Nas indústrias de processos químicos (CPI), a maioria das separações é feita através de colunas de destilação.E, quando o resto do processo depende dessas colunas, as ineficiências, os gargalos e as paralisações são problemáticos.Em um esforço para manter os processos de destilação – e o resto da planta – funcionando, os componentes internos das colunas estão sendo ajustados e retrabalhados para ajudar a otimizar a eficiência e a confiabilidade das colunas.

“Seja no refino, no processamento químico ou na produção de plásticos, a maior parte da separação entre produtos químicos orgânicos é feita por destilação.Ao mesmo tempo, há uma pressão constante para que os processadores químicos tornem seus processos mais econômicos”, afirma Izak Nieuwoudt, diretor técnico da Koch-Glitsch (Wichita, Kansas; www.koch-glitsch.com).“Como as colunas de destilação são um grande consumidor de energia e porque as pessoas não querem gastar muito tempo consertando equipamentos, aumentar a eficiência e a confiabilidade das colunas está na vanguarda no momento.”

Muitas vezes, depois que um processo está em funcionamento, os processadores descobrem que o consumo de energia é muito maior do que esperavam, diz Antonio Garcia, gerente de desenvolvimento de negócios de transferência em massa da AMACS Process Tower Internals (Arlington, Texas; www.amacs.com).“Para obter melhor eficiência energética, eles devem explorar opções para melhorar o desempenho de transferência de massa”, afirma.“Além disso, os processadores muitas vezes procuram maneiras de desobstruir o processo, a fim de obter melhores requisitos de separação e capacidade, e a incrustação é uma causa comum de gargalos, portanto, encontrar tecnologias que ajudem com esses problemas também é importante.”

Gargalos e tempos de inatividade causados ​​por incrustações ou problemas mecânicos, como vibração ou desmontagem de mecanismos dentro das colunas, podem se tornar muito caros.“É muito caro cada vez que você precisa desligar uma coluna de destilação, porque muitas vezes resulta também no desligamento de unidades a montante e a jusante”, diz Nieuwoudt.“E essas paralisações não planejadas resultam em grandes perdas por dia.”

Por esta razão, os fabricantes de componentes internos de colunas estão desenvolvendo produtos projetados para ajudar os processadores a aumentar a eficiência energética e a confiabilidade.

A substituição de bandejas e embalagens convencionais por soluções mais novas e avançadas é muitas vezes necessária para um processador que busca maior eficiência, capacidade e confiabilidade, por isso os fabricantes procuram constantemente melhorar suas ofertas.

Por exemplo, a Raschig GmbH (Ludwigshafen, Alemanha; www.raschig.com) lançou recentemente o Raschig Super-Ring Plus, uma nova gaxeta aleatória de alto desempenho que excede o desempenho do Raschig Ring anterior.“A estrutura otimizada do Raschig Super-Ring Plus permite um aumento adicional de capacidade com eficiências constantes”, afirma Micheal Schultes, diretor técnico da Raschig.“O produto é o resultado do desenvolvimento de design baseado em muitos anos de pesquisa.A meta era manter todas as vantagens do Super-Ring, mas melhorar a capacidade e reduzir a queda de pressão.”

O produto resultante minimiza a queda de pressão organizando tiras sinusoidais planas em uma estrutura extremamente aberta, maximiza a capacidade pela preferência de fluxo do filme em arranjos contínuos de tiras sinusoidais, aumenta a eficiência minimizando a formação de gotículas dentro da embalagem e diminui a tendência de incrustação reduzindo o desenvolvimento de gotículas e oferecendo baixa queda de pressão.A sensibilidade à incrustação também é reduzida pela geração de filmes líquidos contínuos, molhando todo o elemento de vedação.

Da mesma forma, a AMACS tem feito pesquisas para melhorar seu produto SuperBlend.“A pesquisa mostrou que, ao substituir o empacotamento aleatório existente pelo nosso SuperBlend 2-PAC, a eficiência da torre pode ser aumentada em 20% ou a capacidade em 15%”, afirma Moize Turkey, gerente de engenharia de aplicações da AMACS.A tecnologia SuperBlend 2-PAC é uma mistura de tamanhos de embalagem de alto desempenho colocados em uma única cama.“Misturamos dois tamanhos da melhor geometria aleatória de metal e, quando combinados, a mistura patenteada alcança os benefícios de eficiência do tamanho de embalagem menor, ao mesmo tempo que retém a capacidade e a queda de pressão do tamanho de embalagem maior”, diz ele.O leito misturado é recomendado para absorção e extração, destilação química fina, fracionadores de refinaria e oportunidades de retrofit em qualquer torre de transferência de massa ou calor limitada por empacotamento aleatório convencional ou de terceira geração.

Melhorias internas também estão sendo desenvolvidas para ajudar em questões como incrustações e condições difíceis.

“A confiabilidade é extremamente importante para as considerações do dia a dia.Não importa quão bem o desempenho de um dispositivo seja, se ele não resistir às condições de incrustação de um processo, ele não terá sucesso”, afirma Mark Pilling, gerente de tecnologia nos EUA da Sulzer (Winterthur, Suíça; www.sulzer. com).“A Sulzer passou muito tempo nos últimos cinco anos desenvolvendo uma linha completa de equipamentos resistentes a incrustações.”Em bandejas, a empresa oferece bandejas VG AF e antiincrustantes, e lançou recentemente válvulas UFM AF, que apresentam alto desempenho em termos de capacidade e eficiência, além de serem extremamente resistentes a incrustações.Em embalagens, a empresa lançou gaxetas de grade antiincrustantes Mellagrid AF, que são adequadas para aplicações de embalagens altamente incrustantes, como seções de lavagem de torres de vácuo.

Pilling acrescenta que, para questões de formação de espuma, a Sulzer tem trabalhado em uma abordagem dupla.“Enquanto desenvolvemos equipamentos e projetos para lidar com aplicações de formação de espuma, também trabalhamos com nossos clientes para determinar possíveis aplicações de formação de espuma”, diz ele.“Depois de saber que a espuma existe, você pode projetá-la.São os casos em que um cliente tem um problema de formação de espuma e não sabe disso que tendem a criar problemas.Vemos todos os tipos de espumas, como Marangoni, espumas Ross e espumas particuladas, e trabalhamos com os clientes para identificar tais situações.”

E, para aplicações onde a incrustação e a coqueificação podem ser muito severas, a Koch-Glitsch desenvolveu o empacotamento de grade para serviços severos Proflux, diz Nieuwoudt (Figura 1).O novo empacotamento de grade de alto desempenho para serviços severos combina a eficiência do empacotamento estruturado com a robustez e resistência à incrustação do empacotamento de grade.É um conjunto de chapas onduladas resistentes soldadas a hastes de grande calibre.A combinação de conjunto de haste soldada e chapas onduladas de maior espessura de material proporciona um design robusto que resiste a danos causados ​​por quedas de torre ou erosão.As lacunas entre as folhas proporcionam melhor resistência à incrustação.“A gaxeta já foi instalada quase 100 vezes em serviços com incrustações muito severas e está realmente funcionando bem em comparação com os produtos que está substituindo.A vida útil mais longa e a menor queda de pressão proporcionam resultados em custos operacionais mais baixos para o cliente”, afirma Nieuwoudt.

Figura 1. O empacotamento de grade para serviços severos Proflux é um empacotamento de grade para serviços severos de alto desempenho que combina a eficiência do empacotamento estruturado com a robustez e resistência à incrustação do empacotamento de grade Koch-Glitsch

Quando se trata de destilação, muitas vezes também existem desafios específicos de um processo que precisam ser abordados através de medidas especiais.

“Existe um mercado para soluções sob medida, ajustadas ao processo específico e às necessidades do cliente”, afirma Christian Geipel, diretor administrativo da RVT Process Equipment (Steinwiesen, Alemanha; www.rvtpe.com).“Isso é especialmente válido para reformas de plantas existentes que são modificadas para atender a novas demandas.Os desafios são diversos e incluem objetivos como comprimentos de operação mais longos e mais previsíveis para aplicações de incrustação, maior capacidade e menor queda de pressão ou faixas operacionais mais amplas para maior flexibilidade.”

Para atender necessidades específicas, a RVT desenvolveu uma embalagem estruturada de alta capacidade, a Linha SP (Figura 2).“Devido à geometria modificada do canal, são alcançadas menor queda de pressão e maior capacidade.”Além disso, para cargas de líquidos muito baixas, outro desafio específico da aplicação, estas gaxetas podem ser combinadas com novos tipos de distribuidores de líquidos.“Um distribuidor de bico de pulverização aprimorado que combina bicos de pulverização com placas de respingo foi desenvolvido e é usado com sucesso em aplicações como colunas de vácuo em refinarias”, diz Geipel.“Isso reduz o arrastamento e, portanto, a incrustação nas seções de gaxeta acima do distribuidor sem sacrificar a qualidade da distribuição do líquido para a seção de gaxeta abaixo.”

Figura 2. Um novo recheio estruturado de alta capacidade, o SP-Line da RVT, oferece geometria de canal modificada, menor queda de pressão e maior capacidade Equipamento de Processo RVT

Outro novo distribuidor de líquido da RVT (Figura 3) é um distribuidor tipo calha com placas de respingo que combina baixas taxas de líquido com uma faixa operacional mais alta e um design robusto e resistente a incrustações.

Figura 3. Para cargas de líquidos muito baixas, outro desafio específico da aplicação, as gaxetas podem ser combinadas com novos tipos de distribuidores de líquidos RVT Process Equipment

Da mesma forma, a GTC Technology US, LLC (Houston; www.gtctech.com) está desenvolvendo novos produtos para ajudar os processadores a melhorar o desempenho das colunas de destilação com base em suas necessidades específicas.Um dos desenvolvimentos mais recentes inclui bandejas de alto desempenho GT-OPTIM, diz Brad Fleming, gerente geral da divisão de Tecnologia de Equipamentos de Processo da GTC.Centenas de instalações industriais e testes na Fractionation Research Inc. (FRI; Stillwater, Oklahoma; www.fri.org) demonstraram que a bandeja de alto desempenho alcança eficiência significativa e melhoria de capacidade em relação às bandejas convencionais.As bandejas de fluxo cruzado são personalizadas de acordo com as necessidades do usuário final para alcançar alta eficiência por meio de uma combinação de dispositivos patenteados e proprietários que compõem cada design de bandeja.“Podemos fornecer um conjunto de tecnologias e recursos que podem ser empregados para atingir objetivos específicos”, observa Fleming.“O objetivo de um processador pode ser aumentar a eficiência, enquanto outro deseja aumentar a capacidade e ainda outro deseja minimizar a queda de pressão, mitigar incrustações ou estender o tempo de execução.Temos muitas armas diferentes em nosso arsenal de design de equipamentos, por isso podemos nos concentrar no objetivo do cliente para a melhoria específica de seu processo.”

Entretanto, a AMACS abordou outro desafio comum de destilação enfrentado pelas refinarias de petróleo, fábricas petroquímicas, fábricas de gás e instalações semelhantes.Muitas vezes, um tambor ou separador vertical com equipamento de eliminação de névoa instalado não consegue remover o líquido livre de uma corrente de gás de processo.“Em vez de tentar abordar ou reparar os sintomas, procuramos a causa raiz, que geralmente envolve o equipamento de eliminação de névoa no tambor de eliminação”, diz Garcia da AMACS.Para resolver o problema, a empresa desenvolveu o Maxswirl Cyclone, um dispositivo de eliminação de névoa de alta capacidade e alta eficiência que utiliza forças centrífugas para fornecer desempenho de separação de última geração.

Os tubos Maxswirl Cyclone consistem em um elemento de redemoinho fixo, que aplica força centrífuga no vapor carregado de névoa para separar o líquido arrastado do fluxo de gás.Neste ciclone de fluxo axial, a força centrífuga resultante empurra as gotículas de líquido para fora, onde criam uma película líquida na parede interna do ciclone.O líquido passa por fendas na parede do tubo e é coletado no fundo da caixa do ciclone e drenado por gravidade.O gás seco concentra-se no centro do tubo do ciclone e sai através do ciclone.

Enquanto isso, a DeDietrich (Mainz, Alemanha; www.dedietrich.com) está concentrando esforços no fornecimento de colunas e componentes internos para processos altamente corrosivos em temperaturas de até 390°F, diz Edgar Steffin, chefe de marketing da DeDietrich.“Colunas até DN1000 são feitas de vidro borossilicato QVF 3.3 ou aço revestido de vidro DeDietrich.Colunas maiores até DN2400 são feitas apenas de aço revestido de vidro DeDietrich.Os materiais resistentes à corrosão são feitos de vidro borossilicato 3.3, SiC, PTFE ou Tântalo” (Figura 4).

Figura 4. DeDietrich concentra-se em colunas e partes internas para processos altamente corrosivos em temperaturas de até 390°F.Colunas até DN1000 são feitas de vidro borossilicato QVF 3.3 ou aço revestido de vidro DeDietrich.Colunas maiores até DN2400 são feitas apenas de aço revestido de vidro DeDietrich.Os materiais resistentes à corrosão são feitos de vidro borossilicato 3.3, SiC, PTFE ou tântalo DeDietrich

Ele acrescenta que a maioria dos processos em temperaturas elevadas acima de 300°F exige que se evite o PTFE.O SiC tem maior resistência à temperatura e permite o projeto de distribuidores e coletores maiores, menos sensíveis a alimentações contendo sólidos ou com tendência a espumar, desgaseificar ou flashar.

A gaxeta estruturada Durapack em vidro borossilicato 3.3 da empresa é adequada para colunas de vidro resistente à corrosão 3.3 ou de aço revestido de vidro, pois possui a mesma resistência à corrosão da coluna de vidro e mantém sua estabilidade térmica em temperaturas mais elevadas em comparação aos polímeros.O vidro borossilicato 3.3 não é poroso, o que reduz substancialmente a erosão e a corrosão em comparação com o enchimento cerâmico equivalente.

E as torres que têm um corte lateral, mas são termicamente ineficientes, diz Fleming da GTC, podem ser boas candidatas para a tecnologia de colunas de parede divisória.“Muitas colunas de destilação têm um produto superior e inferior, bem como um produto lateral, mas isso traz muita ineficiência térmica.A tecnologia de coluna de parede divisória – onde você renova a coluna tradicional – é uma forma de aumentar a capacidade e ao mesmo tempo reduzir o consumo de energia ou reduzir a impureza do rendimento dos produtos”, afirma (Figura 5).

Figura 5. Torres que possuem corte lateral, mas são termicamente ineficientes, podem ser boas candidatas para tecnologia de coluna de parede divisória GTC Technologies

A coluna de parede divisória separa uma alimentação multicomponente em três ou mais fluxos purificados dentro de uma única torre, eliminando a necessidade de uma segunda coluna.O projeto usa uma parede vertical para dividir o meio da coluna em duas seções.A alimentação é enviada para um lado da coluna, chamada seção de pré-fracionamento.Lá, os componentes leves sobem pela coluna, onde são purificados, enquanto os componentes pesados ​​descem pela coluna.O fluxo de líquido do topo da coluna e o fluxo de vapor do fundo são direcionados para seus respectivos lados da parede divisória.

Do lado oposto da parede, o produto lateral é retirado da área onde os componentes de ponto de ebulição médio estão mais concentrados.Este arranjo é capaz de produzir um produto intermediário muito mais puro do que uma coluna de extração lateral convencional com a mesma função e com vazão mais alta.

“A conversão para uma coluna de parede divisória é investigada quando você pretende fazer melhorias significativas que não conseguiria fazer de outra forma dentro das restrições de uma torre tradicional, mas se você puder converter para a tecnologia de parede divisória, verá uma redução significativa no consumo de energia”, diz ele.“Geralmente, há uma redução de 25 a 30% no consumo geral de energia para um determinado rendimento, melhorou drasticamente o rendimento e a pureza dos produtos e, muitas vezes, também um aumento no rendimento.”

Ele acrescenta que também existe a oportunidade de usar uma coluna de parede divisória para substituir uma sequência tradicional de duas torres.“Você pode usar colunas de parede divisória para realizar a mesma operação e produzir os mesmos produtos, mas está fazendo isso em uma torre física em comparação com um esquema de duas torres.No âmbito popular, uma redução substancial nas despesas de capital pode ser alcançada com a tecnologia de colunas de parede divisória.”

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