Biodiislit toodetakse taimeõlide või loomsete rasvade reageerimisel metanooli ja tugeva leeliselise katalüsaatoriga nagu kaaliumhüdroksiid. Seda reaktsioonisegu kuumutatakse protsessi kiirendamiseks. Kütteseade peab taluma kuuma alkoholi ja söövitava aine söövitavat kombinatsiooni.
Ümberesterdamisreaktori seadistamine
Tüüpilises biodiisli tootmisprotsessis viiakse ümberesterdamine läbi kuumutatud segatavas paakreaktoris. Reaktsioonisegu -, mis koosneb triglütseriididest, metanoolist ja katalüsaatorist, nagu KOH või NaOH-, hoitakse 60–70 kraadi juures, et saavutada praktiline reaktsioonikiirus. Kuumutamist saab rakendada otse reageerivasse segusse asetatud sukelsoojendi või tsirkulatsiooniaasaga välise soojusvaheti kaudu. Keemiline keskkond on enamiku metallide suhtes väga agressiivne: kuum metanool võib legeerelemente leostuda, samas kui tugev leelis ründab aja jooksul alumiiniumi, tsinki ja isegi roostevaba terast.
Väikeste ja keskmise suurusega biodiislitehaste puhul eelistatakse selle lihtsuse ja väiksema kapitalikulu tõttu sageli sukelkütet. Valitud kütteseade peab aga vastu pidama metanoolipõhise KOH või NaOH korrosioonile, vältima soovimatute kõrvalreaktsioonide katalüüsimist ja jääma töökorras vaatamata õli ja lähteaine segu kõrgele viskoossusele esialgsetes kuumutamisetappides.
Miks peavad PTFE-soojendid vastu karmile ümberesterdamiskeskkonnale?
PTFE sukelsoojendid on väga tõhusad biodiislikütuse reaktori kuumutamisel, kuna PTFE talub tugevaid leeliseid (KOH ja NaOH) ja alkohole (metanool) temperatuuril kuni 110 kraadi. Materjal ei korrodeeru, ei roosteta ega katlakivi isegi pärast pikaajalist kokkupuudet leeliselise metanoolilahusega. Erinevalt metallist küttekehadest-, nagu süsinikteras või vask-, ei vabasta PTFE metalliioone, mis võiksid katalüüsida seebimist ega moodustada seepe, mis vähendavad biodiisli saagist.
Aastal aPTFE küttekeha biodiisli reaktori ümberesterdaminePealekandmisel takistab mittereaktiivne pind ka katalüsaatori sadestumist või lagunemist küttekehale. See tagab, et reaktsioon kulgeb ilma lokaalsete kuumade punktide või tahtmatu katalüüsita. Korrosioonikindel kütteseade võimaldab pidevat tootmist, vähendades rikkis metallist kütteelementidest tingitud puhastus- või väljavahetamise seisakuid.
Viskoossete lähteainete käitlemine ja seebistamise vältimine
Enne kui reaktsioon saavutab töötemperatuuri, võib õlide või rasvade segu metanooliga olla väga viskoosne, eriti kui kasutatakse toiduõlijäätmeid või kõrge küllastustasemega loomseid rasvu. PTFE-soojendid on saadaval tugevate füüsiliste konfiguratsioonidega,-sh vastupidavate ümbriste ja tugevdatud kinnitusäärikutega,-et taluda viskoosses keskkonnas segamisel tekkivat mehaanilist pinget. Sile, madala hõõrdumisega PTFE pind vähendab ka kleepuvate lähteainete jääkide nakkumist.
Protsessi näpunäide:Kuumutamise ajal tuleb adekvaatselt segada, et vältida lokaalset seebistamist kerise pinnal. Ilma piisava segamiseta võib söövitava katalüsaatori kõrge lokaalne kontsentratsioon küttekeha ümbrise lähedal reageerida vabade rasvhapetega, moodustades seebijääke. Kuigi PTFE ise seebistamist ei katalüüsi, võivad seebikihid siiski tekkida puhtalt keemilise reaktsiooni produktina. Segisti õige konstruktsioon (nt kaldlabaga turbiinid või ankurdusrattad) ja küttekeha paigutamine seisvatest tsoonidest eemale kõrvaldab selle ohu. Kui seep koguneb, muudab PTFE mittenakkuv olemus selle puhastamise metallpindadega võrreldes lihtsamaks.
Tehniline jõudlus ja kasutuspiirangud
PTFE-l on suurepärane vastupidavus kaaliumhüdroksiidi ja naatriumhüdroksiidi lahustele kuni 110 kraadini ning metanooli suhtes selle keemistemperatuuril (65 kraadi). Kuna biodiisli ümberesterdamist kasutatakse tavaliselt temperatuuril 60–70 kraadi, töötavad PTFE-soojendid hästi oma ohutus temperatuurivahemikus. Protsesside jaoks, milles kasutatakse metanooli asemel etanooli (keemistemperatuur 78 kraadi) või mis nõuavad kõrgemat temperatuuri (nt 80–90 kraadi teatud lähteaine eeltöötlusetappide jaoks), jääb PTFE täielikult sobivaks seni, kuni temperatuur ei ületa 110 kraadi.
Täiendav eelis biodiisli tootmisel on see, et PTFE-soojendid on immuunsed galvaanilise korrosiooni suhtes, mis võib tekkida siis, kui reaktoris on erinevad metallid (nt roostevabast terasest anum vasest küttespiraaliga). Kuna PTFE on elektriisolaator, ei moodustu galvaanilist paari, mis välistab selle rikkerežiimi täielikult.
| Kasutusseisund | PTFE ühilduvus |
|---|---|
| Metanoolne KOH (1% w/w, 65 kraadi) | Suurepärane |
| Metanoolne NaOH (1% w/w, 70 kraadi) | Suurepärane |
| Taimeõli/metanooli segu, 60 kraadi | Suurepärane (ei paisu) |
| Vabad rasvhapped + söövitavad (lokaliseeritud) | Hea – PTFE on vastupidav, kuid lahtises vedelikus võib seebineda |
Järeldus
PTFE-küttekehad pakuvad vastupidavat ja vähese hooldusega küttelahendust biodiisli ümberesterdamise nõudliku keemilise keskkonna jaoks. Vastupidades kuumadele metanoolsetele KOH- ja NaOH-lahustele, vältides metalliioonide leostumist ja vältides katalüsaatori{1}}indutseeritud lagunemist, võimaldavad need soojendid ühtlaseid reaktsioonitingimusi ja kõrget tootekvaliteeti. Taastuvkütuse tootmine tugineb tugevatele, korrosioonikindlatele seadmetele ja PTFE-sukelsoojendid vastavad sellele vajadusele nii väikestes, keskmises kui ka pilootmastaabis biodiisliga töötamisel.
