En las industrias de procesos químicos (CPI), la mayoría de las separaciones se realizan mediante columnas de destilación.Y cuando el resto del proceso depende de esas columnas, las ineficiencias, los cuellos de botella y los cierres son problemáticos.En un esfuerzo por mantener los procesos de destilación (y el resto de la planta) funcionando, las partes internas de las columnas se están modificando y reelaborando para ayudar a optimizar la eficiencia y confiabilidad de las columnas.

“Ya sea en refinación, procesamiento químico o producción de plásticos, la mayor parte de la separación entre sustancias químicas orgánicas se realiza mediante destilación.Al mismo tiempo, existe una presión constante para que los procesadores químicos hagan que sus procesos sean más rentables”, dice Izak Nieuwoudt, director técnico de Koch-Glitsch (Wichita, Kansas; www.koch-glitsch.com)."Debido a que las columnas de destilación son un gran consumidor de energía y debido a que la gente no quiere perder mucho tiempo arreglando equipos, aumentar la eficiencia y confiabilidad de las columnas es una prioridad en este momento".

A menudo, después de que un proceso está en funcionamiento, los procesadores descubren que el consumo de energía es mucho mayor de lo que esperaban, dice Antonio García, gerente de desarrollo de negocios de transferencia masiva de AMACS Process Tower Internals (Arlington, Texas; www.amacs.com)."Para obtener una mayor eficiencia energética, deben explorar sus opciones para mejorar el rendimiento de la transferencia de masa", afirma."Además, los procesadores a menudo buscan formas de eliminar los cuellos de botella del proceso para obtener mejores requisitos de separación y capacidad, y las incrustaciones son una causa común de cuellos de botella, por lo que también es importante encontrar tecnologías que ayuden con estos problemas".

Los cuellos de botella y el tiempo de inactividad causados ​​por incrustaciones o problemas mecánicos, como vibraciones o mecanismos dentro de las columnas que se deshacen, pueden resultar muy costosos."Cada vez que hay que cerrar una columna de destilación resulta muy caro, porque a menudo también provoca la parada de las unidades anteriores y posteriores", afirma Nieuwoudt."Y estos cierres no planificados provocan grandes pérdidas por día".

Por este motivo, los fabricantes de componentes internos de columnas están desarrollando productos diseñados para ayudar a los procesadores a aumentar la eficiencia energética y la confiabilidad.

Reemplazar las bandejas y empaquetaduras convencionales con soluciones más nuevas y avanzadas a menudo es necesario para un procesador que busca mayor eficiencia, capacidad y confiabilidad, por lo que los fabricantes buscan constantemente mejorar sus ofertas.

Por ejemplo, Raschig GmbH (Ludwigshafen, Alemania; www.raschig.com) lanzó recientemente Raschig Super-Ring Plus, una nueva empaquetadura aleatoria de alto rendimiento que supera el rendimiento del Raschig Ring anterior."La estructura optimizada de Raschig Super-Ring Plus permite un mayor aumento de capacidad con eficiencias constantes", afirma Micheal Schultes, director técnico de Raschig.“El producto es el resultado de un desarrollo de diseño basado en muchos años de investigación.El objetivo era conservar todas las ventajas del Super-Ring, pero mejorar la capacidad y reducir la caída de presión”.

El producto resultante minimiza la caída de presión al disponer tiras sinusoidales planas en una estructura extremadamente abierta, maximiza la capacidad mediante la preferencia de flujo de película en disposiciones de tiras sinusoidales continuas, aumenta la eficiencia al minimizar la formación de gotas dentro del empaque y disminuye la tendencia a la incrustación al reducir el desarrollo de gotas y ofrecer baja caída de presión.La sensibilidad a las incrustaciones también se reduce al generar películas líquidas continuas que mojan todo el elemento de empaque.

Asimismo, AAMACS ha estado investigando para mejorar su producto SuperBlend."Las investigaciones han demostrado que al reemplazar el empaque aleatorio existente con nuestro SuperBlend 2-PAC, la eficiencia de la torre se puede aumentar en un 20% o la capacidad en un 15%", dice Moize Turquía, gerente de ingeniería de aplicaciones de AMACS.La tecnología SuperBlend 2-PAC es una combinación de tamaños de envases de alto rendimiento colocados en una sola cama."Combinamos dos tamaños de la mejor geometría aleatoria de metal y, cuando se combinan, la mezcla patentada logra los beneficios de eficiencia del tamaño de empaque más pequeño, al tiempo que conserva la capacidad y la caída de presión del tamaño de empaque más grande", dice.El lecho combinado se recomienda para absorción y extracción, destilación química fina, fraccionadores de refinería y oportunidades de modernización en cualquier torre de transferencia de masa o calor limitada por empaquetamiento aleatorio convencional o de tercera generación.

También se están desarrollando mejoras en los componentes internos para ayudar con problemas como incrustaciones y condiciones difíciles.

“La confiabilidad es extremadamente importante para las consideraciones del día a día.No importa qué tan bien funcione un dispositivo, si no puede soportar las condiciones de contaminación en un proceso, no tendrá éxito”, dice Mark Pilling, gerente de tecnología de EE. UU. de Sulzer (Winterthur, Suiza; www.sulzer. com)."Sulzer ha dedicado una enorme cantidad de tiempo durante los últimos cinco años a desarrollar una línea completa de equipos resistentes a las incrustaciones".En bandejas, la empresa ofrece bandejas VG AF y antiincrustantes, y recientemente lanzó válvulas UFM AF, que son a la vez de alto rendimiento en cuanto a capacidad y eficiencia, además de extremadamente resistentes a las incrustaciones.En empaques, la compañía lanzó los empaques de rejilla antiincrustantes Mellagrid AF, que son adecuados para aplicaciones de empaque con alto contenido de incrustaciones, como secciones de lavado de torres de vacío.

Pilling añade que, para los problemas de formación de espuma, Sulzer ha estado trabajando en un enfoque doble."Mientras desarrollamos equipos y diseños para manejar aplicaciones de espuma, también trabajamos con nuestros clientes para determinar posibles aplicaciones de espuma", dice.“Una vez que sabes que existe la espuma, puedes diseñar para ella.Son los casos en los que un cliente tiene una condición de formación de espuma y no lo sabe los que tienden a crear problemas.Vemos todo tipo de espumas, como Marangoni, Ross y partículas, y trabajamos con los clientes para identificar dichas situaciones”.

Y, para aplicaciones donde la incrustación y la coquización pueden ser muy graves, Koch-Glitsch desarrolló el empaque de rejilla para servicios severos Proflux, dice Nieuwoudt (Figura 1).El nuevo empaque de rejilla de alto rendimiento para servicios severos combina la eficiencia del empaque estructurado con la robustez y la resistencia a la suciedad del empaque de rejilla.Es un conjunto de resistentes láminas corrugadas soldadas a varillas de gran calibre.La combinación de un conjunto de varillas soldadas y láminas corrugadas de mayor espesor de material proporciona un diseño robusto que resiste daños causados ​​por vuelcos o erosión de la torre.Los espacios entre las láminas proporcionan una mejor resistencia a las incrustaciones.“El empaque se ha instalado casi 100 veces en servicios con incrustaciones muy severas y realmente está funcionando bien en comparación con los productos que está reemplazando.La vida útil más larga y la menor caída de presión que proporciona dan como resultado menores costos operativos para el cliente”, dice Nieuwoudt.

Figura 1. El empaque de rejilla para servicios severos Proflux es un empaque de rejilla para servicios severos de alto rendimiento que combina la eficiencia del empaque estructurado con la robustez y la resistencia a la suciedad del empaque de rejilla Koch-Glitsch

Cuando se trata de destilación, a menudo también existen desafíos específicos de un proceso que deben abordarse mediante medidas especiales.

"Existe un mercado para soluciones hechas a medida que se ajusten al proceso específico y a las necesidades del cliente", dice Christian Geipel, director general de RVT Process Equipment (Steinwiesen, Alemania; www.rvtpe.com).“Esto es especialmente válido para renovaciones de plantas existentes que se modifican para satisfacer nuevas demandas.Los desafíos son diversos e incluyen objetivos tales como tiradas más largas y predecibles para aplicaciones de incrustaciones, mayor capacidad y menor caída de presión o rangos operativos más amplios para una mayor flexibilidad”.

Para abordar necesidades específicas, RVT ha desarrollado una empaquetadura estructurada de alta capacidad, la Línea SP (Figura 2)."Debido a la geometría modificada del canal, se logra una menor caída de presión y una mayor capacidad".Además, para cargas de líquido muy bajas, otro desafío específico de la aplicación, estas empaquetaduras se pueden combinar con nuevos tipos de distribuidores de líquido."Se desarrolló un distribuidor de boquillas de aspersión mejorado que combina boquillas de aspersión con placas de salpicadura y se utiliza con éxito en aplicaciones como columnas de vacío de refinería", dice Geipel."Reduce el arrastre y, por lo tanto, la contaminación en las secciones de empaque por encima del distribuidor sin sacrificar la calidad de la distribución del líquido a la sección de empaque de abajo".

Figura 2. Un nuevo empaque estructurado de alta capacidad, la línea SP de RVT, ofrece geometría de canal modificada, menor caída de presión y mayor capacidad. Equipo de proceso RVT

Otro nuevo distribuidor de líquido de RVT (Figura 3) es un distribuidor tipo artesa con placas antisalpicaduras que combina bajas tasas de líquido con un rango operativo más alto y un diseño robusto y resistente a la suciedad.

Figura 3. Para cargas de líquido muy bajas, otro desafío específico de la aplicación, las empaquetaduras se pueden combinar con nuevos tipos de distribuidores de líquido RVT Process Equipment

De manera similar, GTC Technology US, LLC (Houston; www.gtctech.com) está desarrollando nuevos productos para ayudar a los procesadores a mejorar el rendimiento de las columnas de destilación según sus necesidades específicas.Uno de los últimos desarrollos incluye las bandejas de alto rendimiento GT-OPTIM, afirma Brad Fleming, director general de la división de Tecnología de Equipos de Procesos de GTC.Cientos de instalaciones industriales y pruebas realizadas en Fractionation Research Inc. (FRI; Stillwater, Oklahoma; www.fri.org) han demostrado que la bandeja de alto rendimiento logra una eficiencia y una mejora de capacidad significativas con respecto a las bandejas convencionales.Las bandejas de flujo cruzado se personalizan según las necesidades del usuario final para lograr una alta eficiencia mediante una combinación de dispositivos patentados y propietarios que componen cada diseño de bandeja."Podemos proporcionar una colección de tecnologías y características que pueden emplearse para abordar objetivos específicos", señala Fleming.“El objetivo de un procesador podría ser aumentar la eficiencia, mientras que otro quiere aumentar la capacidad y otro quiere minimizar la caída de presión, mitigar las incrustaciones o ampliar el tiempo de ejecución.Contamos con muchas armas diferentes en nuestro arsenal de diseño de equipos, por lo que podemos centrarnos en el objetivo específico del cliente para mejorar su proceso específico”.

Mientras tanto, AAMACS ha abordado otro desafío común de la destilación que enfrentan las refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de gas e instalaciones similares.A menudo, un tambor de eliminación vertical o un separador con un equipo de eliminación de niebla instalado no logra eliminar el líquido libre de una corriente de gas de proceso."En lugar de tratar de abordar o reparar los síntomas, buscamos la causa raíz, que generalmente involucra el equipo de eliminación de niebla en el tambor de eliminación", dice García de AAMACS.Para abordar el problema, la empresa desarrolló el Maxswirl Cyclone, un dispositivo de eliminación de niebla de alta capacidad y alta eficiencia que utiliza fuerzas centrífugas para proporcionar un rendimiento de separación de última generación.

Los tubos Maxswirl Cyclone constan de un elemento giratorio fijo que aplica fuerza centrífuga sobre el vapor cargado de niebla para separar el líquido arrastrado del flujo de gas.En este ciclón de flujo axial, la fuerza centrífuga resultante empuja las gotas de líquido hacia afuera, donde crean una película de líquido en la pared interior del ciclón.El líquido pasa a través de ranuras en la pared del tubo y se recoge en el fondo de la caja del ciclón y se drena por gravedad.El gas seco se concentra en el centro del tubo del ciclón y sale a través del ciclón.

Mientras tanto, DeDietrich (Mainz, Alemania; www.dedietrich.com) está centrando sus esfuerzos en proporcionar columnas e internos para procesos altamente corrosivos a temperaturas de hasta 390 °F, dice Edgar Steffin, jefe de marketing de DeDietrich.“Las columnas hasta DN1000 están hechas de vidrio de borosilicato 3.3 QVF o de acero revestido de vidrio DeDietrich.Las columnas más grandes hasta DN2400 están fabricadas únicamente de acero revestido de vidrio DeDietrich.Los materiales resistentes a la corrosión están hechos de vidrio de borosilicato 3.3, SiC, PTFE o tantalio” (Figura 4).

Figura 4. DeDietrich se centra en columnas y partes internas para procesos altamente corrosivos a temperaturas de hasta 390 °F.Las columnas hasta DN1000 están hechas de vidrio de borosilicato QVF 3.3 o de acero revestido de vidrio DeDietrich.Las columnas más grandes hasta DN2400 están fabricadas únicamente de acero revestido de vidrio DeDietrich.Los materiales resistentes a la corrosión son vidrio de borosilicato 3.3, SiC, PTFE o tantalio DeDietrich.

Agrega que la mayoría de los procesos a temperaturas elevadas superiores a 300 °F requieren evitar el PTFE.El SiC tiene una mayor resistencia a la temperatura y permite el diseño de distribuidores y colectores más grandes que son menos sensibles para alimentaciones que contienen sólidos o que tienden a formar espuma, desgasificarse o inflamarse.

El empaque estructurado Durapack de la compañía en vidrio de borosilicato 3.3 es adecuado para columnas de vidrio 3.3 resistente a la corrosión o de acero revestidas de vidrio, ya que tiene la misma resistencia a la corrosión que la columna de vidrio y mantiene su estabilidad térmica a temperaturas más altas en comparación con los polímeros.El vidrio de borosilicato 3.3 no es poroso, lo que reduce sustancialmente la erosión y la corrosión en comparación con el empaque cerámico equivalente.

Y las torres que tienen un corte lateral, pero que son térmicamente ineficientes, dice Fleming de GTC, pueden ser buenos candidatos para la tecnología de columnas de pared divisoria.“Muchas columnas de destilación tienen un producto superior e inferior, así como un producto de extracción lateral, pero esto conlleva mucha ineficiencia térmica.La tecnología de columnas de pared divisoria, en la que se renueva la columna tradicional, es una forma de aumentar la capacidad y al mismo tiempo reducir el consumo de energía o reducir las impurezas del rendimiento de los productos”, afirma (Figura 5).

Figura 5. Las torres que tienen un corte lateral, pero que son térmicamente ineficientes, pueden ser buenas candidatas para la tecnología de columnas con paredes divisorias GTC Technologies

La columna de pared divisoria separa una alimentación de múltiples componentes en tres o más corrientes purificadas dentro de una sola torre, eliminando la necesidad de una segunda columna.El diseño utiliza una pared vertical para dividir el centro de la columna en dos secciones.La alimentación se envía a un lado de la columna, llamada sección de prefraccionamiento.Allí, los componentes ligeros suben por la columna, donde se purifican, mientras que los componentes pesados ​​bajan por la columna.El flujo de líquido desde la parte superior de la columna y el flujo de vapor desde abajo son conducidos a sus respectivos lados de la pared divisoria.

Desde el lado opuesto de la pared, el producto secundario se retira del área donde están más concentrados los componentes de punto de ebullición medio.Esta disposición es capaz de producir un producto medio mucho más puro que una columna de extracción lateral convencional del mismo servicio y con un caudal mayor.

“La conversión a una columna de pared divisoria se investiga cuando se busca realizar mejoras significativas que no se podrían hacer de otra manera dentro de las limitaciones de una torre tradicional, pero si se puede convertir a la tecnología de pared divisoria, se verá una disminución significativa. en el consumo de energía”, afirma."En general, hay una reducción del 25 al 30 % en el consumo total de energía para un rendimiento determinado, un rendimiento y una pureza de los productos dramáticamente mejorados y, a menudo, también un aumento en el rendimiento".

Añade que también existe la oportunidad de utilizar una columna de pared divisoria para reemplazar una secuencia tradicional de dos torres.“Puedes usar columnas de pared divisoria para realizar la misma operación y producir los mismos productos, pero lo haces en una torre física en comparación con un esquema de dos torres.En el ámbito de base, se puede lograr una reducción sustancial en los gastos de capital con la tecnología de columnas de pared divisoria”.

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