NO751922L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en forbedret fremgangsmåte

I ved kontinuerlig sulfonering og/eller sulfatering av organiske substanser med svoveltrioksydgass i et inert gassformig medium med hvilken fremgangsmåte produksjonshasigheten kan forhoyes uten nedgang i produksjonskvaliteten.

Sulfonerings- eller sulfateringsprosesser med svoveltrioksyd er sterkt eksoterme, og for at det ferdige produktet ikke skal far-ges morkt av nedbrytingsprodukter, bor svoveltrioksydgassen for-tynnes med en storre mengde inert gass, f.eks. luft, kulldiok-sydjnitrogen eller svoveldioksyd, og reaksjonsvarmen vekkledes meget raskt. Ved satsvis kjoring er det i begynnelsesstedet relativt enkelt å opprettholde disse reaksjonsbetingelsene ettersom man der kan arbeide med et stort volum av den organiske substansen i forhold til den i hvert oyeblikk tilforte svoveldiok-sydmengden og den momentant utviklede reaksjonsvarme kan forde-les ved rask omroring i reaksjonsblandingen hvorfra varmen avledes over apparaturens avkjolte ytterflate. Med denne fremgangsmåten oker imidlertid reaksjonsblandingens viskositet sterkt med stigende sulfonerings- eller sulfateringsgrad, hvilket for-verrer produktenes farge gjennom den herved forårsakede nedsatte varmeoverforingen.. Videre forhoyes forbruket av tilfort meka-nisk omroringsenergi og reaksjonstiden forlenges. Normalt kre-ver en satsvis reaksjon med 1000 kg råvare en tid på ca. 4 ti-mer .

For å nedsette oppholdstiden i reaksjonstemperaturen og frem-bringe mer effektivt utnyttete kjoleoverflater er det derfor foreslått kontinuerlige metoder som, om egnede reaksjonsvilkår er oppfylte, gir et meget raskt reaksjonsforlop - kortere enn ett minutt. For at et godt resultat skal oppnås må imidlertid svoveltrioksydgassen herved blandes med en inert gass slik at svoveltrioksydgasskonsentrasjonen fortrinnsvis kommer under ca. 7%. Dette innebærer at man f.eks. ved sulfonering av dodecylbensen må omsette ca. 1000 1 gass pr. liter råvare. Ved en så-dan kontinuerlig sulfonerings- og/eller sulfateringsprosess er det av storste viktighet å oppnå raskest mulig blanding av den organiske substansen med den svoveltrioksydholdige gassblandingen. Den organiske råvaren bor fortrinnsvis foreligge i væske-jform og i denne væsken bor under reaksjonstiden sulfonerings- og/eller sulfateringsmidlet foreligge i dispergert form. Viderejbor reaksjonsvarmen avledes snarest mulig slik at reaksjonstempe-'råturen ingen steder overskrider 80°C, fortrinnsvis bor den hol-des ved ca. 20 - 70°C. I motsatt fall.får man morkfargede produkter, ytterst viktig er det også å oppnå snarest mulig avledning

av reaksjonsproduktene fra reaksjonssonen.

Kontinuerlig sulfonering og/eller sulfatering har tidligere blitt utfort ved å innfore organiske substanser og svoveltrioksyd i et . inert gassformig medium ved separate inntak i den ene enden av en reaktor bestående av minst en vesentlig fast kjolt stator med en blandingsanordning hvis oppgave er å bringe begge reaktantene i nær kontakt, slik at en rask og effektiv sulfonering eller sulfatering oppnås. Reaksjonsblandingen fores under samtidig reaksjon mellom SO3og den organiske substansen raskt gjennom reaktoren og det ferdige sluttproduktet tas ut i den andre enden. Om onsket kan reaktoren også være oppdelt i flere separate reaksjonssoner ved at flere statorer kobles i serie eller ved at en stator er utstyrt med mellomvegger.

Ifolge en form for utforelse utgjor blandingsanordningen en av-kjolet rotor hvis aksel er vesentlig parallell med statorens aksel. Den spalten som dannes mellom statoren og rotoren utnyttes således som reaksjonssone, og hvis den gjores smal, oppnås en meget god avkjoling og en meget kort oppholdstid i reaktoren av de dannede reaksjonsproduktene. En god dispergering av sulfonerings- eller sulfateringsgassblandingen i den organiske substansen og dannet reaksjonsprodukt kan oppnås ved å forsyne rotorens kjoleflate med utstikkende, i hovedsaken sylindriske eller koniske pigger. Herigjennom okes reaksjonsblandingens turbulens og lokal oversulfonering med tilhorende misfarging unn-gås uten at reaksjonsproduktenes bevegelse mot utlopsåpningen hindres. En reaktor med denne konstruksjonen finnes bl.a. be-skrevet i det svenske patentskriftet 306 08 3.

Ved kontinuerlige sulfonerings- eller sulfateringsprosesser tilsettes vanligvis hele den nodvendige mengden svoveltrioksyd på

en gang umiddelbart etter at den organiske substansen er innfort. Det har imidlertid vist seg at man i slike tilfeller kan oppnå en altfor rask reaksjon på begynnelsesstedet, hvilket resulterer i

i misfarging av sluttproduktene. Man har derfor i en del tilfeller spredd tilforselen av svoveltrioksyd over reaktorens leng-'de, og derved funnet at minst 10%, fortrinnsvis minst 15% av svo-veltr ioksydet regnet av den stokiometrisk nodvendige mengden bor innfores i det forste inntaket for svoveltrioksyd. Ved å innfore relativt store mengder svoveltrioksyd i reaksjonens begyn-nessesområde har man oppnådd de fordelene at reaktorens kapasitet kan utnyttes relativt godt, d.v.s. at relativt lavt innhold av usulfonert produkt, lavt innhold svoveltrioksyd i den utgående gassblandingen og stor produksjonshastighet oppnås samtidig som risikoen for misfarging reduseres.

Man har nå ifolge foreliggende oppfinnelse funnet at produksjonshastigheten kan okes kraftig under bibehold av god fargekvalitet, liten mengde usulfonert produkt i sluttproduktet og lavt svovel-trioksydinnhold i den utgående gassblandingen om tilforselen av svoveltrioksyd i *begynnelsesperioden ikke overstiger 7%, fortrinnsvis ikke 5%, beregnet på den stokiometriske mengden. Tilforselen av SO3bor helst spres over 20 - 80%, fortrinnsvis 20 - 50% av den del av reaksjonssonen eller reaksjonssonene som ligger nærmest inntaket av den organiske substansen. Om derimot SO3tilsettes i reaktorens siste femtedel kommer en stor del av dette SO3ikke til å reagere med den organiske substansen, men gjenfinnes i stedet i restgassen. Videre har det vist seg at tilsatt mengde SO3fortrinnsvis ikke bor overstige 25% av den stokiometrisk nodvendige mengden i den del av reaksjonssonen respektive reaksjonssonene som ligger innen en avstand av 15% av den totale reaksjonssonens respektive reaksjonssonenes lengde og som befinner seg nærmest inntaket av den organiske substansen.

Årsaken til hvorfor en ekstremt lav tilsetning av svoveltrioksyd til den organiske substansen i sulfonerings- eller sulfate-ringsreaksjonens begynnelsesområde resulterer i en hoyere reaksjon shastighet og dermed storre totalproduksjon er ikke klar-lagt. En mulig forklaring er dog at den helt eller nesten helt ureagerte organiske forbindelsen er overordentlig folsom for sulfonering eller sulfatering under foreliggende reaksjonsbe-tingelser, mens derimot sulfonerings- og, sulfateringsbetingel-sene etter den innledende svake sulfoneringen eller sulfaterin-I gen forandres så sterkt i gunstig retning at den totale mengden

av sulfonerte eller sulfaterte produkter under bibehold av gode jproduktegenskaper kan forhoyes med helt opp til 40% sammenlig-net med de beste nåværende konvensjonelle metodene.

Sulfoneringen gjennomfores ved en temperatur av 15 - 100°C, fortrinnsvis 20 - 85°C, og fremgangsmåten kan tilpasses sulfonering og/eller sulfatering av organiske råvarer slik som ali-fatiske, aromatiske<p>g cykliske forbindelser. Som eksempel på dette kan nevnes fettalkoholer, fortrinnsvis med en karbonkjede c8_ c22 5 etylenoksidaddukter. av f ettalkoholer og fettsyrer; alkylarylforbindelser, slik som dodecylbensen, nonylfenol og nonylnaftalen; og olefiner med 8-24 karbonatomer. Eventuelt kan råvaren også bestå av blandinger av sådanne forbindelser. Man kan også benytte seg av tilsetninger til den organiske væsken som i og for seg ikke blir sulfonert og/eller sulfatert, men har til formål å tjenestegjore for andre hensikter, f.eks. som viskositetssenkende midler eller losningsmidler. Som eksempel på slike tilsatser kan nevnes etylendiklorid og eddik-syre. Disse produktene kan tilsettes for, under eller etter sulfoneringsprosessen, alt ettersom hvilken oppgave tilsetnin-gen har å oppfylle.

Fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen kan med fordel utfores i en anordning av den typen som skjematisk er anskueliggjort i fig.l, som viser et vertikalt snitt av en kontinuerlig reaktor. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til anvendelse av denne anordningen, men kan med fordel tilpasses alle sulfonering.s-eller sulfateringsanordninger, hvor svoveltrioksydholdig gass blandes med den organiske substansen. Anordningen i fig. 1 har en rundt sin symmertriakse, på innsiden avkjolt, i hovedsaken sylindrisk roterende tromne 1, som på hele eller store de-ler av utsiden er forsynt med et antall utstikkende anordnin-ger 2 for å fremkalle turbulens i mediet som omgir anordningen ved trommens rotasjon, en konsentrisk omgivende stasjonær, ytre kjolemantel 3, tilforsel for svoveltrioksydblandingen 4 og organisk substans 5, utlop for reaksjonsproduktet og restgassblandingen 6, inntak 7 og uttak 8 for kjoling av den roterende trommen samt inntak 9 og utlop 10 for kjoling av kjole-kappen 3 som omgir trommen. Blandingen av svoveltrioksydgass og inert gass bor, for å unngå reaksjon utenfor selve reak sjonssonen, innledes i reaksjonsapparaturen på steder som er ad-Jskilte fra det eller de stedene der det organiske materialet i innfores.

Oppfinnelsen illustreres av folgende utforelseseksempel:

Eksempel 1

En reaktor med samme konstruksjon som den vist i fig. 1 anvendes for sulfonering av dodecylbensen. Reaktoren besto av en stator 3 utstyrt med en kjolekappe, med kjolevanntilforsel 9 og avlop 10. Innenfor statoren var det plassert en rotor 1, som ble drevet rundt av en motor. Rotoren hadde indre kjoling gjennom vanntilførselen 7, og utlopet 8. Rundt rotoren var det festet pigger 2 med en diameter av 1 mm og en lengde av 7 mm. Statorens indre diameter var 520 mm og rotorens ytre diameter 494 mm. Piggene ble plassert med 10 mm mellomrom i spiralform med spira-len stigende 10 mm pr. omdreining. Rotorens lengde var 2465 mm og statorens lengde 2490 mm. Svoveltrioksyd ble innledet gjennom 20 dyser fordelt i to dysegrupper på hver side av reaktoren. Hver slik gruppe besto av 10 dyser plassert utover reaktor lengden med en avstand gjennom hver. dyse på 80 mm. Den organiske substansen ble innledet gjennom bunninntaket 5 og det utgående produkt og restgassblandingen ble tatt ut på reaktorens topp 6 for separasjon.

Samtidig 'Som en svoveltrioksydluftblanding som inneholdt 6% SO^ble innledet gjennom dysene, ble dodecylbensen innledet gjennom bunninntaket 5 i et slik forhold at antall mol SO^ forholdt seg til antall mol dodecylbensen som 1,04:1. Ved å trinnvis oke matningshastigheten av svoveltrioksydluftblanding og dodecylbensen, ble den hoyest mulige produksjonshastigheten bestemt under bibehold av en sulfoneringsgrad beregnet som omsatt SO^på minst 99%, lavt innhold usulfonert dodecylbensen på hoyst 2% og en fargekvalitet på hoyst 250 Hazen i 15%-ig etanollosning. For-delingen av SO^-luftblandingen over hvert dysepar fremgår av nedenstående tabell.

Av eksemplet fremgår at man i forsokene 3 og 4 ifolge oppfinnelsen oppnår en betraktelig hoyere produksjonshasighet gjennom å minske mengden tilsatt SO^-luftblanding i de forste dyseparene.

Eksempel 2

Samme reaktor som i eksempel 1 ble anvendt, med i stedet for dodecylbensen ble teknisk laurylalkohol sulfonert. Den inngåen-de svoveldioksydgassblandingen inneholdt 3 volumprosent SO^og ble fordelt over dyseparene ifolge tabell 2 i et slikt mengde-forhold at antall mol SO^ til antall mol laurylalkohol forholdt seg som 1:1. På samme vis som i eksempel 1 bestemtes stbrst mulig produksjonshastighet under bibehold av gode produktegen-skaper.

Av forsokene 5 og 6 fremgår at man ved å tilsette svoveltriok-sydgassblanding på det ifolge oppfinnelsen foreskrevne viset kan forhoye reaktorens kapasitet med nesten 25%.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig sulfonering og/eller sulfatering av væskeformige organiske substanser med soveltriok-syd fortynnet med et inert gassformig medium hvorved den svoveltrioksydholdige gassblandingen blandes med den organiske substansen i en reaktor som eventuelt kan være oppdelt i flere reaksjonssoner, karakterisert ved at den svoveltrioksydholdige gassen under sulfonerings- og/eller sulfaterin-gens begynnelsesperiode innfores i en mengde på hoyst 7%, for-

i trinnsvis hoyden 5% av den stokiometrisk nodvendige mengden.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at hele mengden av den svoveltrioksydhoIdige gassen innfores i den delen av reaksjonssonen eller reaksjonssonene som ligger innen en avstand på minst 20% og hoyden 80% av reaksjonssonens respektive reaksjonssonenes totale lengde og som er plassert nærmest inntaket av den organiske substansen.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1 eller 2, karakterisert ved at hoyden 25% SO^ beregnet på den stokiometrisk nodvendige mengden tilsettes i den del av reaksjonssonen eller reaksjonssonene som ligger innen en avstand på 15% av reaksjonssonens respektive reaksjonssonenes totale lengde og som er .plassert nærmest inntaket av den organiske substansen.

4. Fremgangsmåte ifolge krav 3, karakterisert v e d at hele mengden av den svoveltrioksydholdige gassen innledes i den del av reaksjonssonen eller reaksjonssonene som ligger innen en avstand av minst 25% og hoyden 50% av reaksjonssonens respektive reaksjonssonenes totale lengde og som er plassert nærmest inntaket av den organiske substansen.