Optimización de una torre Stripper de vapor para la recuperación de Ciclohexanona y Ciclohexanol de efluentes acuosos

Abstract

[ES] La producción de ciclohexanona mediante la oxidación de ciclohexano es uno de los principales procesos que participan en la fabricación del nylon. La oxidación de ciclohexano es una reacción con una muy baja selectividad, razón por la cual esta reacción está acompañada de operaciones purificación de ciclohexanona y recuperación de ciclohexano. Estas operaciones son una fuente de residuos en la planta que han de ser tratados para minimizar su impacto medioambiental y conseguir, de ser posible, un valor añadido a partir de su reciclado o reutilización. Uno de los residuos producidos es un efluente acuoso contaminado de Compuestos Orgánicos Volátiles entre los que destaca un contenido de 1% de ciclohexanona y 1,1% de ciclohexanol. Actualmente, la planta de UBE Corporation Europe cuenta con un proceso de recuperación de COVs a partir de este efluente acuoso, sin embargo, debido a problemas operacionales, este proceso lleva fuera de servicio por casi una década. En el presente trabajo, se ha realizado un diagnóstico de las razones del mal funcionamiento y se han propuesto mejoras en el diseño para conseguir la optimización y mejor aprovechamiento de los recursos en el proceso de recuperación de COVs. El tratamiento de los efluentes acuosos se realiza mediante una torre stripper de vapor la cual está formada por una columna de relleno empacado y un reboiler. Tras su paso por la torre se obtiene por cabeza una fase orgánica y una fase acuosa que se recircula a la torre, y por fondos se extrae agua limpia. Las modificaciones propuestas en el diseño pretenden la optimización del proceso de recuperación de los COVs, el ahorro en el consumo de vapor de calefacción y la reutilización del agua limpia de orgánicos extraída por fondos de la torre en la propia planta de producción de nylon. La optimización se consigue ajustando las variables del proceso manipulables hacia el punto óptimo de recuperación de orgánicos y consumo de recursos. Para el ahorro de vapor se ha diseñado un sistema de precalentamiento de la corriente alimentada a la torre empleando los vapores extraídos por la cabeza de la torre aprovechando su calor latente. Para la reutilización del agua se ha diseñado una conducción que la recircula hacia una conducción de agua utilizada para la dilución de ácidos orgánicos.

[CA] La producció de ciclohexanona mitjançant l'oxidació de ciclohexà és un dels principals processos que participen a la fabricació del niló. L'oxidació de ciclohexà és una reacció amb una selectivitat molt baixa, raó per la qual aquesta reacció està acompanyada d'operacions purificació de ciclohexanona i recuperació de ciclohexà. Aquestes operacions són una font de residus a la planta que han de ser tractats per minimitzar-ne l'impacte mediambiental i aconseguir, si és possible, un valor afegit a partir del seu reciclatge o reutilització. Un dels residus produïts és un efluent aquós contaminat de Compostos Orgànics Volàtils entre els que destaca un contingut de 1% de ciclohexanona i 1,1% de ciclohexanol. Actualment, la planta d'UBE Corporation Europe compta amb un procés de recuperació de COVs a partir d'aquest efluent aquós, però, a causa de problemes operacionals, aquest procés és fora de servei per gairebé una dècada. En aquest treball, s'ha realitzat un diagnòstic de les raons del mal funcionament i s'han proposat millores en el disseny per aconseguir l'optimització i el millor aprofitament dels recursos en el procés de recuperació de COVs. El tractament dels efluents aquosos es realitza mitjançant una torre stripper de vapor la qual està formada per una columna de farciment empacat i un reboiler. Del proces s’extrau pel cap de la torre una fase orgànica y una aquosa que es recircula y pel Fons de la torre se extrau aigua limpia. Les modificacions proposades en el disseny pretenen optimitzar la recuperació dels COVs, l'estalvi en el consum de vapor de calefacció i la reutilització de l'aigua neta d'orgànics extreta pel fons de la torre a la planta de producció de niló. L´optimització s´aconsegueix ajustant les variables del procés manipulables cap al punt òptim de recuperació d´orgànics i consum de recursos. Per a l'estalvi de vapor s'ha dissenyat un sistema de preescalfament del corrent alimentat a la torre emprant els vapors extrets pel cap de la torre aprofitant-ne el seu calor latent. Per reutilitzar l'aigua s'ha dissenyat una conducció que la recircula cap a una conducció d'aigua utilitzada per diluir àcids orgànics.

[EN] The production of cyclohexanone through the oxidation of cyclohexane is one of the main processes involved in the manufacture of nylon. The oxidation of cyclohexane is a reaction with a very low selectivity, which is why this reaction is accompanied by cyclohexanone purification and cyclohexane recovery operations. These operations are a source of waste at the plant that must be treated to minimize its environmental impact and achieve, if possible, added value from its recycling or reuse. One of the residues produced is an aqueous effluent contaminated with Volatile Organic in which a content of 1% cyclohexanone and 1.1% cyclohexanol stands out. Currently, UBE Corporation Europe plant has a VOC recovery process from this aqueous effluent, however, due to operational problems, this process has been out of service for almost a decade. In the present work, a diagnosis of the reasons for the malfunction has been made and improvements in the design have been proposed to achieve optimization and better use of resources in the VOC recovery process. The treatment of the aqueous effluents is carried out by means of a steam stripper tower which is formed by a packed column and a reboiler. After the process, an organic phase and an aqueous phase, that will be recirculated to the tower, is extracted from the top of the tower and clean water will be extracted from the bottom of the tower. The modifications proposed in the design aim to optimize the recovery of VOCs, savings in the consumption of heating steam and the reuse of clean water extracted in the nylon production plant itself. Optimization is achieved by adjusting the process variables towards the optimal point of organic recovery and resource consumption. To save steam, a preheating system for the current fed to the tower has been designed, using the vapors extracted from the head of the tower, taking advantage of its latent heat. For the reuse of water, a pipeline has been designed to recirculate it towards a water pipeline used for the dilution of organic acids.