כיצד משמשים מחממי PTFE בחימום כורי דיזל-ביולוגיים לטרנסיפיקציה?

ביודיזל נוצר על ידי תגובה של שמנים צמחיים או שומנים מן החי עם מתנול בנוכחות זרז אלקליין חזק כמו אשלגן הידרוקסיד. תערובת התגובה מחוממת כדי להאיץ את התהליך. המחמם צריך לסבול את התערובת המאכלת של אלכוהול חם וקוסטיקה.

תכנון כור טרנסיפיקציה
בדרך כלל מכינים ביודיזל באמצעות טרנסיפיקציה בכור טנק חם תוך ערבוב. תערובת התגובה (טריגליצרידים, מתנול וזרז כמו KOH או NaOH) נשמרת ב-60-70 מעלות כדי להשיג שיעורי תגובה מעשיים. ניתן לספק חימום על ידי תנור טבילה ישירות לתערובת התגובה או על ידי מחליף חום חיצוני עם לולאת מיחזור. הסביבה הכימית אגרסיבית מאוד עבור רוב המתכות: מתנול מחומם יכול לשטוף אלמנטים מתגזרים, והאלקלי החזק פוגע באלומיניום, אבץ ואפילו נירוסטה בטווח הארוך.

חימום טבילה נמצא בשימוש נרחב עבור מפעלי ביודיזל קטנים עד בינוניים, בשל פשטותו ועלות ההון הזולה יותר. המחמם שנבחר צריך להיות עמיד בפני קורוזיה על ידי KOH או NaOH מתנולי, לא אמור לזרז תגובות לוואי לא רצויות וצריך להיות מופעל בנוכחות הצמיגות הגבוהה של תערובת חומרי הזנה-שמן בשלבים הראשונים של החימום.

מדוע מחממי PTFE יכולים לעמוד בסביבה הקשה של טרנספורמציה
מחממי טבילה PTFE שימושיים במיוחד לחימום כורי ביו-דיזל שכן PTFE עמיד בפני אלקליות חזקות (KOH ו-NaOH) ואלכוהול (מתנול) עד ​​110 מעלות. החומר אינו משחית, בור או אבנית גם לאחר חשיפה ממושכת לתמיסת המתנול האלקליין. PTFE, בניגוד לתנורי חימום מתכתיים, למשל פלדת פחמן או נחושת, לא ישחרר יוני מתכת המזרזים את השפיון או יוצרים סבונים המגבילים את תפוקת הביו-דיזל.

ביישום טרנסאסטרציה בכור ביודיזל של תנור PTFE, המשטח הלא-תגובתי גם מונע מהזרז להצטבר או להתפרק על המחמם. זה מבטיח שהתגובה תתרחש ללא כתמים חמים מקומיים או קטליזה לא רצויה. מחמם עמיד בפני קורוזיה מאפשר ייצור רציף וללא זמן השבתה לניקוי או החלפה של גופי חימום מתכתיים כושלים.

עיבוד חומרי הזנה צמיגיים ומניעת סיבון
תערובת השמנים או השומנים עם מתנול יכולה להיות צמיגה למדי לפני שהתגובה מגיעה לטמפרטורת עבודה במיוחד אם משתמשים בשמן בישול או שומנים מן החי עם רמת רוויה גבוהה. העיצוב הפיזי של מחממי PTFE נועד לסבול את העומס המכני של ערבוב בנוזל צמיג, כגון כיסויים כבדים- ואוגני הרכבה מחוזקים. משטח PTFE חלק -נמוך גם ממזער את הידבקותם של שאריות דביקות מחומר ההזנה.

טיפ לתהליך: יש להקפיד על ערבול מספיק במהלך החימום כדי למנוע סיבון מקומי על משטח המחמם. ערבוב לקוי עלול ליצור ריכוזים מקומיים משמעותיים של זרז קאוסטי סביב מעטפת המחמם שעלול להגיב עם חומצות שומן חופשיות ליצירת מצבורי סבון. למרות ש-PTFE בעצמו אינו מזרז את השפיון, שכבות סבון יכולות בכל זאת להיווצר כתוצאה מתגובה כימית גרידא. ניתן למנוע את הסיכון על ידי שימוש בסוג התסיסה הנכון (למשל טורבינת להב משופעת- או אימפלר עוגן) והצבת המחמם מחוץ לאזורים עומדים. אם מתרחשת הצטברות-סבון, איכויות ה-ההדבקה של PTFE מקלות על הניקוי מאשר על משטחי מתכת.

ביצועים טכניים ומגבלות תפעול
ל-PTFE עמידות גבוהה בפני אשלגן הידרוקסיד ותמיסת נתרן הידרוקסיד בטמפרטורות של עד 110 מעלות ומתנול בנקודת רתיחה (65 מעלות). מכיוון שהטרנסיפיקציה של ביודיזל מתבצעת בדרך כלל ב-60-70 מעלות, מחממי ה-PTFE נמצאים בטווח הטמפרטורות הבטוח שלהם. עבור הליכים שמשתמשים באתנול ולא במתנול (נקודת רתיחה 78 מעלות) או כאלה הדורשים טמפרטורות גבוהות יותר (לדוגמה. 80-90 מעלות עבור חלק מהשלבים של קדם-טיפול בחומר הזנה), PTFE נשאר מתאים לחלוטין, כל עוד הטמפרטורות אינן עולות על 110 מעלות.

יתרון נוסף בייצור ביודיזל הוא שתנורי PTFE חסינים בפני קורוזיה גלוונית (קורוזיה שעלולה להתרחש כאשר מתכות שונות קיימות בכור, למשל, כלי נירוסטה עם סליל חימום נחושת). PTFE הוא מבודד חשמלי, ומכאן שלא נוצר זוג גלווני ומצב הכשל הזה מוסר לחלוטין.

מצב הפעלה תאימות PTFE
1% w/w KOH במתנול (65oC) מעולה נתרן הידרוקסיד מעולה במתנול (1% w/w, 70 מעלות)
שילוב שמן צמחי/מתנול, 60 מעלות מעולה (ללא התנפחות)
חומצות שומן קאוסטיות מקומיות + חופשיות PTFE טוב הוא עמיד, אולם סיבון יכול להתרחש בנוזל בתפזורת
תַקצִיר
מחממי PTFE מציעים פתרון חימום מתמשך ותחזוקה נמוכה עבור הסביבה הכימית הקשה של טרנספורציית ביודיזל. תנורי חימום אלו יכולים לעמוד בתמיסות KOH ו-NaOH מתנוליות חמות, אינם שולפים יוני מתכת ואינם גורמים להידרדרות של הזרז, ולכן שומרים על תנאי תגובה עקביים ואיכות מוצר מצוינת. ייצור דלק מתחדש דורש ציוד עמיד ועמיד בפני קורוזיה- ומחממי טבילה מסוג PTFE עומדים במשימה - אפילו בפעילות ביודיזל קטנה, בינונית ובקנה מידה ניסיוני.