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 mcu@prosimtechs.com

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