W jaki sposób wykorzystuje się grzejniki PTFE w ogrzewaniu reaktorów-biodiesla do transestryfikacji?

Biodiesel wytwarza się w wyniku reakcji olejów roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych z metanolem w obecności silnego katalizatora zasadowego, takiego jak wodorotlenek potasu. Mieszaninę reakcyjną ogrzewa się w celu przyspieszenia procesu. Grzejnik musi wytrzymać żrącą mieszankę gorącego alkoholu i substancji żrących.

Projekt reaktora do transestryfikacji
Biodiesel jest powszechnie wytwarzany poprzez transestryfikację w reaktorze z gorącym zbiornikiem z mieszaniem. Mieszaninę reakcyjną (trójglicerydy, metanol i katalizator, taki jak KOH lub NaOH) utrzymuje się w temperaturze 60–70 stopni, aby uzyskać praktyczną szybkość reakcji. Ogrzewanie może być zapewnione albo przez grzałkę zanurzeniową bezpośrednio w mieszaninie reakcyjnej, albo przez zewnętrzny wymiennik ciepła z pętlą recyrkulacji. Środowisko chemiczne jest bardzo agresywne dla większości metali: podgrzany metanol może wypłukać pierwiastki stopowe, a silne zasady na dłuższą metę uszkadzają aluminium, cynk, a nawet stal nierdzewną.

Ogrzewanie zanurzeniowe jest szeroko stosowane w małych i średnich zakładach produkujących biodiesel ze względu na prostotę i niższy koszt inwestycyjny. Wybrany grzejnik powinien być odporny na korozję powodowaną przez metanolowy KOH lub NaOH, nie powinien katalizować żadnych niepożądanych reakcji ubocznych i powinien działać w obecności mieszaniny-surowca olejowego o dużej lepkości podczas początkowych faz ogrzewania.

Dlaczego grzejniki PTFE mogą wytrzymać trudne warunki transestryfikacji
Grzejniki zanurzeniowe PTFE są szczególnie przydatne do ogrzewania reaktorów na biodiesel, ponieważ PTFE jest odporny na silne zasady (KOH i NaOH) i alkohole (metanol) do 110 stopni. Materiał nie koroduje, nie powoduje wżerów ani kamienia nawet po długotrwałym działaniu alkalicznego roztworu metanolu. PTFE w przeciwieństwie do grzejników metalicznych, np. stali węglowej czy miedzi, nie będzie uwalniał jonów metali katalizujących zmydlanie ani nie tworzy mydeł ograniczających uzysk biodiesla.

W zastosowaniu do transestryfikacji w reaktorze do biodiesla z podgrzewaczem PTFE, niereaktywna powierzchnia zapobiega również gromadzeniu się lub degradacji katalizatora w podgrzewaczu. Gwarantuje to, że reakcja będzie zachodzić bez żadnych lokalnych gorących plam lub niepożądanej katalizy. Odporna na korozję grzałka umożliwia ciągłą produkcję i brak przestojów na czyszczenie lub wymianę uszkodzonych metalowych elementów grzejnych.

Przetwarzanie lepkiego surowca i zapobieganie zmydlaniu
Mieszanina olejów lub tłuszczów z metanolem może być dość lepka, zanim reakcja osiągnie temperaturę roboczą, szczególnie w przypadku wykorzystania zużytego oleju kuchennego lub tłuszczów zwierzęcych o wysokim stopniu nasycenia. Fizyczna konstrukcja grzejników PTFE jest zaprojektowana tak, aby wytrzymywała obciążenia mechaniczne powstające podczas mieszania w lepkim płynie, np.-wytrzymałe osłony i wzmocnione kołnierze montażowe. Gładka powierzchnia PTFE o niskim-tarciu minimalizuje także przywieranie lepkich pozostałości z surowca.

Wskazówka dotycząca procesu: Podczas ogrzewania należy zachować wystarczające mieszanie, aby uniknąć miejscowego zmydlania na powierzchni grzejnika. Złe wymieszanie może spowodować powstanie znacznych lokalnych stężeń żrącego katalizatora wokół osłony grzejnika, który może reagować z wolnymi kwasami tłuszczowymi, tworząc osady mydła. Chociaż sam PTFE nie katalizuje zmydlania, warstwy mydła mogą jednak tworzyć się w wyniku reakcji czysto chemicznej. Ryzyka można uniknąć, stosując mieszadło odpowiedniego typu (np. turbinę z-łopatkami skośnymi lub wirnik kotwiczny) i umieszczając grzejnik poza strefami zastoju. Jeśli pojawi się osad-mydła,-nieprzywierające właściwości PTFE sprawiają, że czyszczenie jest łatwiejsze niż w przypadku powierzchni metalowych.

Wydajność techniczna i ograniczenia operacyjne
PTFE ma wysoką odporność na roztwory wodorotlenku potasu i wodorotlenku sodu w temperaturach do 110 stopni oraz metanol w temperaturze wrzenia (65 stopni). Ponieważ transestryfikację biodiesla zwykle przeprowadza się w temperaturze 60–70 stopni, grzejniki PTFE mieszczą się w bezpiecznym zakresie temperatur. W przypadku procedur, w których wykorzystuje się etanol zamiast metanolu (temperatura wrzenia 78 stopni) lub tych, które wymagają wyższych temperatur (np.. 80–90 stopni w przypadku niektórych etapów wstępnej{{10}obróbki surowca), PTFE jest całkowicie odpowiedni, o ile temperatury nie przekraczają 110 stopni.

Kolejną zaletą w produkcji biodiesla jest to, że grzejniki PTFE są odporne na korozję galwaniczną (korozja, która może wystąpić, gdy w reaktorze znajdują się różne metale, na przykład naczynie ze stali nierdzewnej z miedzianą wężownicą grzejną). PTFE jest izolatorem elektrycznym, dlatego nie jest generowana żadna para galwaniczna, a tryb awaryjny jest całkowicie usunięty.

Warunki pracy Zgodność z PTFE
1% w/w KOH w metanolu (65oC) Doskonała Doskonała Wodorotlenek sodu w metanolu (1% w/w, 70 stopni)
Kombinacja oleju roślinnego i metanolu, 60 stopni Doskonała (bez pęcznienia)
Zlokalizowane żrące + wolne kwasy tłuszczowe. Dobry PTFE jest odporny, jednakże w dużych ilościach cieczy może wystąpić zmydlanie
Streszczenie
Grzejniki PTFE stanowią trwałe i niewymagające konserwacji rozwiązanie grzewcze w trudnych warunkach chemicznych występujących podczas transestryfikacji biodiesla. Grzejniki te wytrzymują gorące metanolowe roztwory KOH i NaOH, nie wypłukują jonów metali i nie powodują degradacji katalizatora, utrzymując w ten sposób stałe warunki reakcji i doskonałą jakość produktu. Produkcja paliw odnawialnych wymaga trwałego,-korozyjnego sprzętu, a grzałki zanurzeniowe z PTFE są w stanie sprostać temu zadaniu – nawet w przypadku produkcji biodiesla na małą, średnią i pilotażową skalę.