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Modelado y simulación avanzado aplicado a procesos de Refinación
física y Desodorización
Marcelo Usseglio , Process Simulation Manager, ProSimTechs , USA Doctorando en Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ingeniería, Argentina
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Tendencia a reducir costos operativos (OpEx) para mejorar el margen de rentabilidad, analizando 4 puntos claves de la operación: - Mejorar el rendimiento de aceite procesado (Perdidas de aceite refinado) - Reducir el costo energético (ej consumo de vapor) - Valorizar los subproductos (destilados) - Minimizar los efluentes líquidos
Mercado de commodities
Proceso de Desodorización
La Desodorización es por lejos la etapa de mayor consumo energético (consumo de vapor) a lo largo de todo el proceso de Refinación de aceites. También es, la ultima etapa critica en términos de parámetros de calidad claves en el aceite final.
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Remover ácidos grasos libres? Remover peróxidos, aldehídos y cetonas ?
Qué queremos obtener de un Desodorizador ? Calidad
Deseamos obtener un objetivo dado de concentración de tocoferoles en el aceite RBD? Deseamos maximizar la concentración de tocoferoles en el destilado ?
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Todos los Desodorizadores tienen el mismo desempeño ?
Bandeja de borboteo
Bandeja de
bombas
mammouth
Relleno
estructurado
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Procesamos compuestos complejos en el aceite?
TRIGLICERIDO
MONOGLICERIDO
DIGLICERIDO b-SITOSTEROL
ACIDO OLEICO
a-TOCOFEROL
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Flujo a contracorriente
VAPOR STRIPPING
ACEITE ENTRADA
VAPOR + DESTILAODS
SALIDA ACEITE
Termodinámica: temperatura, presión, composición
Transferencia de masa: composición, tiempo, equipamiento
Hidráulica (caída de presión): composición, equipamiento
Reacciones: hidrolisis glicéridos , degradación de tocoferoles, isomerización cis-trans
Arrastre liquido/vapor: arrastre mecánico de gotas de aceite a la corriente vapor
Flujo cruzado
COLUMNA CON
RELLENO
COLUMNA DE
BANDEJAS
VAPOR STRIPPING
ENTRADA ACEITE
SALIDA ACEITE
VAPOR + DESTILAODS
Fenómenos involucrados
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Li,j-1 xi,j-1 HLj-1 TLj-1
Li,j xi,j HLj TLj
FVi,j , HVFj
Vj xi,j HVj TVj
F Vi,j , HV Fj
Vj xi,j HVj TVj
Li,j xi,j HLj TLj
Una interface (liquido- vapor), en donde “el trafico”
de compuestos y energía ocurre
Liquido
Vapor xI
yI
N
E Interface
xB
yB
Li,j-1 xi,j-1 HLj-1 TLj-1
Conceptos teóricos
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𝑎𝑎𝑗𝑗 = 𝑎𝑎′ℎ𝐴𝐴𝐶𝐶 𝑎𝑎′ = area especifica del relleno (m2/m3) ℎ = altura del relleno (m) 𝐴𝐴𝐶𝐶 = área seccional de la columna (m2)
𝑎𝑎𝑗𝑗 = 𝑎𝑎′ℎ𝐵𝐵𝐴𝐴𝐵𝐵 𝑎𝑎′ = area interfacial de burbujas por volume (m2/m3) ℎ𝐵𝐵 = altura de burbujeo 𝐴𝐴𝐶𝐶 = area efectiva de burbujeo de la bandeja (m2)
Transferencia de masa
Cuanto más alto son aj y kK mejor es la transferencia de masa y mejor es la performance en términos de consumo de vapor de stripping
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𝑎𝑎𝑗𝑗 = area interfacial (m2)
Bandeja de borboteo Relleno estructurado
Estudio de caso
Estudio de Caso
Desodorización y Refinación física con Doble Scrubber de aceite de soja
desgomado y blanqueado Capacidad 1000 TPD
Maximización de ingresos por venta
de destilados ricos en tocoferoles
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Desodorización/Refinación Física aceite de soja
High pressure
boiler
Sparging steam
Inlet oil pump
Bleached soybean oil
Deareator tank
Stripping
Outlet oil pump
Deodoriser
Cold Scrubbing
FAD circulating
pump
CWS
FAD Cooler
CWR
FAD collecting
tankFinal
heating
CWS
CWR
Economiser
Final cooler
Deodorised soybean oil
Natural gas
Combustion gas
Degummed soybean oil
Degummed soybean oil
Heat recovery
FAD
Vacuum system
TOD circulating
pump
CWS
TOD Cooler
CWR
TOD collecting
tank
TOD
Hot Scrubbing
SECCION DE SRUBBING
SECCION DE STRIPPING
SECADO
Estudio de caso Diagrama de Flujo de Procesos típico
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Desodorización/Refinación Física aceite de soja
Modelo de Simulación de Procesos
Estudio de caso
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VACUUM SYSTEM SCRUBBING SECTION
STRIPPING SECTION
Desodorización/Refinación Física aceite de soja
Estudio de caso
La temperatura de condensación establecida en el scrubber caliente esta en el Punto optimo de temperatura ?
Como analizarlo ?
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Maximización de concentración de tocoferoles y cantidad de destilado obtenida
en el Primer Scrubber (caliente)
Diagrama de Flujo Simplificado
Desodorización/Refinación Física aceite de soja Estudio de caso
Mass flowrate 45.7 Kg/h1.07 Kg/Tn
TOCOPHEROL ENRICHED DISTILLATE
a-Tocopherol 13.96 mass %Temperature 162.00 °C
Temperatura de condensación Hot Scrubber = 162 °C
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Punto optimo de condensación
de destilados del Hot Scrubber ??
Curvas de Condensación en Hot Scrubber
Zona de máxima Concentración de
Tocoferoles en TOD
Estudio de caso
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Vacuum 3 mbarStripping steam 10 kg/Tn
Desodorización/Refinación Física aceite de soja
Equilibrio de fases en la corriente gaseosa a
condensar, muestra un pico de concentración
másica tocoferoles en la fase liquida
Desodorización/Refinación Física aceite de soja Estudio de caso
Diagrama de Flujo Simplificado
Mass flowrate 81.2 Kg/h1.91 Kg/Tn
TOCOPHEROL ENRICHED DISTILLATE
a-Tocopherol 14.12 mass %Temperature 152.00 °C
Temperatura de condensación Hot Scrubber = 152 °C
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Temperatura menor, pero
misma concentración de tocoferoles.
Cual es el punto optimo ?
Temperatura de Hot Scrubber y cantidad de destilado
Estudio de caso
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Mass flowrate 42500 kg / hpalmitic acid 0.10 mass %stearic acid 0.10 mass %Oleic acid 0.35 mass %Linoleic acid 0.40 mass %Linolenic acid 0.02 mass %Water 0.05 mass %a-Tocopherol 0.12 mass %TAG unsat 96.75 mass %MAG unsat 0.05 mass %DAG unsat 1.80 mass %Sitosterol 0.26 mass %
DEGUMMED SOYBEAN OILVacuum 3.0 mbarTemperature 258.7 ºC
Vacuum 4.0 mbarTemperature 257.9 ºC
TOP DEODORISING CONDITIONS
TOP STRIPPING CONDITIONS
Mass flowrate 425 Kg/h10.00 Kg/Tn
STRIPPING STEAM
A medida que la temperatura de condensación en el Hot
Scrubber disminuye, la cantidad de destilado obtenida
disminuye
Desodorización/Refinación Física aceite de soja
Análisis de costo operativo (OpEx) Estudio de caso
Diferencia de Ingreso por ventas de Destilados ricos en tocoferoles Valor de mercado supuesto = U$S 3.500 por Tn de destilado Capacidad de procesamiento = 1.000 TPD Días de operación = 330 d/año
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Con Temperatura Scrubber Caliente = 162 °C Concentración de tocoferoles = 14 % masa Cantidad obtenida = 1,07 kg/Tn Ingresos anual = U$S 1.235.850 Ingresos mes = U$S 112.350
Con Temperatura Scrubber Caliente = 152 °C Concentración de tocoferoles = 14 % masa Cantidad obtenida = 1,91 kg/Tn Ingresos anual = U$S 2.206.050 Ingresos mes = U$S 200.550
Diferencia Ingresos anual = U$S 970.200 Diferencia Ingresos mes = U$S 88.200 30 d/mes
Resumen. Conclusiones
La Desodorización/Refinación Física es un proceso complejo desde el punto de vista del procesos de stripping (transferencia de masa).
Es muy importante conocer la composición del aceite, dado que impacta en las características de los destilados (conc. de tocoferoles en TOD).
La calidad de las corrientes de salida (destilado caliente) son muy sensibles a las condiciones de proceso (temperatura de Hot Scrubber).
La configuración y el tipo de equipamiento impactan en la obtención de una calidad de producto dada.
El Modelado y Simulación de Procesos es una herramienta potente y muy valiosa para predecir y analizar diferentes escenarios de procesamiento, poder tomar una decisión de procesos apropiada.
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Gracias por su asistencia!!
Marcelo Usseglio Process Simulation Manager ProSimTechs prosimtechs.com [email protected]
Process Optimization Process Simulation