt und auf einem Innendruck
von nur 50 mm Hg gehalten wurde. Die aus dem Turm abfließende Schwefelsäure war
70 %iat In der nachstehenden Tabelle V sind die Durchfürhungsbedingungen und die
Ergebnisse dieses Versuchs zusammengestellt.
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Tabelle V Arbeitsschritt Bedingungen Ergebnis Trennung durch behandelte
Menge (n-Alkan Destillation in g/Std.) 27 Dampfmenge (in g Je g n-Alkan) ),5 Temperatur
(in °C) 100 Druck (in mm Hg) 100 Entzugsrate bezüglich SO2 50 (in %) Abtrennung
der Temperatur (in °C) 100 Schwefelsäure Konzentration der abgeschiedenen Schwefelsäure
(in Gew.-%) 70 Zeitbedarf für die Abtrennung (in Min) 10 Abtrennrate (in %) 90 Eigenschaften
Sulfonsäure-Gehalt (in Gew.-%) der abgeschiedene- n-Alkan-Gehalt (in Gew.-%) 0,4
nen Sulfonsdure Schwefelsäure-Gehalt (in Gew.-%) 2,5 Wassergehalt (in Gew.-%) 17,1
Schwefeldioxyd-Gehalt (in Gew.-%) nur Spur Farbe (KL-Farbe in 5 %iger wässriger
Na-sulfonatlUsung) 300 Beispiel 4 Beispiel 1 wurde mit der Abwandlung wiederholt,
daß der Destlllierturm unter Außenbeheizung mit auf 110°C überhitztem Dampf beschickt
und auf einem Innendruck von 100 mm Hg gehalten wurde. Die aus dem Turm abfließende
Schwefelsäure war 70 %ig.
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In der nachstehenden Tabelle VI sind die Durchführungsbedingungen
und die Ergebnisse dieses Versuchs zusammengestellt
Tabelle VI
Arbeitsschritt Bedingungen Ergebnis Trennung durch behandelte Menge (n-Alkan.
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Destillation in g/Std.) 27 Dampfmenge (in g Je g n-Alkan) 3,5 Temperatur
(in °C) 110 Druck (in mm Hg) 100 Entzugsrate bezüglich SO2 (in %) 100 Abtrennung
der Temperatur (in °C) 110 Schwefelsäure Konzentration der abgeschiedenen Schwefelsäure
(ln Gew.-%) 70 Zeitbedarf für die Abtrennung (in Min) 10 Abtrennrate (in %) 90 Eigenschaften
Sulfonsäure-Gehalt (in Gew.-%) 80 der abgeschiede- n-Alkan-Gehalt (in Gew.-%) 0,5
nen Sulfonsäure Schwefelsäure-Gehalt (in Gew.-%) 2,6 Wassergehalt (in Gew.-%) 16,9
Schwefeldioxyd-Gehalt (in Gew.-%) nur Spur Farbe (KL-Farbe in 5 %iger wässriger
Nawsulfonatldsung) 250 Vergleichsbeispiel Das gemäß Beispiel ######## 1 gewonnene
Reaktionsgemisch wurde diesmal in folgender Weise aufgearbeitet: Es wurde zunächst
zwecks Entfernung von Schwefeldioxyd und anschließend nochmals zwecks Konzentrierung
der in ihm enthaltenen Schwefelsäure erhitzt. Nach Entfernung der so konzentrierten
Schwefelsäure aus ihm wurde es dann neutralisiert und anschließend in den Destillierturm
9 überführt, wo es der Dampfdestlllation unterworfen wurde. Das Ergebnis dieses
Versuchs der n-Alkan-abtrennung ist in der nachstehenden Tabelle VII zusammengestellt
Tabelle
VII Arbeitsschritt Bedingung Ergebnis SO2-Entzug Temperatur (in °C) 100 durch Erhitzen
Entzugsrate (in %) 100 Schwefelsäure- Temperatur (in °C) 140-150 konzentration Konzentration
der abgeschiedenen Schwefelsäure (in Gew.-%) 65-70 Zeitbedarf für die Abtrennung
Schwefelsäureab- (in Min) 30 trennung durch Abtrennrate (in %) 88 Absetzen (Alkan-)
Destilla- behandelte Menge (n-Alkan in tion g/Std) 11 Temperatur (in °C) 150 Dampfmenge
(in g je g n-Alkan) 9 Eigenschaften Na-sulfonat-Gehalt (in Gew.-%) 60 des abgeschiede-
Na-Sulfat-Gehalt (in Gew.-%) 3,5 nen Natriumsul- n-Alkan-Gehalt (in Gew.-%) 0,5
fonats Wasser-Gehalt (in Gew.-%) 36 Farbe (KL-Farbe in 5 Xiger wäss riger Na-sulfonatlösung)
400