De realiteit van foezelolievervuiling
Ethanoldestillatiekolommen produceren ethanol van brandstof-{0}}kwaliteit of drank--kwaliteit en scheiden dit van water, methanol en de hogere alcoholen die gezamenlijk foezeloliën-propanol, butanol, amylalcohol en verwante verbindingen worden genoemd. De herverdamper aan de onderkant van de kolom verwarmt het ethanol-watermengsel, waardoor de vluchtige componenten verdampen. De foezeloliën, die minder vluchtig zijn dan ethanol, concentreren zich in de herverdamper.
Foezeloliën zijn gedeeltelijk oplosbaar in het hete ethanol-watermengsel, maar vormen een aparte, kleverige organische fase wanneer de temperatuur of samenstelling verandert. Deze organische fase zet zich af op de oppervlakken van de warmtewisselaar van de herverdamper, waardoor de warmteoverdracht wordt verminderd en de apparatuur vervuild raakt. De afzettingen zijn olieachtig, stroperig en moeilijk te verwijderen-ze zijn bestand tegen wassen met water en vereisen oplosmiddelen of warme alkalische reiniging.
PTFE-warmtewisselaars zijn bestand tegen de afzetting van foezelolie via hun niet-polaire oppervlak. De foezeloliën, die niet-polaire organische verbindingen zijn, hechten zich aan metalen oppervlakken door middel van Van der Waals-krachten en oppervlaktebevochtiging. De lage oppervlakte-energie van PTFE betekent dat de foezeloliën het oppervlak niet bevochtigen. Ze blijven als afzonderlijke druppels in de vloeistof achter en verspreiden zich niet in een vuilfilm.
Het organische afzettingsmechanisme
Op het oppervlak van een metalen reboiler wordt de foezeloliën nat en verspreid. De hoge oppervlakte-energie van het metaal (40-50 mN/m) bevordert de verspreiding van de foezeloliën met lagere-energie (oppervlaktespanning 22-28 mN/m). De uitgespreide film is stabiel; het verschil in oppervlakte-energie bevordert de oliefilm op het metalen oppervlak. De film bouwt zich in de loop van de tijd op, waarbij andere organische onzuiverheden worden opgenomen en een kalklaag wordt gevormd.
De afgezette organische laag is chemisch complex. Het omvat foezeloliën, esters, organische zuren en polymerisatieproducten. De laag wordt donkerder en verhardt bij voortdurende verwarming, waardoor het steeds moeilijker wordt om te verwijderen.
De oppervlakte-energie van PTFE (18-20 mN/m) is lager dan die van foezeloliën. De oliën bevochtigen het oppervlak niet; de contacthoek is hoog, de oliën parelen in plaats van zich te verspreiden. De kralen worden losgemaakt door de stromende vloeistof. Het oppervlak blijft schoon.
| Parameter voor olievervuiling van de fusel | Roestvrij staal | Koper | PTFE |
|---|---|---|---|
| Oppervlakte-energie (mN/m) | 40-50 | 40-50 | 18-20 |
| Foezelolie bevochtiging | Volledige verspreiding | Compleet | Geen bevochtiging (kralen) |
| Hechting aan organische aanslag (relatief) | 1,0 (basislijn) | 0.9-1.1 | 0.05-0.1 |
| Reinigingsmethode | Heet bijtend + oplosmiddel | Heet bijtend | Eenvoudig afspoelen |
| Reinigingsfrequentie | 2-4 weken | 2-4 weken | 3-6 maanden |
De thermische stabiliteit tijdens de reinigingscyclus
Ethanolherverdampers worden gereinigd met heet 2-5% natriumhydroxide, dat de vetzuren verzeept en de organische afzettingen verspreidt. De bijtende reiniging is effectief, maar tast koper aan, het traditionele materiaal van de reboilerbuis. Roestvast staal tolereert de bijtende stoffen, maar ontwikkelt bij herhaalde cycli een opruwing van het oppervlak, waardoor verdere vervuiling wordt versneld.
PTFE is immuun voor hete bijtende stoffen. De reinigingsoplossing heeft geen effect op het oppervlak. Zelfs na jarenlang bijtend reinigen blijft het PTFE-oppervlak glad en niet-klevend. De vervuilingsweerstand wordt niet aangetast door het reinigingsproces.
Het behoud van energie-efficiëntie
Foezelolieaanslag op het oppervlak van de herverdamper heeft een thermische geleidbaarheid van ongeveer 0,15-0,25 W/m·K-vergelijkbaar met PTFE. Een kalklaag van 2-3 mm op een metalen oppervlak verdubbelt de totale thermische weerstand meer dan, waardoor de efficiëntie van de reboiler wordt verminderd en het stoomverbruik toeneemt. De PTFE-wisselaar zorgt voor een schoon oppervlak en werkt met de ontworpen efficiëntie zonder de door schaal veroorzaakte energieboete.
Samenvatting
PTFE-warmtewisselaars zijn bestand tegen aanslag van foezelolie in reboilers voor ethanoldestillatie dankzij hun -energiearme,- niet-bevochtigende oppervlak. De foezeloliën parelen in plaats van zich uit te strekken tot een vuilfilm. De schoonmaakfrequentie daalt van 2-4 weken naar 3-6 maanden. De bijtende reinigingscyclus tast het PTFE-oppervlak niet aan. Het stabiele, schone oppervlak handhaaft de efficiëntie van de reboiler en vermindert het energieverbruik. Voor de productie van ethanol biedt PTFE een aangroeibestendig verwarmingsoppervlak voor de herverdamper.
Technische ondersteuning voor de PTFE-warmtewisselaarspecificatie van de ethanolherverdamper is beschikbaar na indiening van de samenstelling van de fuselolie, de bedrijfstemperatuur, de huidige reinigingsfrequentie en gegevens over het energieverbruik.
