蒸留塔用PVDFバブルキャップ

2023 年 6 月 1 日 | サチン・ウパディ著、アルケマ； およびヒマンシュ・ミストリー、サンギール・プラスチックス

カラムトレイのポリマーコンポーネントにより、金属機器の腐食に関連する問題を回避できます

インド西部グジャラート州の大手化学メーカーであるグジャラート アルカリズ & ケミカルズ社 (GACL) は、蒸留塔の腐食の問題に直面していました。 化学処理用途では、溶媒と酸を分離して回収するために蒸留塔がよく使用されます。 これらの化学薬品はさまざまですが、蒸留システムの多くは、長期間の用途に合わせて適切に設計されていない場合、腐食の問題を経験します。 これらのカラムは通常、金属コンポーネントを使用しますが、この用途に必要な厳しい酸性条件は金属には適していませんでした。 また、金属は高温に耐えることができ、物理的強度も優れていますが、酸性条件や急激な酸濃度の変化による急速な攻撃には敏感になる可能性があります。 強酸が存在し、システム内で酸濃度が変化する可能性がある場合、ポリマーコンポーネントは腐食を防止し、錆びを防ぐための有効な選択肢となり得ます。 このケーススタディでは、リン酸プラントの金属キャップの腐食問題に対処するために、蒸留塔トレイの金属製バブルキャップをポリフッ化ビニリデン（PVDF）樹脂製のバブルキャップに置き換えたプロジェクトについて説明します（図1）。

図 1. 金属部品が酸の影響を受ける場合には、ポリフッ化ビニリデン (PVDF) 樹脂製の蒸留トレイのバブルキャップが有力な選択肢となります

蒸留塔の主な目的は、流れ中に存在する可能性のある揮発性有機化合物 (VOC)、溶媒、その他の水より軽い物質を分離、回収、除去することです。 長年にわたり、蒸留塔には SS-304 および SS-316 ステンレス鋼バブル キャップが使用されてきましたが、ステンレス鋼バブル キャップは、アミン、塩化物、ケトンなどの一部の化学物質の存在下で腐食します。低温でもアミン応力腐食割れや塩化物応力腐食割れが発生しません。 さらに、ステンレス鋼のバブルキャップは（重量の点で）よりかさばります。 このため、蒸留塔を過剰に設計する必要があり、資本コストが高くなります。 腐食を避けるためのもう 1 つのオプションは、繊維強化ポリマー (FRP) バブル キャップを使用することです。 これらは安価なソリューションですが、脆化や故障につながる層間剥離が発生するため、頻繁に交換する必要があります。

金属構造から PVDF への切り替えを決定したのは、工場でのリン酸の使用がきっかけでした。 金属コンポーネントを使用した以前の蒸留システムでは腐食が発生しており、GACL がプラントを稼働し続けるには問題の解決が不可欠となりました。 GACL が食品グレードのリン酸プラントの蒸留塔の腐食関連の問題を解決しようとしたとき、プロジェクト コンサルタントのワーリー インディアは、カラム トレイの従来の金属製バブル キャップを Kynar PVDF 製のバブル キャップに置き換えることを推奨しました。 サンギール プラスチック社 Ltd. は、Kynar PVDF 原料の主要ユーザーの 1 つであり、カスタマイズされた熱可塑性プラスチック製品の大手メーカーでもあります。 彼らは、Kynar PVDF 樹脂を使用してバブル キャップを製造することに成功しました。 製品が供給された製造業者は Dolf Industries Pvt. グジャラート州バドダラ株式会社。

図 2. PVDF コンポーネントは幅広い pH 条件に耐えることができます

Kynar PVDF は、幅広い溶媒や酸に対して耐性があることが知られています。 Kynar PVDF ホモポリマーは、<1 ～ 12 の pH 値に耐えることが知られていますが、Kynar Flex PVDF コポリマーは、<<1 ～ 13.5 のより広い pH 範囲に対応します。 動作パラメータにより、PVDF などの加工熱可塑性プラスチックの使用が決まります。使用条件と化学特性に基づいて、このプロジェクトには Kynar PVDF が最も適切で互換性のある構造材料として選択されました。 GACL は、PVDF 材料の軽量化によりコスト削減を実現し、また、より低い温度と圧力を使用することで重要なプロセス条件を最適化することもできました。

Kynar PVDF バブル キャップは、アルケマから供給された Kynar 原材料から製造されました。 製造プロセスには、押出、射出成形、加工が含まれます。 製造プロセスには、高度な精度、正確さ、仕上げ、および非常に近い寸法公差内での作業も含まれます。 蒸留塔には、煙や液体を均一に溶解するための精度が必要です。 アルケマは、Kynar PVDF バブル キャップの製造に関する専門知識を提供しただけでなく、そのような厳しい要件も満たし、キャップがプロジェクトの高レベルの品質要件を確実に満たすように製造プロセスに関する広範な推奨事項を提供しました。 このプロジェクトは、このような製品が射出成形、加工、突合せ融合によって製造および供給され、高度に洗練された製品を生み出す初めてのプロジェクトでした。 厳格な品質管理条件の下で、多数のバブルキャップが正常に供給されました。

高価値ポリマーは軽量で、切削工具や熱溶接を使用して簡単に製造できます。 これにより、設置のプロセスとコストの両方が軽減されます。

Kynar PVDF バブル キャップは、低温低圧 (P/T) 用途の蒸留塔で使用されるバブル キャップ トレイ アセンブリ (図 3) の一部です。 バブルキャップトレイでは、塔を通って上昇する蒸気がバブルキャップを通過して液体と接触します。 各バブル キャップ アセンブリはライザーとキャップで構成されます。 カラムを通って上昇する蒸気は、トレイ床のライザーを通って上昇し、次に下方に向きを変えてキャップの周囲の液体に泡立ちます。 バブルキャップトレイはその設計により、蒸留液がにじみ出たり漏れたりすることがありません。 この設計は、低圧および低温条件での収量に適しています。 ただし、各バブル キャップが同じ効率係数で動作するように、バブル キャップは細心の注意を払って設計および製造される必要があります。 したがって、バブル キャップは、同じ寸法公差で、まったく同一であることが必要です。

図 3. バブルキャップトレイでは、カラムを通って上昇する蒸気が下方に向きを変えて、キャップの周囲の液体中を泡立てます。

Kynar PVDF バブル キャップは、ステンレス鋼や FRP バブル キャップの優れた代替品であるため、低圧および温度で動作する蒸留塔で使用されます。 PVDF バブル キャップは、製品が 130°C (266°F) までの温度に耐えることができ、蒸留塔に使用される溶媒や触媒の大部分に対して不活性であるため、長い動作寿命を実現します。

スコット・ジェンキンス編集

Sachin Upadhye は、インドの Arkema の高性能ポリマー部門のビジネス マネージャーです (電子メール: [email protected])。 彼は化学と塗料技術の両方で大学院の学位を取得しています。 Upadhye は、産業用途と材料選択において 29 年の経験があります。

Himanshu Mistry は、インドの Sangir Plastics で事業開発およびマーケティングの責任者を務めています (電子メール: [email protected])。 彼は工業化学部門で 20 年以上のエンジニアリング経験を持ち、多くのインドの多国籍エンジニアリング会社を率いてきました。