Simulation of a phthalic anhydride production process through gaseous catalytic oxidation of o-xylene in ChemCAD simulator

Abstract

Phthalic anhydride (PA) is a key industrial compound, particularly relevant for the large-scale production of plasticizers. This study aimed to develop the conceptual design of a proposed PA production process using the ChemCAD 7.1.2 simulation software, in which maleic anhydride (MA) was identified as the principal byproduct. Several parameters were obtained for the heat exchangers, including heat curves, heat duty, logarithmic mean temperature difference (LMTD), and overall heat transfer coefficient. Additionally, the mass flow rate and composition of the main process streams were determined through simulation, along with their temperature, pressure, and vapor fraction. Design parameters for both distillation columns were also calculated, as well as the heat duty of the catalytic reactor. Finally, the total purchase and installation costs of selected equipment were estimated. The mass flow rate of the bottom stream from the purification column was 10,921.083 kg/h, composed primarily of PA (99.19% purity) and o-xylene (0.80%), while MA was recovered in the top stream with a mass flow rate of 973.342 kg/h and a purity of 83.36%.

El anhídrido ftálico (AF) es un compuesto químico industrial importante, especialmente para la producción a gran escala de plastificantes. El propósito de este artículo fue el de llevar a cabo el diseño conceptual de un proceso de producción de AF en el simulador ChemCAD 7.1.2, donde el anhídrido maleico (AM) fue el principal subproducto producido. Varios parámetros fueron obtenidos para los intercambiadores de calor, tales como las curvas de calor, carga de calor, la DMLT y el coeficiente global de transferencia de calor. También, el caudal másico y composición de las corrientes principales fueron determinadas, incluyendo su temperatura, presión y fracción de vapor. Además, algunos parámetros de diseño fueron calculados para ambas columnas de destilación, así como también el calor intercambiado del reactor catalítico. Finalmente, los costos totales de compra e instalación fueron determinados considerando algunos equipos específicos. El caudal másico de la corriente del fondo de la columna de purificación fue 10 921,083 kg/h, la cual está compuesta principalmente por AF (99,19% de pureza) y o-xileno (0,80%), mientras que el AM es obtenido en al corriente del tope de esta columna con un caudal másico de 973,342 kg/h y una pureza de 83,36%.