Η πραγματικότητα της ρύπανσης του καυσαερίου
Οι στήλες απόσταξης αιθανόλης παράγουν αιθανόλη-ποιότητας ή ποτού-καυσίμου, διαχωρίζοντάς την από το νερό, τη μεθανόλη και τις ανώτερες αλκοόλες που ονομάζονται συλλογικά πετρέλαια-προπανόλη, βουτανόλη, αμυλική αλκοόλη και σχετικές ενώσεις. Ο αναβραστήρας στη βάση της στήλης θερμαίνει το μείγμα αιθανόλης-νερού, εξατμίζοντας τα πτητικά συστατικά. Τα πετρέλαια, που είναι λιγότερο πτητικά από την αιθανόλη, συγκεντρώνονται στον αναβραστήρα.
Τα έλαια καυσίμου είναι μερικώς διαλυτά στο ζεστό μίγμα αιθανόλης-ύδατος, αλλά σχηματίζουν μια ξεχωριστή, κολλώδη οργανική φάση όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία ή η σύνθεση. Αυτή η οργανική φάση εναποτίθεται στις επιφάνειες του εναλλάκτη θερμότητας του reboiler, μειώνοντας τη μεταφορά θερμότητας και ρυπάνοντας τον εξοπλισμό. Τα ιζήματα είναι λιπαρά, παχύρρευστα και είναι δύσκολο να αφαιρεθούν-αντέχουν στο πλύσιμο του νερού και απαιτούν καθαρισμό με διαλύτη ή ζεστό αλκαλικό καθαρισμό.
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE αντιστέκονται στην εναπόθεση λαδιού καυσίμου μέσω της μη-πολικής τους επιφάνειας. Τα πετρέλαια, επειδή είναι μη-πολικές οργανικές ενώσεις, συνδέονται με μεταλλικές επιφάνειες μέσω των δυνάμεων van der Waals και της επιφανειακής διαβροχής. Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια του PTFE σημαίνει ότι τα λιπαντικά καυσίμου δεν διαβρέχουν την επιφάνεια. Παραμένουν ως διακριτά σταγονίδια στο υγρό αντί να εξαπλώνονται σε ένα ρυπαντικό φιλμ.
Ο Μηχανισμός Οργανικής Εναπόθεσης
Σε μια μεταλλική επιφάνεια του λέβητα, τα λάδια πετρελαίου βρέχονται και απλώνονται. Η υψηλή επιφανειακή ενέργεια του μετάλλου (40-50 mN/m) προάγει την εξάπλωση των λαδιών τροφοδοσίας χαμηλότερης-ενέργειας (επιφανειακή τάση 22-28 mN/m). Το φιλμ απλώματος είναι σταθερό - η διαφορά ενέργειας της επιφάνειας ευνοεί το φιλμ λαδιού στη μεταλλική επιφάνεια. Η μεμβράνη δημιουργείται με την πάροδο του χρόνου, ενσωματώνοντας άλλες οργανικές ακαθαρσίες και σχηματίζοντας ένα στρώμα αλάτων.
Το εναποτιθέμενο οργανικό στρώμα είναι χημικά πολύπλοκο. Περιλαμβάνει πετρέλαια, εστέρες, οργανικά οξέα και προϊόντα πολυμερισμού. Το στρώμα σκουραίνει και σκληραίνει με τη συνεχή θέρμανση, καθιστώντας σταδιακά πιο δύσκολο να αφαιρεθεί.
Η επιφανειακή ενέργεια του PTFE (18-20 mN/m) είναι χαμηλότερη από τα λιπαντικά καυσίμων. Τα λάδια δεν βρέχουν την επιφάνεια - η γωνία επαφής είναι υψηλή, τα λάδια σφαιρίδια αντί να απλώνονται. Τα σφαιρίδια απομακρύνονται από το ρέον υγρό. Η επιφάνεια παραμένει καθαρή.
| Παράμετρος ρύπανσης λαδιού καυσίμου | Ανοξείδωτο ατσάλι | Χαλκός | PTFE |
|---|---|---|---|
| Επιφανειακή ενέργεια (mN/m) | 40-50 | 40-50 | 18-20 |
| Διαβροχή λαδιού καυσίμου | Πλήρης εξάπλωση | Πλήρης | Χωρίς διαβροχή (χάντρες) |
| Προσκόλληση οργανικής κλίμακας (σχετική) | 1.0 (βασική γραμμή) | 0.9-1.1 | 0.05-0.1 |
| Μέθοδος καθαρισμού | Ζεστό καυστικό + διαλύτης | Ζεστό καυστικό | Απλό ξέβγαλμα |
| Συχνότητα καθαρισμού | 2-4 εβδομάδες | 2-4 εβδομάδες | 3-6 μηνών |
Η θερμική σταθερότητα μέσω του κύκλου καθαρισμού
Οι αναβραστήρες αιθανόλης καθαρίζονται με ζεστό υδροξείδιο του νατρίου 2-5%, το οποίο σαπωνοποιεί τα λιπαρά οξέα και διασκορπίζει τις οργανικές εναποθέσεις. Ο καυστικός καθαρισμός είναι αποτελεσματικός αλλά προσβάλλει τον χαλκό, το παραδοσιακό υλικό του σωλήνα του reboiler. Ο ανοξείδωτος χάλυβας ανέχεται το καυστικό αλλά αναπτύσσει τραχύτητα στην επιφάνεια σε επαναλαμβανόμενους κύκλους που επιταχύνει περαιτέρω τη ρύπανση.
Το PTFE έχει ανοσία στο ζεστό καυστικό. Το διάλυμα καθαρισμού δεν έχει καμία επίδραση στην επιφάνεια. Ακόμη και μετά από χρόνια καυστικού καθαρισμού, η επιφάνεια από PTFE παραμένει λεία και αντικολλητική-. Η αντίσταση ρύπανσης δεν υποβαθμίζεται από τη διαδικασία καθαρισμού.
Η Διατήρηση της Ενεργειακής Απόδοσης
Η κλίμακα καυσαερίων στην επιφάνεια του λέβητα έχει θερμική αγωγιμότητα περίπου 0,15-0,25 W/m·K-συγκρίσιμη με το PTFE. Μια στρώση κλίμακας 2-3 mm σε μια μεταλλική επιφάνεια υπερδιπλασιάζει τη συνολική θερμική αντίσταση, μειώνοντας την απόδοση του reboiler και αυξάνοντας την κατανάλωση ατμού. Ο εναλλάκτης PTFE, διατηρώντας μια καθαρή επιφάνεια, λειτουργεί με την σχεδιασμένη του απόδοση χωρίς την ενεργειακή ποινή λόγω κλίμακας.
Περίληψη
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE αντιστέκονται στην απολέπιση λαδιού καυσίμου σε αναβραστήρες απόσταξης αιθανόλης μέσω της επιφάνειάς τους χαμηλής-ενέργειας και μη-διαβροχής. Τα λιπαντικά πετρελαίου κόβονται αντί να απλώνονται σε ένα ρυπαντικό φιλμ. Η συχνότητα καθαρισμού μειώνεται από 2-4 εβδομάδες σε 3-6 μήνες. Ο κύκλος καυστικού καθαρισμού δεν υποβαθμίζει την επιφάνεια PTFE. Η σταθερή καθαρή επιφάνεια διατηρεί την απόδοση του reboiler και μειώνει την κατανάλωση ενέργειας. Για την παραγωγή αιθανόλης, το PTFE παρέχει μια ανθεκτική στη ρύπανση επιφάνεια θέρμανσης του λέβητα.
Η τεχνική υποστήριξη για τον αναβραστήρα αιθανόλης PTFE προδιαγραφών εναλλάκτη θερμότητας είναι διαθέσιμη με την υποβολή δεδομένων σύνθεσης λαδιού καυσίμου, θερμοκρασίας λειτουργίας, τρέχουσας συχνότητας καθαρισμού και κατανάλωσης ενέργειας.
