Nelle industrie di processo chimico (CPI), la maggior parte delle separazioni viene effettuata tramite colonne di distillazione.E, quando il resto del processo si basa su queste colonne, le inefficienze, i colli di bottiglia e le chiusure diventano problematici.Nel tentativo di mantenere i processi di distillazione – e il resto dell’impianto – a ritmo sostenuto, gli interni delle colonne vengono ottimizzati e rielaborati per contribuire a ottimizzare l’efficienza e l’affidabilità delle colonne.

“Che si tratti di raffinazione, lavorazione chimica o produzione di plastica, la maggior parte della separazione tra prodotti chimici organici viene effettuata con la distillazione.Allo stesso tempo, c’è una pressione costante affinché le aziende di trasformazione chimica rendano i loro processi più convenienti”, afferma Izak Nieuwoudt, direttore tecnico di Koch-Glitsch (Wichita, Kan.; www.koch-glitsch.com)."Poiché le colonne di distillazione consumano molto energia e poiché le persone non vogliono dedicare molto tempo alla riparazione delle apparecchiature, in questo momento l'aumento dell'efficienza e dell'affidabilità delle colonne è in prima linea."

Spesso, dopo che un processo è attivo e funzionante, le aziende di lavorazione scoprono che il consumo di energia è molto più elevato di quanto si aspettassero, afferma Antonio Garcia, responsabile dello sviluppo aziendale dei trasferimenti di massa presso AMACS Process Tower Internals (Arlington, Texas; www.amacs.com).“Per ottenere una migliore efficienza energetica, devono esplorare le opzioni per migliorare le prestazioni di trasferimento di massa”, afferma.“Inoltre, le aziende di trasformazione sono spesso alla ricerca di modi per ridurre i colli di bottiglia del processo al fine di ottenere migliori requisiti di separazione e capacità e le incrostazioni sono una causa comune di colli di bottiglia, quindi è importante anche trovare tecnologie che aiutino a risolvere questi problemi”.

I colli di bottiglia e i tempi di inattività causati da incrostazioni o problemi meccanici, come vibrazioni o rottura dei meccanismi all'interno delle colonne, possono diventare molto costosi."È molto costoso ogni volta che è necessario spegnere una colonna di distillazione, perché spesso ciò comporta anche l'arresto delle unità a monte e a valle", afferma Nieuwoudt.“E queste chiusure non pianificate si traducono in grandi perdite giornaliere”.

Per questo motivo, i produttori di componenti interni delle colonne stanno sviluppando prodotti progettati per aiutare i processori ad aumentare l'efficienza energetica e l'affidabilità.

La sostituzione di vassoi e imballaggi convenzionali con soluzioni più nuove e avanzate è spesso necessaria per un'azienda di trasformazione che cerca maggiore efficienza, capacità e affidabilità, quindi i produttori cercano costantemente di migliorare le loro offerte.

Ad esempio, Raschig GmbH (Ludwigshafen, Germania; www.raschig.com) ha recentemente rilasciato Raschig Super-Ring Plus, un nuovo imballaggio casuale ad alte prestazioni che supera le prestazioni del precedente Raschig Ring."La struttura ottimizzata del Raschig Super-Ring Plus consente un ulteriore aumento di capacità con efficienza costante", afferma Micheal Schultes, direttore tecnico di Raschig.“Il prodotto è il risultato di uno sviluppo progettuale basato su molti anni di ricerca.L’obiettivo era mantenere tutti i vantaggi del Super-Ring, ma migliorare la capacità e ridurre la caduta di pressione”.

Il prodotto risultante minimizza la caduta di pressione disponendo le strisce sinusoidali piatte in una struttura estremamente aperta, massimizza la capacità grazie alla preferenza del flusso del film su disposizioni continue di strisce sinusoidali, aumenta l'efficienza minimizzando la formazione di goccioline all'interno dell'imballaggio e diminuisce la tendenza all'incrostazione riducendo lo sviluppo di goccioline e offrendo bassi calo di pressione.La sensibilità alle incrostazioni viene inoltre ridotta generando pellicole liquide continue, che bagnano l'intero elemento di imballaggio.

Allo stesso modo, AMACS ha svolto ricerche per migliorare il suo prodotto SuperBlend."La ricerca ha dimostrato che sostituendo l'impaccamento casuale esistente con il nostro SuperBlend 2-PAC, l'efficienza della torre può essere aumentata del 20% o la capacità del 15%", afferma Moize Turkey, manager, ingegneria delle applicazioni, presso AMACS.La tecnologia SuperBlend 2-PAC è una miscela di formati di imballaggio ad alte prestazioni posizionati in un unico letto."Mescoliamo due dimensioni della migliore geometria casuale dei metalli e, una volta combinata, la miscela brevettata ottiene i vantaggi in termini di efficienza della baderna di dimensioni più piccole, pur mantenendo la capacità e la caduta di pressione della baderna di dimensioni maggiori", afferma.Il letto miscelato è consigliato per l'assorbimento e lo strippaggio, la distillazione chimica fine, i frazionatori di raffineria e le opportunità di retrofit in qualsiasi torre di trasferimento di massa o di calore limitata dall'impaccamento casuale convenzionale o di terza generazione.

Sono in fase di sviluppo anche miglioramenti agli interni per aiutare a risolvere problemi quali incrostazioni e condizioni difficili.

“L’affidabilità è estremamente importante per le considerazioni quotidiane.Non importa quanto bene un dispositivo funzioni, se non riesce a resistere alle condizioni di incrostazione in un processo, non avrà successo", afferma Mark Pilling, responsabile della tecnologia USA presso Sulzer (Winterthur, Svizzera; www.sulzer. com)."Sulzer ha dedicato moltissimo tempo negli ultimi cinque anni allo sviluppo di una linea completa di attrezzature resistenti alle incrostazioni."Per quanto riguarda i vassoi, l'azienda offre VG AF e vassoi antivegetativi, e recentemente lanciato le valvole UFM AF, che sono sia ad alte prestazioni in termini di capacità ed efficienza, sia estremamente resistenti alle incrostazioni.Nel settore degli imballaggi, l'azienda ha lanciato gli imballaggi a griglia anti-incrostazione Mellagrid AF, adatti per applicazioni di imballaggio altamente incrostanti, come le sezioni di lavaggio delle torri a vuoto.

Pilling aggiunge che per quanto riguarda i problemi legati alla formazione di schiuma, Sulzer ha lavorato su un duplice approccio."Mentre sviluppiamo apparecchiature e progetti per gestire le applicazioni di schiuma, collaboriamo anche con i nostri clienti per determinare potenziali applicazioni di schiuma", afferma.“Una volta che sai che esiste la schiuma, puoi progettarla.Sono i casi in cui un cliente presenta una condizione di formazione di schiuma e non ne è a conoscenza che tende a creare problemi.Vediamo tutti i tipi di schiume, come le schiume Marangoni, Ross e le schiume particolate e lavoriamo con i clienti per identificare tali situazioni”.

Inoltre, per le applicazioni in cui le incrostazioni e la coking possono essere molto gravi, Koch-Glitsch ha sviluppato l'impaccamento a griglia per servizi gravosi Proflux, afferma Nieuwoudt (Figura 1).Il nuovo imballaggio a griglia per servizi gravosi ad alte prestazioni combina l'efficienza dell'imballaggio strutturato con la robustezza e la resistenza alle incrostazioni dell'imballaggio a griglia.Si tratta di un assemblaggio di robuste lamiere ondulate saldate a tondini di grosso spessore.La combinazione del gruppo di aste saldate e delle lamiere ondulate di maggiore spessore del materiale fornisce un design robusto che resiste ai danni causati dai ribaltamenti della torre o dall'erosione.Gli spazi tra i fogli garantiscono una migliore resistenza alle incrostazioni.“La baderna è stata installata quasi 100 volte ormai in servizi soggetti a incrostazioni molto gravi e si comporta davvero bene rispetto ai prodotti che sta sostituendo.La maggiore durata e la minore caduta di pressione garantiscono costi operativi inferiori per il cliente", afferma Nieuwoudt.

Figura 1. L'imballaggio a griglia per servizi gravosi Proflux è un imballaggio a griglia per servizi gravosi ad alte prestazioni che combina l'efficienza dell'imballaggio strutturato con la robustezza e la resistenza alle incrostazioni dell'imballaggio a griglia Koch-Glitsch

Quando si parla di distillazione, spesso ci sono anche sfide specifiche di un processo che devono essere affrontate attraverso misure speciali.

"Esiste un mercato per soluzioni su misura adattate al processo specifico e alle esigenze del cliente", afferma Christian Geipel, amministratore delegato di RVT Process Equipment (Steinwiesen, Germania; www.rvtpe.com).“Ciò vale soprattutto per il revamping di impianti esistenti che vengono modificati per soddisfare nuove esigenze.Le sfide sono varie e includono obiettivi quali tirature più lunghe e più prevedibili per le applicazioni di fouling, maggiore capacità e minore caduta di pressione o campi operativi più ampi per una maggiore flessibilità”.

Per rispondere a esigenze specifiche, RVT ha sviluppato un imballaggio strutturato ad alta capacità, la SP-Line (Figura 2)."Grazie alla geometria modificata del canale, si ottengono perdite di carico inferiori e capacità più elevate."Inoltre, per carichi di liquidi molto bassi, un'altra sfida specifica dell'applicazione, queste baderne possono essere combinate con nuovi tipi di distributori di liquidi."È stato sviluppato un distributore di ugelli di spruzzatura migliorato che combina ugelli di spruzzatura con piastre di spruzzatura ed è utilizzato con successo in applicazioni come le colonne a vuoto delle raffinerie", afferma Geipel."Riduce il trascinamento e quindi le incrostazioni nelle sezioni di imballaggio sopra il distributore senza sacrificare la qualità della distribuzione del liquido nella sezione di imballaggio sottostante."

Figura 2. Una nuova baderna strutturata ad alta capacità, la SP-Line di RVT, offre una geometria del canale modificata, una caduta di pressione inferiore e una maggiore capacità.

Un altro nuovo distributore di liquidi di RVT (Figura 3) è un distributore di tipo a vasca con piastre antispruzzo che combina portate di liquido basse con un campo operativo più elevato e un design robusto e resistente alle incrostazioni.

Figura 3. Per carichi di liquidi molto bassi, un'altra sfida specifica dell'applicazione, le baderne possono essere combinate con nuovi tipi di distributori di liquidi RVT Process Equipment

Allo stesso modo, GTC Technology US, LLC (Houston; www.gtctech.com) sta sviluppando nuovi prodotti per assistere i processori nel miglioramento delle prestazioni delle colonne di distillazione in base alle loro esigenze specifiche.Uno degli ultimi sviluppi comprende i vassoi ad alte prestazioni GT-OPTIM, afferma Brad Fleming, direttore generale della divisione Process Equipment Technology di GTC.Centinaia di installazioni industriali e test presso Fractionation Research Inc. (FRI; Stillwater, Okla.; www.fri.org) hanno dimostrato che il vassoio ad alte prestazioni raggiunge un significativo miglioramento dell'efficienza e della capacità rispetto ai vassoi convenzionali.I vassoi a flusso incrociato sono personalizzati in base alle esigenze dell'utente finale per ottenere un'elevata efficienza tramite una combinazione di dispositivi brevettati e proprietari che compongono il design di ciascun vassoio."Siamo in grado di fornire un insieme di tecnologie e funzionalità che possono essere utilizzate per raggiungere obiettivi specifici", osserva Fleming.“L'obiettivo di un processore potrebbe essere quello di aumentare l'efficienza, mentre un altro vuole aumentare la capacità e un altro ancora vuole ridurre al minimo la caduta di pressione, mitigare le incrostazioni o estendere l'autonomia.Disponiamo di molte armi diverse nel nostro arsenale di progettazione di attrezzature, quindi siamo in grado di concentrarci sull'obiettivo target del cliente per il miglioramento del suo processo specifico."

Nel frattempo, AMACS ha affrontato un’altra sfida comune relativa alla distillazione affrontata dalle raffinerie di petrolio, dagli impianti petrolchimici, dagli impianti di gas e da strutture simili.Spesso, un tamburo ad eliminazione diretta o un separatore con installato un dispositivo di eliminazione della nebbia non riesce a rimuovere il liquido libero da un flusso di gas di processo."Invece di cercare di affrontare o riparare i sintomi, cerchiamo la causa principale, che di solito coinvolge l'attrezzatura per l'eliminazione della nebbia nel tamburo di estrazione", afferma Garcia di AMACS.Per risolvere il problema, l’azienda ha sviluppato Maxswirl Cyclone, un dispositivo di eliminazione della nebbia ad alta capacità ed efficienza che utilizza le forze centrifughe per fornire prestazioni di separazione all’avanguardia.

I tubi Maxswirl Cyclone sono costituiti da un elemento turbolento fisso, che applica la forza centrifuga sul vapore carico di nebbia per separare il liquido trascinato dal flusso di gas.In questo ciclone a flusso assiale, la forza centrifuga risultante spinge le goccioline di liquido verso l'esterno, dove creano una pellicola liquida sulla parete interna del ciclone.Il liquido passa attraverso le fessure nella parete del tubo e viene raccolto sul fondo della scatola del ciclone e drenato per gravità.Il gas secco si concentra al centro del tubo del ciclone ed esce attraverso il ciclone.

Nel frattempo, DeDietrich (Magonza, Germania; www.dedietrich.com) sta concentrando i propri sforzi sulla fornitura di colonne e componenti interni per processi altamente corrosivi a temperature fino a 390 °F, afferma Edgar Steffin, responsabile marketing di DeDietrich.“Le colonne fino a DN1000 sono realizzate in vetro borosilicato 3.3 QVF o acciaio smaltato DeDietrich.Le colonne più grandi fino a DN2400 sono realizzate esclusivamente in acciaio smaltato DeDietrich.I materiali resistenti alla corrosione sono realizzati in vetro borosilicato 3.3, SiC, PTFE o tantalio” (Figura 4).

Figura 4. DeDietrich si concentra su colonne e componenti interni per processi altamente corrosivi a temperature fino a 390°F.Le colonne fino a DN1000 sono realizzate in vetro borosilicato QVF 3.3 o acciaio smaltato DeDietrich.Le colonne più grandi fino a DN2400 sono realizzate esclusivamente in acciaio smaltato DeDietrich.I materiali resistenti alla corrosione sono realizzati in vetro borosilicato 3.3, SiC, PTFE o tantalio DeDietrich

Aggiunge che la maggior parte dei processi a temperature elevate superiori a 300°F richiedono l'eliminazione del PTFE.Il SiC ha una maggiore resistenza alla temperatura e consente la progettazione di distributori e collettori più grandi che sono meno sensibili ai mangimi contenenti solidi o che tendono a formare schiuma, degassare o evaporare.

L'imballaggio strutturato Durapack dell'azienda in vetro borosilicato 3.3 è adatto per colonne in vetro resistente alla corrosione 3.3 o in acciaio smaltato, poiché ha la stessa resistenza alla corrosione della colonna in vetro e mantiene la sua stabilità termica a temperature più elevate rispetto ai polimeri.Il vetro borosilicato 3.3 non è poroso, il che riduce sostanzialmente l'erosione e la corrosione rispetto all'equivalente imballaggio ceramico.

E le torri che hanno un taglio laterale, ma sono termicamente inefficienti, dice Fleming di GTC, potrebbero essere buoni candidati per la tecnologia delle colonne a parete divisoria.“Molte colonne di distillazione hanno un prodotto superiore e uno inferiore, nonché un prodotto di prelievo laterale, ma ciò comporta molta inefficienza termica.La tecnologia delle colonne a parete divisoria, in cui si rinnova la colonna tradizionale, è un modo per aumentare la capacità riducendo al tempo stesso il consumo di energia o riducendo le impurità nella resa dei prodotti", afferma (Figura 5).

Figura 5. Le torri che hanno un taglio laterale, ma sono termicamente inefficienti, possono essere buoni candidati per la tecnologia delle colonne a parete divisoria GTC Technologies

La colonna con parete divisoria separa un'alimentazione multicomponente in tre o più flussi purificati all'interno di un'unica torre, eliminando la necessità di una seconda colonna.Il progetto utilizza una parete verticale per dividere la parte centrale della colonna in due sezioni.Il feed viene inviato a un lato della colonna, chiamato sezione di pre-frazionamento.Lì, i componenti leggeri risalgono la colonna, dove vengono purificati, mentre i componenti pesanti scendono lungo la colonna.Il flusso di liquido dalla parte superiore della colonna e il flusso di vapore dal basso vengono convogliati ai rispettivi lati della parete divisoria.

Dal lato opposto della parete il prodotto laterale viene allontanato dalla zona dove sono maggiormente concentrate le componenti mediobollenti.Questa disposizione è in grado di produrre un prodotto medio molto più puro rispetto a una colonna a prelievo laterale convenzionale con lo stesso rendimento e con una portata maggiore.

"La conversione a una colonna con muro divisorio viene esaminata quando si cerca di apportare miglioramenti significativi che non si potrebbero ottenere altrimenti entro i limiti di una torre tradizionale, ma se è possibile passare alla tecnologia del muro divisorio, si noterà una riduzione significativa nel consumo di energia”, afferma."In generale, si verifica una riduzione del 25-30% del consumo energetico complessivo per un dato rendimento, una resa e una purezza dei prodotti notevolmente migliorate e spesso anche un aumento della produttività."

Aggiunge che esiste anche la possibilità di utilizzare una colonna divisoria per sostituire la tradizionale sequenza di due torri.“È possibile utilizzare le colonne dei muri divisori per eseguire la stessa operazione e produrre gli stessi prodotti, ma lo si fa in una torre fisica rispetto a uno schema a due torri.Nel settore della base, è possibile ottenere una sostanziale riduzione delle spese in conto capitale con la tecnologia delle colonne divisorie.”

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