DE2629009C2

DE2629009C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung oder Sulfatierung organischer Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2629009C2
Application number: DE2629009A
Authority: DE
Inventors: Fusao Chiba Kondo; Yozo Miyawaki; Toshiaki Funabashi Chiba Ogoshi; Susumu Narashino Chiba Sakurai
Original assignee: Lion Corp
Current assignee: Lion Corp
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-28
Publication date: 1983-08-18
Also published as: GB1505956A; DE2629009A1; SU1072792A3; AU1631676A; US4036596A; AU502019B2; JPS577631B2; JPS525712A

Description

x 100

·*ο

a(b + c)

mit solchen Werten für a. b und cgewählt wird, daß er zwischen 40 und 90 Prozent lieg«, wobei α. die Schlitzhöhe in senkrechter Richtung, im Bereich zwischen etwa 0,2 und 1,0 mm und b. der Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen, im Bereich zwischen 1 und 5 mm liegt und c. die Schlitzbreite in Umfangsrichtung bzw. in horizontaler Richtung bedeutet, so

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Anteil der Schlitzfläche im Bereich zwischen 50 und 90% liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ^gekennzeichnet, daß die Schlitze (21) rechteckig ausgebildet sind.

Ein oberflächen- bzw. kapillaraktives Mittel wie Alkylbenzol-Sulfonat, Alkylsulfat oder Λ-OIefin-Sulfonat wird durch Sulfonierung bzw. Sulfatierung hergestellt. Bei der Herstellung von Alkylsulfat erfolgt die Sulfatierung beispielsweise, indem man Schwefeltrioxid (mit einer SOj-Konzentration von 2 bis 8%), welches mit Luft oder einem inerten Gas, wie Stickstoff, verdünnt ist. in Kontakt mit einem flüssigen Ausgangsmateriai bringt Eine solche Sulfatierung bzw. Sulfonierung auf der Grundlage der Verwendung von Schwefeltrioxid ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern wird in weitem Umfang für die Herstellung von kapillaraktiven Stoffen oder Farben angewandt.

Die obenerwähnte Sulfonierung ist jedoch eine schnelle exotherme Reaktion, bei der eine ·» trem große Wärmemenge freigesetzt wird. Bei der Reaktion mit Schwefeltrioxid an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche muß andererseits die Dicke des Flüssigkeitsfilms bzw. die Strömungsmenge der zu sulfonierenden organischen Flüssigkeit gleich gehauen werden. Andernfails erhält man ein stark gefärbtes Endprodukt. In einer üblichen Sulfoniervorrichtung ergaben sich jedoch Schwierigkeiten beim Konstanthalten der Filmdicke bzw. der Durchfiußmenge der organischen Flüssigkeit, und es zeigte sich, daß aus diesem Grund <_ine Verschlechterung des Endproduktes nicht in ausreichendem Maße verhindert werden konnte.

Es wurden folglich sehr genaue Versuche durchgeführt, um die Gründe festzustellen, weshalb das Endprodukt, welches mit den bekannten Sulfonierungsvorrichtungen erhalten wurde, gefärbt war. wobei es sich deutlich zeigte, daß hierfür verschiedene Ursachen vorliegen, von denen einige nachstehend diskutiert werden sollen.

Eine übliche Sulfonierungsvorrichtung ist im allgemeinen so aufgebaut, daß man eine organische Flüssigkeit in Form eines dünnen Films über zwei von außen gekühlte, im wesentlichen konzentrische, zylindrische Reaktionsflächen strömen läßt, und zwar aus einem ringförmigen Schlitz im Bereich des oberen Endes der Reaktionsflächen, wobei man das Schwefeltrioxid als Parallelstrom einleitet und mit der organischen Flüssigkeit zur Reaktion bringt. Ein typisches Beispiel für eine solche Vorrichtung ist in der US-PS 36 20 684 beschrieben. Bei dieser bekannten Sulfonierungsvorrichtung besitzt die öffnung zum Zuführen der organischen Flüssigkeit die Form eines horizontalen, ringförmigen Schlitzes ohne vertikale Trennwand. Durch Einstellen der senkrechten Höhe des Schlitzes wird die Filmstärke bzw. die Durchflußmenge der organischen Flüssigkeit so eingestellt, daß sie an allen Punkten der Reaktionsoberfläche gleich sein soll. Da jedoch der ringförmige Schlitz einen großen Durchmesser hat. beispielsweise einen Durchmesser von 500 bis 600 mm. führen selbst kleine Fehler hinsichtlich der Schlitzbreite in senkrechter Richtung zu relativ großen Änderungen der Filmdicke. Beispielsweise führt selbst ein winziger Spaltbreitenfehler von ±0.01 mm zu einem Fehler von etwa 10% in der Durehflußmenge.

Zur Vermeidung der beschriebenen Nachteile und um zu verhindern, daß ein gefärbtes Endprodukt erhalten wird, wurden auch weitere Lösungsvorschläge bekannt. Beispielsweise ist in der DE-AS 23 19 173 eine Sulfoniervorrichtung mit Flüssigkeitsvcrteilungsöffnungen beschrieben, die einen Durchmesser zwischen 1 und 3 mm aufweisen. Dabei sind diese Öffnungen sämtlich kreisrund, so daß bei der bekannten Vorrichtuns die

Tendenz besteht, daß das flüssige Rohmaterial wegen der ungünstigen Oberflächenspannung an kreisrunden Öffnungen in Form eines Nebels auftritt und sich bei der Sulfonierung verfärbt. Weiterhin soll gemäß der DE-OS 2138 326 sowie gemäß der US-PS 36 77 714 eine gleichmäßige Filmdicke der zu sulfonierenden organischen Flüssigkeit auf der Keaktionsfläche dadurch erhalten werden, daß man die organische Flüssigkeit durch ein poröses Material zuführt. Bei dieser Lösung besteht jedoch üie Tendenz, daß sich die Poren des porösen Materials verstopfen, da es nicht möglich ist, ein poröses Material mit übermäßig großen Poren zu verwenden, um so den Druckabfall auf einem geeigneten Niveau zu halten. Sorbit bestehen auch bei diesen bekannten Vorrichtungen Schwierigkeiten, bei einer längeren Betriebsdauer die Ausbildung eines gleichmäßig dünnen Films zu erreichen. Ähnlich ist die Situation bei einer anderen bekannten Vorrichtung gemäß der US-PS 38 79 172. wo eine gleichmäßige Filmausbildung dadurch erreicht werden soll, daß man vor der Austrittsöffnung für die organische Flüssigkeit ein relativ engmaschiges Netz anbringt.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung und auch Sulfatierung anzugeben, bei welcher die Nachteile der bekannten Sulfonierungsvorrichtungen nicht auftreten und mit der ein Endprodukt hoher Qualität erhalten werden kann. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit deren Hilfe eine gleichmäßige Filmstärke der organischen Flüssigkeit erreichbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine in den vorstehenden Ansprüchen angegebene Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung oder Sulfatierung organischer Flüssigkeiten.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer derartigen Vorrichtung, bei der eine organische Flüssigkeit mit gasförmigem Schwefeltrioxid sulfoniert wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Unteransprüche. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung.

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer ringförmigen Speiseanordnung für die Vorrichtung gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 einen senkrechten Schnitt längs der Linie X-X' in F i g. 2.

Erfindungsgemäß ist die ringförmige Speiseanordnung zum Zuführen der organischen Flüssigkeit am oberen Ende einer zylindrischen Reaktionswand angeordnet. Dicht unterhalb der ringförmigen Speiseanordnung liegt die Öffnung einer ringförmigen Düse zum Zuführen von Schwefeltrioxid als Prallelstrom zu dem abwärts fließenden Film der organischen Flüssigkeit.

Bei der erfindungsgemäß verwendeten ringförmigen Speiseanordnung beträgt die senkrechte Höhe jedes Schlitzes zwischen etwa 0,2 und 1,0 mm. Wenn die "Schlitzhöhe kleiner als 0,2 mm ist, dann besteht die Gefahr, daß sich der Schlitz verstopft, so daß die Sulfonierungsqualität nicht ausreichend verbessert wird. Wenn die Schlitzhöhe dagegen größer wird als 1,0 mm, sinkt der Druckverlust, soweit ab, daß sich eine Ungleichmäßige Durchflußmenge ergibt und damit

wieder ein unerwünschter Einfluß auf die Sulfonierungsreaktion.

Der Zwischenraum b zwischen zwei benachbarten Schlitzen liegt im Bereich zwischen ί und 5 mm. Wenn der Zwischenraum bzw. der Abstand b größer wird als 5 mm. dann ergeben sich an der zylindrischen Reaktionsfläche Bereiche, welche nicht mehr mit der organischen Flüssigkeit bedeckt sind, so daß ein gefärbtes Endprodukt erhalten wird. Wenn dagegen der Abstand geringer wird als 1 mm, ergeben sich fertigungstechnische Schwierigkeiten, während andererseits keine unerwünschten Auswirkungen auf die Bildung eines gleichmäßig dünnen Films der organischen Flüssigkeit feststellbar sind.

Vorzugsweise sind die Schlitze rechteckige Schütze. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Schlitzform beschränkt. Vielmehr können die Schlitze auch an den oberen Ecken abgerundet sein oder halbkreisförmig ausgebildet sein. Die geeignete Schlitzform kann der Fachmann, ausgehend von dem Grundgedanken der Erfindung, ohne weiteres finden.

Der prozentuale Anteil der Schiitziirche iiegt, wie oben angegeben, bei einer ringförmigen Speiseanordnung, bei der die Schlitze in Umfangsrichtung äquidistant in einer Reihe angeordnet sind, im Bereich zwische·· 40 und 90%, vorzugsweise zwischen 50 und 90%. Der prozentuale Anteil der Schlitzfläche ist wie folgt definiert:

a X c
a(b + c)

x 100.

wobei a die senkrechte Höhe des Schlitzes, b der Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen und c die Breite der Schütze in Umfangsrichtung bzw. in horizontaler Richtung ist.

Wenn der prozentuale Anteil der Schlitzfläche geringer als 40% ist, ist es schwierig, auf der zylindrischen Reaktionsfläche einen gleichmäßig dünnen Film der organischen Flüssigkeit zu erzeugen.

Wenn dagegen der prozentuale Anteil der Schlitzfläche UDer 90% hinausgeht, dann haben kleine Fehler in der Schliizhöhe einen merklichen Einfluß auf die Durchflußmenge, und der Druckabfall wird extrem gering. Dies hat wieder zur Folge, daß kein gleichmäßig dünner Film der organischen Flüssigkeit mehr erhalten wird. Zur E.-zielung eines stabilen gleichmäßigen Filmes der organischen Flüssigkeit un'.er Verwendung einer ringförmigen Speiseanordnung gemäß der Erfindung ist jedoch stets ein Druckabfall erforderlich.

Das Material, aus dem die ringförmige Speiseanordnung hergestellt wird, muß gegenüber der zu sulfonierenden organischen Flüssigkeit inert sein. Vorzugsweise werde · lostfreier Stahl. Bronze oder Kunststoffmateria! verwendet.

Die Vorrichtung g jmäß der Erfindung kann in weitem Umfang zur Sulfonierung oder Sulfatierung organischer Flüssigkeiten mit Schwefeltrioxid eingesetzt werden. Vorzugsweise e/folgt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Sulionierung von Alkylbenzol mit einer Alkylgruppe mit zwischen 8 und 15 Kohlenstoffatomen, die Sulfonierung von olefinischen K.oh|ewassefstoffen mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen, wie z. B. «-Olefin, inner-Olefin oder Olefinen vom Vinyliden-Typ sowie die Sulfatierung von aliphatischen Alkoholen mit 9 bis 16 Kohlenstoffatomen, von. Alkylphenol mit einer Alkylgruppe mit zwischen 6 und 14 Kohlenstoffatomen, wobei dem Alkylphenol zwischen 1 bis 10 Mol

Äthylenoxid zugesetzt werden, von aliphatischen Alkoholen mit zwischen 9 und 19 Kohlenstoffatomen, denen 1 bis 10 Mol Äthylenoxid zugesetzt werden und schließlich die Sulfonierung von niedrigen (Ci bis Gt) Alkoholestern von Fettsäuren mit zwischen 8 und 20 Kohlenstoffatomen. Als zu sulfonierende organische Flüssigkeiten kommen ferner in Frage: aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol oder Xylol.

Die vorstehend genannten, zu sulfonierenden bzw. sulfatierenden organischen Flüssigkeiten werden der Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit zwischen 50 und 500 kg/m χ h zugeführt (Gewicht der organischen Flüssigkeit pro Stunde und pro Meter des Umfangs der zylindrischen Reaktionsfläche). Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das molare Verhältnis zwischen SOb als Sulfonierungsmittel und der zu sulfonierenden organischen Flüssigkeit vorzugsweise im Bereich zwischen 0.90 und IJO gehalten. Das in die Vorrichtung eingeleitete SOi ist normalerweise mit Luft oder einem inerten Gas wie Stickstoff soweit verdünnt, daß es in der Gasmischung mit einem Anteil zwischen I und 12 Vol.-% enthalten ist. während die Strömungsgeschwindigkeit des SOs-Gemisches dort, wo es die organische Flüssigkeit berührt, vorzugsweise im Bereich zwischen 20 und 100 m/sec. liegt.

Die betrachtete Sulfonierung ist eine exotherme Reaktion, bei der die Temperatur des Reaktionsproduktes unmittelbar nach Beginn der Reaktion bis auf nahezu 100" C ansteigt. Um einen solchen Temperaturanstieg zu vermeiden und die Reaktionstemperatur auf etwa 30 bis 80° C zu halten, wird die Reaktionswand bzw. -fläche mit einem Kühlmantel versehen und mit Wasser oder einem anderen Kühlmittel gekühlt. Anschließend wird die sulfonierte organische Flüssigkeit, wie z. B. Alkylbenzol. neutralisiert, beispielsweise mit Ätzalkali oder einer organischen Base, um einen kapillaraktiven Stoff zu erhalten.

Die in Fig. 1 gez-igte Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet und im wesentlichen zylindrisch und so aufgebaut, daß zwei von außen gekühlte zylindrische Reaktionswände, nämlich eine äußere Reaktionswand 2 und eine innere Reaktionswand 3. vertikal und konzentrisch zueinander derart angeordnet sind, daß ihre Reaktionsflächen einander gegenüber liegen. Die zylindrischen Reaktionswände 2, 3 sind mit Kühlmänteln 4 bzw. 5 versehen, denen das Wasser oder ein anderes Kühlmittel zum Ableiten der Reaktionswärme von unten zugeführt wird und dann durch Leitbleche 6 verwirbelt und umgelenkt und schließlich am oberen Ende über Leitunp-sn 7 bzw. 8 entnommen wird.

Die zu sulfonierende organische Flüssigkeit, beispielsweise ein oc-Olefin mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen, wird über eine innere Speiseleitung 9 und äußere Speiseleitungen 10 bzw. 10' zugeführt- Die über die innere Speiseleitung 9 zugeführte Flüssigkeit fließt in Form eines dünnen Films an der Reaktionsfläche der inneren Reaktionswand 3 nach unten, der es aus einer inneren ringförmigen Speiseanordnung 12 über eine Ringkammer 11 zugeführt wird. In entsprechender Weise fließt die über die äußeren Zuleitungen 10, 10' zugeführte organische Flüssigkeit in Form eines dünnen Films an der Reaktionsfläche der äußeren Reaktionswand 2 nach unten, der sie von einer äußeren, ringförmigen Speiseanordnung 14 über eine Ringkammer 13 zugeführt wird.

Das Schwefeltrioxid als gasförmiges Sulfonierungsmittel wird über eine Zuleitung 15 zugeführt und aus einer ringförmigen Düse 16, die zwischen den beiden Reaktionswänden 2 und 3 angeordnet ist, in die Reaktionszone 17 eingeleitet. Vorzugsweise liegt die Öffnung der ringförmigen Düse für das SOj etwas unterhalb der ringförmigen Speiseanordnungen 12 und 14. Das in die Reaktionszone 17 eingeleitete SOj-Gas wirkt auf einen dünnen Film der organischen Flüssigkeit, um diese unmittelbar unterhalb der ringförmigen Düse 16 zu sulfonieren. Während die organische

ι« Flüssigkeit längs der Reaktionsflächen weiter nach unten fließt, wird die Sulfonierung vervollständigt. Die sulfonierte organische Flüssigkeit wird unterhalb der Reaktionszone 17 über eine Auslaßleitung (nicht dargestellt) entnommen.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer ringförmigen Speiseanordnung 20. die gemäß der Erfindung als innere oder äußere Speiseanordnung 12 bzw. 14 einsetzbar ist. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie X-X' in Fig. 2. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, besitzt die ringförmige Speiseanordnung 20 eine Anzahl von Schlitzen 21. die in Umfangsrichtung in einer Reihe äquidistant angeordnet sind. Vorzugsweise beträgt die Dicke D einer ringförmigen Wand 23 der ringförmigen Speiseanordnung 20 etwa 3 bis 15 mm.

Wie Fig. 3 zeigt, gehen die Schlitze 21 durch die ringförmige Wand 23 hindurch. Wenn man die ringförmige Speiseanordnung 20 als Speiseanordnung für die Vorrichtung gemäß F i g. 1 verwendet, wird eine zu sullonierende organische Flüssigkeit der Speisean-Ordnung von innen zugeführt und passiert die Schlitze 21. um in Form eines dünnen Filmes zunächst an der Außenseite 24 der Speiseanordnung und dann an der Reaktionsfläche der inneren Reaktionswand 3 nach unten zu fließen, wobei die Speiseanordnung so angebracht ist. daß ihre Außenfläche 24 mit der inneren Reaktionswand 3 fluchtet. Wenn die ringförmige Speiseanordnung 20 bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 als äußere Speiseanordnung Ϊ4 eingesetzt wird, dann wird ihr die organische Flüssigkeit von außen zugeführt und gelangt nach Passieren der Schlitze 21 zu der Innenfläche 25, wo sie nach unten fließt.

In F i g. 3 ist die senkrechte Höhe der Schlitze bzw. der Austrittsöffnung derselben mit a bezeichnet, während der Abstand oder Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Schlitzen mit b bezeichnet ist und die horizontale Breite bzw. die Breite in Umfangsrichtung jedes Schlitzes mit c.

Die ringförmige Speiseanordnung 20. eingesetzt in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wird hergestellt, indem man an einem Ende der ringförmigen Wand 23 eine sehr genau gearbeitete kamm- bzw. zinnenff .mige Struktur erzeugt und indem man dann mit dem so bearbeiteten Ende einen Ring 26 verbindet. Bei horizontalem Einbau der ringförmigen Speiseanord-

" nung in einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung kann die Verbindung der Vorrichtungsteile beispielsv rise mit Hilfe von Schraubbolzen erfolgen. Bei Einsatz der Speiseanordnung 20 als innere ringförmige Speiseanordnung 12 kann ferner anstelle des Ringes 26 eine kreisscheibenförmige Platte verwendet werden. Die ringförmigen Speiseanordnungen werden in der gleichen Zahl wie die Reaktionswände benötigt. Im allgemeinen werden pro Vorrichtung zwei ringförmige Speiseanordnungen benötigt.
■" Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ein oder mehreren ringförmigen Speiseanordnungen der beschriebenen Art ermöglicht stets die Bildung gleichmäßig dünner Filme der organischen Flüssigkeit

auf den Reaktionsflächen, so daß das Endprodukt nicht gefärbt ist und nur wenige Nebenprodukte enthält, d. h. ein Suifonierüngsprödukt höher Qualität darstellt.

Im Gegensatz tu den bekannten Vorrichtungen, bei denen die Speiseanordnung beispielsweise ein Netz aufweist, tritt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Verstopfung der Schlitze durch kleine Staubpartikel οφτΓ andere Verunreinigungen auf, die in der organischen Flüssigkeit enthalten sind. Die Sulfonierung kann daher während langer Betriebszeiten kontinuierlich durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum kontinuierlichen Sulfonieren ist hauptsächlich für die Herstellung von kapillaraktiven bzw. oberflächenaktiven Stoffen geeignet. Außerdem ist sie für die Sulfonierung von gewöhnlichen Farbstoffen und Arzneimitteln geeignet.

Die Gleichmäßigkeit des dünnen Films der organischen Flüssigkeit, welche erfindungsgemäß an den tinn^flärhpn erhalten wurde, wurde mittels folgen-

der Versuche ermittelt:

Die Gleichmäßigkeit der dünnen Filme der organischen Flüssigkeit, die sich auf den Reaktionsflächen bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der ringförmigen Speisenanordnung sowie bei den bekannten Vorrichtungen mit einer schlitzförmigen Öffnung ergab, wurde durch Messung der Durchflußmenge ermittelt. Die Messungen erfolgten an acht verschiedenen Stellen der inneren Reaktionsfläche

ίο (Durchmesser = 76 mm), welche den Bereichen der Außenfläche 24 der inneren ringförmigen Speiseanördnung entsprachen, welche jeweils 5 cm senkrecht unterhalb von den acht Stellen lagen, die durch Unterteilung der Außenfläche 24 der Speiseanordnung

π in acht gleiche Teile erhalten wurden. Der Fehler der Durchflußmenge, aus dem die Gleichmäßigkeit des dünnen Films ermittelt wurde, wurde gemäß folgender Gleichung errechnet: Fehler der Durchflußmenge =

Durchflußmenge an der jeweiligen Meßstelle

Durchschnittliche Durchflußmenge an der betrefTenden Meßstelle x 100-100.

Als organische Flüssigkeit wurde ein «-Olefin mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen (mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 235) verwendet. Die Daten der

Tabelle 1

untersuchten Speiseanordniingen und die Meßergebnissc sind nachstehend in der Tabelle 1 zusammengefaßt.

Vorr. zur kontin. Sulfonierung mit ringförmiger Speiseanordnung

Stand d.
Technik

Ringförmige Speiseanordnung

a (mm) 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,3

b (mm) 3 3 3 3 3 3 3 (Schlitz)

Prozent. Anteil der 35 40 50 67 80 90 95 100
Schlitzfläche

Druckabfall 48 46 44 32 22 19 17 37

Durchflußmengenfehler
an den einzelnen
Meßstellen

Meßstelle 1 +1,5 +0,5 +0,2 0 -0,7 -0,5 +2,1 +25,5

Meßstelle 2 +2,6 +0,7 +0,1 -0,1 0 -0,3 -0,6 - 5,2

Meßstelle 3 -3,2 -2,5 0 +1,7 +1,5 0 -2,5 - 2,5

Meßstelle 4 -2,9 -1,7 -2,1 +1,0 -0,9 +2,5 -2,6 +10,3

Meßstelle 5 +3,8 +2,6 +1,5 -1,6 -0,1 +2,1 -2,4 -20,2

Meßstelleo -3,5 -1,5 0 -0,5 0 -1,8 +0,8 - 3,5

Meßsteile 7 -1,3 +2,1 -1,0 0 -0,2 -1,9 +2,3 +3,4

Meßstelle 8 +3,0 -0,2 +1,3 -0,5 +0,4 -0,1 +2,9 - 7,8

Wie aus Tabelle I deutlich wird, ergeben sich bei einer bekannten Vorrichtung (gemäß US-PS 36 20 684) mit einer Speiseöffnung in Form eines ringförmigen Schlitzes große Schwankungen in der Strömungsmenge in den einzelnen Bereichen der Reaktionsfläche, während erfindungsgemäß bei Verwendung von ringförmigen Speiseanordnungen mit einem prozentualen Anteil der Schlitzfläche zwischen 40 und 90% sehr genau konstante Durchflußmengen erhalten werden, was zu einer hervorragenden Qualität des sulfonierten Endproduktes führte.

Beispiel 1

όο Unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung mit den beschriebenen ringförmigen Speiseanordnungen wurde ein a-QIefin mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen (mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 235) mit SO3-Gas sulfoniert. Zum Vergleich wurde ein ähnlicher Versuch mit einer bekannten Vorrichtung (gemäß US-PS 36 20 684) mit einer Speiseanordnung mit einem kreisförmigen Schlitz durchgeführt. Beide Versuche

erfolgten unter folgenden Bedingungen, wobei die Länge der Reaktionswand (in Umfangsrichtung) 2 m betrug: Das a-Olefin wurde in einer Menge von 250 kg/m · h zugeführt. Das molare Verhältnis von SO3 zu a-Olefin betrug 1.14: die Temperatur des Kühlwas-

10

sers für den Kühlwassermantel betrug 2O⁰C; die Temperatur der Sulfonierungsreaktion lag bei 55° bis 60°C. Die Versuchsbedingungen und Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2

Vorr. zur kont. Sulfonierung mit einer ringförmigen Speiseanordnung

Stand d.
Technik

Ringförmige Speise	0,4
anordnung	3
a (mm)	40
b (mm)
Prozent. Anteil der
Schlitzfläche

0,4

50

0,4

80

0,4

90

0,4

95

0,3

(Schlitz)

100

Qualität des sulfonierten	2,70	2,68	2,71	2,72	2,70	2,75	2,9
Produktes
Anteil¹) des
unverändert. Öls	0,125	0,115	0,110	0,110	0,120	0,150	0,205
(Gew.-%)	8,0	8,1	7,5	7,9	8,0	8,5	10,1
Färbung²)
Anteil³) des Disulfonats

Bemerkungen:

') Gew.-% auf der Basis von 100% des kapillaraktiven Stoffes, ermittelt nach dem Petroleum-Äther-Extraktionsverfahren.

²) Absorption bei Verwendung einer Lösung mit 5 Gew.-% des kapillaraktiven Stoffes. Zelle: 10 mm; Wellenlänge 420 ma.

³) Gew.-% auf der Basis von 100% des kapillaraktiven Stoffes.

N.B. Die erläuternden Bemerkungen gelten hier wie bei den weiteren Tabellen jeweils für alle anderen einschlägigen Tabellen!

Wie aus Tabelle 2 deutlich wird, ist das kapillaraktive Mittel, welches in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt wird, weit geringer gefärbt, als das mit der (bekannten Vorrichtung gewonnene Produkt und ist außerdem nicht übermäßig sulfoniert, so daß es eine ganz ausgezeichnete Qualität besitzt.

Beispiel 2

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ringförmigen Speiseanordnungen gemäß Beispiel 1 mit einem Schlitzflächenanteil von 67% wurde ein aliphatischer Alkohol mit 12 Kohlenstoffatomen (mit einem Molekulargewicht von 204) in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, sulfatiert, jedoch unter folgenden Bedingungen:

Molares Verhältnis zu SO₃ 1,03

Zugeführte Menge 250 kg/m · h

Menge der verdünnenden Luft 3 Nm³ZmJn

Kühlwassertemperatur 25° C

Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt, und zwar zum Vergleich zusammen mit den Ergebnissen, die mit der gleichen bekannten Vorrichtung mit einer schlitzförmigen Öffnung erhalten wurden, weiche in Beispiel 1 beschrieben ist

Tabelle 3	Erfindung	Stand der
Qualität des kapillaraktiven		Technik
Stoffs	2,80	2,95
₅₀ Unverändertes Ausgangs
produkt (Gew.-%)	0,11	0,19
Färbung (5%ige wäßrige
Lösung)	0,45	0,56
Anorganische Salze
⁵⁵ (Gew.-%)⁴)

Bemerkungen:

⁴) Gew.-% auf der Basis von 100% des kapillaraktiven Stoffes.

Tabelle 3 zeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine kontinuierliche Sulfonierung im Vergleich zu der bekannten Vorrichtung hervorragend geeignet ist

Beispiel3

Mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit ringförmigen Speiseanordnungen, mit a=0,6 mm,

ύ=4 mm und mit einem prozentualen Anteil der Schlitzfläche von 67%, wurde ein Alkohol-Äthoxylat mit einem Zusatz von 3 Mol Äthylenoxid (mit einem Molekulargewicht von 330) in der gleichen W<?ise, wie gemäß Beispiel 1, sulfatiert, jedoch unter folgenden Betriebsbedingungen:

Molares Verhältnis des SCb
Zugeführte Menge
Luftmenge zur Verdünnung
K.ühlwassertemperatur

1,03

300 kg/m · h
3 Nm-Vmin
25° C.

IO

Zum Vergleich wurde der gleiche Versuch mit einer bekannten Vorrichtung (gemäß US-PS 36 20 684) mit ringförmigem Schlitz durchgeführt, wobei die Schlitzhöhe 0,4 mm betrug. Die Ergebnisse des Versuchs mit der bekannten und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in Tabelle 4 zusammengefaßt.

Tabelle 4

Qualität des kapillaraktiven
Stoffs

Erfindung

Stand der
Technik

Unverändertes Ausgangs- 2,10 2,15

produkt (Gew.-%)⁵)

Färbung (5%ige wäßrige 0,010 0,020

Lösung)

Anorganische Salze 0,30 0,32

(Gew.-%)

Beispiel 4

Die Sulfonierung erfolgte in der gleichen Weise, wie dies in Beispiel 2 beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß als organische, zu sulfonierende Flüssigkeit Alkylbenzol (mit einem Molekulargewicht von 243) verwendet wurde, jedoch unter folgenden Betriebsbedingungen:

Molares Verhältnis des SO₃ 1,05

Zugeführte Alkylbenzol-

Mengc 300 kg/m · h

Menge der Luft

zur Verdünnung 3 NmVmin

Kühlwassertemperatur 20⁰C.

Die für den Vergleichsversuch verwendete bekannte Vorrichtung war die gleiche, wie in Beispiel 2 beschrieben.

Die Ergebnisse beider Versuche sind in Tabelle 5 zusammengefaßt.

20

Tabelle

Qualität des kapillaraktiven Erfindung Stand der

Stoffs Technik

Unverändertes Ausgangs- 1,30 1,35

produkt (Gew.-%)

Färbung (5%ige wäßrige 0,010 0,015

Bemerkungen: Lösung)

*) Ge\v.-% auf der Basis von 100% des kapillaraktiven Stoffes, Anorganische Salze 1,25 1,20

ermittelt nach dem Ionenaustauscherharz-Verfahren. 35 (Gew.-%)'⁴)

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung oder Sulfatierung organischer Flüssigkeiten, mit mindestens einer vertikalen, zylindrischen Reaktionswand mit einer Reaktionsfläche. über die eine zu sulfonierende oder sulfatierende Flüssigkeit in Form eines dünnen Films nach unten fließt und mit mindestens einer ringförmigen Düse zum Zuführen eines gasförmigen Sulfonierungsmittels zu einer entsprechenden Reaktionszone, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zwei von außen gekühlte, zylindrische Reaktionswände (2, 3) bezüglich ihrer Längsachsen derart konzentrisch zueinander angeordnet sind, daß ihre Reaktionsflächen einander gegenüberliegen,

b) eine innere ringförmige Speiseanordnung (12) vorgesehen ist, der die zu sulfonierende oder sulfatverende Flüssigkeit aus einer von ihr umschlossenen Ringkammer (ίί) zuführbar isi und aus der sie durch Schlitze in Form eines dünnen Films zu der Reaktionsfläche der inneren Reaktionswand (3) nach unten fließen kann.

c) eine äußere ringförmig Speiseanordnung (14) vorgesehen ist, der die zu sulfonierende oder sulfatierende Flüssigkeit aus einer sie umgebenden Ringkammer (13) zuführbar ist und aus der sie durch Schlitze in Form eines dünnen Films an der Reaktionsfläche der äußeren Reaktionswand (2) nach u"ten flie^aen kann und

d) eine ringförmige Düse (16) zum Zuführen des Sulfonierungsmitteh vo-handen ist, weiche zwischen den Reaktionswänden (23) angeordnet ist und mit deren Hilfe das Sulfonierungsmittel im Parallelstrom-Verfahren mit den dünnen Filmen der zu sulfonierenden oder sulfatierenden Flüssigkeit unterhalb der ringförmigen Speiseanordnungen (12; 14) in Kontakt bringbar ist, wobei jede ringförmige Speiseanordnung (12; 14 bzw. 20 — Fig. 2 und 3) eine Anzahl von Schlitzen (21) aufweist, die in Umfangsrichtung in einer Reihe äquidistant angeordnet sind, wobei der prozentuale Anteil der Schlitzfläche gemäß folgender Formel: