Realita znečistenia paliva
Destilačné kolóny na etanol produkujú palivový -alebo nápojový- etanol, pričom sa oddeľuje od vody, metanolu a vyšších alkoholov, ktoré sa súhrnne nazývajú tavné oleje-propanol, butanol, amylalkohol a príbuzné zlúčeniny. Varák na základni kolóny ohrieva zmes etanolu-vody a odparuje prchavé zložky. Príbuzné oleje, ktoré sú menej prchavé ako etanol, sa koncentrujú vo varáku.
Pritavené oleje sú čiastočne rozpustné v zmesi horúceho etanolu-vody, ale pri zmene teploty alebo zloženia tvoria samostatnú lepkavú organickú fázu. Táto organická fáza sa usadzuje na povrchoch výmenníka tepla vo varáku, čím sa znižuje prenos tepla a dochádza k znečisteniu zariadenia. Usadeniny sú mastné, viskózne a ťažko sa odstraňujú-, odolávajú umývaniu vodou a vyžadujú čistenie rozpúšťadlom alebo horúcou zásadou.
Výmenníky tepla z PTFE odolávajú usadzovaniu spaľovacieho oleja prostredníctvom svojho nepolárneho- povrchu. Príbuzné oleje, ktoré sú nepolárne organické zlúčeniny, sa viažu na kovové povrchy prostredníctvom van der Waalsových síl a povrchovej zmáčavosti. Nízka povrchová energia PTFE znamená, že tavné oleje nezmáčajú povrch. Zostávajú skôr ako samostatné kvapôčky v kvapaline, než aby sa rozptýlili do zanášacieho filmu.
Mechanizmus organickej depozície
Na kovovom povrchu varáku sa fuselové oleje zmáčajú a šíria. Vysoká povrchová energia kovu (40-50 mN/m) podporuje šírenie nízkoenergetických tavných olejov (povrchové napätie 22-28 mN/m). Natieraný film je stabilný - rozdiel povrchovej energie uprednostňuje olejový film na kovovom povrchu. Film sa časom vytvára, pričom obsahuje ďalšie organické nečistoty a vytvára vrstvu vodného kameňa.
Nanesená organická vrstva je chemicky komplexná. Zahŕňa tavné oleje, estery, organické kyseliny a produkty polymerizácie. Vrstva stmavne a stvrdne pri pokračujúcom zahrievaní, čím sa postupne ťažšie odstraňuje.
Povrchová energia PTFE (18-20 mN/m) je nižšia ako pri spaľovacích olejoch. Oleje nezmáčajú povrch - kontaktný uhol je veľký, olej sa skôr guľôčky než roztečie. Guľôčky sú uvoľnené prúdiacou kvapalinou. Povrch zostane čistý.
| Parameter znečistenia palivovým olejom | Nerezová oceľ | Meď | PTFE |
|---|---|---|---|
| Povrchová energia (mN/m) | 40-50 | 40-50 | 18-20 |
| Zmáčanie tavným olejom | Úplné rozloženie | Dokončiť | Žiadne zmáčanie (perličky) |
| Priľnavosť organických šupín (relatívna) | 1,0 (základná hodnota) | 0.9-1.1 | 0.05-0.1 |
| Spôsob čistenia | Horúca žieravina + rozpúšťadlo | Horúca žieravina | Jednoduché opláchnutie |
| Frekvencia čistenia | 2-4 týždne | 2-4 týždne | 3-6 mesiacov |
Tepelná stabilita prostredníctvom čistiaceho cyklu
Etanolové varáky sa čistia horúcim 2-5% hydroxidom sodným, ktorý zmydelní mastné kyseliny a rozptýli organické usadeniny. Čistenie žieravinou je účinné, ale napáda meď, tradičný materiál rúrok varáku. Nehrdzavejúca oceľ toleruje žieraviny, ale počas opakovaných cyklov dochádza k zdrsňovaniu povrchu, čo urýchľuje ďalšie znečistenie.
PTFE je odolný voči horúcim žieravinám. Čistiaci roztok nemá žiadny vplyv na povrch. Dokonca aj po rokoch žieravého čistenia zostáva povrch PTFE hladký a-nepriľnavý. Odolnosť voči zanášaniu sa procesom čistenia nezníži.
Zachovanie energetickej účinnosti
Vodivý kameň na povrchu varáku má tepelnú vodivosť približne 0,15-0,25 W/m·K-v porovnaní s PTFE. Vrstva vodného kameňa s hrúbkou 2-3 mm na kovovom povrchu viac ako zdvojnásobuje celkový tepelný odpor, znižuje účinnosť varáku a zvyšuje spotrebu pary. Výmenník PTFE, ktorý udržiava čistý povrch, pracuje s navrhovanou účinnosťou bez straty energie spôsobenej vodným kameňom.
Zhrnutie
Výmenníky tepla z PTFE odolávajú usadzovaniu tavného oleja v destilačných kotloch na etanol vďaka svojmu nízko{0}}energetickému,- nezmáčavému povrchu. Fuel oil guľôčky, skôr než šírenie do špinavého filmu. Frekvencia čistenia klesá z 2-4 týždňov na 3-6 mesiacov. Cyklus čistenia žieravinou neznehodnocuje povrch PTFE. Stabilný čistý povrch udržuje účinnosť varáku a znižuje spotrebu energie. Na výrobu etanolu poskytuje PTFE vykurovací povrch varáku odolný voči znečisteniu.
Technická podpora pre špecifikáciu výmenníka tepla PTFE vo varáku na etanol je k dispozícii po predložení zloženia spaľovacieho oleja, prevádzkovej teploty, aktuálnej frekvencie čistenia a údajov o spotrebe energie.
