Tapas de burbuja de PVDF para columnas de destilación

1 de junio de 2023 | Por Sachin Upadhye, Arkema; y Himanshu Mistry, Sangir Plastics

Los componentes poliméricos en las bandejas de las columnas pueden evitar problemas asociados con la corrosión de los equipos metálicos

Gujarat Alkalies & Chemicals Ltd. (GACL), un importante productor de productos químicos en el estado de Gujarat, en el oeste de la India, enfrentaba desafíos de corrosión en sus columnas de destilación. En aplicaciones de procesamiento químico, las columnas de destilación se utilizan a menudo para separar y recuperar disolventes y ácidos. Aunque estos químicos varían, muchos de los sistemas de destilación experimentan problemas de corrosión si no se diseñan adecuadamente para aplicaciones a largo plazo. Estas columnas suelen utilizar componentes metálicos, pero las duras condiciones ácidas requeridas para esta aplicación no eran adecuadas para los metales. Y si bien los metales pueden soportar altas temperaturas y tener buena resistencia física, pueden ser sensibles al ataque rápido de condiciones ácidas y cambios rápidos de concentración de ácido. En los casos en los que hay ácidos fuertes presentes y cuando las concentraciones de ácido pueden cambiar dentro del sistema, los componentes poliméricos pueden ser una opción viable para prevenir la corrosión y evitar la oxidación. Este estudio de caso describe un proyecto en el que las tapas de burbujas metálicas en los platos de las columnas de destilación fueron reemplazadas por tapas de burbujas hechas de resina de fluoruro de polivinilideno (PVDF) (Figura 1) en un esfuerzo por abordar los problemas de corrosión de las tapas metálicas en una planta de ácido fosfórico.

FIGURA 1. Las tapas de burbujas de la bandeja de destilación fabricadas con resina de fluoruro de polivinilideno (PVDF) pueden ser una opción viable en los casos en que los componentes metálicos están sujetos a ataques ácidos.

El objetivo principal de la columna de destilación es separar, recuperar y eliminar compuestos orgánicos volátiles (COV), disolventes y otras sustancias más ligeras que el agua que puedan estar presentes en el flujo. Durante muchos años, las columnas de destilación han utilizado capuchones de burbujeo de acero inoxidable SS-304 y SS-316, pero los capuchones de burbujeo de acero inoxidable se corroen en presencia de algunas sustancias químicas, como aminas, cloruros y cetonas, porque las zonas afectadas por el calor tienden a sufrir agrietamiento por corrosión bajo tensión de aminas o agrietamiento por corrosión bajo tensión de cloruros, incluso a temperaturas más bajas. Además, las tapas de burbujas de acero inoxidable son más voluminosas (en peso). Debido a esto, es necesario sobredimensionar la columna de destilación y los costes de capital son elevados. Otra opción para evitar la corrosión es utilizar tapas de burbujas de polímero reforzado con fibra (FRP). Se trata de una solución económica, pero es necesario reemplazarlos con frecuencia debido a la delaminación, lo que provoca fragilidad y fallas.

La decisión de cambiar de una construcción metálica a PVDF se debió al uso de ácido fosfórico en las plantas. Los sistemas de destilación anteriores que utilizaban componentes metálicos habían experimentado corrosión y resolver el problema se volvió esencial para que GACL mantuviera la planta en funcionamiento. Cuando GACL intentó resolver los problemas relacionados con la corrosión en las columnas de destilación de su planta de ácido fosfórico de calidad alimentaria, el consultor del proyecto Worley India recomendó que reemplazaran las tapas de burbujas metálicas convencionales en los platos de las columnas por tapas de burbujas hechas de Kynar PVDF. Plásticos Sangir Pvt. Limitado. Ltd. es uno de los principales usuarios de la materia prima PVDF de Kynar y también es un productor líder de productos termoplásticos personalizados. Pudieron fabricar con éxito tapas de burbujas utilizando resinas Kynar PVDF. El fabricante al que se suministraron los productos fue Dolf Industries Pvt. Limitado. Ltd. Vadodara Gujarat.

FIGURA 2. Los componentes de PVDF pueden soportar una amplia gama de condiciones de pH

Se sabe que Kynar PVDF tiene resistencia a una amplia gama de disolventes y ácidos. Se sabe que los homopolímeros Kynar PVDF resisten valores de pH de <1 a 12, mientras que los copolímeros Kynar Flex PVDF manejan un rango de pH más amplio, de <<1 a 13,5. Los parámetros operativos dictan el uso de termoplásticos de ingeniería, como PVDF, y según las condiciones de servicio y las características químicas, se seleccionó Kynar PVDF para este proyecto como el material de construcción más adecuado y compatible. GACL logró ahorros de costos debido al peso más liviano de los materiales de PVDF y también pudo optimizar las condiciones críticas del proceso mediante el uso de temperaturas y presiones más bajas.

Las tapas de burbujas Kynar PVDF se fabricaron a partir de materia prima Kynar suministrada por Arkema. El proceso de fabricación implicó extrusión, moldeo por inyección y fabricación. El proceso de fabricación también implicó un alto grado de precisión, exactitud, acabado y trabajo dentro de tolerancias dimensionales muy estrechas. Las columnas de destilación requieren tal precisión para disolver uniformemente humos y líquidos. Arkema no solo aportó experiencia en la fabricación de la tapa de burbuja de PVDF de Kynar, sino que también cumplió con requisitos tan estrictos y dio amplias recomendaciones sobre los procesos de fabricación para garantizar que las tapas cumplieran con el alto nivel de requisitos de calidad para el proyecto. Este proyecto fue la primera vez que un producto de este tipo se fabricó y suministró mediante moldeo por inyección, fabricación y fusión a tope para producir un producto altamente sofisticado. Se suministró con éxito un gran número de tapones de burbujas bajo estrictas condiciones de control de calidad.

Los polímeros de alto valor son livianos y se pueden fabricar fácilmente con herramientas de corte y soldadura térmica. Esto facilita tanto el proceso como los costes de instalación.

Los casquetes de burbujeo de Kynar PVDF son parte de conjuntos de casquete-bandeja (Figura 3) que se utilizan en una columna de destilación para aplicaciones de baja temperatura y baja presión (P/T). En las bandejas de casquetes, el vapor que fluye hacia arriba a través de la torre entra en contacto con el líquido al pasar a través de los casquetes. Cada conjunto de tapa de burbuja consta de un tubo ascendente y una tapa. El vapor que sube a través de la columna sube a través del tubo ascendente en el piso de la bandeja y luego se gira hacia abajo para burbujear en el líquido que rodea la tapa. Debido a su diseño, las bandejas con tapa de burbuja no pueden filtrar ni filtrar líquido destilado. Este diseño es adecuado para rendimiento en condiciones de menor presión y menor temperatura. Sin embargo, la tapa de burbuja debe diseñarse y fabricarse con sumo cuidado para garantizar que cada tapa de burbuja funcione con el mismo factor de eficiencia. Por lo tanto, se requiere que los casquetes de burbuja sean exactamente idénticos, con las mismas tolerancias dimensionales.

FIGURA 3. En los platos de tapa de burbujas, el vapor que sube a través de la columna se gira hacia abajo para burbujear a través del líquido que rodea la tapa.

Los casquetes de burbujeo de Kynar PVDF se utilizan en columnas de destilación que operan a bajas presiones y temperaturas, ya que son una buena alternativa a los casquetes de burbujeo de acero inoxidable o FRP. Las tapas de burbujas de PVDF ofrecen una vida operativa extensa porque el producto puede soportar temperaturas de hasta 130 °C (266 °F) y son inertes a la mayoría de los solventes y catalizadores que se encuentran en las columnas de destilación.

Editado por Scott Jenkins.

Sachin Upadhye es director comercial de la Unidad de Polímeros de Alto Rendimiento de Arkema en India (correo electrónico: [correo electrónico protegido]). Tiene títulos de posgrado en química y tecnología de pinturas. Upadhye tiene 29 años de experiencia en aplicaciones industriales y selección de materiales.

Himanshu Mistry es director de desarrollo comercial y marketing de Sangir Plastics en India (correo electrónico: [email protected]). Tiene más de 20 años de experiencia en ingeniería trabajando en el sector de productos químicos industriales, liderando muchas empresas de ingeniería multinacionales de la India.