Otrzymywanie bezwodnika ftalowego w skali 1000 ton/ rok K. Kardas, O Otrzymywanie bezwodnika ftalowego w skali 1000 ton/ rok K. Kardas, O. Kozikowska, P. Ruszczyk, K. Serejko, M. Wydryszek Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska Opiekun grupy: dr inż. I. Wielgus Założenia projektu Zdolność produkcyjna Bilans masowy Proces PRZYCHÓD ROZCHÓD surowiec kg/h kg/dobę ogrzewanie i odparowanie ksylen zimny 133,4 3201 ksylen pary powietrze zimne 874,4 20985 powietrze ogrzane SUMA: 1007,8 24186 utlenianie mieszanina poreakcyjna, w tym:   BKF 137,0 3289 BKM 19,6 471 kwas benzoesowy 0,4 9 para wodna 76,2 1829 CO2 193,1 4635 CO 10,1 243 inne gazy (głównie azot) 571,3 13710 kondensacja mieszanina poreakcyjna kondensat, w tym: 137,4 3298 frakcja gazowa, w tym: 870,3 20888 inne gazy (głównie azot) rafinacja kondensat BKF rafinowany destylacja BKF czysty 136,7 3280 zanieczyszczenia Projekt procesowy przedstawia założenia instalacji do otrzymywania bezwodnika kwasu ftalowego w ilości 1000 ton / rok. Założenia projektowe: metoda wytwarzania bezwodnika ftalowego musi być przyjazna środowisku, emisja gazów cieplarnianych powinna być zbliżona do zera, nie odpadowa, wytwarzane produkty uboczne (np. kwas benzoesowy, kwas maleinowy, bezwodnik maleinowy) powinny być stosownie zagospodarowane, wykorzystywane surowce do produkcji muszą być dostępne i łatwe w transporcie. Planowana zdolność produkcyjna to 1000 ton na rok. Synteza będzie prowadzona w sposób ciągły przy założeniu trójzmianowego systemu pracy (3×8h) przez 300 dni w roku. Przy powyższych założeniach produkcja dobowa będzie wynosić 3,3 tony produktu (w ciągu godziny należy otrzymać 137 kg produktu). Parametry procesu Charakterystyka produktu Lp. Proces Parametry procesu 1 Przygotowywanie reagentu I: Oczyszczanie, osuszanie, sprężanie i ogrzewanie powietrza p = 1,4-1,7 bar; T = 125-145˚C 2 Przygotowywanie reagentu II: ogrzewanie o-ksylenu T = 140-180˚C 3 Mieszanie substratów i odparowywanie /parownik/ p = 1,5 bar, T = 160˚C 4 Utlenianie w reaktorze rurowym p = 1,5 -1,0 bar, T = 350˚C 5 Chłodzenie mieszaniny poreakcyjnej i kondensacja BKF p = 1,0 bar, do T = 202˚C 6 Rafinacja p = 0,9 bar, T = 240-299˚C 7 Destylacja próżnia (p = 500 mm Hg = 0,7 bar), T = 280˚C Destylacja p = 0,7 bar, T = 280°C Bezwodnik ftalowy inaczej bezwodnik kwasu o-ftalowego, wzór sumaryczny C8H4O3 Właściwości fizyko-chemiczne: białe, krystaliczne ciało stałe temperatura topnienia 131 ºC temperatura wrzenia 284 ºC temperatura samozapłonu 580ºC. gęstość (20ºC). 1,527 g/cm3 trudno rozpuszczalny w wodzie, dobrze rozpuszcza się w alkoholu etylowym i eterze dietylowym. sublimuje poniżej temperatury wrzenia. podczas gotowania z wodą hydrolizuje, dając kwas ftalowy. jest produktem szkodliwym Zastosowanie farby i lakiery, żywice poliestrowe, barwniki, zmiękczacze dla przetwórstwa mas plastycznych. Schemat technologiczny Wykres Sankey`a Metoda otrzymywania utlenianie o-ksylenu prowadzone w reaktorze rurowym w temperaturze 350˚C, katalizator: 7,0% V2O5, 2,5% Sb2O3, 0,16% Rb oraz 90,34% TiO2, w reaktorze mogą zachodzić następujące reakcje: Ekonomika L.p. Uproszczona kalkulacja tys. zł/rok 1 Koszt surowców 3597 2 Koszt robocizny 558 3 Koszt energii 324 4 Narzuty 2511 5 Techniczny koszt wytwarzania (1+2+3+4) 6990 6 Zysk (brutto) 7-5 100394 7 Cena 107385 8 Podatek - 40% zysku 40157 9 Zysk netto 6-8 60236 Zagospodarowanie odpadów selektywność reakcji: 70%; (2) 10%; (3) 15%; (4) 5%; (5) śladowe ilości Zalety wybranej metody Bezwodnik maleinowy zostanie poddany absorpcji mokrej, w wyniku czego otrzymuje się kwas maleinowy, który może zostać później przetworzony do kwasu fumarowego lub bezwodnika maleinowego. kwas maleinowy – sprzedaż, kwas benzoesowy – sprzedaż, dwutlenek węgla i tlenek węgla zostaną przetłoczone do spalarni, pozostałości podestylacyjne przekazujemy odpowiedniej firmie do utylizacji tanie i łatwo dostępne reagenty, produkty uboczne (bezwodnik maleinowy, kwas benzoesowy, kwas maleinowy) mają zastosowanie w praktyce i mogą zostać sprzedane, cały proces jest selektywny i wydajny, proces można prowadzić metodą ciągłą, reakcja jednoetapowa, podczas procesu nie powstają szkodliwe odpady. Główne założenia ekonomiczne: cena o-ksylenu to 4 zł/ kg bezwodnik ftalowy będzie sprzedawany za 95,50 zł/ kg