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DESTILACIN Y RECUPERACIN DE SOLVENTE
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INTRODUCCIN
Dentro de la planta de Crushing de semillas Oleaginosas el
proceso de destilacin de miscela y recuperacin de solvente se podra
definir funcionalmente como un servicio de las operaciones de
Extraccin de aceite y Desolventizado de la harina.
Este proceso est diseado para separar el aceite y el solvente
presentes en la corriente de miscela que sale de extraccin,
produciendo aceite libre de solvente como producto final, y
reciclando el solvente al extractor en las condiciones requeridas
para esta operacin.
La otra corriente principal que ingresa con la miscela
corresponde a los vapores de desolventizado de harina, constituidos
por una mezcla de agua y solvente. Esta corriente se condensa para
separar el solvente y reciclarlo a extraccin, junto con el solvente
de la miscela. Por su parte esta corriente constituye un importante
aporte de energa al proceso.
Como corrientes secundarias ingresan a su vez aire y agua al
proceso. Aire con el material de entrada al extractor, y en menor
medida por infiltraciones en las lneas y equipos a vaco. Esta
corriente de aire debe tratarse para liberarla de solvente antes de
disponerla nuevamente a la atmsfera, ya sea por el atractivo
econmico de recuperar el solvente como por las cuestiones de
seguridad y medioambientales.
La humedad presente en la semilla y el vapor directo necesario
en las distintas operaciones del proceso terminan como efluente
acuoso, el cual debe retirarse del proceso libre de solvente.
La tendencia actual son las plantas con sistema de efluente
cero, donde el efluente acuoso se reprocesa para reutilizarse como
vapor directo.
El conjunto de operaciones unitarias que hacen a la conformacin
del proceso de destilacin y recuperacin de solvente,
caracterizadas
fundamentalmente por la transferencia de masa y calor, manejo de
lquidos y vapores, etc, hacen de esta unidad una verdadera y
compleja planta de procesos puesta al servicio de una gran planta
de manejo de slidos como es la planta de Crushing.
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FUNDAMENTOS Y DESCRIPCIN DEL PROCESO DE DESTILACIN Y RECUPERACIN
DE SOLVENTE
El proceso de destilacin comienza en la corriente de miscela que
sale de extraccin, que es una solucin homognea solvente (mezcla de
hidrocarburos) y aceite vegetal.
El proceso de destilacin est diseado para lograr la separacin de
estos dos componentes, entregando como producto el aceite y
devolviendo el solvente en condiciones adecuadas a la operacin de
extraccin (Figura I).
- Figura I -
Las otras corrientes que ingresan a esta unidad de proceso son
los vapores de desolventizado de la harina extractada, corriente
gaseosa compuesta por agua (vapor de stripping usado en el
Desolventizado) y solvente (retenido en la harina). Esta corriente
constituye la principal fuente de energa a reutilizar en la
destilacin.
Como corriente secundaria tambin ingresa aire al proceso,
principalmente con el material de entrada al extractor.
El fundamento del proceso de separacin solvente/aceite se basa
en la diferencia de presiones de vapor (volatilidad) entre ambos
componentes.
Basado es esta propiedad diferenciadora, el aporte de calor
permite entonces generar una nueva fase por evaporacin (fase vapor)
que es 100% pura en solvente, quedando una fase lquida ms
concentrada en aceite.
Por este mtodo de separacin se logra concentrar la miscela de
25/30% hasta 95/98%, pudindose remover hasta el 95% del solvente de
la miscela proveniente de la extraccin (ver figura II).
La concentracin de miscela que se puede lograr est limitada por
la temperatura a la que se puede someter al aceite, buscndose
minimizar su degradacin por tratarse de un fluido termo
sensible.
En el grfico I se observan las curvas de equilibrio
lquido/vapor, pudindose ver la temperatura de ebullicin en funcin
de la concentracin de miscela. Estas curvas estn representadas para
diferentes
presiones, observndose que la temperatura de ebullicin para una
dada concentracin de miscela es menor cuento menor es la presin
externa.
- Figura II -
En el extremo izquierdo se ven las temperaturas de ebullicin del
solvente puro mientras que en el otro extremo se encuentra el
aceite puro, cuya temperatura de ebullicin no est definida por
descomponerse antes de alcanzar ese estado.
Se puede visualizar que tanto ms se calienta la miscela, mayor
es la concentracin de aceite que se logra, lo cual puede resultar
intuitivo, pero adems se ve que por evaporacin, calentndose la
mezcla a 120/130 C no es posible llegar a aceite puro, o al menos
con trazas de solvente, por lo cual la evaporacin no alcanza a
lograr la separacin completa de la mezcla aceite/solvente.
- Grfico I - Habiendo analizado el fundamento o principio de la
concentracin de miscela por evaporacin, se describe a continuacin
esta etapa del proceso.
Nota: La presente descripcin del proceso se recomienda
complementar con los Diagramas I, II y III que se encuentran en las
pginas 14, 15 y 16.
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Evaporacin
Resulta fundamental para la economa del proceso la utilizacin de
la corriente disponible de vapores de desolventizado y tostado de
la harina como fuente de calor, ya que de lo contrario, esos
vapores deberan condensarse con agua de enfriamiento para recuperar
el solvente.
Esta mezcla agua/solvente tiene un contenido de agua que vara de
acuerdo a la temperatura de trabajo del tope del DT, a mayor
temperatura, mayor contenido de agua y energa disponible en la
mezcla de vapores.
Suponiendo una condicin estndar del proceso, con los vapores del
Desolventizador-Tostador a 72 C, la curva de condensacin de estos
vapores comienza en 72 C, condensa el agua hasta llegar a 60 C,
temperatura a partir de la cual condensa el solvente.
Es por ello que para aprovechar esta fuente de calor para
evaporar miscela, la curva de evaporacin de miscela debe situarse
por debajo de la curva de condensacin de estos vapores, para que
exista la fuerza impulsora necesaria para transferencia de calor.
Esta es la razn por la cual se debe hacer vaco en la evaporacin, y
tanto mayor sea el vaco mayor transferencia de calor se logra y por
ende concentracin de miscela.
La disponibilidad de esta importante fuente de energa divide
esta etapa de evaporacin en dos sub-etapas:
1) Etapa de Evaporacin (baja temperatura):
Esta 1 etapa de evaporacin es llevada a cabo por el 1 Evaporador
Economizador tem 60A (grfico II).
Se utiliza un nico evaporador economizador que condensa casi
todo el vapor de agua y solvente proveniente del DT.
En este evaporador economizador se evapora la mayor parte del
solvente contenido en la miscela, proveniente del Extractor.
Para el vaco tpico de verano (410-450 mmHg) se logra concentrar
la miscela de 25-30% a 75-80%, mientras que para vaco tpico de
invierno (540 mmHg) la concentracin sube hasta 85-90%, e incluso
puede llegar a ser mayor (figura III).
- Figura III -
El solvente evaporado en el equipo 60A representa
aproximadamente 85%-90% del total de solvente presente en la
miscela de entrada para condicin de Verano, y del 95% al 97% para
condicin de Invierno.
Como se analiz previamente, en invierno la miscela evapora a
menores temperaturas por lo que la diferencia de temperatura entre
sta y los vapores del DT es superior y en consecuencia lo es la
transferencia trmica en el equipo.
En esta etapa de economizacin se reutiliza hasta el 95% de la
energa de los vapores de desolventizado y tostado de la harina.
Se caracteriza esta etapa como evaporacin a baja temperatura
porque la miscela se evapora a bajas temperaturas, llegndose a
calentar hasta no ms de 45-55 C, dependiendo del vaco.
- Grfico II - EL evaporador posee un domo separador lquido/vapor
integrado en la parte superior (tem 60B), que permite la separacin
de la miscela lquida de los vapores de solvente.
La miscela contina su proceso de concentracin en la 2 etapa de
evaporacin y los vapores de solvente son condensados en el sistema
de condensacin de vaco.
2 Etapa Evaporacin (alta temperatura):
Habindose agotado la posibilidad de recuperar calor de los
vapores del DT, al haber llegado la miscela a una temperatura
cercana a la temperatura de condensacin de dichos vapores, se debe
recurrir a otra fuente de calor para continuar la concentracin de
miscela.
El vapor de calefaccin permite lograr una concentracin de
95-98%, al calentar la miscela hasta una temperatura final de
95-105 C, con lo cual el mtodo de evaporacin
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permite llegar hasta una miscela con un residual de solvente de
2-5% (figura IV).
- Figura IV -
La miscela concentrada del domo separador del tem 60A (tem 60B)
es bombeada pasando primeramente por un economizador Aceite-Miscela
(tem 81A).
En ste ltimo se precalienta recuperando calor del aceite
caliente del Stripper de Aceite Vegetal (tem 22), y continua
calentndose con vapor hasta la temperatura final en el tem 18A
(grfico III).
- Grfico III -
El evaporador tem 18A se disea para trabajar con baja presin de
vapor de calefaccin (0.5 -1.5 barg), de manera de minimizar el
sometimiento del aceite a alta temperatura en la paredes de los
tubos.
La mezcla lquido-vapor resultante ingresa al separador
lquido/vapor tem 18B, donde la miscela con 2-5% de solvente queda
disponible para los procesos posteriores y los vapores de solvente
son condensados en el condensador de vaco de la planta, junto con
los vapores de solvente de la 1 etapa de evaporacin.
Habindose entonces agotado la posibilidad de seguir concentrando
la miscela por las limitaciones de temperatura en el aceite, se
inicia un nuevo proceso de separacin basado en otra propiedad.
Stripping o Despojamiento
El proceso de separacin por transferencia de calor da lugar
entonces a un nuevo proceso basado en la transferencia de masa.
El principio de separacin sobre el cual se basa esta operacin de
stripping es la difusin molecular entre fases.
Cuando la concentracin de un componente o ms en una solucin es
no uniforme, el sistema espontneamente evoluciona por difusin
molecular hacia la condicin uniforme de equilibrio.
Las especies se mueven desde zonas de mayor a menor
concentracin, diferencia que determina la fuerza impulsora de este
fenmeno de transferencia de masa.
La fase aceite (lquida) se pone en contacto con una fase gaseosa
(vapor de agua) para dar origen al proceso de transferencia del
solvente entre ambas fases.
Es el apartamiento de la condicin de equilibrio del solvente en
fase vapor el que origina la difusin del mismo a travs de la
interfase (figura V).
- Figura V -
Dado que la solubilidad del vapor de agua en fase lquida en las
condiciones de operacin es muy baja, el vapor no pasa a la fase
lquida.
Como adems la presin de vapor del aceite muy baja, el aceite no
pasa a la fase vapor.
En consecuencia, al poner en contacto la miscela concentrada con
vapor de agua, la nica especie que se transfiere del lquido al
vapor es el solvente.
Esta operacin por la cual se remueve un componente de la fase
lquida al ponerla en contacto con una fase vapor se denomina
Stripping o Despojamiento.
La miscela ingresa con un 2-5% de solvente, dependiendo de la
temperatura de calentamiento en la 2 etapa de evaporacin, y del
vaco, y sale con un contenido de solvente del orden de 100 ppm
(mg
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solv./kg aceite) (figura VI). El contenido residual de solvente
depende de algunas variables que se describen ms adelante.
- Figura VI -
Como fluido de stripping se utiliza vapor de agua, por un lado
por ser un servicio estndar disponible en cualquier planta de
procesos, pero fundamentalmente por ser la mezcla solvente/agua
condensable a temperaturas de condensacin que se logran con agua de
enfriamiento.
Adicionalmente la separacin posterior agua-solvente es fcilmente
realizable en fase lquida.
Esta operacin se podra realizar con otro fluido gaseoso (ej.:
aire), pero la dificultad va a radicar en la etapa posterior de
separacin de ese fluido del solvente, para recuperar este
ltimo.
El stripping se lleva a cabo a vaco, ya que el vaco favorece la
transferencia del solvente a la fase vapor.
El equipo para realizar esta funcin es una columna de contacto
lquido/vapor en etapas (tem 22).
El lquido y el vapor fluyen en contracorriente y se ponen en
contacto ntimo a travs de mltiple etapas o platos.
El lquido desciende por gravedad mientras que el vapor pasa en
sentido ascendente por diferencia de presin.
En el ntimo contacto de cada etapa se da el proceso difusivo del
solvente.
Las variables que afectan este proceso de transferencia y por
ende el contenido final de solvente en el aceite son las
siguientes:
Temperatura: la misma se puede variar y ajustar al valor deseado
con el 2 Evaporador (tem 18A) (grfico IV).
Vaco: ste depende fundamentalmente de la temperatura del agua de
enfriamiento (invierno/verano).
Caudal de vapor de stripping.
En los grficos IV, V puede observarse cmo vara el contenido
residual de solvente con la temperatura y el vaco.
El grfico IV muestra que a mayor temperatura (a igual vaco y
vapor de stripping) el residual de solvente baja.
Por su parte, el grafico V muestra que cuanto mayor es el vaco
(a igual temperatura y vapor de stripping) el contenido residual de
solvente baja.
La eficiencia del contacto liquido/vapor, que es la otra
variable que hace a la performance de la operacin, depende
fundamentalmente del diseo de los platos.
Existen equipos de platos de Disco y Anillo, que es un plato de
baja rea de contacto L/V, pero muy robusto al ensuciamiento, dado
que posee grandes reas de flujo de vapor y lquido.
El rea de contacto o rea interfacial se establece en la cortina
circular de lquido que va de un disco a su anillo contiguo.
Un diseo que Desmet Hytech ha desarrollado recientemente e
introducido al mercado es el stripper de plato perforado, que es un
plato de alta eficiencia de contacto L/V, y de probada robustez
frente a la naturaleza ensuciante de este sistema.
Con este diseo se ha logrado encontrar el ptimo balance entre
eficiencia y resistencia al ensuciamiento, tendencias que se
contraponen.
En este tipo de platos, hay un volumen de lquido permanente
donde se burbujea el vapor proveniente del plato inferior que
ingresa por orificios ubicados en el fondo, el cual se carga de
solvente y sale por arriba a una zona de espuma y niebla, para
finalmente separarse de esas partculas lquidas en ingresar al plato
superior.
- Grfico IV -
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El lquido de cada plato tiene un nivel auto-controlado por
rebalse (downcomer), y pasa al plato inferior por gravedad.
Esta configuracin resulta en una gran rea de contacto
interfacial, por lo cual la eficiencia de este plato es muy
superior a la del Disco y Anillo.
- Grfico V -
Es por ello que a igualdad de contenido residual de solvente en
el aceite de fondo, el stripper de plato perforado permite trabajar
con condiciones operativas ms suaves, como temperatura 15 C ms baja
(95 C vs. 110 C), y vapor de stripping 20% menor .
El diseo de alta eficiencia redunda en un ahorro en el consumo
de vapor muy importante, ya que por la necesidad de menor
calentamiento en la miscela se consume un 25/40% menos de vapor en
el tem 18A, dependiendo de la concentracin de miscela y de la
recuperacin de calor en el tem 81A, a lo cual se agrega el
mencionado ahorro en el vapor de stripping.
Ambos tipos de strippers poseen una zona inferior inundada de
burbujeo de vapor, con un sparger de diseo tal que maximiza el rea
interfacial en la zona inferior de burbujeo, distribuyendo el vapor
en pequeas burbujas.
La mayor parte del vapor de stripping proviene del vapor motriz
del eyector del Secador de Aceite (tem 506) y se completa con vapor
adicional para llegar al caudal necesario.
El aceite con trazas de solvente (50/100 ppm) se enva al sector
de desgomado para finalizar en el secado y enfriado, antes de ser
almacenado en los tanques como aceite crudo.
El valor de humedad final a la salida del secado es menor de
0.1% p/p (1000 ppm).
Secado y Enfriamiento del Aceite
Luego de la hidratacin producida en el proceso de desgomado el
aceite debe secarse antes de ser enviado a los tanques de
almacenamiento.
El fundamento por el cual se elimina el agua del aceite es la
evaporacin flash.
El agua en las condiciones de presin y temperatura de salida del
proceso de desgomado se encuentra disuelto en el aceite (0.5%-0.8%)
dependiendo de la hidratacin producida en desgomado).
El aceite se calienta en el calentador tem 521 a aproximadamente
85-90 C y presin superior a la atmosfrica. Luego al ingresar al
secador se produce una descompresin a vaco a 700/690 mmHg_g. El
agua pasa a estar sobrecalentada en esa nueva condicin de presin y
temperatura, y se transfiere espontneamente a la fase vapor,
produciendo el secado del aceite.
Al igual que el tem 22, este equipo tambin posee platos que le
dan tiempo de residencia al aceite, para facilitar el
desprendimiento del agua.
El vaco es generado por el eyector 41/506, que descarga al fondo
del stripper de aceite vegetal.
El vapor motriz de eyector es aprovechado como vapor de
stripping del tem 22, de esta manera, el consumo de vapor de secado
se recupera totalmente y, al mismo tiempo, se reduce el efluente
acuoso generado en la planta, por reduccin del consumo de vapor
directo.
- Grfico VI -
El grafico VI muestra curvas de humedad versus temperatura,
paramtricas en vaco, donde se puede observar que a mayor vaco menor
contenido de humedad queda en el aceite, para una dada temperatura;
o que a mayores temperaturas para un
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mismo vaco, tambin se reduce el contenido de agua en el
aceite.
Luego del secado, el aceite pasa por un enfriador antes de ser
enviado a tanques de almacenaje o embarcado directamente.
Para ello utiliza agua de enfriamiento o agua de reposicin de
caldera, realizando una economizacin energtica en este ltimo
caso.
El aceite normalmente se enfra desde la temperatura de secado
hasta 45-50 C.
Condensacin
Se pueden distinguir dos vas distintas de condensacin de los
vapores generados en el proceso. La primera opera a vaco y condensa
los vapores que se generan en el proceso de concentracin de la
miscela y stripping de aceite, y la otra opera a presin atmosfrica
y condensa los vapores provenientes principalmente del DT, el
venteo del Extractor y los venteos de otros recipientes y equipos
que operan a presin atmosfrica.
Condensacin a vaco:
Los gases provenientes de los evaporadores (tem 60A y 18A) y
strippers de aceite vegetal y mineral (tem 22 y 122) son
condensados en el Condensador de Vaco (tem 19), que utiliza agua de
enfriamiento para tal propsito.
La corriente gaseosa a condensar est compuesta por:
Solvente de la evaporacin de miscela. Agua con solvente en menor
cantidad del
stripping de aceite vegetal y mineral.
Aire infiltrado al sistema de vaco por prdidas en juntas de
equipos y caeras, ms el aire que ingresa disuelto en la miscela de
extraccin.
Se puede observar en los grficos VII y VIII las curvas de
condensacin del sistema, donde se grafica temperatura versus calor
intercambiado. El equipo tiene un diseo flujo dividido que permite
separar la condensacin en 2 etapas, lo que posibilita maximizar el
vaco.
La 1 etapa (grfico VI) muestra una zona de desobrecalentamiento
(zona de mayor pendiente) que corresponde a la condensacin del
agua, la cual condensa a mayor temperatura, y una zona de
condensacin de solvente (zona ms plana).
La segunda etapa (grfico VIII) muestra la continuacin de la zona
de condensacin que comenz en la etapa anterior, a la que le sigue
una fase final de subenfriamiento donde queda aire con un contenido
de solvente y agua en equilibrio a una temperatura 2-4 C por encima
de la temperatura del agua de enfriamiento.
- Grfico VII -
Los niveles de vaco que logra el equipo dependen de la
temperatura del agua disponible, normalmente 440 mmHg a 30 C
(verano) y 540 mmHg a 21 C (invierno).
- Grfico VIII -
Los gases no-condensables son succionados por un eyector (tem
41/19) que descarga sobre el Stripper de Efluente (tem 45),
aprovechndose esta corriente como fluido de despojamiento del
solvente que pueda traer el agua residual, y finalmente como fuente
de calor adicional en el tem 60A.
Los condensados de vaco del tem 19 son conducidos por drenaje
natural o por bomba al Separador-Acumulador tem 32/34.
Condensacin atmosfrica:
Los vapores provenientes del DT (tem 70) estn compuestos
principalmente por solvente y agua, con una composicin que depende
prcticamente de la temperatura de tope del DT. La presin operativa
del DT es muy cercana a la atmosfrica.
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Estos vapores son enviados primeramente al Lavador de Gases (tem
29), donde se ponen en contacto directo con una lluvia de agua
caliente que retiene la mayor parte del contenido de slidos que
pudieran ser arrastrados desde el DT. Como el agua de lavado se
recircula, la misma se calienta y en consecuencia los gases del DT
no condensan en este equipo.
Los gases del DT ya lavados son enviados hacia el tem 60A, donde
condensan parcialmente transfiriendo calor latente a la miscela. La
mayor parte de los gases del DT condensa en este Economizador (ver
grfico IX).
Los gases no condensados en el Primer Evaporador tem 60A pasan
al Precalentador de Solvente tem 20A. En este equipo los gases se
utilizan como medio de calefaccin para precalentar el solvente
proveniente del Separador Agua/Solvente (tem 32/34), previo a ser
alimentado nuevamente al extractor.
Los gases que no condensan en el tem 20A pasan al Condensador de
Gases del Extractor y DT (tem 20B/C), donde terminan de condensar
contra agua de enfriamiento.
La curva de condensacin de los vapores del DT (grfico IX)
permite apreciar que casi el 90% de la energa de los vapores del DT
es recuperada en los economizadores 60A y 20A, quedando un 10%
remanente de calor que se entrega al agua de enfriamiento.
Este equipo recibe el agua de enfriamiento de salida del tem 19,
logrando un acercamiento de temperaturas de 1-3 C entre los gases
de salida y el agua de entrada. Como normalmente en el Condensador
de vaco el agua se calienta 4-5 C, asumiendo una temperatura de
verano de 30 C, el agua al equipo llega a 35 C por lo que los gases
son enfriados en esa condicin hasta 37 C aproximadamente.
El equipo 20B/C tambin recibe los venteos del Extractor y de
recipientes y equipos atmosfricos, entre los que se encuentra el
Separador de solvente tem 32/34.
- Grfico IX -
Los gases que no condensan en el tem 20B/C, principalmente aire
con un contenido de solvente que depende de la temperatura de
salida, pasan a la ltima etapa de condensacin.
En el Condensador Final de Venteos tem 20D se lleva a cabo la
ltima etapa de condensacin de solvente contra agua de enfriamiento
de suministro, intercambio de calor que permite disminuir la
temperatura de los gases hasta prcticamente 1-2 C por encima de la
temperatura disponible del agua.
Se puede observar en el grafico X que a medida que se enfran los
gases por debajo de 36 C baja el contenido de solvente en aire.
- Grfico X -
El objetivo es disminuir el contenido de solvente en equilibrio
en el aire hacia el ltimo equipo del tren atmosfrico, la Columna
Absorbedora de Aceite Mineral (tem 120), para reducir la carga que
recibe el sistema de recuperacin.
La mezcla de solvente y agua que sale como condensado de los
equipos 60A, 20A, 20B/C y 20D drena por gravedad hacia el
Separador-Acumulador tem 32/34, donde el solvente es separado de la
fase acuosa.
Los gases circulan a travs de todo el tren de condensacin
atmosfrico succionados por el Ventilador (tem 136), que provee la
despresurizacin requerida en el tope de la columna 120 para que el
DT no aumente su presin operativa por encima de la presin
atmosfrica.
Separacin Agua/Solvente
Los condensados provenientes de la condensacin del tren
atmosfrico y de la condensacin de vaco conforman una corriente
compuesta por solvente y agua, compuestos que deben ser separados
para poder reciclar el solvente al extractor.
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Siendo el agua un compuesto polar y el solvente una sustancia
orgnica no polar, resultan inmiscibles en fase lquida y a su vez
presentan una marcada diferencia de densidades, por lo cual, con
estas caractersticas, una decantacin gravitatoria es propicia para
lograr su separacin.
El separador tem 32/34 es un recipiente atmosfrico que se
compone de un primer sector (tem 32) donde se produce la separacin
agua/solvente y un segundo sector (equipo 34) que funciona como
acumulador de solvente.
El sector de separacin posee un dispositivo interno (pack de
placas) por donde el fluido es forzado a pasar. Este interno est
especialmente diseado para permitir una separacin eficiente
evitando retro-mezclado por turbulencias, lo cual permite maximizar
la eficiencia de separacin y reducir el volumen necesario del
equipo para una dada capacidad.
El equipo posee una nica entrada para la mezcla agua-solvente,
que ingresa en un extremo del mismo, y se dirige al pack de placas,
donde se separa en dos fases.
El solvente, menos denso (fase superior), desborda por encima
del bafle separador y pasa al compartimiento de acumulacin de
solvente, ubicado en el extremo opuesto al de alimentacin (tem
34).
El agua, ms densa (fase inferior), drena por gravedad por el
fondo del equipo hacia el regulador de interfase.
El regulador de interfase es un pequeo recipiente externo a la
envolvente principal del equipo que permite, mediante un ajuste
manual, regular la altura de la interfase agua-solvente en el
interior del equipo.
El efluente acuoso se enva hacia el Stripper de Efluente (tem
45) va el Economizador Agua/Agua tem 81C.
El solvente ya libre de agua es enviado nuevamente al extractor,
previo calentamiento hasta la temperatura adecuada para la
extraccin.
El equipo posee un sistema de limpieza "in-situ" que permite
eliminar, en operacin normal, la harina y dems suciedad que pudiera
haberse acumulado en el fondo.
Stripping de Seguridad de Efluente Acuoso
El tem 45 es una columna de stripping del efluente lquido
proveniente del Separador de Solvente 32/34.
La funcin del equipo consiste en vaporizar cualquier posible
presencia de solvente en la fase acuosa proveniente del tem
32/34.
El fundamento del funcionamiento es el mismo explicado en el tem
22, solo que en este caso se remueve el solvente del agua en lugar
del aceite.
El separador de solvente tiene una elevada eficiencia de
separacin, por lo que en condiciones operativas normales no deberan
existir arrastre de solvente con el agua.
No tomando crdito de la buena eficiencia del separador, el tem
45 se disea para poder vaporizar un alto contenido de solvente que
pudiera ser arrastrado con el agua que drena del tem 32.
El equipo est provisto de platos de rejas o bafles, diseados
para darle al lquido que ingresa por el tope un tiempo de
residencia suficiente y un buen contacto vapor-lquido, que asegure,
adems de la transferencia de masa, una buena transferencia de
calor.
Como fluido de stripping se aprovecha la descarga permanente de
gases del eyector 41/19. De esta manera dispone de una fuente
continua de calor latente (vapor de agua) para calentar/vaporizar
fluidos.
En condiciones operativas normales, el vapor de agua de descarga
del eyector 41/19 condensa parcialmente, y calienta el agua,
alcanzndose aproximadamente 97-101C en el fondo del equipo, y 85-95
C en el tope.
La mayor parte de los gases del eyector pasan a travs del equipo
sin condensar, y son finalmente aprovechados como fuente de calor
en el tem 60A. De este modo los vapores de stripping condensan en
el tren atmosfrico.
Se dispone adems como seguridad de un ingreso de vapor adicional
de caldera.
El efluente lquido sale del equipo por rebalse hacia el
Economizador Agua-Agua tem 81C, y luego circula hacia el drenaje
final a la trampa de solvente (tem 99).
Este intercambiador tem 81C permite intercambiar calor entre las
corrientes de entrada y salida del tem 45, precalentando el agua de
salida del separador de 40 C hasta 80 C aproximadamente, y
enfriando la salida de agua del stripper de 100 C a 60 C.
El contenido residual de solvente en el efluente acuoso luego
del stripping es de 10-20 ppm.
Recuperacin de solvente de los gases de venteo
Los gases incondensables que salen del condensador final de
venteos tem 20D, contienen todava una importante concentracin de
solvente (grfico X).
Maximizar la recuperacin de solvente tiene importancia tanto
desde el punto de vista econmico como medioambiental, debindose
cumplir con las normativas de restricciones de emisin de gases.
Dado que por transferencia de calor no se puede sacar ms
solvente del aire a las temperaturas normales de enfriamiento con
agua de torre, se debe recurrir a otra operacin para bajar an ms el
contenido de solvente.
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DDEELL PPRROOCCEESSOO
La absorcin es la operacin inversa al stripping o despojamiento,
donde por el mismo principio de difusin molecular entre las fases
ya analizado, pero en sentido inverso, el solvente pasa de la fase
gaseosa a la fase lquida, disolvindose en el aceite.
Este proceso es generalmente exotrmico y se ve favorecido por
las bajas temperaturas.
Los gases provenientes del condensador 20D pasan entonces a
travs de la Columna de Absorcin (tem 120).
Para absorber el solvente se utiliza un aceite mineral que debe
reciclarse o regenerarse.
Es por ello que se habla de un sistema de recuperacin de
solvente, que consiste de un circuito cerrado de aceite mineral
donde el aceite se carga de solvente en la absorcin, y luego debe
despojarse de solvente en un stripping, para ser devuelto a la
absorcin con mnimo contenido de solvente.
La absorcin se realiza a presin levemente inferior a la
atmosfrica y a temperatura cercana a la ambiente, mientras que el
stripping o despojamiento se lleva a cabo a vaco y a una
temperatura de 95-100C.
El grfico XI muestra curvas de concentracin de solvente en aire
en funcin de la altura Z en la columna, para dos temperaturas
representativas de las condiciones de invierno y verano.
En el mismo se observa que a menor temperatura menor es el
contenido de solvente en aire venteado, a igualdad del otros
parmetros, lo cual muestra que la absorcin se ve favorecida por las
bajas temperaturas.
- Grfico XI -
El aceite mineral normalmente utilizado es del tipo ISO 22 (con
una viscosidad cinemtica de 22 cSt a 100F), el cual es de baja
viscosidad y presenta mejor absorcin de este tipo de solvente
utilizado, que los aceites de mayor viscosidad.
Adems de las columnas de absorcin y de stripping, el circuito
cuenta con intercambiadores de calor para lograr las distintas
temperaturas a las que se operan cada columnas.
tem 120 - Absorbedora de Aceite Mineral
La Absorbedora de Aceite Mineral es una columna de relleno
desordenado que brinda un contacto continuo entre las fases lquida
y vapor.
Contiene un lecho de anillos pall, donde los gases ascendentes
se encuentran en contracorrriente con el aceite descendente.
Posee adems un distribuido superior que permite el mojado
uniforme del relleno, lo cual permite maximizar el contacto entre
las fases lquida y gaseosa, obteniendo as una eficiente
absorcin.
El aceite concentrado en solvente (3-4% de solvente) sale por el
fondo de la columna 120 hacia la regeneracin.
El grfico XII muestra curvas de concentracin de solvente en aire
en funcin de la altura Z en la columna, paramtricas en caudal de
fluido absorbente (aceite).
En el mismo se observa que a mayor caudal de absorbente, como
puede resultar intuitivo, menor es el contenido de solvente en aire
venteado, a igualdad del otros parmetros.
Por otro lado tanto mayor es el caudal de aceite, mayor resulta
el consumo de vapor y agua de enfriamiento en el stripping y los
intercambiadores intermedios, por lo que el costo operativo
asciende, al igual que el costo de inversin, ya que los equipos
para manejar mayor caudal deben ser ms grandes.
- Grfico XII -
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DDEELL PPRROOCCEESSOO
Se concluye entonces que el caudal de aceite de operacin es un
valor que surge de una optimizacin de consumos de vapor y prdidas
de solvente.
El contenido residual de solvente en el aire venteado es
normalmente inferior a 10 g/m3 (20% L.E.L.).
El aire de salida de la columna de absorcin es succionado por un
ventilador (tem 136) que lo enva de vuelta a la atmsfera, previo
paso por un arresta llama, en concordancia con las recomendaciones
de la norma NFPA36.
tem 122 - Stripper de Aceite Mineral
El fundamento del stripping de aceite mineral es el mismo que el
visto en aceite vegetal (tem 22), solo que en este caso se realiza
un contacto continuo en lugar de un contacto por etapas en
platos.
El equipo en el cual se realiza esta operacin es una columna
rellena con anillos Pall, que posee un distribuidor de entrada de
aceite que asegura tambin un uniforme mojado del relleno, para
maximizar su eficiencia.
El equipo opera con el vaco disponible de planta y una
temperatura de 95-100C. En estas condiciones operativas, el aceite
de fondo es regenerado logrndose un contenido residual de solvente
de aproximadamente 0.05 - 0.1%.
Intercambiadores de calor intermedios
Dado que las operaciones de absorcin y stripping se llevan a
cabo a diferentes temperaturas, es necesario enfriar y calentar el
aceite, por lo cual existen intercambiadores y economizadores entre
ambas columnas.
El calentador de Aceite Mineral tem 121 es un intercambiador de
calor que utiliza vapor de calefaccin y permite el calentamiento
final del aceite antes de ingresar al tem 122.
La temperatura de calentamiento del aceite es de 95-100C, no
siendo recomendable regenerar a mayor temperatura por la mayor
degradacin del aceite, lo que redunda problemas de ensuciamiento
del sistema, prdidas de performance y consecuente incremento en las
prdidas de solvente en aire.
El economizador Aceite/Aceite tem 181A permite transferir energa
entre el aceite caliente y regenerado de stripping, y el aceite fro
y rico en solvente de absorcin.
El enfriador de aceite mineral permite continuar el enfriamiento
del aceite regenerado que sale del tem 181A hasta una temperatura
muy cercana a la del agua de enfriamiento (2-3 C mayor), quedando
el aceite
acondicionado en contenido de solvente y temperatura para
ingresar nuevamente a la absorcin.
Calentamiento de Solvente
El solvente condensado y fro proveniente del separador tem 32/34
debe calentarse para alimentarse nuevamente a la extraccin.
Tanto en el condensador de vaco (tem 19) como en los
economizadores/condensadores del tren atmosfrico, las distintas
corrientes de condensado han sido enfriadas a diferentes
temperaturas, llegando la mezcla en el separador a temperaturas
10-15 C por encima del agua de enfriamiento (40-45 C para verano y
30-35 C para invierno).
Para calentar el solvente hasta 55-60C, temperaturas requeridas
normalmente para una adecuada extraccin, se recupera primeramente
calor de los vapores del DT, precondensados en el tem 60A, y
disponibles a 60C (grfico IX).
Es el tem 20A el que permite este intercambio y economizacin de
energa, calentando el solvente hasta 50-55C, dependiendo de la
temperatura de alimentacin del mismo, y prcticamente agotando la
energa de los vapores del DT.
Para continuar el calentamiento, en caso de requerirse, la
instalacin cuenta con un calentador de solvente (tem 49) que
utiliza vapor de calefaccin.
El calentador de solvente se disea con una gran capacidad de
calentamiento reservada para condiciones como la de puesta en
marcha, donde normalmente se requiere un calentamiento rpido del
extractor, y tambin se utiliza para proporcionar un leve
calentamiento en caso que el solvente de salida del tem 20A no
alcanzase la temperatura deseada de entrada al Extractor.
En invierno puede ser necesario un mayor calentamiento ya que el
solvente proveniente del tem 32/34 est a menor temperatura.
Venteos atmosfricos de condensados y Recuperacin de Vapor
Flash
Los condensados de vapor de extraccin deben ser descomprimidos a
presin atmosfrica de acuerdo a las recomendaciones de la norma de
seguridad NFPA36, para garantizar que ante la presencia de solvente
en el condensado, por alguna anormalidad en la destilera, ste pueda
eliminarse como vapor evitando su llegada a la zona de caldera.
A consecuencia de esta descompresin se genera una importante
cantidad de vapor flash que debe recuperarse para maximizar la
integracin energtica del proceso.
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Este sistema puede presentar varias configuraciones, dependiendo
de los condensados que reciba, de manera que se ver a continuacin
una variante tpica.
Recipiente Flash de alta presin tem 46/70
En este recipiente se produce la descompresin a presin flotante
de los condensados de alta presin del vapor indirecto de calefaccin
del DT y DC, permitiendo reutilizar el vapor flash en el tem 18A.
El condensado es descargado al tanque flash de baja presin, tem
46AT.
Recipiente Flash de baja presin tem 46AT
Este equipo es bsicamente un recipiente en el que se produce la
descompresin atmosfrica de los condensados de las descargas de
trampas de vapor de baja presin, separndose el vapor flash del
condensado lquido. El lquido se recupera como caudal de condensado
que retorna a caldera, y el vapor flash se reutiliza como fuente de
calefaccin en el precalentador de miscela (tem Pre-18).
Nota: Los grficos son cualitativos realizados con datos
aproximados.
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Diagrama I: Diagrama de Bloques de Planta de Crushing
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Diagrama II: Diagrama Flujo Destilacin de Miscela y Recuperacin
de Solvente Parte 1/2
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FFUUNNDDAAMMEENNTTOOSS && DDEESSCCRRIIPPCCIINN
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Diagrama III: Diagrama Flujo Destilacin de Miscela y Recuperacin
de Solvente Parte 2/2.
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