Projektierungskurs 2012CBI

 

 

 

 

 

TechFach

 

 

 

 

Aufgabenstellung

Phthalsäureanhydrid (PSA) ist Ausgangsstoff für die Herstellung der überwiegenden Mehrzahl der industriell bedeutenden Weichmacher wie z.B. Diisononylphthalat oder Hexamoll ® DINCH, daneben wird es für die Herstellung von Kunstharzen und Phthalocyanin-Farbpigmenten eingesetzt.

Im Rahmen des Projektierungskurses soll die Herstellung von PSA (Schmelze) aus o-Xylol (OX) durch Gasphasenoxidation betrachtet werden. O-Xylol wird mit Luft und Wasserdampf katalytisch in einer exothermen Reaktion zu PSA umgesetzt. Ziel ist es diese Reaktion möglichst selektiv durchzuführen. Die aus dem Reaktor abzuführende Reaktionsenthalpie soll einer energetischen Nutzung zugeführt werden. Das austretende Reaktionsgas wird abgekühlt, wobei PSA in fester Form auf Wärmetauscherflächen niedergeschlagen wird. Durch zyklische Erwärmung der Kondensatoren wird PSA in den flüssigen Zustand überführt. Das flüssige PSA kann ausgeschleust und z. B. in Lagerbehältern gespeichert werden. Das Reaktionsgas nach der Gasphasenoxidation ist spezifikationsgerecht zu reinigen. Das als Nebenprodukt anfallende Maleinsäureanhydrid stellt ein Wertprodukt dar und soll mit einer Reinheit von 99,7 Gew.% an nachgeschaltete Prozessstufen abgegeben werden.
Die Herstellprozess von PSA ist so zu gestalten, dass in der Anlage PSA mit folgender Spezifikation erhalten werden kann:

PSA min. 99,8 Gew.%
MSA max. 0,05 Gew.%
Benzoesäure max. 0,01 Gew.%
Phthalsäure (freie Säure) max. 0,1 Gew.%
Phthalid max. 0,06 Gew.%

Neben der konventionellen Gasphasenoxidation in einem Festbettreaktor soll auch die Oxidation in einem Wirbelschichtreaktor vergleichend betrachtet werden.

Alternativ zum chemischen Weg soll eine biotechnologische Route zur Herstellung von PSA ausgelegt und im Hinblick auf ihre industrielle Umsetzung bewertet werden. Bei diesem Prozess wird o-Xylol enzymatisch zu PSA umgesetzt. Das hierzu erforderliche Enzym ist bereitzustellen.
Für alle Routen sind Gesamtverfahrenskonzepte zu entwickeln, Apparate auszulegen und die Herstellkosten zu ermitteln und gegenüberzustellen. Die Betrachtung ist für eine Kapazität von 100.000 t/a PSA bei 8000 Betriebsstunden/a durchzuführen. Die verschiedenen Prozessrouten sind hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit zu bewerten

Anmerkung
Für die Auslegung des Aufarbeitungsteils ist von folgender Zusammensetzung des aus dem Reaktor  austretenden Reaktionsgases auszugehen:

Konzentrationen in Gew.%

PSA

MSA

o-Tolylaldehyd

Citraconsäure- anhydrid

Benzoesäure

Phthalid

o-Xylol

Min

95

2

0,01

0,2

0,4

0

0

Max

97

3

0,2

0,5

0,7

0,2

0,3

Mittel

95,8

2,7

0,15

0,4

0,6

0,1

0,2

 

Projektierungskurs 2012