Juodojo gėrimo išgarinimo iššūkis
Kraftceliuliozės gamyklos išgarina juodąjį skystį-sudėtingą ištirpusio lignino, hemiceliuliozės, neorganinių druskų ir vandens mišinį-, kad išgautų virimo chemines medžiagas ir koncentruotų organines kietąsias medžiagas, kad būtų galima sudeginti regeneravimo katile. Garintuvo šilumokaičiai pakelia skysčio temperatūrą ir pašalina vandenį. Kai skystis koncentruojasi, ištirpęs ligninas pasiekia savo tirpumo ribą ir nusėda.
Lignino nuosėdos ant garintuvų šilumokaičių yra vienintelė didžiausia techninės priežiūros problema kraftceliuliozės gamyklose. Apnašos susidaro kaip lipnus, panašus į dervą sluoksnis, kuris laikui bėgant kietėja, todėl šilumos perdavimas sumažėja 30–60 % ir kas 1–4 savaites reikia valyti mechaniniu ar cheminiu būdu. Valymo prastovos ir prarasti garinimo pajėgumai yra dideli gamybos apribojimai.
PTFE šilumokaičiai atsparūs lignino nusodinimui dėl paviršiaus savybių derinio. Nelipnus paviršius nesijungia su nusodintu ligninu. Lygus paviršius neturi lignino nusodinimo vietų. Susidarančios apnašos yra laisvos ir lengvai pašalinamos.
Lignino nusodinimo mechanizmas
Juodajame skystyje yra ištirpusio lignino, kurio koncentracija yra 100-200 g/l. Ligniną tirpale išlaiko šarminis pH (12-13) ir aukšta temperatūra. Kai skystis išgaruoja, kietųjų medžiagų koncentracija didėja. Kai kietųjų dalelių yra maždaug 55–65%, ligninas pradeda nusodinti. Krituliai paspartinami ties šilumokaičio paviršiumi, kur temperatūra aukščiausia, o vietinę koncentraciją didina vandens garavimas prie karšto paviršiaus.
Metaliniai šilumokaičiai suteikia gausias branduolių susidarymo vietas lignino nusodinimui. Karštas metalo paviršius skatina vietinį garavimą. Metalo oksido paviršius sudaro cheminio sujungimo vietas,{2}}lignino fenolio grupės sąveikauja su metalo oksidu. Nusodintas ligninas jungiasi su paviršiumi ir su savimi, sudarydamas apnašų sluoksnį, kuris palaipsniui auga.
PTFE nesuteikia jokių klijavimo vietų. Lignino fenolio grupės nesąveikauja su C-F paviršiumi. Krituliai susidaro dideliame skystyje, o ne paviršiuje. Ant PTFE nusėdusios nuosėdos yra silpnai pritvirtintos ir lengvai išstumiamos skysčio srauto.
| Lignino mastelio keitimo parametras | Nerūdijantis plienas | Titanas | PTFE |
|---|---|---|---|
| Paviršiaus klijavimas lignino fenoliais | Taip (oksido sąveika) | Vidutinis | Nėra |
| Branduolio vietos tankis | Aukštas | Vidutinis | Žemas |
| Lignino nuosėdų sukibimas (santykinis) | 1.0 (pagrindinis) | 0.6-0.8 | 0.1-0.2 |
| Skalės kietumas | Kietas, panašus į dervą{0}}(tvirtai sukimba) | Sunku | Biri, pudra |
| Valymo būdas | Mechaninis + rūgštis | Mechaninis | Nuplaukite skysčio srautą |
| Valymo dažnumas | 1-4 savaites | 2-6 savaites | 3-6 mėn |
Šiluminės charakteristikos stabilumas
Lignino skalės šilumos laidumas yra maždaug 0,3-0,5 W/m·K-, panašus į pačios PTFE vamzdžio sienelės. Ant metalinio šilumokaičio esantis apnašų sluoksnis, kurio storis lygus PTFE sienai, padvigubintų bendrą šiluminę varžą. Dėl laipsniško metalų nuosėdų susidarymo U vertė nuolat mažėja per visą veikimo ciklą, todėl garų temperatūra yra aukštesnė ir garavimo greitis yra mažesnis.
PTFE šilumokaičiai veikia be didelio masto kaupimosi. U-vertė išlieka stabili. Garintuvo talpa palaikoma. Energijos suvartojimas yra nuspėjamas. Stabilus darbas ypač vertingas celiuliozės gamykloje, kur garintuvas yra viso cheminių medžiagų regeneravimo proceso kliūtis.
Priežiūros ir prastovų mažinimas
Celiuliozės gamyklų garintuvus reikia suplanuotai išjungti, kad būtų pašalintos nuosėdos. Valymo prastovos-paprastai 4-8 valandos vienam valymo įvykiui, padaugintos iš 12–50 valymo įvykių per metus, reiškia 50–400 valandų per metus prarasto garavimo pajėgumo. PTFE šilumokaitis, kuris sumažina valymo dažnumą 75 %, atkuria didelę dalį prarasto pajėgumo. Atkurtas pajėgumas leidžia gamyklai padidinti celiuliozės gamybą arba sumažinti garinimo proceso energijos intensyvumą.
Santrauka
PTFE šilumokaičiai sustabdo lignino nusodinimą juodojo skysčio garintuvuose, pašalindami paviršiaus surišimo ir branduolių susidarymo vietas, dėl kurių susidaro nuosėdos. Susidarančios apnašos yra birios ir lengvai pašalinamos skysčio srautu. Valymo dažnis sumažėja nuo 1-4 savaičių iki 3–6 mėnesių. Stabilus šilumos perdavimas palaiko garintuvo talpą ir sumažina energijos sąnaudas. Kraftceliuliozės gamykloms PTFE suteikia neteršimui atsparų paviršių, kuris tiesiogiai pagerina cheminio regeneravimo proceso produktyvumą.
Inžinerinis palaikymas juodojo skysčio PTFE šilumokaičio specifikacijai pasiekiamas pateikus skysčio kietųjų dalelių kiekį, temperatūros profilį, esamą mastelio susidarymo istoriją ir valymo procedūras.
