A indústria química é extremamente diversificada, com mais de 60.000 produtos conhecidos, e as substâncias químicas podem influenciar a seleção, estrutura ou design dos materiais das válvulas. Tal como acontece com todos os setores industriais, projetar e fabricar válvulas para aplicações químicas requer a consideração de fatores como operação de processo segura, eficiente e confiável.
Setor Petroquímico e de Polímeros
Na indústria química, os produtos petroquímicos representam um dos maiores segmentos de mercado, abrangendo olefinas (etileno, propileno, butadieno) e aromáticos (benzeno, tolueno, xileno). Estes são usados para fabricar uma ampla gama de produtos, como o etileno produzido por meio de craqueamento a vapor, que é posteriormente polimerizado para produzir polietileno e outros derivados à base de etileno.
Antes do etileno entrar na zona fria, ele normalmente é seco usando peneiras moleculares. As válvulas ao redor desses leitos de secagem estão sujeitas a diversas condições térmicas durante os ciclos de adsorção e regeneração. Na zona fria, as válvulas devem suportar baixas temperaturas e altas quedas de pressão. Para controle de gás combustível, as válvulas globo são a solução primária; no entanto, as válvulas esfera segmentadas também apresentam uma alternativa viável quando o fator de faixa ajustável é levado em consideração. Dentro da zona fria, são necessárias válvulas capazes de lidar com aplicações de baixa temperatura e alta queda de pressão. Aqui, válvulas globo equipadas com internos multiestágio são empregadas para ajudar a eliminar ruído e cavitação.
Componentes internos da válvula anticavitação multiestágio para válvulas globo
As válvulas esfera com sede metálica são a solução ideal para secadores em unidades de craqueamento a vapor. Essas válvulas podem lidar com flutuações significativas de temperatura e ciclos frequentes. Em comparação com outros designs de válvula, as válvulas rotativas são fáceis de operar, apresentam uma estrutura compacta e oferecem múltiplas opções direcionais.
O processo de polimerização envolve o manuseio de meios fluidos contendo resíduos de polímero, resina e catalisador. Esses fluidos se acumulam nas cavidades das válvulas, prejudicando a funcionalidade das válvulas e causando interrupções no processo que resultam em perdas significativas para a planta. Além disso, contagens elevadas de ciclos (até 1,5 milhões de ciclos anualmente) representam um grande desafio. As válvulas que circundam os sistemas catalíticos que manuseiam catalisadores secos enfrentam corrosão severa dos componentes internos. Lidar com emissões fugitivas e vazamentos nos assentos também é fundamental devido a preocupações ambientais e de segurança.
Da mesma forma, as válvulas esfera com sede metálica e características de sede anti-sólida proporcionam excelente desempenho. O design da sede anti-sólida ajuda a evitar a entrada de mídia na área da sede. O contato firme entre o corpo da válvula e a sede, combinado com um design de sede raspante, auxilia na remoção de partículas acumuladas. Consequentemente, as válvulas de esfera segmentadas mostram-se altamente eficazes para pastas de polímeros.
Válvula de esfera com sede resistente a sólidos e gaxeta com carga dinâmica
Unidades aromáticas que lidam com meios convencionais, como o paraxileno, podem depositar-se nas superfícies das válvulas, aumentando o atrito e acelerando o desgaste. Em certos processos de separação, as válvulas passam por ciclos frequentes de abertura e fechamento, exigindo um controle preciso. As soluções típicas incluem válvulas esfera com sede metálica e designs de sede raspadora, bem como válvulas esfera segmentadas e válvulas macho rotativas excêntricas com materiais de revestimento especializados para resistir à erosão severa. As válvulas borboleta de deslocamento triplo também são adequadas para soluções em processos de extração de benzeno e tolueno.
Setor de fertilizantes e agroquímicos
No sector dos produtos químicos agrícolas, os fertilizantes azotados representam mais de 50% da quota de mercado, sendo o amoníaco um componente chave. A síntese de amônia requer nitrogênio e hidrogênio. Uma mistura de hidrogênio dos reformadores a vapor e nitrogênio entra no circuito de síntese, onde sofre compressão em dois estágios até uma pressão de síntese de 2.200-4.400 psi (150-300 bar). O processo de conversão de amônia exige um equilíbrio de temperatura e pressão. Para garantir a eficácia do catalisador, é necessária uma temperatura de 400°C (750°F).
Altas temperaturas e pressões de hidrogênio e amônia representam um grande desafio para qualquer válvula. Dada a toxicidade do meio processado, o controle das emissões é fundamental. As válvulas borboleta de deslocamento triplo fornecem a solução ideal para isolamento e controle em circuitos de síntese de amônia. Este design minimiza o desgaste e prolonga a vida útil, garantindo um fechamento hermético mesmo sob condições exigentes.
Válvula borboleta tripla excêntrica com sede de metal
O uso de sedes de válvula de metal duro reduz o desgaste e permite taxas de fluxo em velocidade ultra-alta. Essas sedes são normalmente intercambiáveis sem a necessidade de desmontagem da placa da válvula e do eixo. As vedações da haste sob carga dinâmica são equipamentos padrão e as válvulas passam por testes de incêndio e certificação de desligamento de emergência para atingir o Nível de Integridade de Segurança SIL3.
A ascensão dos produtos químicos especializados
O rápido crescimento da indústria solar aumentou significativamente a procura de painéis fotovoltaicos, com o polissilício servindo como matéria-prima crítica. O polissilício é há muito tempo um componente chave na fabricação de semicondutores. O processo típico de produção de polissilício usa SiO₂ (areia de quartzo) como matéria-prima para produzir silício de grau metalúrgico, também conhecido como MG-Si. MG-Si é obtido em forno elétrico a arco na presença de carbono. Neste processo, matérias-primas, produtos intermediários e subprodutos incluem silício em pó, cloro gasoso, hidrogênio gasoso, cloreto de hidrogênio, triclorossilano, diclorossilano e cloreto de silício. O hidrogênio e o triclorossilano são inflamáveis, o cloreto de hidrogênio é altamente corrosivo e o tetracloreto de silício é extremamente tóxico. Conseqüentemente, os projetos de válvulas devem lidar com esses meios especializados, particularmente o pó de silício altamente abrasivo. Todos esses produtos químicos exigem captura e recuperação para minimizar o consumo de matéria-prima e aumentar a eficiência geral.
A operação da haste rotativa, a gaxeta sob carga dinâmica e o projeto de segurança contra incêndio inerente devem estar em conformidade com todos os padrões atuais de emissão e segurança contra incêndio. As válvulas esfera de sede macia apresentam um design de vedação de lábio flexível em polímero com PTFE molecularmente reforçado como material da sede, fornecendo uma solução de longo prazo mesmo sob operação de ciclo alto.
Processos químicos inorgânicos de alta demanda
O dióxido de titânio (TiO₂) é outra aplicação com requisitos rigorosos de válvula. Este material é comumente usado como pigmento branco na fabricação de tintas, papel, plásticos, borracha, cerâmica e têxteis. O dióxido de titânio é produzido a partir de ilmenita ou minério de rutilo natural ou sintético. O processo de ácido sulfúrico úmido normalmente utiliza matéria-prima à base de ilmenita, enquanto o processo de cloreto de alta temperatura geralmente emprega matéria-prima à base de rutilo.
Todo o processo de produção expõe as válvulas a altas temperaturas, lamas abrasivas e ambientes corrosivos. As válvulas esfera com sede de metal com revestimentos de metal duro e sedes de fole são adequadas para aplicações de fechamento em altas temperaturas. Ao manusear lamas abrasivas, as válvulas de manga flexível para serviços pesados com tecnologia avançada de elastômero são a escolha ideal para aplicações de fechamento e controle dentro do sistema. A controlabilidade é ainda melhorada através de mangas cônicas e posicionadores inteligentes, contribuindo para intervalos de manutenção estendidos e custos de manutenção significativamente reduzidos.
Válvula de manga flexível
O cloro-álcali também é uma das aplicações desafiadoras para válvulas. O cloro é liquefeito para armazenamento e transporte e depois vaporizado para processamento. Para cloro líquido, são recomendadas válvulas com corpos de válvula CS e componentes internos em liga Monel. Válvulas borboleta de duplo deslocamento com gaxeta sob carga dinâmica são normalmente usadas para evitar vazamentos fugitivos.
O processo de conversão de cloro líquido em vapor requer a aplicação de calor sob condições controladas, sendo a temperatura do vapor gerado na seção do vaporizador mantida pela regulação de água quente ou vapor. Embora as válvulas esféricas com extremidade rosqueada sejam usadas para a maioria das válvulas de drenagem e válvulas de isolamento, as válvulas esféricas rotativas são empregadas quando a regulação de temperatura é necessária.
Além disso, válvulas de esfera, válvulas borboleta e válvulas de diafragma revestidas com PFA são amplamente utilizadas na preparação de salmoura e na produção de soda cáustica para evitar corrosão.
