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Evaporadores y Condensadores de metanol para la producción de Biodiesel

Antecedentes

 

A SACOME le fue encargado el diseño y fabricación de intercambiadores de calor para el sistema de producción de biodiesel proveniente del aceite de palma. Nuestro cliente fue una ingeniería del sector con la cual colaboramos de manera activa proporcionándole nuestra experiencia en condensadores y evaporadores de metanol y fluidos en base de etanol:

  • Condensadores: La función de los intercambiadores de calor fue condensar tanto metanol puro como una mezcla en fase vapor (compuesta por componentes condensables, así como metanol y agua, y no condensables como aire). Además, esta condensación tiene lugar en condiciones de vacío. El diseño térmico acertado de los intercambiadores de calor fue un punto crítico en este proyecto. Para condensaciones de mezclas de gases (y aún más teniendo fases no condensables como se ha mencionado) el proceso no tiene lugar en condiciones isotérmicas como ocurre con componentes puros, siendo necesario un cálculo muy riguroso por parte de nuestros ingenieros. Además, nuestro Departamento Técnico aconseja al cliente en cada caso sobre el uso del fluido de refrigeración más adecuado, ya sea el agua de la torre, o soluciones de glicol.
  • Evaporadores: El cálculo del proceso de evaporación tenía varios detalles que debían tenerse en cuenta, así como el riesgo de tener mist flow (flujo de niebla) o la dificultad de conseguir la completa evaporación entre otros.

Nuestros expertos en el diseño térmico, respaldados por nuestra experiencia de más de 35 años en la industria de procesos, junto con al apoyo de HTRI (organización de la que somos miembros de desde 1.998) llevó a cabo una solución de ingeniería personalizada y fiable adaptada al proceso de nuestro cliente.

La solución

 

Teniendo en cuenta los datos del proceso, nuestros ingenieros hicieron el diseño térmico para los condensadores y los evaporadores, comprobando en cada caso diferentes alternativas, con el objetivo de ofrecer la mejor solución a nuestros clientes.

Con esto en mente, se describe de la siguiente manera los puntos más importantes considerados en el diseño de los equipos:

 

  • Evaporadores: Evaporar el agua es uno de los procesos térmicos que requieren un conocimiento más profundo por parte del diseñador. En este caso, la evaporación se realiza por calentamiento de los vapores de metanol usando vapor de agua como servicio. Nuestros ingenieros optaron por un diseño adecuado para evitar el flujo de niebla (lo que puede hacer que sea difícil que se evapore totalmente el flujo de entrada) y sobre dimensionando de forma adecuada el caudal de proceso, asegurando así que se consiguiera la capacidad de evaporación requerida.
  • Condensadores: La condensación no tiene problemas tan delicados en el cálculo térmico, aunque es importante tener cuidado en el diseño al elegir una geometría y separación de baffle adecuada para asegurar un buen drenaje de los condensados ​​y evitar también los riesgos de vibración en la carcasa. En este sentido, nuestro departamento técnico utiliza la última versión del software de HTRI, la cual tiene un módulo específico para el control de vibraciones.

Proceso

 

El biodiesel es un biocombustible producido por reacciones químicas de transesterificación y esterificación, a partir de grasas y aceites (puros o reciclados) que reaccionan con alcoholes de cadena corta, como el metanol o etanol.

A lo largo de esta reacción, cuyo paso principal se lleva a cabo en un reactor, otros productos y subproductos son procesados o generados, tales como el glicerol (útil en la industria cosmética), jabones o agua residual.

 

Especificaciones de producto

 

El biodiesel es un combustible diésel de aceite vegetal (a veces también puede ser de grasa animal) que está compuesto por una cadena larga de ésteres alcalinos.

Se puede utilizar tanto solo (conocido en este caso como biodiesel B100) como mezclado en cualquier proporción con hidrocarbono convencional Diésel procedente de la gasolina (en este caso se etiqueta dependiendo del contenido de biodiesel, es decir, B20 para 20% de contenido de biodiesel, etc.)

En nuestro proyecto, los lípidos para la materia prima procedían de aceite de palma, aunque el biodiesel también puede obtenerse a partir de otros aceites vegetales con o sin uso previo, como colza o aceite de soja

Diseño de los intercambiadores de calor tubulares

Para este proyecto hemos suministrado nuestro intercambiador de calor de configuración multitubular. A continuación se describen algunas de las características más relevantes de los intercambiadores tubulares suministrados:

Disposición Horizontal o Vertical

Con el fin de obtener el mejor rendimiento, los ingenieros de nuestro Departamento Técnico recomiendan a nuestro cliente la mejor disposición para cada proceso (tanto para la condensación como para la evaporación)

 

Intercambiador tubular industrial de múltiples pasos de haz tubular no extraible.

Comprobación de vibraciones con software HTRI

Como miembros de HTRI desde 1.998, nuestros expertos diseñadores hicieron los cálculos térmicos con la última versión del HTRI. Este software nos ayuda no sólo para predecir con precisión el comportamiento térmico de la evaporación y la condensación, sino que también tiene un módulo especial para el control de vibraciones, lo que adquiere especial relevancia para procesos con gases en carcasa.

 

Heat Transfer Research, Inc.

Juntas
El Departamento Técnico de SACOME tomó especial cuidado en elegir un material adecuado, no reactivo a los fluidos procesados ya que el biodiesel puede degradar las juntas de caucho natural.
Cumplimiento con la Directiva 2014/68/UE

Dado que los líquidos procesados ​​(particularmente metanol y etanol) eran gaseosos y son considerados por la Directiva Europea de Recipientes a Presión 2014/68/UE como productos inflamables, los equipos fueron clasificados como categoría III y IV.

 

Nueva Directiva de Aparatos a Presión

 

 

Diseño mecánico en condiciones de vacío
Después de realizar el diseño térmico, nuestros ingenieros hicieron los cálculos de resistencia, en el que vale la pena mencionar la verificación a vacío total, debido a las condiciones de operación de los equipos.
Corrugación de los tubos interiores

La ondulación de los tubos interiores, debido a la corrugación de los tubos,  puede ayudar eficazmente a conseguir evaporación total, evitando el flujo de niebla.

 

Intercambiador de calor industrial, de múltiples pasos

Equipos fabricados por SACOME para la producción de Biodiesel

 

Condensadores de metanol

Condensadores de venteo

Calderas de glicerina

Calentadores para metilester

Columnas de destilación para aceite

Columnas de destilación para glicerina

Columnas de refinado de aceite

Columnas de rectificado de metanol

Reactores para la tercera transesterificación

Tanques de mezcla para aceites

Tanques pulmón para el aceite blanqueado

Tanques de mezcla para aceite con aditivos

Depósitos para la solución de ácido cítrico

Reactores de mezcla Tanques recuperadores de gomas

Lavadores de centrifugado

Depósitos para arenas de blanqueado

Depósitos de mantenimiento para glicerina

Cámaras flash Secadores de aceite blanqueado

Tanques intermedios de aceite desgomado

Tanques de mantenimiento para el metiléster

Tanques de agua barométricos 

Tanques de aceite intermedios 

Tanques pulmón para aceite 

Tanques de recirculación de metanol 

Tanques de mantenimiento de agua ácida 

Tanques CIP 

Tanques para agua caliente 

Tanques de almacenamiento para vacío 

Tanques de sedimentación para aceite  

Tanques de recuperación de condensados 

Tanques de mantenimiento de ácido cítrico

El proyecto en cifras

A continuación, figuran las dimensiones de los condensadores, evaporadores, columnas de destilación y otros depósitos a presión de gran capacidad o dimensiones, cuya ingeniería, diseño y fabricación ha sido llevada a cabo por SACOME para la producción de biodiesel:

CONDENSADORES

Máximo peso (Kg): 5.850

Máxima longitud (mm): 5.855

Máximo diámetro (mm): 726

EVAPORADORES

Máximo peso (Kg): 950

Máxima longitud (mm): 6.521

Máximo diámetro (mm): 355,6

CALDERAS

Máximo peso (Kg): 4.000

Máxima longitud (mm): 6.400

Máximo diámetro (mm): 650

COLUMNAS

Máximo peso (Kg): 22.000

Máxima longitud (mm): 21.250

Máximo diámetro (mm): 2.520

REACTORES

Máximo peso (Kg): 5.800

Máxima longitud (mm): 5.470

Máximo diámetro (mm): 2.716

CAMPANAS FLASH

Máximo peso (Kg): 1.900

Máxima longitud (mm): 4.900

Máximo diámetro (mm): 1.616

SECADORES

Máximo peso (Kg): 7.200

Máxima longitud (mm): 5.320

Máximo diámetro (mm): 2.820

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