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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Sulfonierung und bzw.
oder Neutralisation Es ist bekannt, Sulfonierungen auf einer oder mehreren sich
mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit drehenden Scheiben dur,ffizuführen.
Für die Sulfonierung und Neutralisation von Fettstoffen, z. B. von Fett-,alkoholen
mit Schwefelsäure, Olem oder Chlorsulfonsäure ist diese Vorrichtung aber infolge
unzureichender Kühlmöglichkeit und der bei der Langsamkeit des Durchsatzes auftretenden
schädlichen Nebenreaktionen wenig geeignet.
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Es wurde gefunden, daß sich diese Nachteile, des bekannten Verfahrens
vermeiden lassen, wenn man zur kontinuierlichen Stilfonierung von Fettstoffen oder
anderen sulfonierbaren organischen Verbindungen sowie zur Neutralisation von nach
beliebigen Verel fahren erhältlichen Sulfonaten das folgende Verfahren benutzt.
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,Danach setzt man abgemessene Mengen des Sulfonierungsmittels und
des zu sulfonierenden Stoffes bzw. des Sulfonates und des Neutralisierungsmittels
auf einem sich mit mindestens 500 'Umdrehungen je Minute drehenden
Teller, der mindestens zwei senkrechte, oben nach innen umgebogene Begrenzungswände
am äußeren Rand und in einigem Abstand davon trägt und der sich in einem kühlbaren
Behälter befindet, unter ständigem Zu- und Ablauf, gegebenenfalls unter Hindurchleiten
trockener Kühlungsluft, um. Die genannten Begrenzungswände sind mit Durchbahrungen,
die sich nicht gegenüberstehen dürfen, versehen. In diesen sind au&-wechselbare
Düsen angebracht.
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Die Umsetzungsdauer wird durch die Zuflußmenge und durch Regelung
der Umlaufgeschwindigkeit des Tellers sowie durch Einstellung der Kühlung bedingt.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung dieses Verfahrens zur kontinuierlichen
Sulfonierung und Neutralisation geeignete Vorrichtung dargestellt. Es bedeutet a
einen säurefesten Behälter, der von einem Kühlmantel g umgeben und mit
je einer Zu- und Ableitung für Kühlungsluft f und fl versehen ist.
In dem Behälter a ist der Teller b angeordnet, der am äußeren Rand und in
einiger Entfernung davon zwei senkrechte, oben umgebogene Begrenzungswände c und
c, besitzt. Die Wände sind mit Bohrungen versehen, in denen Düsen d angebracht
sind, die sich nicht gegenüberstehen. über dem Teller b
münden innerhalb der
inneren Begrenzungswand c Zuleituncrsrohre c und cl, die in der Zeichnung ineinanderliegend
dargestellt sind, die aber auch nebeneinander angeordnet sein können.
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Das Arbeiten mit dieser Vorrichtung geschiebt wie folgt: Aus zwei
Behältern, die mit Sulfonierungsgut, z. B. einem Fettalkohol, und einem
Sal-
follierungsmittel, Z. B. Schwefelsäurenionohydrat,
gefüllt sind, fließen die Umsetzungstähiehmer durch die beiden Zuleitungsrohre t?
und e, über zwei Dosiergefäße (Rotastaten) auf den init mindestens 5oo Umdrehungen
rotierenden Teller b, und zwar innerhalb der inneren Begrenzungswand c desselben.
Schon an der Mündung der ZuleItungsrohre e und el findet die Umsetzung statt, die
auf --fein Teller b zu Ende geführt wird. Das Sulfonierungsgemisch wird infolge
der schnellen Drehung des Tellers b an die innere Degrenzungswand
c geschleudert, aus der es durch die Düsen d zerstäubt austritt. Diese
Flüssigkeitsnebel schlagen sich an der äußeren Begrenzungwand c, nieder, um dann
schnellstens durch die Düsen d, die denen der inneren Begrenzungswand c nicht
gegenüberstehen, abermals zerstäubt auszutreten. Das zerstäubte Sulfonat wird dann
durch die Flichkraft an der durch den Kühlmantel -,
zekühlten Wand des Behälters
a niedergeschlagen und läuft an derselben ab. Um ein Obersteigen der Flüssigkeit
zu vermeiden, S:nd die Begrenzungswände c und c, oben I b nach innen umgebogen.
Durch die Anordnung wird erzielt, daß die Durchmischung der Umsetzungsteilnehmer
in allerkürzester Zeit (in Bruchteilen einer Sekunde) stattfindet. Nötigenfalls
wird mittels der durch f eintretenden und durch f, austretenden trockenen
Luft gekühlt. Uni zu vermeiden, daß feinstzerstäubte Teilchen des Uinsetzungsgeinisches
mit dein durch fl austretenden Luftstrom abgeführt werden, muß die Fliehkraft des
aus den Düsen d der Begrenzungswände c und c, austretenden
Sulfonates größer sein als die Geschwindigkeit' des Kühlungsluftstroms, was durch
entsprechende Einstellung der Umdreliungsgeschwindigkeit des Tellers b erreicht
wird.
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Die Neutralisierung mittels der beschriebenen Vorrichtun- vollzieht
sich in der -lei-n Z,
chen Weise, nur mit dem Unterschied, daß an Stelle des
Sulfoiierungsgutes das Sulfonat z# c
und an Stelle der Sulfonierungsriiittel
das Noeutralisierungsmittel, d.h. basische Stoffe, wie Alkal.ihydroxyde oder kohlensaure
Alkalien, organische Basen o. dgl., treten. Bei der Neutralisation werden u.
U. besonders große Wärmemengen frei, die durch entsprechend .starke Zufuhr
trockener Kühlluft abgeführt werden müssen. Danach richtet sich auch, wie oben angegeben,
die erforderliche Umdreliungsgeschwindigkeit des Tellers b.
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.Nach dem beschriebenen Verfahren lassen -sich alle Fettstoffe kontinuierlich
sulfonieren und ebenso ihre Sulfonate neutralisieren. Als Fettstofie kommen Fette
und Wachse natürlicher oder sypthetischer Herkunft, z. B. Rizinusöl, Olivenöl u.
dgl., ferner Spermöl und andere sulfonierbare Wachse in Betracht. Ebenso können
die entsprechenden Fettsäuren, wie Ricinolsäure und Ülsäure und ihre Derivate, z.
B. Ester, mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen und Amide vtrwen-Clet werden.
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Mit besonders gutem Erfolg läßt sich das Verfahren zur Sulfonierung
höherinolekularer Alkohole und ihrer Derivate verwünden. Geeignet sind z. B. Fettalkohole,
die durch Reduktion von ölen, Fetten oder Wachsen, z. B. von Kokosöl, Palmkernöl,
Sperni51 u. dgl., oder von diesen zugrund2 liegenden Fettsäuren sowie Gemischen
dieser Alkohole erhalten sind, ebenso auch die durch Oxydation von Paraffinen entweder
dirv'.-t oder indirekt und durch Reduktion der dabei erhaltenen Carbonsäuren hergestellten
höhermolekularen Alkohole. Als Derivate von Fettalkoliolen sind Äther und Ester,
soweit sie sulfonierbare Gruppen, wie Hydroxylgruppen oder Doppelbindungeen aufweisen,
verweiiibar. Als Äther sind die Äther mit mehrw,ertigen Alkoholen und deren Polymeren,
wie Glykolen und Polyglykolen, Glycerin und Polyglycerinen, geeignet.
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'##Veiter geeignete sulfonierbare organische Z, ti Verbindungen
sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe und alkylierte aromatische Kohlenwasserstoffe.
Bei den letzteren.kann die Alk-ylierung und Sulfonierung auch in el el einem Arbeitsgang
mittels der beschriebenen Vorrichtung vorgenommen werden.
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Gegebenenfalls kann unter Zusatz von Lösungs- und Verdünliungsmitteln
bekannter Art oder von Wasser entziehenden Mitteln gearbeitet -werden.
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Das erfindunigsgemäße Verfahren und die Vorrichtung arbeiten besonders
einfach tind ergeben ein en hohen Sulfonierungsgrad. Ein besonderer Vorteil ist
die Schnelligkeit des Durchsatzes. Dadurch, daß die Unisetzung, in denk-bar kürzester
Zeit stattfindet und (las Sulfonat sofort aus dem Umsetzung'sgeinisch entfernt wird,
lassen sich manche Sulfonierungen, die man bisher beispielsweise bei Temperaturen
zwischen -5 und 4-45' durchführen mußte, ohne Gefahr der Bildung von Neben-
und Zersetzungsprodukten bei Temperaturen zwischen 5o und 8o0 ausfüliren, was für
die Farbe der Sulionate günstig ist. Dieselben Vorteile bietet auch das Verfahren
bei der Neutralisation von beliebi" erlialtenen Sulfonierungsprodukten.
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Beispiele 1. 32o Gewichtsteile eines Fettalkoholgenlisches
mit der Hydroxylzahl 247, dem F. 2o bis 21' und dem spezifischen Gewicht
0,835125' und 32o Teile Schwefelsäuremonohydrat laufen je Stunde durch
zwei schräg
angeordnete Zuleitungsrohre e und ei auf den ki sich
mit 700 Umdrehungen je Minute drehenden Teller b innerhalb
der inneren Begrenzungswand c, wobei durch f ein trockener Luftstrom eingeleitet
wird. Das mit 7o bis 75' aus den Düsen d der äußeren Begrenzungswand
ci austretende Gut wird an die durch den Kühlmantel g gekühlte Wand des Behälters
a geschleudert und rieselt dort mit einer Temperatur von etwa 25' in ein
Sammel,gefäß herab. Es entstehen je Stunde 640 Gewichtsteile des sauren Fettalkoholschwefelsätireesters.
Diese laufen stündlich mit 887 Gewichtsteilen einer i8,501,igen Natronlauge
in derselben Weise auf den Tellerb der Neutralisationsvorrichtung, welcher mit iSoo
bis iSoo Umdrehungen je Minute rotiert. Durch einen entsprechend starken
Luftstrom und die Wandkühlung des Behälters a wird das aus dem Teller
b austretende neutralisierte Sulfat von einer Temperatur von 6o bis
70' auf 3o bis 4o' heruntergekühlt. Je Stunde werden 1487 Gewichtsteile des
Natriumsalzes des Fettalkoholschwefelsäureesters erhalten.
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2. 320 Gewichtsteile eines Fettalkoholgemisches mit
der Hydroxylzahl 247, dein F. 7-o bis 21' und dem spezifischen Gewicht 0,8351:25'
und 213 Gewichtstelle Oleum (:2o'/oi-,) werden je Stunde in der gleichen
Vorrichtung bei 75 bis So' erhandelt und auf etwa 28' gekühlt. Man
erhält je Stunde 533 Gewichtsteile des Fettalkoholschwefel säureesters.
Bei der Neutralisation werden 456 Gewichtsteile mit einer i8,5"/oigen Natronlaugein,derselben
Weise umgesetzt. Durch einen entsprechend starken,Luftstrorn und die Wandkühlung
des Behälters a wird das aus dem Teller b austretende Neutralisationsprodukt
von 5o bis 6o' auf etwa 4o" heruntergekühlt. je Stunde werden 98o Gewichtsteile
des Natriumsalzes des Fettalkoholschwefelsäureesters erhalten.
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3. 16o Gewichtsteile Naphthalin und 116 Gewichtsteile eines
Gemisches sekundärer Alkohole, er-halten durch Ketonisierung von Fettsäuren aus
der Paraffinoxydation mit 7
bis ii Kohlenstoffatomen und Hydrierung der entstandenen
Ketone, werden gemischt und auf etwa go' erhitzt. Das flüssige Naphthalinalkoholgemisch
läuftmitSchwefelsäuremonohydrat im Molverhältnis Naphthalin : Schwefelsäure
1 :2 auf den sich mit T-Imdrehungen/Minute drehenden Teller b innerhalb der
inneren Begrenzungswand c unter Einleiten eines trockenen Luftstronies durch " f
wobei die Temperatur bis auf 125' ansteigt. Das durch die Düsen d der äußeren
Begrenzungswand austretende Umsetzungsgemisch wird nach dem Verlassen der Apparatur
noch eine halbe Stunde bei 1251 nachgerührt. Nas Neutralisieren geschieht mit 24%iger
Natronlauge in derselben Weise wie im Beispiel i.