sistemas de vácuo de múltiplo estágio a jato de vapor operando … sistema de vácuo convencional...

Sistemas de vácuo de múltiplo estágio a jato de vapor operando em circuito fechado alcalino (Alkaline Closed Loop - ACL)

p H

5

1

23

4

17

11

16

8

14

12

10

13

9

15

16

7

6

16

11 m

Sistemas de vácuo de múltiplo estágio a jato de vapor Sistemas de vácuo de múltiplo estágio a jato de vapor são parte integrante de uma planta, com grande influência na qualidade da produção de óleo comestível, biodiesel, bem como em aplicações oleoquímicas. Esse tipo de sistema pode facilmente lidar com grandes fluxos de massa em combinação com uma pressão absoluta baixa de processo.

1 booster (estágio 1))

2 booster (estágio 2)

3 condensador de mistura principal (contato direto)

4 ejetor a jato de vapor (estágio 3)

5 condensador de mistura interconectado (contato direto)

6 bomba de vácuo de anel líquido (estágio 4)

7 tanque de selagem

8 bomba de água de resfriamento I

9 torre de resfriamento

10 bomba de água de resfriamento II

11 vapor motriz

12 torre de resfriamento de água limpa

13 purga

14 transbordo de líquido contaminado

15 dreno

16 saída de gás

17 vapor de stripping do desodorizador

Sistema de vácuo convencional de múltiplo estágio a jato de vapor Os sistemas de vácuo convencionais de múltiplo estágio a jato de vapor consistem em dois boosters (conec-tados em série), um condensador de mistura principal, um pequeno ejetor de evacuação de ar interconectado, um pequeno condensador de mistura, bem como uma bomba de vácuo de anel líquido como estágio final. O diagrama a seguir ilustra o referido sistema de vácuo, operado com uma torre de resfriamento aberta, o qual ainda é usado com frequência ao redor do mundo.

Este tipo de sistema de vácuo é projetado de modo que as matérias-primas disponíveis e a energia sejam conver-tidas da forma mais eficiente possível.

Portanto, faz sentido combinar as vantagens dos ejetores a jato de vapor e as bombas de vácuo de anel líquido. Isso significa que o vapor de stripping só é comprimido pelos ejetores a jato de vapor (chamados de boosters) até o primeiro estágio de condensação possível; a jusante do primeiro condensador (principal) ejetores de vapor e bombas de anel líquido podem ser combinados.

Exemplo de consumo Dados de processo: 200 kg/h vapor de água + 8 kg/h ar + 5 kg/h FFA @ 2,0 mbar, 80 °C

Pressão do vapor motriz: 9 bar (abs), temperatura de entrada da água de resfriamento: 33 °C

Consumo total de vapor motriz

Consumo total de água da torre de resfriamento

Energia elétrica da bomba de vácuo de anel líquido

Volume total de águas residuais

1 535 kg/h 223 m³/h 4 kW 1,740 m³/h

O sistema de vácuo descrito abaixo é chamado de circuito fechado alcalino (ACL quente) que opera com uma torre de resfriamento de água convencional

No passado, utilizava-se principalmente os sistemas de vácuo de múltiplo estágio a jato de vapor com torre de resfriamento aberta.

Requerimentos ambientais, como por exemplo, poluição da água e do ar, e restrições governamentais associadas aos custos operacionais resultaram em sistemas de vá-cuo operados em circuito fechado. Neste caso, as águas residuais e o gás expelido são concentrados em pontos de coleta especiais. As torres de resfriamento gordurosas são evitadas. Por meio de um circuito fechado e dos condensadores de mistura de eficiência comprovada, a mistura de vapor motriz e vapor de stripping condensa-dos é resfriada até a temperatura ambiente da água de resfriamento mediante uso de trocadoras de calor de pla-cas. Esse tipo de sistema de vácuo de múltiplo estágio a jato de vapor consiste em dois boosters (conectados em

série), um condensador de mistura principal, um pequeno ejetor de evacuação de ar interconectado, assim como um pequeno condensador de mistura e combinado com uma bomba de vácuo de anel líquido como estágio final. O sistema é operado num circuito fechado, no qual a água de circulação, necessária para o condensador de mistura e a bomba de vácuo de anel líquido, é resfriada através de dois trocadores de calor a placas (um em operação e outro em espera). De tempos em tempos os tracadores de calor a placas serão limpos sem interru-pção do processo principal. A fim de evitar que a água fique poluída, o sistema inclui um tanque de selagem chamado buffer ou separador. Além disso, há uma unidade de controle de pH instalada para neutralizar a água de circulação e prevenir que os trocadores de calor a placas fiquem obstruídos.

Sistema de vácuo de circuito fechado alcalino (ACL) com torre de resfriamento limpa (ACL quente)


Pressão de vapor motriz: 9 bar (abs), temperatura de entrada da água de resfriamento: 33 °C



Total de energia elétrica


1 640 kg/h 317 m3/h 47 kW 1,845 m3/h

pH

1

3

4

17

14

6 5

9B

9A

10

8

18

19

16

7

21

12

11

15

13 22

20

23

2

13

11 m




4 ejetor (estágio 3)

5 condensador de mistura interconectado

6 bomba de vácuo de anel líquido (LRVP)

7 tanque buffer/separador

8 bomba de circulação

9A trocador de calor a placa (em operação)

9B trocador de calor a placa (em espera)

10 unidade de controle de pH

11 bomba da torre de resfriamento


13 água de resfriamento

14 vapor motriz

15 saída de gás (LRVP)

16 saída de gás (buffer/separador)


18 transbordo do líquido contaminado

19 vapor de aquecimento

20 condensado

21 soda cáustica (NaOH)

22 água limpa

23 purga

O fluxograma ilustra um sistema de vácuo de circuito fechado alcalino (ACL quente) que opera com uma torre de resfriamen-to de água conven-cional.

Os principais benefícios desse sistema são: • tecnologia de vácuo convencional

• custo de manutenção baixo

• torre de resfriamento limpa (não há necessidade de manutenção e trabalhos de limpeza por causa dos ácidos graxos na torre de resfriamento)

• respeito ao meio ambiente e restrições governamen-tais são observados

• sem risco de poluição nos condensadores (operação segura e confiável)

• praticamente sem poluição do ar

O refrigerante disponível e sua temperatura têm influências decisivas no projeto, por exemplo, nos dados do consumo total e no número de estágios de ejetores do sistema de vácuo completo.

É importante focar no fato de que mais de 80 % do consumo total de vapor motriz do sistema de vácuo completo são usados para os boosters a

montante do condensador principal.

Se a taxa de compressão do booster é baixa com o uso de água de resfriamento fria, apenas um estágio de booster é necessário a montante do condensador principal. O sistema de vácuo muda de um sistema de 4 estágios para um sistema de 3 estágios.

Economia de consumo de vapor com o uso de água fria

Sistema de vácuo a jato de vapor de 4 estágios com dois boosters conectados em série, a montante do condensador principal

vapor motriz

vapor motriz

saída de gás

água de resfriamento

normal

água de resfriamento

fria

saída de água

saída de água

Sistema de vácuo a jato de vapor de 3 estágios com apenas um booster a montante do condensa-dor principal

saída de água

O sistema de vácuo ilustrado abaixo é chamado sistema de vácuo de circuito fechado alcalino de água fria (ACL frío)

Requisitos ambientais associados a fatores econômi-cos foram as principais razões para o desenvolvimento deste tipo de sistemas de vácuo de múltiplo estágio a jato de vapor com a finalidade de atender futuras exigências, tais como operação sustentável e amigável ao meio ambiente.

Esse sistema de vácuo normalmente consiste de um grupo ejetor a jato de vapor de 3 estágios, um booster (estágio 1), um condensador principal de mistura, um pequeno ejetor de evacuação de ar interconectado

(estágio 2), assim como um pequeno condensador de mistura, que se combinada com uma bomba de vácuo de anel líquido (estágio 3) no estágio final.

O sistema inclui um tanque de selagem fechado, chamado buffer ou separador, dois trocadores de calor a placas, um em operação e outro em espera, e um circuito de chiller. Como agente neutralizante, soda cáustica (NaOH) é adicionada à água de circulação, evitando rápida obstrução dos trocadores de calor a placas.

Através de um sistema de refrigeração (unidade de chi-ller), a água de circulação é resfriada a uma temperatura que varia entre 5 °C e 10 °C. Portanto, o condensador de mistura principal pode ser operado entre 13 mbar e 20 mbar em vez de 50 mbar e 70 mbar, no caso de temperaturas de água de resfriamento normais.

Devido à taxa de compressão redizida, o sistema pode facilmente ser operado com um único booster, confor-me mencionado anteriormente.

A água do circuito fechado é resfriada em trocadores de calor a placas mediante o uso de uma unidade de

chiller adequada. Este chiller pode ser resfriado através da água da torre de resfriamento ou do ar ambiente. De acordo com o grau de obstrução, os trocadores de calor a placas são limpos de tempos em tempos, sem a interrupção do processo principal. O tanque buffer/separador separa o material gorduroso da água de circulação resfriada. Uma unidade de controle de pH mantém a água de circulação neutralizada.

Devido aos altos custos da unidade de chiller, este sis-tema de vácuo é levemente mais caro em comparação aos sistemas descritos anteriormente.

Sistema de vácuo de circuito fechado alcalino (ACL) com torre de resfriamento limpa usando água fria (ACL frio)

p H21

11 m

1

2

17 14

8

7

19

20

6

22

10

11

1816

3

54

9B

9A

12A

24

15

1327

27

12B

13 25 26

23

5 bomba de vácuo de anel líquido (LRVP)

6 tanque buffer/separador

7 bomba de circulação

8 unidade de controle de pH

9A trocador de calor a placas (em operação)

9B trocador de calor a placas (em espera)

10 bomba de refrigerante

11 vaso de compensação

12A compressor do refrigerante (chiller) resfriado com água



3 ejetor (estágio 2)

4 condensador interconectado

12B compressor do refrigerante (chiller) resfriado com ar

13 água de resfriamento

14 vapor motriz

15 saída de gás (LRVP)

16 saída de gás (separador de gordura)


18 ciclo do refrigerante

19 transbordo do líquido contaminado

20 vapor de aquecimento

21 condensado

22 soda cáustica (NaOH)

23 bomba da torre de resfriamento


25 água limpa

26 purga

27 entrada/saída de ar

8.0

NaOH

M(tr

) en

kg/h

, P(e

l) en

kW

P(el)

M(tr)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

0 5 10 15 20 25

tanque buffer/separador

saída de gás

transbordo

unidade de controle de pH

bomba de recirculação

trocadoresde calor a placas

bomba de refrigerante

chiller

água de resfria-mento

O gráfico à direita ilustra a comparação entre o consumo total de vapor motriz e a energia elétrica necessária do cir-cuito de chiller em relação a diferentes temperaturas de entrada de água fria nos condensadores de mistura e a bomba de vácuo de anel líquido.


Pressão do vapor motriz: 9 bar (abs), temperatura de entrada da água de resfriamento: 33 °C



Total de energia elétrica


450 kg/h 130 m³/h 190 kW 0,655 m³/h

As principais vantagens deste sistema são: • baixo custo de operação

• tecnologia de vácuo convencional

• torre de resfriamento limpa (não são neces-sários trabalhos de manutenção e de limpeza em consequência dos ácidos graxos na torre de resfriamento)

• baixo custo de manutenção

• praticamente sem poluição do ar

• observação das restrições governamentais e amigável ao meio ambiente

• sem risco de poluição nos condensadores (operação segura e confiável)

Os principais benefícios deste siste-ma na comparação com os sistemas descritos anteriormente são: • custos de operação mais baixos (geralmente

a energia elétrica é mais barata do que o vapor motriz)

• a caldeira pode ter tamanho reduzido • baixa quantidade de águas residuais (vapor

motriz para apenas um booster a montante do condensador principal)

• sistema econômico (retorno de investimento médio de 1 a 2 anos, em comparação a sistema de vácuo convencional)

• amigável ao meio ambiente e cumprimento de exigências governamentais

• torre de resfriamento limpa• praticamente não há poluição do ar

A figura abaixo ilustra uma instalação típica de um sistema de vácuo de circuito fechado alcalino com água fria chamado ACL frio, instalado em uma coluna desodorizadora de óleo.

Os gráficos são baseados nos seguintes dados de processo:

200 kg/h vapor de água + 8 kg/h ar + 5 kg/h FFA @ 2,0 mbar, 80 °C

Presión de vapor motriz: 9 bar (abs)

Temperatura de entrada da água de resfriamento: 33 °C

grupo de vácuo a jato de vapor de 3 estágios

bomba de vácuo de anel líquido

vapor motriz

vapor motriz

vapor de aquecimento

booster

condensado

Sistemas de vácuo de circuito fechado alcalino operando com água fria (ACL frio) são ideais para: • plantas com capacidade superior a 100 TPD

• processos de vácuo abaixo de 4 mbar

• economia de recursos e aplicações que respeitam o meio ambiente

• economia substancial de custos

operando com água fria (ACL frio)

As imagens a seguir ilustram alguns

detalhes de um sistema de vácuo de circuito fechado alcalino

booster

bomba de vácuo de anel líquido

tanque buffer/ separador

trocador de calor a placas

unidade de controle de pH

bomba de circulação

unidade de chiller

bomba de refrigerante

grupo de vácuo

Encontre mais informações sobre os sistemas de vácuo ACL e convencionais no folheto de sistema de vácuo de circuito fechado alcalino Körting – comparação com sistemas de vácuo convencionais.

Para mais informações sobre nossos projetos executados em todo o mundo, por favor, solicita nossa lista de referências.

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