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La présente invention a pour objet un nouveau procédé utile ainsi qu'un dispositif pour la fabrication en continu d'esters bta-sulfoéthyliques d'acides gras et autres.
Les esters bêta-sulfoéthyliques de différents acides gras sont des produits intermédiaires importants pour la fabrication d'une large gamme de produits chimiques intéres- sants tels que les matières colorantes, les produits pharma- ceutiques, les composés de lavage et autres, ainsi que beau- coup d'autres produits chimiques Intéressants tels que les détergents, les agents de nettoyage, les adjuvants pour teintures et autres produits analogues. Jusqu'à présent, on préparait généralement ces produits en faisant réagir, dans une chaudière, l'isethionate de sodium ou autre avec le chlo- rure d'acide gras désiré. L'isethionate de sodium est un solide, généralement plus ou moins pulvérisé et la plupart/7
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des chlorures d'acide gras sont liquides ou fondent lorsqu' 'il y a une légère hausse de la température.
Précédemment, on obtenait généralement les esters bêta-sulfoéthyliques d'acide gras en mélangeant les deux produits et en les chauf- fant à environ 140 C. Ensuite, la réaction se produisait pour dégager d'importantes quantités d'acide chlorhydrique. Lors- que le dégagement d'acide chlorhydrique était terminé, la réaction était achevée et le produit réactionnel était un produit semblable au mastic, qui, en refroidissant, se dur- cissait et se cassait ou se pulvérisait facilement. On pou- vait l'utiliser dans cet état ou le soumettre à divers trai- tements de purification.
Toutefois, ce procédé est très désavantageux, eu é- gard aux surchauffes qui se produisent nécessairement dans la chaudière, du fait que la réaction est exothermique, que la conductibilité thermique de la matière est faible et que la viscosité est tellement élevée qu'elle rend l'agitation très pénible. En conséquence, le rendement est nettement inférieur à la théorie et la qualité du produit est également inférieure à celle que l'on désire, par suite de la tendance à la surchauffe. De même, eu égard au caractère physique du produit, il est difficile de vider et de nettoyer la chau- dière et, en règle générale, le procédé est inopportun et ne donne pas satisfaction.
La présente invention a pour objet un procédé continu dans lequel on effectue la réaction, non pas dans une chau- dière ni en charge discontinue, mais dans un courant continu d'un mélange de réactifs pulvérisés ou atomisés dans un cou- rant de gaz chaud, de façon à obtenir un écoulement constant du produit dans le réacteur et un courant constant de produit fini en dehors du réacteur, tout en réalisant d'importantes économies auxpoints de vue natériel et travail, en contrô- lant beaucoup mieux la réaction, en obtenant une efficacité supérieure et en évitant les reflux perturbateurs d'impor- tantes quantités d'acide chlorhydrique chaud, caractéristique
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des procédés par charges-discontinues.
Suivant la présente invention, l'isethionate de sodium solide est pulvérisé en une poudre fine, mélangé avec le chlo- rure d'acide gras liquide et pulvérisé dans une tour remplie de gaz chaud, à une température supérieure à celle de la réaction. Suivant ce procédé, la réaction doit avoir lieu en fines gouttelettes et l'on a une.réaction continue et constan- te, ce qui permet à l'acide chlorhydrique de se dégager len- gazeux tement et d'une manière constante, contrairement aux reflux/ se produisant dans les procédés antérieurs,. On recueille le produit réactionnel au fond de la tour, sous forme de fines particules qui ne s'agglomèrent pas, ne nécessitent aucune agitation ni aucune autre,manipulation et qui¯ conservent leur forme granulaire,au cours des procédés ultérieurs.
Le gaz chaud, qui porte le produit à la température .de réaction,peut être recyclé, entraînant ainsi une économie de chaleur. On peut également le faire passer par un échangeur de chaleur et l'amener dans un dispositif de récupération d'acide chlorhy- drique. De préférence, la majeure partie du gaz chaud peut être recyclée, un faible courant secondaire peut être éven- tuellement prélevé d'un échangeur, de chaleur et l'acide chlor- hydrique peut être récupéré de ce courant secondaire. Dans ce système, il faut évidemment que le courant secondaire, conte- nant l'acide chlorhydrique, soit remplacé par un oourant d'air entrant, de préférence chauffé.
On peut noter que la réaction est modérément exother- mique mais que la température de réaction est suffisamment é- levée et que la quantité de chaleur entraînée par le produit fini chaud est assez importante. En outre, la chaleur émise par le réacteur, les différentes conduites et les appareils éventuels, est suffisante pour absorber plus de chaleur qu'il ne s'en dégage de la réaction exothermique. En conséquence:, les pertes de chaleur sont suffisamment élevées pour nécessi- ter une énergie calorifique supplémentaire en vue de mainte- nir la température réactionnelle nécessaire.
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Pour la mise en pratique de ce procédé réactionnel en continu, il faut employer une tour de pulvérisation pou- vant avoir l'un ou l'autre diamstre approprie, dont les di@ mensions varient entre quelques pouces et @n nombre importun' de pieds. La hauteur de la tour dépend de la température des gaz entrants, cette température permettant de contrôler la vitesse de réaction. Si la température est relativement éle- vée, de 250 à 500 C, il suffit d'employer une tour relative- ment petite, de quelques pieds seulement. Toutefois, dans ce cas, il y a risque'de surchauffe et d'altération du produit.
Si la température est relativement basse, entre environ 140 et 300 C, on évite le danger de surchauffe, mais il faut employer une tour beaucoup plus grande pour effectuer la réaction. La tour est munie, à son sommet, de gicleurs de pulvérisation et de dispositifspour y faire'passer le mélan- ge réactionnel. Une sortie d'évacuation est prévue au fond de la tour et elle conduit, de préférence, à un collecteur de poussière du type "cyclone", au fond duquel se trouve une sortie de décharge, munie de préférence d'une soupape automa- tique d'évacuation conduisant à un récipient. Une soufflerie d'aspiration est également raccordée au sommet du séparateur à cyclone ; en le faisant passer par un réchauffeur, elle amè- ne le produit au sommet de la tour de réaction.
Une sortie d'évacuation est également prévue pour éliminer le courant secondaire contenant l'acide chlorhydrique gazeux.
Dès lors, suivant le procédé de la présente invention, on broie l'isethionate de sodium en une poudre fine, on le mélange avec du chlorure d'acide gras liquide et l'on décharge le mélange par un gicleur, dans un courant d'air chaud des- cendant, à une température supérieure à la température réac- tionnelle des produits. La réaction a lieu au cours de la descente des particules pulvérisées et'l'acide chlorhydrique gazeux est libéré continuellement au cours de l'évacuation du mélange réactionnel par les gicleurs. Le produit réactionnel, en grains finement pulvérisés est alors recueilli pour être
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utilisé et le gaz est réchauffé et recyclé pour une nouvelle 'réaction.
Le dispositif pour la réalisation de ce procédé conti- nu a la forme d'une tour de diamètre approprié suivant la vi- tesse à laquelle on désire obtenir le produit ; lahauteur de cette tour dépend de la température du gaz en circulation. A cette tour, sont raccordés un cyclone collecteur, une souffle- rie de circulation, un réchauffeur ainsi qu'une conduite d'é- vacuation pour l'acide chlorhydrique en excès.
D'autres objets et détails de la présente invention ressortiront de la description suivante,.qu'il faut lire en se référant aux dessins en annexe, dans lesquels :
La figure 1 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'un type de réacteur, dans lequel les gaz ne sont pas recyclés et la figure 2 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'une forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle les gaz chauds sont recyclés et où l'on prélève un faible courant secondaire pour éliminer l'excès d'acide chlorhydrique.
-Suivant ces figures, il est prévu une tour de pulvéri- sation 1, qui, comme indiqué ci-dessus, peut avoir un diamètre dont les dimensions varient entre quelques pouces et un nombre important de pieds. Le diamètre que l'on adopte de préférence, a environ 5 pieds, mais on peut avoir un diamètre plus grand, spécialement lorsqu'on veut fabriquer le produit en grandes quantités et, jusqu'à 15 ou même 20 pieds, il est souhaitable de travailler à basses températures. La hauteur de la tour variera suivant la température de fonctionnement préférée. A des températures élevées, elle pourra être de 5 à 8 pieds seulement. Par contre, à basses températures de fonctionne- ment, elle pourra atteindre 15-20 ou même 30 pieds.
Le'choix de la hauteur dépend principalement de la température réac- tionnelle, mais il dépend également en partie de la vitesse d'écoulement du gaz et en partie de la réaction particulière
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appliquée, car les réactions qui peuvent Bure effectuées ef- ficacement dans ce dispositif, n'ont pas toutes la même vi- tesse. Au sommet de la tour de pulvérisation. il est prévu une plaque distributrice 2 pour assurer, au gaz chaud, un écoulement descendant uniforme. Il est également prévu un couvercle 3, maintenu efficacement en place par l'emploi, d'une bride fixée à la tour 1 et munie de boulons pour sou- tenir le couvercle 3. Il est également prévu une conduite d'amenée d'air 4, entrant par le couvercle 3.
Au sommet de la tour, juste en-dessous de la plaque distributrice 2, il y a, comme indiqué, une série de gicleurs 5. De préférence, la tour 1 ne contient aucune matière de remplissage, mais elle est simplement ouverte pour permettre aux grains du mélange réaotionnel, formés par les gicleurs, de descendre.
Au fond .de la tour 1, il y a également un collecteur ou entonnoir 6, boulonné de la même manière à la tour 1 par les brides et les boulons, comme indiqué. L'entonnoir col- lecteur 6 entre dans une conduite d'évacuation 7, allant à . un collecteur à cyclone 8. Le fond du collecteur à cyclone
8 est muni d'une conduite d'évacuation 9 comportant une soupape automatique 11, conduisant à. un récipient 12. Une conduite d'évacuation de gaz 14 est raccordée au sommet du cyclone 8 et va jusqu'à une soufflerie 15,. qui évacue le gaz, par une conduite 16, dans un épurateur d'acide chlor- hydrique. Il est prévu, un préchauffeur d'air 17, raccordé à la conduite 4.
Ce préchauffeur peut efficacement avoir la forme de l'un ou l'autre type de dispositifs de chauffa- ge d'air, par exemple des tuyaux ,chauffés à la vapeur sous forte pression, un complexe'de tubes soudés et chauffés par l'une ou l'autre flamme appropriée ; peut également avoir la forme de tubes entraînant du métal de "Wood" ou un mélange "Dowtherm"; il peut encore avoir la'forme de tout autre dispositif approprié de transfert de chaleur.
Ce dispositif permet un fonctionnement continu des
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gicleurs ainsi qu'une réaction continue, mais il écarte le ,gaz chaud, provoquant ainsi une perte importante d'énergie calorifique.
. On a trouvé que la 'réaction n'est pas fortement gê- , née par la concentration d'acide chlorhydrique et, par consé- quent, on peut utiliser le dispositif suivant la figure 2, dans lequel l'air chaud est recyclé, Dans cette forme de réalisation, on maintient les structures de la figure 1 et l'on prévoit un dispositif de chauffage 17, qui peut avoir l'une ou l'autre forme désirée, comme indiqué ci-dessus.
L'entrée du réchauffeur 17 est raccordée, par la conduite 16, à la soufflerie 15 et l'on prévoit une sortie 18. L'é- changeur de chaleur 17 est raccordé à la conduite 4, allant au sommet de la chambre de pulvérisation 1. Un courant se- " condaire de gaz en circulation est ensuite prélevé par la sortie 19, munie d'une soupape 21, et l'on prévoit une peti- te conduite d'alimentation 22, raccordée à la conduite 14, pour permettre¯ l'entré,e d'un petit oourant d'air frais en remplacement de l'air éliminé avec l'acide chlorhydrique, par la conduite 19.
Parmi les matières premières intervenant dans le pro- . cédé suivant la présente invention, il y a, tout d'abord, l'isethionate de sodium, qui, solide à la température am- biante, est pulvérisé en une poudre fine pour porter la dimension moyenne des particules de moins d'environ 200 mi- crons à environ 3 microns de diamètre. Cette poudre fine, est ensuite -mélangée avec le deuxième composant, à savoir le chlorure d'acide gras liquide, de préférence légèrement chauffé pour augmenter la fluidité. La réaction désirée entre ces deux composants est représentée par l'équation sui-
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g¯ vante : .
HO-CH2CH2-S03Na + R00001 y RCOOCH2CH2S03Na + H01
Ce mélange est ensuite amené aux gicleurs 5, par la conduite d'alimentation 23, au moyen de l'un ou l'autre dis- positif approprié de mise sous pression, pouvant avoir la
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forme d'une soufflerie, d'une pompe à diaphragme ou à pis- ton ou encore d'une pompe cen@rifuge. La pression nécessaire est relativement faible, mais @lle est généralement suffisan- te pour obtenir une bonne pulvé@ ation aux gicleurs 5. En même temps, on met la soufflerie 15 en marche ainsi que le réchauffeur 17, ou celui raccordé à la conduite 4, pour fournir de l'air à température voulue, à la tour 1.
La réac- tion se produit rapidement ; est terminée lorsque les grains pulvérisés atteignent l'entonnoir collecteur 6. Par la conduite 7, on ies évacue des entonnoirs dans le cyclone 8, où ils sont séparés du courant de gaz chaud, puis, on les fait descendre par la soupape 11, dans le récipient 12, d'où ils peuvent être retirés pour être emballés, expédiés ou utilisés immédiatement, suivant le cas.
Il est à noter que le fonctionnement en continu est , permis grâce au 'broyage fin de l'isethionate de sodium soli- de et grâce à son homogénéisation ultérieure avec le chlerure d'acide gras liquide. Sous cette forme, le dépôt de la phase 'solide est extrêmement lent, de sorte que le mélange d'ethio- nate de sodium et de chlorure d'acide gras peut être préparé et stocké pendant une longue période de plusieurs heures ou même de plusieurs jours, surtout si l'on prévoit une certaine agitation et que le produit reste prêt à l'usage. Ordinaire- ment, le broyeur à marteau donne de l'oxyéthane de sodium broyé, qui se dépose rapidement après homogénéisation avec le chlorure d'acide gras et la réaction continue a lieu immédia- tement.
Exemple 1 -
On a effectué une série d'essais dans l'appareil dé- orit ci-dessus et les résultats obtenus sont repris dans le tableau ci-après :
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<tb> Essai <SEP> Temp. <SEP> de <SEP> Temp. <SEP> Temp. <SEP> Pression <SEP> ' <SEP> Temp. <SEP> de <SEP> Vitesse <SEP> Produc-
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<tb> . <SEP> charge <SEP> entrée <SEP> sortie <SEP> de <SEP> l'air <SEP> l'air <SEP> au <SEP> de <SEP> charge <SEP> tivité
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<tb> C <SEP> air <SEP> C <SEP> air <SEP> C <SEP> au <SEP> gicleur <SEP> gicleur <SEP> Lbs/min. <SEP> %
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<SEP> C <SEP> ¯¯¯¯¯
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<tb> 1 <SEP> 29 <SEP> ' <SEP> 184 <SEP> 120 <SEP> 60 <SEP> 29 <SEP> 1,3 <SEP> 11
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 67 <SEP> 184 <SEP> 125 <SEP> 40 <SEP> 50 <SEP> 0,74 <SEP> 6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 70 <SEP> 142 <SEP> 105 <SEP> 20-40 <SEP> 50 <SEP> 0,74 <SEP> 3,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 29 <SEP> 164 <SEP> 110 <SEP> 70-75 <SEP> 50 <SEP> 2,0 <SEP> 45,4
<tb>
Dans le tableau ci-dessus, la première colonne indique le nombre d'essais; la deuxième colonne indique la température à laquelle entre le mélange d'isethionate de sodium et de chlo- rure d'acide gras ; troisième colonne indique la température à laquelle l'air en circulation entre au sommet de la t@@r 1;
la quatrième colonne indique la température à laquelle le,gaz sort dans la conduite allant vers le séparateur à cyclone; la' cinquième colonne indique la pression au.gicleur; la sixième colonne indique.la température de l'air de pulvérisation utili- sé pour pulvériser le mélange ; la septième colonne renseigne la vitesse de charge en livres par minute et la huitième co- lonne donne la proportion de produit fini, par rapport aux - diluants, aux impuretés et aux produits qui n'ont pas réagi.
Il est à noter que la grosseur des particules d'isethio nate de sodium est, de préférence, très petite et que l'on peut obtenir des partioules de 3 microns de diamètre par un procédé "d'homogénéisation", soit avant ou après le mélange avec le chlorure d'acide gras. Cependant, la grosseur des par- ticules dépend, pour une grande part, du type de gicleur utili sé ainsi que de'la hauteur de la tour. Si les gicleurs donnent une très fine pulvérisation ombant lentement à travers une petite tour, il faut que la grosseur des particules d'isethio- nate de sodium soit voisine de 3 microns.
Toutefois, si les,=[ gicleurs donnent une pulvérisation relativement grosse dans r une grande tour et à une température assez élevée, les.particu- les peuvent être beaucoup plus grosses, variant entre 40 et
200 microns, bien que, dans certains cas, avec une dimension
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intermédiaire de gouttelettes pulvérisées, la grosseur des 'particules peut varier entre 3 et -) microns.
Le choix de la grosseur des particules est une question d'ordre économique, dans laquelle @e prix de revient de la pulvérisation est équilibré par rapport aux prix de revient des grandes installations et des températures élevées.
L'exposé ci-dessus décrit principalement l'estérifica- tion de l'acide isethionique, mais c'est là une réaction géné- rale dans laquelle on utilise l'un ou l'autre acide 2-Hydroxy- alcane-sulfonique,.que l'on transforme en métal alcalin, en métal alcalino-terreux, en métal du groupe 2 B du Système Pé- riodique ou en sels de base organique, qui, employés.suivant le procédé ci-dessus, sont caractérisés par les formules géné- rales suivantes :
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où R représente de l'hydrogène, un radical alcoyle inférieur, un radical méthyle, éthyle, propyle, butyle, etc., M représen- tant un métal alcalin, par exemple du lithium, du sodium et du potassium ;
métal alcalino-terreux, par exemple du cal- cium, du strontium, du barium, un métal du groupe 2 B du Sys- tème Périodique, par exemple du magnésium, etc., ou une base organique, par exemple de la pyridine, de la quinoline, de la triéthanolamine, etc., m étant égal à 1 ou 2. Il est à noter qu'au lieu des bases spécifiques ci-dessus, on peut employer n'importe quelle base organique, qu'elle soit aliphatique ou alicyclique, saturée ou non.
Comme acides 2-hydroxy-alcane-sulfoniques que l'on es- térifie avec les chlorures d'acide carboxylique, on peut, par exemple, employer les produits ci-après : l'acide isethionique, le sulfonate de /3 -hydroxy-diméthylétger-ss-sodium, le sulfonate de ss -hydroxy-diéthyléther- ss -sodium, l'acide sulfonique de 2-hydroxy-2-méthyléthane,
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l'acide 1,2-diméthyl-2-hydroxy-sulfonïque, .l'acide 2-hydroxy-2-éthyl-sulfonique, l'acide 2-hydroxy-propane-suifonique, l'acide 2-hydroxy-2-butane-sulfonique, l'acide 2-hydroxy-1-butane-sulfonique.
Aucun chlorure d'acide gras particulier n'est cité dans la description ci-dessus, étant donné que l'on peut uti- liser n'importe quel acide gras, pourvu qu'il contienne, au minimum, 6 atomes de carbone. Comme acides de ce genre, on peut employer l'acide caproïque, l'acide caprylique, l'acide caprique, l'acide laurique, l'acide myristique, l'acide palmi- tique, l'acide stéarique, l'acide oléique, l'acide linoléique, les acides de tall oil, les acides abiétiques, etc., les aci- des alcoyl-benzoïques tels que l'acide dodécylbenzoïque, l'a- cide monylbenzoïque, l'acide octylbenzoïque, les acides obtenus à partir des alcools et aldéhydes oxo, les acides obtenus à partir des fractions oxydées de pétrole, etc., les acides phé- nyl-acétiques alcoylés, par exemple l'acide p-décylphényl-aoé- tique, l'acide m-nonylphényl-acétique,
etc., les mélanges , acides obtenus à partir de différentes huiles végétales et animales naturelles telles que l'huile d'olive, l'huile de suif, l'huile de ricin, l'huile de pois, l'huile de coco, l'huile de soja, l'huile de coton, l'huile d'uouhuba, l'huile de lin; des huiles de 'poisson telles que l'huile de morue, l'huile de hareng, l'huile de menhaden, etc:; on peut également employer l'huile.de pied de''boeuf,, l'huile de baleine, l'huile de palme, L'huile de maïs, l'huile de beurre, l'huile de ba- bassu, l'huile de capoc, l'huile de chènevis, l'huile de mou- tarde, l'huile de caoutchouc, l'huile de colza, l'huile de carthame, l'huile de sésame, etc.
On prépare aisément les sels d'acides 2-hydroxy-alcane- sulfoniques en neutralisant les acides d'une manière conven- tionnelle, avec une quantité équivalente d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux, d'un hydroxyde ou d'un carbonate
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d'un métal du groupe 2 B du Sysytème Périodique, ou encore avec une base organique.
Suivant le procédé de la présente invention, on pulvé- rise donc un isethionate, on le mélange avec un chlorure d'a- cide gras liquide, on pulvérise le mélange dans un courant de gaz chaud pour obtenir une réaction entre les composants, la réaction ayant lieu dans une tour non-remplie, avec un courant de gaz chaud en circulation pour achever la réaction, amener le produit réactionnel à un collecteur et séparer le produit réactionnel solide du courant gazeux recyclable.
Bien que l'on décrive ci-dessus un nombre limité de réa- lisations du procédé et du dispositif suivant la présente in- vention, on peut toujours appliquer d'autres formes de réali- sation sans s'écarter du caractère inventif qui y est décrit.
Par conséquent, il est entendu que ces limitations sont ex- clues des revendications en annexe, tel qu'il y est stipulé ou requis par la pratique antérieure.
REVENDICATIONS ---------------------------
1/ Procédé continu de préparation d'esters bêta-sulfo- éthyliques d'acides gras, caractérisé par les phases combinées ci-après : - pulvérisation d'un isethionate en particules d'une grosseur comprise entre 3 et 200 microns.
- mélange de l'isethionate pulvérisé avec un acide gras li- quide.
- pulvérisation du mélange dans un courant de gaz chaud.
- réaction, à température élevée, du produit pulvérisé, et - rassemblement des particules pulvérisées lorsque la réaction est terminée.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.