DE3006791A1 - METHOD FOR SULFONING OR SULFATING ORGANIC COMPOUNDS, AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD - Google Patents
METHOD FOR SULFONING OR SULFATING ORGANIC COMPOUNDS, AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHODInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sulfonieren oder Sulfatieren organischer Verbindungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Sulfonieren oder Sulfatieren organischer Verbindungen unter Ablauf von Sulfonierungs- bzw. Sulfatierungsreaktionen, die im wesentlichen auf der freien Oberfläche einer Schicht des flüssigen, zu sulfonierenden oder zu sulfatierenden Ausgangsmaterials ablaufen, das der Einwirkung gesteuerter Mengen eines gasförmigen Reagens ausgesetzt wird. Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Reaktionsprodukte lassen sich nach ihrer Neutralisation zur Herstellung von oberflächenaktiven Stoffen verwenden.The invention relates to a method for sulfonating or sulfating organic compounds and to a device to carry out the procedure. More particularly, the invention relates to a process for sulfonating or sulfating organic compounds Compounds with the course of sulfonation or sulfation reactions, which are essentially on the free Surface of a layer of the liquid starting material to be sulfonated or to be sulfated, which is exposed to the action exposed to controlled amounts of a gaseous reagent. The reaction products made by the process of the invention can be used after their neutralization for the production of surface-active substances.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein verbessertes Verfahren der sog. Dünnschicht- oder Filmsulfonierung oder Dünnschicht- oder Filmsulfatierung in einem sog. Multiröhrenreaktor. The method according to the invention is an improved method of so-called thin-layer or film sulfonation or thin-layer or film sulfation in a so-called multi-tube reactor.
Zur Herstellung oberflächenaktiver Stoffe werden bekanntlich beispielsweise Alkylbenzole, z.B. Dodecylbenzol, lineare und verzweigtkettige Fettalkohole, äthoxylierte Fettalkohole, Olefine, Ester von Fettsäuren und dergleichen, nach verschiedenen bekannten Methoden sulfoniert bzw. sulfatiert.For example, alkylbenzenes, e.g. branched chain fatty alcohols, ethoxylated fatty alcohols, olefins, esters of fatty acids and the like, according to various known methods sulfonated or sulfated.
Die am häufigsten angewandte Methode besteht darin, die zu sulfonierenden bzw. sulfatierenden Ausgangsprodukte mit gasförmigen, SO3 enthaltenden Mischungen (z.B. mit Konvertergas) in Kaskadenreaktoren umzusetzen. Hierbei wird das Gas in mit Rührwerken ausgestatteten Reaktoren mit dem flüssigen Ausgangsprodukt in stetig steigenden Konzentrationen des sulfonierten Produktes umgesetzt oder in röhrenförmigen Reaktoren, in denen das Gas kontinuierlich mit der Flüssigkeit reagiert, die in Form einer dünnen Schicht vorliegt, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten derart eingestellt werden, daß die Gaskonzentration fortschreitend abnimmt, entsprechend einer fortschreitenden Konzentrationserhöhung des sulfonierten Produktes.The most frequently used method consists in converting the starting products to be sulfonated or sulfated with gaseous mixtures containing SO 3 (eg with converter gas) in cascade reactors. Here, the gas is reacted with the liquid starting product in steadily increasing concentrations of the sulfonated product in reactors equipped with agitators or in tubular reactors in which the gas reacts continuously with the liquid, which is in the form of a thin layer, the flow rates being adjusted in this way that the gas concentration decreases progressively, corresponding to a progressive increase in the concentration of the sulfonated product.
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Das zuerst erwähnte System bietet den Vorteil, daß in den verschiedenen Verfahrensstufen entweder der gewünschte Grad des Fortschritts der Reaktion oder die Temperatur der Reaktion überwacht werden kann, wodurch die Erzeugung von übersulfonierten Produkten aufgrund überhöhter Temperatur vermieden werden kann. Sogar die Verweilzeit innerhalb des Reaktors, d.h. die Kontaktdauer der Reagenzien läßt sich in vorteilhafter Weise überwachen, und zwar durch eine geeignete Dimensionierung mindestens eines oder mehrerer der Kaskadenreaktoren.The first-mentioned system has the advantage that in the various Process steps either the desired degree of progress of the reaction or the temperature of the reaction is monitored can be, whereby the generation of over-sulfonated products due to excessive temperature can be avoided. Even the residence time within the reactor, i.e. the contact time of the reagents can be monitored in an advantageous manner, by means of suitable dimensioning at least one or more of the cascade reactors.
Im Falle des zweiten Systems, der sog. Filmreaktoren, läßt sich die Reaktion in einem einzelnen Reaktor bei extrem kurzen Kontaktzeiten durchführen und mit der Möglichkeit, das Gas mit sich stetig vermindernder Verdünnung umzusetzen, entsprechend den progressiv höheren Reaktionsgraden.In the case of the second system, the so-called film reactors, the reaction can be carried out in a single reactor with extremely short contact times perform and with the possibility of converting the gas with steadily decreasing dilution, according to the progressively higher degrees of reaction.
Die Sulfonierungsreaktionen in sog. Filmreaktoren lassen sich heutzutage mittels verschiedener Systeme durchführen. Genannt seien:The sulfonation reactions in so-called film reactors can nowadays be carried out using various systems. Called be:
1. Die Filmsulfonierung mittels eines Einröhrenreaktors. Dieser Reaktortyp, der erste der für eine Filmsulfonierung verwendet wurde, besteht im wesentlichen aus einem einzelnen zylindrischen, vertikalen Rohr, in dessen oberes Ende eine Schicht oder ein Film eines flüssigen Reagens eingeführt wird, das im inneren des Rohres an den Reaktorwänden nach anten fließt. In das Innere des Rohres wird des weiteren ein Strom eines gasförmigen Reagens eingeführt, das im allgemeinen aus gasförmigen Schwefeltrioxid besteht, das mit einem inerten Trägergas verdünnt ist.1. The film sulfonation using a single tube reactor. This type of reactor, the first to be used for film sulfonation, consists essentially of a single cylindrical, vertical tube, in the upper end of which is a layer or a Film of a liquid reagent is introduced, which flows inside the tube on the reactor walls after anten. Inside A stream of a gaseous reagent is further introduced into the tube, generally consisting of gaseous sulfur trioxide consists, which is diluted with an inert carrier gas.
Die äußere Oberfläche des Reaktorrohres wird mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt, um die Temperatur der Reaktionsmischung während der Reaktion in bestimmten Grenzen zu halten. Derartige Einröhrenreaktoren sind jedoch nur beschränkt verwendbar, da der maximale Durchmesser des Reaktors und in-folgedessen die maximale Produktionsgeschwindigkeit an die optimale Einspeisgeschwindigkeit des gasförmigen Reagens gebunden ist.The outer surface of the reactor tube is covered with a cooling liquid cooled in order to keep the temperature of the reaction mixture during the reaction within certain limits. Such single tube reactors can only be used to a limited extent, however, because of the maximum diameter of the reactor and consequently the maximum production speed is bound to the optimal feed rate of the gaseous reagent.
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Da der größte Teil der Reaktion bei optimaler Geschwindigkeit des Gases (20 bis 80 m/Sek.) in dem ersten vergleichsweise sehr kurzen Abschnitt des Reaktors stattfindet, führen Durchmesser (und dementsprechend Produktionsgeschwindigkeiten) von größer als 2,54 cm zu einer nicht annehmbaren Abnahme der kühlbaren Oberfläche, bestehend aus der äußeren Oberfläche des Rohres. Diese Situation bewirkt einen Anstieg der Spitzentemperatur in der Reaktionsmasse auf einen nicht akzeptablen Wert unter Erzeugung eines Produktes schlechter Qualität (insbesondere unter Erzeugung eines Produktes von schlechter Farbe aufgrund der Bildung von übersulfonierten Nebenprodukten).Since most of the reaction at the optimal speed of the gas (20 to 80 m / sec.) In the first comparatively very short section of the reactor takes place, lead diameter (and accordingly production speeds) of greater than 2.54 cm results in an unacceptable decrease in the coolable surface, consisting of the outer surface of the Pipe. This situation causes the peak temperature in the reaction mass to rise to an unacceptable level producing a product of poor quality (in particular producing a product of poor color due to the formation of oversulfonated by-products).
2. Die Verwendung von Reaktoren mit ringförmigem Gasraum. Dieser Typ von Reaktoren weist zwei konzentrische vertikale Zylinder auf, und zwar einen inneren und einen äußeren Zylinder, welche den ringförmigen Gasraum begrenzen.2. The use of reactors with an annular gas space. This type of reactor has two concentric vertical cylinders on, namely an inner and an outer cylinder which delimit the annular gas space.
Das flüssige Reagens wird sowohl über die innere Oberfläche des äußeren Zylinders als auch über die äußere Oberfläche des inneren Zylinders eingespeist.The liquid reagent is drawn over both the inner surface of the outer cylinder and over the outer surface of the inner Cylinder fed.
Durch geeignete Auswahl des Verhältnisses zwischen den Durchmessern der beiden Zylinder ist es möglich, den Querschnitt des Reaktors in geeigneter Weise zu bemessen, wobei der Querschnitt durch den Bereich des Ringraumes bestimmt wird, der von den beiden Zylindern begrenzt wird.By properly choosing the ratio between the diameters of the two cylinders, it is possible to dimension the cross-section of the reactor in a suitable manner, the cross-section is determined by the area of the annular space that is delimited by the two cylinders.
Auch dieser Reaktortyp weist jedoch einige Nachteile auf. Ist es erwünscht, die Durchmesser der beiden Zylinder zu erhöhen, um die Produktionskapazität zu erhöhen, so treten beträchtliche Schwierigkeiten in der Verteilung des flüssigen Reagens in Form eines Filmes konstanter Dicke auf. Infolgedessen ist eine extrem genaue Konstruktion des Reaktors erforderlich, was notwendigerweise zu einer beträchtlichen Kostensteigerung führt.However, this type of reactor also has some disadvantages. If it is desired to increase the diameter of the two cylinders, in order to increase the production capacity, considerable difficulties arise in the distribution of the liquid reagent Form of a film of constant thickness. As a result, extremely precise design of the reactor is required, which is necessary leads to a considerable increase in costs.
Um eine gleichförmige Verteilung des flüssigen Reagens an den Reaktorwänden ohne Notwendigkeit einer extrem präzisen Reaktorkonstruktion zu erreichen, wird bei einer modifizierten Ausführungsform dieses Reaktortyps ein ringförmiger Rotor im oberenTo ensure uniform distribution of the liquid reagent on the reactor walls without the need for extremely precise reactor design To achieve, in a modified embodiment of this type of reactor, an annular rotor in the upper
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Teil des ringförmigen Gasraumes angeordnet.Part of the annular gas space arranged.
Durch einen solchen Reaktor lassen sich die beschriebenen Schwierigkeiten jedoch nur teilweise beseitigen. TatsächlichSuch a reactor, however, only partially eliminates the difficulties described. Indeed
Teil nämlich ist mindestens für den oberen/des Reaktors eine noch höhere Konstruktionsgenauigkeit erforderlich, und zwar im Hinblick auf die Gegenwart eines umlaufenden Elementes, dessen Entfernung von den beiden Filmen des flüssigen Reagens auf das sorgfältigste eingestellt werden muß.Part of that is at least one more for the upper / of the reactor higher design accuracy required, in view of the presence of a revolving element, its Removal from the two films of the liquid reagent must be adjusted as carefully as possible.
3. Die sogenannten Mehrröhren- oder Multiröhrenreaktoren. Dieser Reaktortyp weist ein Bündel einzelner Rohre auf, wobei ein jedes dieser Rohre eine optimale Größe bezüglich der Verteilung von Flüssigkeit aufweist, wie auch bezüglich der zur Verfügung stehenden Kühloberfläche sowie bezüglich der mechanischen Konstruktion. Im Falle dieser Reaktoren besteht die größte Schwierigkeit darin, im Falle eines jeden Reaktors die genaue Menge an Gas und Flüssigkeit (gleich für jedes Rohr) zu gewährleisten, um in jedem Rohr das gleiche Mol-Verhältnis von Reagenzien zu erreichen, entsprechend dem für den Reaktor vorbere-chneten Verhältnis.3. The so-called multi-tube or multi-tube reactors. This type of reactor has a bundle of individual tubes, wherein each of these tubes has an optimal size with respect to the distribution of liquid, as well as with respect to the Available cooling surface as well as with regard to the mechanical construction. In the case of these reactors, the greatest difficulty in finding the exact amount of gas and liquid in the case of each reactor (the same for each tube) to ensure that the same molar ratio of reagents is achieved in each tube, corresponding to that for the reactor pre-calculated ratio.
Von mehreren Autoren ist dies Problem kürzlich aufgegriffen worden und teilweise durch die folgenden Maßnahmen gelöst worden:This problem has recently been addressed by several authors and has been partially solved by the following measures:
a) die Verwendung von kalibrierten öffnungen für die Einspeisung der Flüssigkeit und des Gases in ein jedes einzelne Reaktorrohr; a) the use of calibrated openings for the feed the liquid and gas into each individual reactor tube;
b) die Verwendung von kalibrierten Rohren, sämtlich von der gleichen Größe, sämtlich mit dem gleichen Durchmesser, mit gleicher Wanddicke und Länge;b) the use of calibrated pipes, all of the same size, all with the same diameter, with the same wall thickness and length;
c) die Verwendung eines Druckausgleichsgases, das abwärts von den Verteilungsdüsen eingeführt wird, um die genaue Verteilung der Reaktionskomponenten in den Reaktorrohren zu gewährleisten. c) the use of a pressure equalization gas introduced downwardly from the distribution nozzles to ensure accurate distribution to ensure the reaction components in the reactor tubes.
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Mit den oben beschriebenen Maßnahmen läßt sich jedoch, obgleich die Verfahrensbedingungen verbessert xierden, kein perfektes molares Verhältnis zwischen flüssigen und gasförmigen Reaktionskomponenten in den einzelnen Rohren gewährleisten. Vielmehr werden annehmbare Ergebnisse dank der bereits beschriebenen Vorteile aufgrund der Verwendung eines Mehrröhrenreaktors erzielt, bei dem ein jedes einzelne Rohr, wenn in dieses die genaue Menge an Flüssigkeiten eingespeist wird, die besten Verfahrensbedingungen gewährleistet.With the measures described above, however, although the process conditions are improved, a perfect molar cannot be achieved Ratio between liquid and gaseous reaction components ensure in the individual tubes. Rather, the results will be acceptable thanks to the advantages already described achieved due to the use of a multi-tube reactor, in which each individual tube, when in this the exact amount of Liquids is fed in, ensuring the best process conditions.
Die bei dieser Verfahrensweise erzielbaren günstigsten Ergebnisse entsprechen dem statistischen Durchschnittswert von mehr oder weniger optimalen Werten, die durch jedes einzelne Rohr erzielt werden, obgleich in den Röhren einzeln betrachtet, das molare Verhältnis Gas/Flüssigkeit nicht das optimale Verhältnis ist, wenn es nicht zufällig eingestellt wird.The most favorable results that can be achieved with this procedure correspond to the statistical average of more or less optimal values achieved by each individual pipe although considered individually in the tubes, the gas / liquid molar ratio is not the optimal ratio, if it is not set randomly.
Die Genauigkeit des Gas-Flüssigkeitsverhältnisses wird auf Kosten eines beträchtlichen DruckverlustesThe accuracy of the gas-liquid ratio comes at a cost a considerable pressure loss
(head loss) erzielt, wobei dieses Charakteristikum auch in konzentrischen Röhrenreaktoren auftritt und insbesondere beim Einspeisen des gasförmigen Reagens, was einen beträchtlichen Energieaufwand erfordert und zu Konstruktionsproblemen in der Stromaufwärts-SOj-Produktionseinheit führt.(head loss) achieved, this characteristic also in concentric Tubular reactors occurs and especially when feeding the gaseous reagent, which is a considerable Requires energy expenditure and creates design problems in the upstream SOj production unit.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Sulfonieren oder Sulfatieren organischer Verbindungen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, durch welche die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.The object of the invention is to provide a method for sulfonating or sulfating organic compounds and a device for Specify implementation of the method, by means of which the disadvantages described above are avoided.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich die geschilderte Aufgabe lösen läßt durch die Kombination verschiedener Maßnahmen, nämlich:The invention was based on the knowledge that the described The task can be solved by a combination of different measures, namely:
A) Auswahl eines Mehrröhrenreaktors oder Multiröhrenreaktors zur Gewährleistung der besteh Wärmeaustauschbedingungen sowie Homogenität der Filmdicke oder DünnschichtA) Selection of a multi-tube reactor or a multi-tube reactor to ensure the existing heat exchange conditions and homogeneity of the film thickness or thin layer
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B) Auswahl der optimalen Größe der einzelnen Rohre für den besten Kompromiß: Maximaler Durchmesser (geringere Anzahl von Rohren), Minimumhöhe (geringer Druckverlust), jedoch einfache mechanische Ausführung.B) Selection of the optimal size of the individual tubes for the best compromise: Maximum diameter (fewer number of pipes), minimum height (low pressure loss), but simple mechanical design.
C) Verteilung des gasförmigen Reagens mit vernachlässigbarem Druckverlust, beruhend in jedem einzelnen Rohr auf der Filmoder Schichtdicke und somit auf der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Reagens, den Umwandlungsprofilen und der Reaktionstemperatur längs des Rohres.C) Distribution of the gaseous reagent with negligible pressure loss, based in each individual tube on the film or Layer thickness and thus on the flow rate of the liquid reagent, the conversion profiles and the reaction temperature along the tube.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Kombination der aufgeführten Merkmale ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden, wobei die Notwendigkeit einer Kalibrierung entfällt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit und/oder wenn der Typ des verwendeten flüssigen Reagens verändert wird.It has been found that the combination of the features listed gives excellent results, the No need for calibration if the flow rate and / or if the type of liquid used Reagent is changed.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Sulfonieren oder Sulfatieren organischer Verbindungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet sind.The invention relates to a method for sulfonating or sulfating organic compounds and a device for Implementation of the method as characterized in the claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Sulfonierung oder Sulfatierung organischer Verbindungen durch in einem Trägergas enthaltenem gasförmigen Schwefeltrioxid durch Einspeisen der flüssigen zu sulfonierenden Verbindungen in Form einer dünnen Schicht oder eines Filmes in die parallel zueinander und senkrecht angeordneten Rohre eines Reaktors, wobei die Rohre zwischen Kammern zum Einspeisen der Reaktionskomponenten auf der oberen Seite und einer Kammer zum Auffangen der Reaktionsprodukte an der anderen unteren Seite der Rohre angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Einspeisdruck des gasförmigen Reagens gleich oder praktisch gleich ist dem Druckverlust, verursacht durch den Fluß des gasförmigen Reagens innerhalb der einzelnen Rohre, durch welche die flüssige Reaktionskomponente geführt wird, wobei der Einspeisdruck des gasförmigen Reagens geringer ist als der Einspeisdruck des flüssigen Reagens, in der Regel geringfügig gerin-The inventive method for sulfonation or sulfation organic compounds by gaseous sulfur trioxide contained in a carrier gas by feeding in the liquid compounds to be sulfonated in the form of a thin layer or a film in the parallel and perpendicular to each other Tubes of a reactor, the tubes between chambers for feeding the reaction components on the upper side and a chamber for collecting the reaction products is arranged on the other lower side of the tubes, is characterized in that that the feed pressure of the gaseous reagent is equal to or practically equal to the pressure drop caused by the flow of the gaseous reagent within the individual tubes through which the liquid reaction component is passed, the Feed pressure of the gaseous reagent is lower than the feed pressure of the liquid reagent, usually slightly lower
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ger ist oder um eine Minimummenge oder minimale Menge geringer ist.is ger or less by a minimum amount or a minimum amount is.
Der Einspeisdruck des gasförmigen Reagens in ein jedes einzelne Rohr liegt in der Regel bei 0,1 bis 0,5 Bar, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 Bar.The feed pressure of the gaseous reagent into each individual tube is generally from 0.1 to 0.5 bar, preferably 0.2 up to 0.4 bar.
Der Einspeisüberdruck des flüssigen Reagens bezüglich des Einspeisdruckes des gasförmigen Reagens liegt zweckmäßig bei bis zu 1 bis 100 cm Flüssigkeitssäule oder Wassersäule und vorzugsweise bei 5 bis 15 cm Flüssigkeitssäule oder Wassersäule.The feed pressure of the liquid reagent with respect to the feed pressure of the gaseous reagent is suitably up to 1 to 100 cm column of liquid or water column and preferably at 5 to 15 cm column of liquid or water column.
Der innere Durchmesser eines jeden Rohres liegt zweckmäßig bei 20 bis 40 mm und vorzugsweise zwischen 20 und 30 mm, während die Länge eines jeden Rohres zweckmäßig bei 2 bis 10 und vorzugsweise zitfischen 5 und 7 m liegt. Die äußere Oberfläche der Rohre wird dabei mittels einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit gekühlt.The inner diameter of each tube is expediently 20 to 40 mm and preferably between 20 and 30 mm, while the length of each tube is expediently 2 to 10 and preferably 5 and 7 m. The outer surface of the pipes is cooled by means of a circulating coolant.
Das Trägergas kann in vorteilhafter Weise mindestens teilweise aus dem erschöpften oder verbrauchten Gas bestehen, das aus der Sammelkammer des Reaktors abgezogen wird.The carrier gas can advantageously at least partially consist of the exhausted or used gas that consists of is withdrawn from the plenum chamber of the reactor.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich somit ein Reaktor mit einem Satz vertikal und parallel zueinander angeordneter Rohre in dessen oberen Teil ein gasförmiges Reagens durch eine gemeinsame Verteilerkammer eingespeist wird und der dadurch gekennzeichnet ist, daß der QuerschnittSuitable for carrying out the method according to the invention thus a reactor with a set of tubes arranged vertically and parallel to one another in the upper part of which a gaseous reagent is fed through a common distribution chamber and which is characterized in that the cross section
eines jeden Rohres konstant oder praktisch konstant ist vom Einspeisende des gasförmigen Reagens bis zum unteren Ende oder Fußende.of each tube is constant or practically constant from the feed end of the gaseous reagent to the lower end or Foot end.
Das flüssige Reagens wird in ein jedes Rohr am oberen Ende oder nahe seines oberen Endes durch einen umlaufenden oder kreisförmigen Einschnitt oder Schlitz eingespeist, der sich über den Querschnitt des Rohres erstreckt. Die äußere Oberfläche einesThe liquid reagent is introduced into each tube at the top or near its top through a circumferential or circular Incision or slot fed, which extends over the cross section of the pipe. The outer surface of a
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jeden Rohres wird dabei mittels einer geeigneten Kühlflüssigkeit gekühlt, die innerhalb einer oder innerhalb mehrerer Kammern zirkuliert, die um die Rohre angeordnet sind.Each tube is cooled by means of a suitable cooling liquid, which is located within one or within several chambers circulates, which are arranged around the tubes.
Der Reaktor weist des weiteren in vorteilhafter Weise Mittel zur Einstellung der Öffnungsgröße der Einspeisöffnung oder des Einspeisschlitzes auf.The reactor also advantageously has means for adjusting the opening size of the feed opening or the Feed slot on.
Die Zeichnung dient der näheren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind dargestellt in:The drawing serves to explain the invention in more detail. In detail are shown in:
Figur 1 ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Reaktor im Schnitt;FIG. 1 a for carrying out the method according to the invention suitable reactor in section;
Figur 2 der in Figur 1 mit II gekennzeichnete Reaktorteil in vergrößertem Maßstab;FIG. 2 shows the reactor part marked II in FIG. 1 on an enlarged scale;
Figur 3 ein Schnitt längs der Linie III - III von Figur 1;FIG. 3 shows a section along the line III - III from FIG. 1;
Figur 4 eine schaubildliche Darstellung eines Abschnittes von drei Rohren des Reaktors, welche eine erste Verfahrensbedingung in den Reaktorrohren veranschaulicht;FIG. 4 is a diagrammatic representation of a section of three tubes of the reactor, which a first process condition illustrated in the reactor tubes;
Figuren 5 und 6 Schaubilder ähnlich dem Schaubild der Figur 4, welche zwei verschiedene Verfahrensbedingungen darstellen.FIGS. 5 and 6 are diagrams similar to the diagram in FIG. 4, which show two different process conditions.
Gemäß Figur 1 besteht der Reaktor 1 aus einem Satz von Röhren 10, die vertikal und parallel zueinander angeordnet sind und deren oberes Ende jeweils an eine Einspeiskammer 70 angeschlossen ist, in welche das gasförmige Reagens, das durch die Leitung 12 eingeführt wird, eingespeist wird. Das durch die Leitung 12 eingespeiste gasförmige Reagens wird von einer Anlage zur Erzeugung von gasförmigen SO, herangeführt, vorzugsweise aus einer Anlage, in der SO^ nach dem Kontaktverfahren oder durch katalytische Umwandlung erzeugt wird.According to Figure 1, the reactor 1 consists of a set of tubes 10 which are arranged vertically and parallel to each other and their upper end is connected to a feed chamber 70, into which the gaseous reagent that is introduced through line 12 is introduced is fed. The gaseous reagent fed in through line 12 is generated by a plant from gaseous SO, brought in, preferably from a plant in the SO ^ by the contact process or by catalytic conversion is produced.
Die Rohre 10 münden im unteren Teil in eine Kammer 40, in der die Reaktionsprodukte aufgefangen werden, die dann über eine Leitung 13 aus der Kammer abgezogen werden.The tubes 10 open in the lower part into a chamber 40 in which the reaction products are collected, which are then transferred via a line 13 can be withdrawn from the chamber.
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Innerhalb des vorzugsweise zylindrischen Reaktors zirkuliert eine Kühlflüssigkeit.A cooling liquid circulates within the preferably cylindrical reactor.
Da sich die exotherme Reaktion zwischen dem flüssigen Ausgangsprodukt, das sulfoniert oder sulfatiert werden soll und dem gasförmigen Reagens aus Schwefeltrioxid hauptsächlich im ersten oder oberen Abschnitt der Rohre 10 abspielt, wird die Kühlflüssigkeit vorzugsweise in der gleichen Richtung wie die Reaktionsmischung in den Reaktor eingespeist, d.h. sie strömt, wie die Reaktionsmischung vorzugsweise von oben nach unten. Since the exothermic reaction between the liquid starting product, which is to be sulfonated or sulfated and the gaseous reagent of sulfur trioxide mainly in the first or Playing the upper portion of the tubes 10, the cooling liquid is preferably in the same direction as the reaction mixture fed into the reactor, i.e. it flows, like the reaction mixture, preferably from top to bottom.
Der Reaktor weist somit in vorteilhafter Weise mindestens eine obere Einspeisleitung 20 zum Einspeisen der Kühlflüssigkeit auf und eine untere Leitung 21, aus der die Kühlflüssigkeit abgezogen werden kann.The reactor thus advantageously has at least one upper feed line 20 for feeding in the cooling liquid and a lower line 21 from which the cooling liquid can be drawn off.
Durch geeignete horizontale oder subhorizontale Trennwände oder Zwischenboden kann die Turbulenz der Kühlflüssigkeit in üblicher bekannter Weise erhöht werden. Die Kühlflüssigkeit zirkuliert infolgedessen innerhalb eines Raumes, der begrenzt wird von den äußeren Oberflächen der Rohre 10, der inneren Oberfläche des Mantels des Reaktors 1 und den beiden Platten oder Böden 23 und 24, durch welche die Rohre 10 geführt werden. Oberhalb der Platte 23 befindet sich eine dritte Platte 25, die unterhalb der Kammer 70, in die das gasförmige Reagens eingespeist wird, eine zweite Kammer 15 für die Verteilung des flüssigen Reagens abtrennt. In die Kammer 15 wird das flüssige Reagens durch ein oder mehrere Leitungen 16 eingespeist. Aus der Verteilerkammer 15 gelangt das flüssige Reagens in die einzelnen Rohre über eine Einspeisvorrichtung, deren Aufbau sich aus der Figur 2 ergibt. Ein jedes Rohr weist eine solche Zufuhreinrichtung auf.The turbulence of the cooling liquid can be reduced in the usual way by means of suitable horizontal or sub-horizontal partition walls or intermediate floors can be increased in a known manner. As a result, the cooling liquid circulates within a space that is limited from the outer surfaces of the tubes 10, the inner surface of the jacket of the reactor 1 and the two plates or trays 23 and 24 through which the tubes 10 are passed. Above the plate 23 is a third plate 25, which is below the chamber 70 into which the gaseous reagent is fed, a second chamber 15 for the distribution of the liquid reagent separates. The liquid reagent is fed into the chamber 15 through one or more lines 16. From the distribution chamber 15, the liquid reagent enters the individual tubes via a feed device, the structure of which can be seen from the figure 2 results. Each tube has such a feed device.
Wie sich aus Figur 2 ergibt, weist ein jedes Rohr 10 einen oberen zylindrischen Abschnitt 30 von einem etwas größeren Durchmesser auf. Der obere Teil eines jeden Rohres 10 ist mit dem unteren Ende über einen kurzen kegelstumpfförmigen Abschnitt verbunden.As can be seen from Figure 2, each tube 10 has an upper cylindrical portion 30 of a slightly larger diameter on. The upper part of each tube 10 is connected to the lower end over a short frustoconical section tied together.
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Der obere zylindrische Abschnitt 30 weist eine geeignete Anzahl von Durchtritten oder öffnungen 38 für die Einführung des flüssigen Reagens auf. Die äußere Oberfläche des zylindrischen Abschnittes 30 befindet sich unter Wahrung eines gewissen Abstandes im Eingriff mit der inneren Oberfläche einer zylindrischen Manschette oder Hülse 33, durch welche die Abdichtung mit den Platten 23 und 25 bewirkt wird.The upper cylindrical portion 30 has a suitable number of passages or openings 38 for the introduction of the liquid Reagent on. The outer surface of the cylindrical portion 30 is while maintaining a certain distance engages the inner surface of a cylindrical sleeve or sleeve 33 through which the seal with the Plates 23 and 25 is effected.
Die Manschette oder Hülse 33 weist Durchtritte 36 für die Zufuhr des flüssigen Reagens auf, wobei die Durchtritte von solcher Größe sind und sich derart über den Umfang der Manschette oder Hülse verteilen, daß kein Druckverlust (head loss) erzeugt wird, wenn die Flüssigkeit die öffnungen 36 durchströmt. Innerhalb des oberen Abschnittes 30 des Rohres 10 befindet sich eine zweite Manschette oder zweite Hülse 50, deren äußere Oberfläche im Eingriff mit der inneren Oberfläche des Teiles 30 steht, mit Ausnahme eines zentralen Abschnittes infolge des Vorhandenseins einer breiten ringförmigen Aussparung 51.The cuff or sleeve 33 has passages 36 for the supply of the liquid reagent, the passages of such Size are and are distributed over the circumference of the cuff or sleeve in such a way that no pressure loss (head loss) is produced when the liquid flows through the openings 36. Within of the upper portion 30 of the tube 10 is a second sleeve or sleeve 50, the outer surface of which engages the inner surface of member 30 except for a central portion due to its presence a wide annular recess 51.
Die innere Wand des Teiles 30 und die Aussparung 51 begrenzen einen ringförmigen Raum für die Aufnahme des flüssigen Reagens, das über die öffnungen 38 und 36 eingespeist wird.The inner wall of the part 30 and the recess 51 delimit an annular space for receiving the liquid reagent, which is fed in via openings 38 and 36.
Geeignete axiale Durchtritte 52, die in Figur 2 nur schaubildlich dargestellt sind, ermöglichen es dem flüssigen Reagens aus dem ringförmigen Raum, der durch die Aussparung 51 gebildet wird, nach unten zu fließen. Die Manschette oder Hülse 50 weist einen unteren kegelstumpfförmigen Abschnitt auf, der den gleichen öffnungswinkel aufweist, wie die Verbindungszone 31 zwischen den Teilen 10 und 30.Suitable axial passages 52, which are only shown diagrammatically in Figure 2, allow the liquid reagent to escape the annular space formed by the recess 51 to flow downward. The cuff or sleeve 50 has a lower frustoconical section which has the same opening angle as the connecting zone 31 between the Parts 10 and 30.
Zwischen dem unteren Ende der Manschette oder Hülse 50 und dem Verbindungsteil 31 befindet sich somit ein ringförmiger Schlitz, entsprechend den Mantellinien eines Kegelstumpfes, dessen Breite von der vertikalen Position der Manschette oder Hülse 50 bestimmt wird.Between the lower end of the cuff or sleeve 50 and the connecting part 31 there is thus an annular slot, corresponding to the surface lines of a truncated cone, the width of which is determined by the vertical position of the sleeve or sleeve 50 will.
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Im oberen Teil weist die Manschette oder Hülse 50 einen Gewindekopf 54 auf, der im oberen Abschnitt des Teiles 30 geführt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, durch Verstellen der Position der Manschette oder Hülse 50 nach unten oder oben den Abschnitt des ringförmigen Durchtrittes zwischen dem unteren Ende der Manschette oder Hülse 50 und dem kegelstumpfförmigen Verbindungsstück 31 zu verstellen. Der ringförmige Durchtritt, der eine Form entsprechend den Mantellinien eines Kegels hat, begünstigt die Verteilung des flüssigen Reagens in Form eines Filmes, in Figur 2 mit 60 gekennzeichnet, über der inneren Wand eines Rohres 10.In the upper part, the collar or sleeve 50 has a threaded head 54, which can be performed in the upper portion of the part 30. In this way it is possible by adjusting the Position the cuff or sleeve 50 down or up the portion of the annular passage between the lower Adjust the end of the sleeve or sleeve 50 and the frustoconical connector 31. The ring-shaped passage which has a shape corresponding to the surface lines of a cone, favors the distribution of the liquid reagent in the form of a Film, marked 60 in FIG. 2, over the inner wall of a tube 10.
Der innere Durchmesser der Manschette oder Hülse 50 entspricht in zweckmäßiger Weise dem inneren Durchmesser des Rohres 10, so daß das Gas, das aus der Verteilerkammer 70 zugeführt wird, die freie Oberfläche des Filmes 16 überstreicht, ohne daß dabei ein ins Gewicht fallender Druck verlust auftritt.The inner diameter of the sleeve or sleeve 50 expediently corresponds to the inner diameter of the tube 10, so that the gas supplied from the distribution chamber 70 sweeps the free surface of the film 16 without doing so a significant pressure loss occurs.
Aufgrund der vergleichsweise einfachen Konstruktion des Verteilers des flüssigen Reagens ist es sehr schwierig, eine sehr genaue Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Reagens zu erreichen. Bei durchgeführten Versuchen ohne Einspeisung des gasförmigen Reagens wurde eine Abweichung von bis zu 201 zwischen der nominalen Strömungsgeschwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit eines einzelnen Rohres des Reaktors festgestellt.Due to the comparatively simple construction of the distributor of the liquid reagent, it is very difficult to adjust the flow rate of the liquid very precisely To achieve reagent. For tests carried out without a feed of the gaseous reagent there was a deviation of up to 201 between the nominal flow rate and the Determined flow velocity of a single tube of the reactor.
Wie im folgenden näher dargelegt werden ward, ist es demgegenüber erfindungsgemäß möglich, die Abweichungen des Verhältnisses zwischen der Strömungsgeschwindigkeit oder dem Strömungsgrad des gasförmigen Reagens und der Strömungsgeschwindigkeit bzw. dem Strömungsgrad des flüssigen Reagens innerhalb genauer Grenzen zu halten. Ein solches Ergebnis ist überraschend, wenn man berücksichtigt, daß die Hauptschwierigkeit von allen Filmreaktoren gerade auf der korrekten Proportionierung der beiden Reagenzien beruht.As will be explained in more detail below, it is in contrast to this possible according to the invention, the deviations in the ratio between the flow rate or the degree of flow of the gaseous reagent and the flow rate or the To keep the degree of flow of the liquid reagent within precise limits. Such a result is surprising when one takes into account that the main difficulty of all film reactors is precisely the correct proportioning of the two reagents is based.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Druck, mit dem das gasförmige Reagens eingespeist wird beträchtlich geringer als der Druck des gasförmigen Reagens, mit dem das gasförmige Reagens nach den bekannten Verfahren eingespeist wird. Erfindungsgemäß liegt der Einspeisdruck bei etwa 0,1 bis 0,4 Bar. Je nach dem im Einzelfalle verwendeten flüssigen Ausgangsmaterial ist der Druck des flüssigen Reagens, das in den Reaktor eingespeist wird, höher als der Druck des gasförmigen Reagens, und zwar zweckmäßig um eine Menge oder einen Grad, die bzw. der gleich ist der Höhe des Flüssigkeitsspiegels, der in der Verteilerkammer für die Flüssigkeit existiert.In the method according to the invention, the pressure with which the The gaseous reagent fed is considerably less than the pressure of the gaseous reagent with which the gaseous reagent is fed is fed in according to the known method. According to the invention, the feed pressure is about 0.1 to 0.4 bar. Depending on the The liquid starting material used in the individual case is the pressure of the liquid reagent that is fed into the reactor becomes higher than the pressure of the gaseous reagent, suitably by an amount or degree equal to is the height of the liquid level that exists in the distribution chamber for the liquid.
Ungeachtet des geringen Einspeisdruckes der beiden Reagenzien und ungeachtet dessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit oder der Strömungsgrad des flüssigen Reagens von einem Rohr zum anderen um bis zu oder über 201 verschieden sein kann, war es überraschend festzustellen, daß das Mol-Verhältnis zwischen dem flüssigen Reagens und dem gasförmigen Reagens sehr nahe dem auferlegten Durchschnittswert blieb, mit sehr geringen Unterschieden zwischen den einzelnen Rohren, wenn man die erhaltenen Ergebnisse betrachtet. Eine mögliche Erklärung dieses überraschenden Ergebnisses sei im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 4, 5 und gegeben.Regardless of the low feed pressure of the two reagents and regardless of the fact that the flow rate or the The degree of flow of the liquid reagent from one tube to another can vary by up to or over 201, it was surprising note that the molar ratio between the liquid reagent and the gaseous reagent is very close to that imposed Average remained with very little differences between the individual tubes when looking at the results obtained. A possible explanation of this surprising result is given below with reference to FIGS. 4, 5 and given.
der
Unter der Annahme, daß in /Zeitspanne (tjt..) ^n jedem der drei
Reaktorrohre 110, 210 und 310 von gleichem Durchmesser und gleicher Länge, gleiche ideale Bedingungen vorherrschen, d.h., daß
die drei Strömungsgeschwindigkeiten der flüssigen Reagenzien, LI, L2 und L3 gleich sind, sind die drei Strömungsgeschwindigkeiten
der gasförmigen Reagenzien G1, G2 und G3 gleich und infolgedessen sind auch die drei molaren Verhältnisse R1, R2 und
R3 entsprechend dem angewandten optimalen molaren Verhältnis gleich. Sind die Durchmesser der drei Röhren genau gleich, so schreitet
die Reaktion in den Reaktorrohren in gleichem Maße fort, entsprechend gleichen Niveaus, wie es in Figur 4 dargestellt ist,
wo die Bezugswerte P60, P90 und P98 die Niveaus darstellen, entsprechend Reaktionsgraden von 601, 90$ bzw. 981.the
Assuming that in / time span (tjt ..) ^ n each of the three reactor tubes 110, 210 and 310 of the same diameter and length, the same ideal conditions prevail, ie that the three flow rates of the liquid reagents, LI, L2 and L3 are the same, the three flow rates of the gaseous reagents G1, G2 and G3 are the same and consequently the three molar ratios R1, R2 and R3 are also the same according to the optimal molar ratio used. If the diameters of the three tubes are exactly the same, the reaction in the reactor tubes proceeds to the same extent, corresponding to the same levels, as shown in Figure 4, where the reference values P60, P90 and P98 represent the levels, corresponding to degrees of reaction of 601, $ 90 or 981.
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_ 16 _ 3006781_ 16 _ 3006781
Die Länge der Rohre wird derart ausgewählt, daß die Kontaktdauer zwischen den beiden Reagenzien reichlich ausreichend ist unter optimalen Einspeisbedingungen, um zu gewährleisten, daß praktisch eine vollständige Umwandlung des flüssigen Reagens erfolgt (Reaktionsgrad nahezu 100%). In dieser Weise ist die Vollständigkeit der Reaktion in einem jeden Rohr stets gewährleistet, und zwar sogar unter Bedingungen, die von optimalen Bedingungen abweichen, wenn eine solche Situation aufgrund von Störungen oder dergleichen auftreten sollte.The length of the tubes is chosen so that the contact time between the two reagents is amply sufficient under optimal feed conditions to ensure that there is virtually complete conversion of the liquid reagent takes place (degree of reaction almost 100%). In this way, the completeness of the reaction in each tube is always guaranteed, even under conditions deviating from optimal conditions when such a situation is due to Malfunctions or the like should occur.
Im folgenden sei einmal unterstellt, daß aus irgendeinem Grund in einer Zeitspanne t« - t^ die ' drei Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen Reagens G1, G2 und g3 unverändert bleiben und eine Veränderung in den Strömungsgeschwindigkeiten des flüssigen Reagens L1 , L2 und L3 eintritt, so daß beispielsweise L1 = Lt/3, L2 =0,9 Lt/3, L3 = 1,1 Lt/3 ist, wobei Lt die zusammengesetzte Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Reagens in den drei Rohren ist, die konstant gehalten \tfird. Im Falle des Rohres 110 bleibt die Bedingung bezüglich der in Figur 4 dargestellten Bedingungen unverändert, weshalb die Lage der Niveaus P60, P90 und P98 unverändert bleibt. Aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Falle des Rohres 210 tritt eine Erhöhung der Niveaus P60, P90 und P98 auf, wohingegen das entgegensetzte Ergebnis im Falle des Rohres 310 erhalten wird, aufgrund der größeren Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit.In the following it is assumed that for some reason the three flow velocities in a period of time t «- t ^ of the gaseous reagents G1, G2 and g3 remain unchanged and a change in the flow rates of the liquid Reagent L1, L2 and L3 enters so that, for example, L1 = Lt / 3, L2 = 0.9 Lt / 3, L3 = 1.1 Lt / 3, where Lt is the composite The flow rate of the liquid reagent in the three tubes is kept constant. In the case of the pipe 110, the condition remains unchanged with respect to the conditions shown in FIG. 4, which is why the position of the levels P60, P90 and P98 remains unchanged. Due to the lower flow rate of the liquid in the case of the tube 210 occurs an increase in levels P60, P90 and P98, whereas the opposite result is obtained in the case of pipe 310, due to the greater flow velocity of the liquid.
Festzustellen ist, daß die Unterschiede im Druck zwischen den Kammern 70 und 40 gleich sind dem Druckverlust einer jeden der drei Kammern, in denen demzufolge der Druckverlust gleich ist.It should be noted that the differences in pressure between chambers 70 and 40 are equal to the pressure drop in each of the chambers three chambers in which the pressure loss is therefore the same.
Festzustellen ist des xyeiteren, daß gemeinsam mit der Veränderung des Reaktionsgrades die Viskosität und infolgedessen die Dicke des Filmes bestehend aus einer Mischung des flüssigen Reagens und des flüssigen Reaktionsproduktes sich beträchtlich ändert.What is more important to note is that together with the change the degree of reaction, the viscosity and, consequently, the thickness of the film consisting of a mixture of the liquid reagent and the liquid reaction product changes considerably.
Insbesondere bei steigendem Fortschritt der Reaktion erhöht sich die Viskosität und die Dicke des Filmes, bestehend aus der Mischung des flüssigen Reagens und des flüssigen Reaktionsproduktes.In particular, as the reaction progresses, the viscosity and the thickness of the film consisting of the mixture increase the liquid reagent and the liquid reaction product.
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Figur 5 veranschaulicht, daß die Höhe H3 des Anteiles des Rohres 310, in dem der Fortschritt der Reaktion größer ist als 98, kürzer ist als die entsprechende Höhe H1 des Rohres 110, dessen Höhe 110 wiederum kürzer ist als die Höhe H2. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Längen H1, H2 und H3 haben die drei Rohre verschiedene durchschnittliche Durchtrittsabschnitte für den Strom des gasförmigen Reagens, da die durchschnittliche Dicke des Flüssigkeitsfilmes längs der Rohre verschieden ist.Figure 5 illustrates that the height H3 of the portion of the tube 310 in which the progress of the reaction is greater than 98, is shorter than the corresponding height H1 of the tube 110, the Height 110 is in turn shorter than height H2. Due to their different lengths, the three tubes have H1, H2 and H3 different average passage sections for the flow of the gaseous reagent, since the average thickness of the Liquid film along the tubes is different.
Da die drei Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen Reagens in den Rohren 110, 210 und 310 eindeutig nur von den entsprechenden durchschnittlichen Durchtrittsabschnitten abhängen, wobei die Druckdifferenz in den äußeren Teilen der drei Röhren, wie oben angegeben, gleich ist, ist das Ergebnis wie folgt:Since the three flow rates of the gaseous reagent in the tubes 110, 210 and 310 are clearly only different from the corresponding average passage sections depend on the pressure difference in the outer parts of the three tubes, such as given above is the same, the result is as follows:
Im Falle des Rohres 210 mit einem durchschnittlichen Durchtrittscjjer-In the case of tube 210 with an average passage diameter
schnitt, geringer als im Falle des ursprünglichen Rohres wie im Falle von Figur 4 dargestellt, tritt eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Reagens auf, was dazu führt, daß das molare Verhältnis zwischen den beiden Reagenzien auf den ursprünglichen optimalen Ausgangswert heruntergeführt wird;cut, less than in the case of the original tube as shown in the case of Figure 4, there is a decrease in the flow rate of the gaseous reagent, which leads to the molar ratio between the two reagents on the original optimal output value is brought down;
im Falle des Rohres 310 mit einem durchschnittlichen Durchtrittsquer-in the case of the tube 310 with an average cross-section
schnitt größer als im ursprünglichen Falle wie in Figur 4 dargestellt ist, erfolgt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Reagens, was in diesem Falle dazu führt, daß das molare Verhältnis bis zu dem ursprünglichen optimalen Ausgangswert verschoben wird.cut larger than in the original case as shown in FIG is, there is an increase in the flow rate of the gaseous reagent, which in this case leads to the molar ratio is shifted up to the original optimal starting value.
Es ist jedoch auch der Fall möglich, daß ausgehend von dem Zeitpunkt t.,, obgleich die drei Strömungsgeschwindigkeiten L1, L2 und L3 des flüssigen Reagens konstant und gleich gehalten werden, die Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen Reagens variieren, so daß, verwiesen wird auf Figur 6, z.B. G1 = Ct/3, G2 = 0,9. Gt/3, G3 =1,1.Gt/3 ist, wobei Gt die zusammengesetzte Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Reagens in den drei Rohren ist, die konstant gehalten wird.However, it is also possible that starting from the point in time t. ,, although the three flow velocities L1, L2 and L3 of the liquid reagent are kept constant and equal, the flow rates of the gaseous reagent vary, so that, referring to Figure 6, e.g. G1 = Ct / 3, G2 = 0.9. Gt / 3, G3 = 1.1.Gt / 3, where Gt is the composite flow velocity of the gaseous reagent is in the three tubes, which is kept constant.
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- 18 - 3006731- 18 - 3006731
Im Falle des Rohres 110 bleibt die Situation bezüglich des Rohres 110 von Figur 4 unverändert, weshalb die Positionen der Niveaus P60, P90 und P98 unverändert bleiben. Aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit oder des geringeren Strömungsgrades des Gases tritt im Falle des Rohres 210 eine Verminderung der Niveaus P60, P9O und P98 auf, wohingegen aufgrund der größeren Abgabe des Gasrohres 310 eine Erhöhung der Niveaus erfolgt. Aus den gleichen Überlegungen wie in dem vorstehenden Fall, erfolgt eine Abnahme der Gasströmungsgeschwindigkeit im Rohr 310 und eine Erhöhung der Gasströmungsgeschwindigkeit des gleichen gasförmigen Reagens im Rohr 210, wie der entsprechende durchschnittliche Durchtrittsquerschnitt im Rohr 310 abnimmt und im Rohr 210 zunimmt. Auch in diesem Fall werden die molaren Verhältnisse R2 und R3 in Richtung auf die optimalen ursprünglichen Werte verschoben.In the case of the pipe 110, the situation with respect to the pipe 110 of FIG. 4 remains unchanged, which is why the positions of the levels P60, P90 and P98 remain unchanged. Due to the lower flow rate or the lower degree of flow of the Gas occurs in the case of the pipe 210, a decrease in the levels P60, P9O and P98, whereas due to the greater output of the Gas pipe 310 an increase in the level takes place. For the same reasons as in the previous case, there is an acceptance the gas flow rate in the tube 310 and an increase in the gas flow rate of the same gaseous reagent in the Pipe 210, as the corresponding average flow area decreases in pipe 310 and increases in pipe 210. Also in in this case the molar ratios R2 and R3 are shifted towards the optimal original values.
Neben dem oben beschriebenen Ausgleichseffekt aufgrund der Modifizierung der Umwandlungsprofile in den Röhren tritt ein weiterer wichtiger Ausgleichseffekt auf, der Nutzen aus der bemerkenswerten Veränderung der Viskosität mit der Temperatur zieht. Ändert sich die durchschnittliche Temperatur des Flüssigkeitsfilmes im inneren der Rohre, so ändert sich entsprechend die durchschnittliche Viskosität der Flüssigkeit. Die Folge hiervon ist, daß im Falle der gleichen Strömungsgeschwindigkeit die durchschnittliche Dicke des Filmes abnimmt, wenn die durchschnittliehe Filmtemperatur ansteigt und daß infolgedessen der durchschnittliche Durchtrittsquer-In addition to the compensation effect described above due to the modification The conversion profiles in the tubes, another important compensating effect occurs, the benefit from the remarkable Change in viscosity with temperature pulls. If the average temperature of the liquid film changes inside of the pipes, the average viscosity of the liquid changes accordingly. The consequence of this is that in the event At the same flow rate, the average thickness of the film decreases as the average film temperature increases and that, as a result, the average transverse passage
schnitt oder durchschnittliche Querschnitt für das Gas erhöht wird. Das Gegenteil ist dann der Fall, wenn die durchschnittliche Filmtemperatur abnimmt.cut or average cross section for the gas is increased. The opposite is true when the average Film temperature decreases.
Infolgedessen ist unter Bezugnahme auf die drei in Figur 4 dargestellten Röhren und unter Bezugnahme auf die möglichen verschiedenen Situationen entsprechend Figur 5 für Rohr 210, gekennzeichnet durch eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Reagens,der Gesamteffekt eine geringere Menge von Material, das in der Zeiteinheit reagiert und infolgedessen eine geringere Menge an Reaktionswärme, die freigesetzt wird.As a result, referring to the three shown in FIG Tubes and with reference to the possible different situations corresponding to Figure 5 for tube 210 by a decrease in the flow rate of the liquid reagent, the overall effect is a smaller amount of material that reacts in the unit of time and consequently a smaller amount of heat of reaction that is released.
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Da die Temperatur- und Strömungsbedingungen des Kühlmediums die gleichen bleiben, ist in diesem Falle die durchschnittliche Filmtemperatur geringer als die ursprüngliche Temperatur aufgrund der niedrigeren Reaktionswärme, die mit dem Kühlmedium auszutauschen ist. Dies führt zu einer höheren durchschnittlichen Viskosität, einer höheren durchschnittlichen Filmdicke und infolgedessen zu einem geringeren Durchtrittsabschnitt oder Querschnitt für das Gas.Since the temperature and flow conditions of the cooling medium remain the same, in this case is the average Film temperature lower than the original temperature due to the lower heat of reaction that exchange with the cooling medium is. This leads to a higher average viscosity, a higher average film thickness and consequently to a smaller passage section or cross section for the gas.
Da der Druck am Ende des Rohres 210 unverändert ist, nimmt die Gasströmungsgeschwindigkeit G2 ab und das Verhältnis R2 bewegt sich auf eine Abnahme in Richtung des ursprünglichen optimalen Wertes zu. Im Gegensatz hierzu führt im Falle des Rohres 310 im Falle der Bedingungen der Figur 5 der Effekt der Zunahme der Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit zu einem Anstieg der Materialmenge, die in der Zeiteinheit reagiert und infolgedessen zu einer größeren Menge an Reaktionswärme, die freigesetzt wird.Since the pressure at the end of the pipe 210 is unchanged, the gas flow rate G2 decreases and the ratio R2 moves towards a decrease towards the original optimal value. In contrast, in the case of the tube 310 im In the case of the conditions of FIG. 5, the effect of the increase in the liquid flow rate leading to an increase in the amount of material, which reacts in the unit of time and consequently to a larger amount of heat of reaction that is released.
Diese Situation ist der erwähnten Situation genau entgegengesetzt und die entgültige Folge der Bedingungen besteht in einer Erhöhung der durchschnittlichen Filmtemperatur, einer Abnahme der durchschnittlichen Filmviskosität und infolgedessen einem größeren Durchtrittsabschnitt oder Querschnitt für das Gas.This situation is exactly the opposite of the situation mentioned and the ultimate consequence of the conditions is an increase the average film temperature, a decrease in the average film viscosity and, consequently, a greater one Passage section or cross section for the gas.
In diesem Falle erhöht sich die Gasströmungsgeschwindigkeit, wodurch das Verhältnis R3 in Richtung des ursprünglichen optimalen Wertes erhöht wird.In this case, the gas flow rate increases, whereby the ratio R3 towards the original optimum Value is increased.
Im Falle der Figur 6, wo die Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeiten konstant sind, wird der durchschnittliche Wert der Filmtemperatur praktisch nicht beeinflußt und infolgedessen beruht der Ausgleichseffekt lediglich auf der Veränderung der Umwandlungsprofile. In the case of Figure 6, where the liquid flow rates are constant, the average value of the film temperature is practically unaffected and hence the Compensation effect only on the change in the transformation profiles.
Diese beiden Ausgleichseffekte sind zu stark, um den Ausgleichungsfehler oder Gleichgewichtsfehler oder das Ungleichgewicht aufgrund der Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit der Reagenzien zuThese two balancing effects are too strong to be due to the balancing error or the equilibrium error or the imbalance the change in the flow rate of the reagents
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kompensieren und führen nicht, wie sich aus dem oben stehenden ergibt, zur Wiederherstellung des ursprünglichen optimalen Wertes für die Strömungsgeschwindigkeiten in jedem Rohr, sondern stellen lediglich den ursprünglichen Wert des Mol-Verhältnisses zwischen den beiden Reagenzien wieder her.compensate and do not lead, as can be seen from the above, to the restoration of the original optimal value for the flow rates in each pipe, but merely represent the original value of the molar ratio between the two reagents.
Ausgehend von dem Idealfalle der Figur 4, wenn die Übergangszeit verstrichen ist, und die Ausgleichseffekte ihre Wirkungen erzielt haben, ist die besondere Situation, die vereinbar ist mit dem Gesamtmaterialausgleich des gesamten Reaktors:Starting from the ideal case in FIG. 4, when the transition period has passed and the compensatory effects have achieved their effects is the particular situation that is compatible with the overall material balance of the entire reactor:
RI = R2 = R3 = Rt = -~- RI = R2 = R3 = Rt = - ~ -
Infolgedessen ist, trotz der Tatsache, daß die Strömungsgeschwindigkeiten in einem jeden Rohr verschieden sind, von den idealen Strömungsgeschwindigkeiten GT/3 und LT/3 die molaren Verhältnisse in jedem Rohr die genauen Verhältnisse, die durch die äußeren Kontrollvorrichtungen des Reaktors einges-tellt wurden.As a result, despite the fact that the flow rates are different in each pipe, the ideal flow velocities GT / 3 and LT / 3 are the molar ratios in each tube the exact proportions that were set by the external control devices of the reactor.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen. The following examples are intended to illustrate the invention in more detail.
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verfahrensmerkmale, die erfindungsgemäß zur Sulfonierung eines technischen linearen Dodecylbenzols mit einem breiten Zusammensetzungsspektrum und einer aliphatischen Kettenlänge von C9 bis C15 angewandt werden können.This example illustrates the process features that are used according to the invention for sulfonating a technical linear Dodecylbenzene with a wide range of compositions and an aliphatic chain length of C9 to C15 can be used can.
Sulfonierbarer Gehalt des Ausgangsmaterials 98,5 % Sulphonizable content of the starting material 98.5 %
Durchschnittliches Molekulargewicht des Ausgangsmaterials 267Starting material average molecular weight 267
Strömungsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials 180 kg/Std. Konzentration (Volumen-ξ) von SO, im Trägergas 5 % Temperatur des in den Reaktor eingespeisten SO, 36-4O°C Druck am Einlaß des gasförmigen Reagens in denFlow rate of the starting material 180 kg / hour. Concentration (volume-ξ) of SO, in the carrier gas 5 % temperature of the SO fed into the reactor, 36-4O ° C pressure at the inlet of the gaseous reagent into the
Reaktor 140mm Hg/Säule.Reactor 140mm Hg / column.
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Der erfindungsgemäß verwendete Reaktor war durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:The reactor used in the present invention was as follows Features marked:
Anzahl der Rohre 7Number of tubes 7
Innerer Durchmesser der Rohre 25 mmInner diameter of the tubes 25 mm
Länge der Rohre 6000 mmLength of the pipes 6000 mm
Als Kühlflüssigkeit wurde Wasser einer Temperatur von 250C verwendet. Die Temperatur der Sulfonsäure zum Zeitpunkt des Austrittes aus dem Reaktor lag bei 45 C.Water at a temperature of 25 ° C. was used as the cooling liquid. The temperature of the sulfonic acid at the time it exited the reactor was 45 C.
Die Analyse des erhaltenen Materials nach der Ablagerung und Stabilisierung führte zu folgenden Werten:The analysis of the material obtained after the deposition and stabilization resulted in the following values:
Menge an unsulfoniertem Material im Reaktionsprodukt 1,35 % Menge an freier H2SO. unter 1 % Amount of unsulfonated material in the reaction product 1.35 % amount of free H 2 SO. less than 1 %
Farbe des Produktes 25°KlettColor of the product 25 ° Velcro
Dies Beispiel veranschaulicht die Verfahrensmerkmale, die bei der Sulfatierung eines synthetischen laurylalkohols (C12 - C15) angewandt Merden können.This example illustrates the process features that in the sulfation of synthetic lauryl alcohol - can ground applied M (C12 C15).
Durchschnittliches Molekulargewicht des Ausgangsmaterials 207Average molecular weight of the starting material 207
Strömungsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials 150kg/Flow rate of the starting material 150kg /
Konzentration (in Vol.-I) an SO3 im Trägergas 5% Concentration (in Vol.-I) of SO 3 in the carrier gas 5%
Temperatur des SO3, das in den Reaktor eingespeist wurde 38 CTemperature of the SO 3 fed into the reactor 38 C
Einspeisdruck des gasförmigen Reagens 136 mmHgFeed pressure of the gaseous reagent 136 mmHg
Der verwendete Reaktor wies die gleichen Merkmale auf, wie der im Falle des Beispieles 1 verwendete Reaktor.The reactor used had the same characteristics as the reactor used in Example 1.
Als Kühlflüssigkeit wurde Wasser einer Temperatur von 20°C verwendet. Das sulfatierte Produkt, das aus dem Reaktor austrat, hatte eine Temperatur von 39 C.Water at a temperature of 20 ° C. was used as the cooling liquid. The sulfated product exiting the reactor had a temperature of 39 C.
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Die Analyse des neutralisierten Produktes führte zu folgenden Werten:The analysis of the neutralized product resulted in the following values:
Konzentration an unsulfoniertem Material 1,9 % Gehalt an Na2SO4 0,88%Concentration of unsulphonated material 1.9 % Content of Na 2 SO 4 0.88%
Farbe 7° KlettColor 7 ° Velcro
Die Neutralisation erfolgte in wäßriger Lösung. Die oben angegebenen Werte an nicht-sulfoniertem Material und Natriumsulfat beziehen sich auf 1001 aktive Substanz.The neutralization took place in an aqueous solution. The ones given above Values of non-sulphonated material and sodium sulphate refer to 1001 active substance.
Dies Beispiel veranschaulicht die Verfahrensbedingungen, die bei der Sulfatierung eines synthetischen Laurylalkohols C12 - C15), mit drei Molekülen Äthylenoxyd äthoxyliert, angewandt werden können.This example illustrates the process conditions involved in sulfating a synthetic lauryl alcohol C12 - C15), ethoxylated with three molecules of ethylene oxide can be.
Durchschnittliches Molekulargeivicht 339Average molecular weight 339
Strömungsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials 130 kg/Std.Flow rate of the starting material 130 kg / hour.
Konzentration (Vol.-%) an SO, im Trägergas * 2,5 IConcentration (vol .-%) of SO, in the carrier gas * 2.5 l
Temperatur des in den Reaktor eingespeisten SO3 36 CTemperature of the SO 3 fed into the reactor 36 ° C
Einspeisdruck des gasförmigen Reagens 230 mmHg-SäuleGaseous reagent feed pressure 230 mmHg column
Der zur Durchführung des Verfahrens verwendete Reaktor wies die gleichen Merkmale auf wie der in Beispiel 1 verwendete Reaktor. Das aus dem Reaktor austretende Produkt hatte eine Temperatur von 400C. Das Kühlwasser wies eine Temperatur von 300C auf.The reactor used to carry out the process had the same characteristics as the reactor used in Example 1. The exiting from the reactor had a temperature of 40 0 C. The cooling water had a temperature of 30 0 C.
Analyse des neutralisierten Produktes:Analysis of the neutralized product:
Konzentration an unsulfoniertem Material 1,3 % Gehalt an Na3SO4 1,4 % Concentration of unsulphonated material 1.3 % Content of Na 3 SO 4 1.4 %
Farbe 15° KlettColor 15 ° Velcro
030036/0787030036/0787
Die Neutralisation erfolgte unmittelbar nach der Sulfatierung in wäßriger Lösung. Die angegebenen Werte von nicht-sulfoniertem Produkt und Natriumsulfat beziehen sich auf 100% aktive Substanz.The neutralization took place immediately after the sulfation in an aqueous solution. The stated values of non-sulfonated Product and sodium sulfate refer to 100% active substance.
Festzustellen ist, daß im Falle der drei angegebenen Beispiele das molare Verhältnis der beiden Reagenzien (SO, und flüssiges Ausgangsmaterial) bei 1,03 bis 1,06 : 1 gehalten wurde.It should be noted that in the case of the three examples given, the molar ratio of the two reagents (SO, and liquid Starting material) was maintained at 1.03 to 1.06: 1.
Die Farbwerte der Endprodukte wurden mittels eines Colorimeters vom Typ Klett-Summerson mit einem 42-Blaufilter unter Verwendung einer 5S-igen Lösung ermittelt. Verwendet wurde eine Zelle von 40 mm.The color values of the end products were measured using a Klett-Summerson colorimeter with a 42 blue filter a 5S solution determined. A cell of 40 mm was used.
Es wurde der Farbton des Produktes bestimmt, das aus dem Reaktor austrat, ohne es einem Bleichprozeß zu unterwerfen.The color of the product was determined which emerged from the reactor without subjecting it to a bleaching process.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere zum Sulfonieren bzw. Sulfatieren organischer Verbindungen, die üblicher- und bekannterweise zur Herstellung oberflächenaktiver Verbindungen verwendet werden.The method of the invention is particularly suitable for sulfonating or sulfating organic compounds that are usually and known to be used for the preparation of surface-active compounds.
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