Tappi a bolla in PVDF per colonne di distillazione

1 giugno 2023 | Di Sachin Upadhye, Arkema; e Himanshu Mistry, Sangir Plastics

I componenti polimerici nei piatti colonna possono evitare problemi associati alla corrosione delle apparecchiature metalliche

Gujarat Alkalies & Chemicals Ltd. (GACL), un importante produttore chimico nello stato del Gujarat, nell'India occidentale, stava affrontando sfide legate alla corrosione con le sue colonne di distillazione. Nelle applicazioni di trattamento chimico, le colonne di distillazione vengono spesso utilizzate per separare e recuperare solventi e acidi. Sebbene queste sostanze chimiche varino, molti sistemi di distillazione presentano problemi di corrosione se non progettati adeguatamente per applicazioni a lungo termine. Queste colonne utilizzano tipicamente componenti metallici, ma le dure condizioni acide richieste per questa applicazione non erano adatte ai metalli. E mentre i metalli possono sopportare temperature elevate e avere una buona resistenza fisica, possono essere sensibili al rapido attacco da condizioni acide e ai rapidi cambiamenti della concentrazione di acido. Nei casi in cui sono presenti acidi forti e quando le concentrazioni di acidi possono cambiare all'interno del sistema, i componenti polimerici possono essere una valida opzione per prevenire la corrosione ed evitare la ruggine. Questo caso di studio descrive un progetto in cui i cappucci a bolle metallici nei vassoi delle colonne di distillazione sono stati sostituiti con cappucci a bolle realizzati in resina di fluoruro di polivinilidene (PVDF) (Figura 1) nel tentativo di risolvere i problemi di corrosione dei cappucci metallici in un impianto di acido fosforico.

FIGURA 1. I tappi a bolle per vassoio di distillazione realizzati in resina di fluoruro di polivinilidene (PVDF) possono essere una valida opzione nei casi in cui i componenti metallici sono soggetti ad attacco acido

Lo scopo principale della colonna di distillazione è quello di separare, recuperare e rimuovere i composti organici volatili (COV), solventi e altre sostanze più leggere dell'acqua che possono essere presenti nel flusso. Per molti anni, le colonne di distillazione hanno utilizzato tappi a bolla in acciaio inossidabile SS-304 e SS-316, ma i tappi a bolla in acciaio inossidabile si corrodono in presenza di alcune sostanze chimiche, come ammine, cloruri e chetoni, perché le zone influenzate dal calore tendono a subire cracking da tensocorrosione da ammina o cracking da tensocorrosione da cloruro, anche a temperature più basse. Inoltre, i tappi a bolla in acciaio inossidabile sono più ingombranti (in termini di peso). Per questo motivo, la colonna di distillazione deve essere sovraprogettata e i costi di capitale sono elevati. Un'altra opzione per evitare la corrosione è utilizzare tappi a bolle in polimero rinforzato con fibre (FRP). Si tratta di una soluzione economica, ma devono essere sostituiti frequentemente a causa della delaminazione, che porta all'infragilimento e al cedimento.

La decisione di passare da una costruzione metallica al PVDF è stata guidata dall'utilizzo di acido fosforico negli impianti. I precedenti sistemi di distillazione che utilizzavano componenti metallici erano soggetti a corrosione e la risoluzione del problema era essenziale per GACL per mantenere l'impianto in funzione. Quando GACL ha cercato di risolvere i problemi legati alla corrosione nelle colonne di distillazione del proprio impianto di acido fosforico per uso alimentare, il consulente di progetto Worley India ha consigliato di sostituire i tradizionali cappucci a bolle metallici nei vassoi delle colonne con cappucci a bolle realizzati in Kynar PVDF. Sangir plastica Pvt. Ltd. è uno dei maggiori utilizzatori della materia prima Kynar PVDF ed è anche un produttore leader di prodotti termoplastici personalizzati. Sono stati in grado di produrre con successo tappi a bolla utilizzando le resine Kynar PVDF. Il produttore a cui sono stati forniti i prodotti era Dolf Industries Pvt. Ltd. Vadodara Gujarat.

FIGURA 2. I componenti in PVDF possono resistere a un’ampia gamma di condizioni di pH

È noto che Kynar PVDF è resistente a un'ampia gamma di solventi e acidi. È noto che gli omopolimeri Kynar PVDF sopportano valori di pH compresi tra <1 e 12, mentre i copolimeri Kynar Flex PVDF gestiscono un intervallo di pH più ampio, da <<1 a 13,5. I parametri operativi dettano l'uso di materiali termoplastici ingegnerizzati, come il PVDF, e in base alle condizioni di servizio e alle caratteristiche chimiche, Kynar PVDF è stato selezionato per questo progetto come il materiale di costruzione più adatto e compatibile. GACL ha ottenuto risparmi sui costi grazie al peso più leggero dei materiali PVDF ed è stata inoltre in grado di ottimizzare le condizioni critiche del processo utilizzando temperature e pressioni più basse.