Bouchons à bulles en PVDF pour colonnes de distillation

1 juin 2023 | Par Sachin Upadhye, Arkema ; et Himanshu Mistry, Sangir Plastics

Les composants en polymère dans les plateaux de colonnes peuvent éviter les problèmes associés à la corrosion des équipements métalliques

Gujarat Alkalies & Chemicals Ltd. (GACL) – un important producteur de produits chimiques dans l’État du Gujarat, dans l’ouest de l’Inde – était confronté à des problèmes de corrosion avec ses colonnes de distillation. Dans les applications de traitement chimique, les colonnes de distillation sont souvent utilisées pour séparer et récupérer les solvants et les acides. Bien que ces produits chimiques varient, de nombreux systèmes de distillation rencontrent des problèmes de corrosion s'ils ne sont pas conçus correctement pour des applications à long terme. Ces colonnes utilisent généralement des composants métalliques, mais les conditions acides difficiles requises pour cette application ne convenaient pas aux métaux. Et même si les métaux peuvent supporter des températures élevées et avoir une bonne résistance physique, ils peuvent être sensibles aux attaques rapides dues à des conditions acides et aux changements rapides de concentration d’acide. Dans les cas où des acides forts sont présents et lorsque les concentrations d'acide peuvent changer au sein du système, les composants polymères peuvent constituer une option viable pour prévenir la corrosion et éviter la rouille. Cette étude de cas décrit un projet dans lequel les capuchons à bulles métalliques des plateaux de colonnes de distillation ont été remplacés par des capuchons à bulles fabriqués à partir de résine de fluorure de polyvinylidène (PVDF) (Figure 1) dans le but de résoudre les problèmes de corrosion des capuchons métalliques dans une usine d'acide phosphorique.

FIGURE 1. Les bouchons à bulles pour plateaux de distillation fabriqués à partir de résine de fluorure de polyvinylidène (PVDF) peuvent être une option viable dans les cas où les composants métalliques sont sujets à une attaque acide.

L'objectif principal de la colonne de distillation est de séparer, récupérer et éliminer les composés organiques volatils (COV), les solvants et autres substances plus légères que l'eau, qui peuvent être présents dans le flux. Pendant de nombreuses années, les colonnes de distillation ont utilisé des capsules à bulles en acier inoxydable SS-304 et SS-316, mais les capsules à bulles en acier inoxydable se corrodent en présence de certains produits chimiques, tels que les amines, les chlorures et les cétones, car les zones affectées par la chaleur ont tendance à subir des fissures par corrosion sous contrainte d'amine ou de corrosion sous contrainte de chlorure, même à des températures plus basses. De plus, les capsules à bulles en acier inoxydable sont plus volumineuses (en poids). Pour cette raison, la colonne de distillation doit être surconçue et les coûts d’investissement sont élevés. Une autre option pour éviter la corrosion consiste à utiliser des capsules à bulles en polymère renforcé de fibres (FRP). Il s'agit d'une solution peu coûteuse, mais elles doivent être fréquemment remplacées en raison du délaminage, ce qui entraîne une fragilisation et une défaillance.

La décision de passer d'une construction métallique au PVDF a été motivée par l'utilisation d'acide phosphorique dans les usines. Les systèmes de distillation précédents utilisant des composants métalliques avaient subi de la corrosion, et la résolution du problème était devenue essentielle pour que GACL puisse maintenir l'usine en fonctionnement. Lorsque GACL a cherché à résoudre les problèmes liés à la corrosion dans les colonnes de distillation de son usine d'acide phosphorique de qualité alimentaire, le consultant du projet Worley India lui a recommandé de remplacer les bouchons à bulles métalliques conventionnels dans les plateaux de colonnes par des bouchons à bulles en Kynar PVDF. Sangir Plastiques Pvt. Ltd. est l'un des principaux utilisateurs de la matière première Kynar PVDF et est également l'un des principaux producteurs de produits thermoplastiques personnalisés. Ils ont réussi à fabriquer des capsules à bulles en utilisant des résines Kynar PVDF. Le fabricant auquel les produits ont été fournis était Dolf Industries Pvt. Ltd Vadodara Gujarat.

FIGURE 2. Les composants PVDF peuvent résister à une large gamme de conditions de pH

Le Kynar PVDF est connu pour sa résistance à une large gamme de solvants et d’acides. Les homopolymères Kynar PVDF sont connus pour résister à des valeurs de pH <1 à 12, tandis que les copolymères Kynar Flex PVDF gèrent une plage de pH plus large, de « 1 à 13,5. Les paramètres de fonctionnement dictent l'utilisation de thermoplastiques techniques, tels que le PVDF, et sur la base des conditions de service et des caractéristiques chimiques, le Kynar PVDF a été sélectionné pour ce projet comme matériau de construction le plus approprié et le plus compatible. GACL a réalisé des économies grâce au poids plus léger des matériaux PVDF et a également pu optimiser les conditions critiques du processus en utilisant des températures et des pressions plus basses.