Stvarnost zagađivanja fuzelnog ulja
Kolone za destilaciju etanola proizvode etanol za gorivo- ili za piće-, odvajajući ga od vode, metanola i viših alkohola koji se zajednički nazivaju fuzelna ulja-propanol, butanol, amil alkohol i srodna jedinjenja. Reboiler na bazi kolone zagrijava mješavinu etanola-vode, isparavajući isparljive komponente. Fuselna ulja, koja su manje isparljiva od etanola, koncentrišu se u bojleru.
Fuselna ulja su djelimično rastvorljiva u mešavini vruće etanola-vode, ali formiraju zasebnu, lepljivu organsku fazu kada se temperatura ili sastav promeni. Ova organska faza se taloži na površinama izmjenjivača topline reboilera, smanjujući prijenos topline i prljajući opremu. Naslage su masne, viskozne i teško se uklanjaju-odostoje pranju vodom i zahtijevaju čišćenje rastvaračem ili vrućim alkalnim čišćenjem.
PTFE izmjenjivači topline otporni su na taloženje fuzelnog ulja kroz njihovu ne-polarnu površinu. Fuselna ulja, kao ne-polarna organska jedinjenja, vezuju se za metalne površine putem van der Waalsovih sila i površinskog vlaženja. Niska površinska energija PTFE znači da fuzelna ulja ne vlažu površinu. One ostaju kao diskretne kapljice u tekućini umjesto da se šire u zagađivački film.
Mehanizam organskog taloženja
Na metalnoj površini bojlera, fuzelna ulja se vlažu i šire. Visoka površinska energija metala (40-50 mN/m) potiče širenje niskoenergetskih fuzelnih ulja (površinski napon 22-28 mN/m). Rašireni film je stabilan - razlika u površinskoj energiji favorizira uljni film na površini metala. Film se gradi tokom vremena, ugrađujući druge organske nečistoće i formirajući sloj kamenca.
Nataloženi organski sloj je hemijski složen. Uključuje fuzelna ulja, estre, organske kiseline i proizvode polimerizacije. Sloj potamni i stvrdne uz kontinuirano zagrijavanje, postaje sve teže ukloniti.
Površinska energija PTFE (18-20 mN/m) je niža od fuzelnih ulja. Ulja ne vlaže površinu – kontaktni ugao je visok, ulja se zrnjavaju umjesto da se šire. Perle se pomeraju tekućom tečnošću. Površina ostaje čista.
| Parametar onečišćenja Fusel Oil | nerđajući čelik | Bakar | PTFE |
|---|---|---|---|
| Površinska energija (mN/m) | 40-50 | 40-50 | 18-20 |
| Vlaženje fuzelnog ulja | Potpuno širenje | Završeno | Bez vlaženja (perle) |
| Adhezija organskog kamenca (relativna) | 1.0 (osnovna linija) | 0.9-1.1 | 0.05-0.1 |
| Metoda čišćenja | Vruća kaustika + rastvarač | Hot caustic | Jednostavno ispiranje |
| Učestalost čišćenja | 2-4 sedmice | 2-4 sedmice | 3-6 mjeseci |
Termička stabilnost kroz ciklus čišćenja
Etanol reboileri se čiste vrućim 2-5% natrijum hidroksidom, koji saponifikuje masne kiseline i raspršuje organske naslage. Kaustično čišćenje je efikasno, ali napada bakar, tradicionalni materijal cevi za reboiler. Nehrđajući čelik toleriše nagrizanje, ali razvija hrapavost površine u ponovljenim ciklusima što ubrzava dalje prljanje.
PTFE je imun na vruću kaustiku. Rastvor za čišćenje nema uticaja na površinu. Čak i nakon godina kaustičnog čišćenja, PTFE površina ostaje glatka i ne-neljepljiva. Otpornost na prljanje se ne smanjuje procesom čišćenja.
Očuvanje energetske efikasnosti
Kamenac fuzelnog ulja na površini bojlera ima toplotnu provodljivost od približno 0,15-0,25 W/m·K-uporedivo sa PTFE. Sloj skale od 2-3 mm na metalnoj površini više nego udvostručuje ukupni toplotni otpor, smanjujući efikasnost ponovnog bojlera i povećavajući potrošnju pare. PTFE izmjenjivač, održavajući čistu površinu, radi po svojoj dizajniranoj efikasnosti bez energetske kazne uzrokovane skalom.
Rezime
PTFE izmjenjivači topline otporni su na stvaranje kamenca u fuzelnom ulju u rebojlerima za destilaciju etanola kroz svoju nisko{0}}energetsku površinu koja ne vlaže-. Fuselna ulja se zrnaste umjesto da se šire u film zaprljanja. Učestalost čišćenja opada sa 2-4 sedmice na 3-6 mjeseci. Ciklus kaustičnog čišćenja ne degradira PTFE površinu. Stabilna čista površina održava efikasnost reboiler-a i smanjuje potrošnju energije. Za proizvodnju etanola, PTFE pruža grijaću površinu reboilera otpornu na zaprljavanje.
Inženjerska podrška za specifikaciju PTFE izmjenjivača topline za etanol reboiler dostupna je nakon podnošenja podataka o sastavu fuzelnog ulja, radnoj temperaturi, trenutnoj učestalosti čišćenja i potrošnji energije.
