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Anwendungen von Reaktoren für heterogene Reaktionen

Oxidation von o-Xylol zu Phthalsäureanhydrid

Phthalsäureanhydrid dient der Herstellung von Phthalaten, die in erster Linie als Weichmacher für PVC verwendet werden. Die Herstellung von Phthalsäureanhydrid (PSA) erfolgt u.a. durch partielle Oxidation von o-Xylol:

Die Reaktion ist stark exotherm ( Δ H R = 1.285 k J mol ). Die Totaloxidation (Entstehung von CO2 und H2O) ist sowohl Parallel- als auch Folgereaktion. Da einerseits die Aktivierungsenergie und andererseits die Reaktionsenthalpie der Totaloxidation größer ist als die der partiellen Oxidation, verschlechtert eine Temperaturerhöhung die Selektivität bezüglich des Phthalsäureanhydrids.

Reaktortyp

Deshalb werden heute fast ausschließlich Rohrbündelreaktoren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid eingesetzt, da die Reaktionstemperatur durch Wärmetausch reguliert werden kann.

Abb.1
Rohrbündelreaktor zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid (Deggendorfer Werft und Eisenbau GmbH)
aus Gmehling/Brehm, Grundoperationen - Lehrbuch der Technischen Chemie Band 2, 1996, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Abb.2.12, S. 76

mit freundlicher Genehmigung des Georg Thieme Verlag


Die katalytische Oxidation wird bei 360 bis 390 °C durchgeführt, so dass die Verwendung von Wasser/Wasserdampf als Wärmeträger nicht möglich bzw. unwirtschaftlich ist (Temperaturführung fast bei der kritischen Temperatur von Wasser). Bei den heutigen technischen Verfahren verwendet man als Wärmeträger Salzschmelzen. Diese werden beim Umströmen der Reaktionsrohre durch eingeschweißte Bleche im Kreuzgegenstrom (Wärmeträger strömt senkrecht auf die Trennwand, also quer zum temperierenden Fluid) geführt, so dass die Aufnahme der durch die Reaktion freigesetzten Wärme zu einem Anstieg der Temperatur des Kühlmediums und so zu einer Senkung der Temperatur des Reaktionsgemisches führt.

Charakteristische Daten

Für die Herstellung von 75.000 t PSA/Jahr muss die Summe der Einzelrohre ein Innenvolumen von ca. 40 m³ besitzen. Charakteristische Daten für die Auslegung der Kühlung eines derartigen Reaktors sind:

  • Wärmeabfuhrleistung: bis zu 30 MW
  • Länge des Einzelrohrs: bis zu 4,5 m
  • Innendurchmesser des Einzelrohrs: 2 bis 2,5 cm
  • Gesamtdurchmesser des Reaktors: bis zu 7 m (bei 28.000 Einzelrohren)

Siehe auch: Heterogene Katalyse: Selektive Oxidation von Xylol

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