Tapas de burbujas de PVDF para columnas de destilación

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

Los componentes de polímero 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 India, enfrentaba desafíos de corrosión con sus columnas de destilación. En aplicaciones de procesamiento químico, las columnas de destilación a menudo se usan para separar y recuperar solventes y ácidos. Aunque estos productos 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 aunque 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 y cuando las concentraciones de ácido pueden cambiar dentro del sistema, los componentes de polímero 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 de metal en las bandejas de las columnas de destilación se reemplazaron con tapas de burbujas hechas de resina de fluoruro de polivinilideno (PVDF) (Figura 1) en un esfuerzo por abordar los problemas de corrosión con las tapas de metal en una planta de ácido fosfórico.

FIGURA 1. Las tapas de burbujeo de la bandeja de destilación hechas de resina de fluoruro de polivinilideno (PVDF) pueden ser una opción viable en los casos en que los componentes metálicos estén sujetos al ataque ácido

El propósito principal de la columna de destilación es separar, recuperar y eliminar compuestos orgánicos volátiles (VOC), solventes y otras sustancias más livianas que el agua, que pueden estar presentes en el flujo. Durante muchos años, las columnas de destilación han utilizado tapas de burbuja de acero inoxidable SS-304 y SS-316, pero las tapas de burbuja de acero inoxidable se corroen en presencia de algunos productos químicos, como aminas, cloruros y cetonas, porque las zonas afectadas por el calor tienden a sufrir fisuración por corrosión bajo tensión de aminas o fisuración por corrosión bajo tensión de cloruros, incluso a temperaturas más bajas. Además, las tapas de burbuja de acero inoxidable son más voluminosas (en peso). Debido a esto, la columna de destilación debe sobrediseñarse y los costos de capital son altos. Otra opción para evitar la corrosión es utilizar tapas de burbuja de polímero reforzado con fibra (FRP). Estas son una solución económica, pero deben reemplazarse con frecuencia debido a la delaminación, lo que conduce a la fragilización y la falla.

La decisión de cambiar de una construcción metálica a PVDF fue impulsada por el uso de ácido fosfórico en las plantas. Los sistemas de destilación anteriores que usaban componentes metálicos habían experimentado corrosión, y resolver el problema se volvió esencial para que GACL mantuviera la planta en funcionamiento. Cuando GACL buscó resolver los problemas relacionados con la corrosión en las columnas de destilación de su planta de ácido fosfórico de grado alimenticio, el consultor del proyecto Worley India recomendó reemplazar las tapas de burbujas de metal convencionales en las bandejas de las columnas con tapas de burbujas hechas de Kynar PVDF. Plásticos Sangir SA Ltd. es uno de los principales usuarios de materia prima de PVDF de Kynar y también es un productor líder de productos termoplásticos personalizados. Pudieron fabricar con éxito tapas de burbujas utilizando resinas PVDF Kynar. El fabricante al que se suministraron los productos fue Dolf Industries Pvt. 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 solventes y ácidos. Se sabe que los homopolímeros de PVDF de Kynar resisten valores de pH de <1 a 12, mientras que los copolímeros de PVDF de Kynar Flex 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 en función de 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 ligero 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 burbuja de PVDF de Kynar se fabricaron con materia prima de Kynar suministrada por Arkema. El proceso de fabricación involucró 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 brindó su experiencia en la fabricación de la tapa de burbujas de PVDF de Kynar, sino que también cumplió con los estrictos requisitos y dio amplias recomendaciones sobre los procesos de fabricación para garantizar que las tapas cumplieran con los requisitos de alto nivel de calidad del 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 una gran cantidad de tapas de burbuja 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 por calor. Esto facilita tanto el proceso como los costos de instalación.

Las tapas de burbuja de PVDF de Kynar forman parte de los conjuntos de bandeja de tapa de burbuja (Figura 3) que se utilizan en una columna de destilación para aplicaciones de baja temperatura y baja presión (P/T). En las bandejas de tapas de burbujas, el vapor que fluye hacia arriba a través de la torre entra en contacto con el líquido al pasar a través de las tapas de burbujas. Cada conjunto de tapa de burbuja consta de un elevador y una tapa. El vapor que sube a través de la columna pasa a través del elevador 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 de burbujas no pueden gotear ni filtrar líquido destilado. Este diseño es adecuado para el rendimiento en condiciones de baja presión y baja 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 las tapas de burbujas sean exactamente idénticas, con las mismas tolerancias dimensionales.

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

Las tapas de burbuja de PVDF de Kynar se utilizan en columnas de destilación que funcionan a presiones y temperaturas bajas, ya que son una buena alternativa a las tapas de burbuja de acero inoxidable o FRP. Las tapas de burbujas de PVDF ofrecen una vida útil prolongada 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 gerente comercial en la Unidad de Polímeros de Alto Rendimiento en Arkema en India (Correo electrónico: [correo electrónico protegido]). Tiene títulos de posgrado en química y tecnología de pintura. Upadhye tiene 29 años de experiencia en aplicaciones industriales y selección de materiales.

Himanshu Mistry es el jefe 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 indias.