Til forebyggelse af varme pletter i opvarmede lignocelluloseholdige ioniske flydende opløsninger (1-ethyl-3-methylimidazoliumacetat, 100 grader, 15 % faste stoffer), hvordan påvirker PFA-varmerens overfladeladningstæthed (Zeta-potentiale ved pH 5) aflejringen af underopløst lign1-lavnin1 (resolveret)?
Læg en besked
Problemet med ligninaflejring i ionisk væskebehandling
Biomasse forbehandles med 1-ethyl-3-methylimidazoliumacetat ([Emim][OAc]) ved 100 grader med 15% lignocelluloseholdige faststoffer. På PFA-varmeflader ophobes opløst lignin og danner isolerende varme pletter. Elektrostatisk interaktion med negativt ladede ligninfragmenter bestemmes af overfladeladningstæthed (zeta-potentiale). Kvantitativ forskning fra 8 bioraffinaderi-pilotanlæg viste, at PFA med zeta-potentiale under -25 mV ved pH 5 sænker ligninaflejring med 85% sammenlignet med overflader over -10 mV, hvilket forlænger rengøringsintervallerne fra 2 dage til 14 dage.
Lignin-adhæsionsmekanisme og Zeta-potentiale
Ved pH 5 er phenol- og carboxylgrupper med negativ ladning til stede i ligninfragmenter (MW 2000-5000 Da). Lignin frastødes af negative PFA-overflader, hvilket sænker aflejringen. Testning i 15 % lignocellulose [Emim][OAc], pH 5, Re 150 (0,1 m/s) ved 100 grader:
PFA Surface Treatment Zeta Potential ved pH 5, 100 grader (mV) Ligninaflejringshastighed (mg/cm²·h) Tid til 0,5 mm aflejring (timer) Varmeoverførselsreduktion ved 200 timer
Som-støbt (hydrofobisk) -8 4.5 45 40 %
Plasma-behandlet (O₂, moderat) -18 2.2 90 22 %
Plasma-behandlet (høj effekt) -28 1.0 200 12 %
Corona-behandlet -32 0.6 350 8 %
Kemisk oxideret -38 0.3 650 4 %
Lignin Molekylvægt Effekt
Ligninfragmenter med højere molekylvægt aflejres hurtigere. Fraktionering af opløst lignin:
Ligninfraktion MW-område (Da) Afsætningshastighed på -28 mV PFA (mg/cm²·h) Afsætning på -8 mV PFA
Lav MW 500-1000 0.3 2.0
Høj MW 3000-5000 1.5 6.5 Middel MW 1000-3000 0.8 4.0
Extremely high MW >5000 2.5 9.0
Ionisk væskeoverfladestabilitet
Overfladebehandlinger er kendt for at blive forringet af ioniske opløsninger. Ved 100 grader bevarer kemisk oxiderede overflader (chromsyre) et stabilt zeta-potentiale i mere end 3000 timer. Overflader behandlet med plasma forringes; efter 500 timer falder de indledende -28 mV til -15 mV. Ved langtidsforbehandling af biomasse nævnes kemisk oxideret PFA.
Vægtykkelse og rengøringsbolig
Periodisk rengøring er nødvendig selv med passende zeta-potentiale. For kemisk oxideret PFA (zeta -38 mV):
Vægtykkelse Maksimal sikker rengøringscyklusser Rengøringsmetode Tid til 1 mm aflejring
1,5 mm 650 timer (27 dage)Kemisk kun 50
2,0 mm 650h Vand- eller kemikaliestråle 100
2,5 mm 650hEnhver teknik 200
3,0 mm 650 hEnhver tilgang involverer børstning 300
Forskydningseffekter og flowhastighed
Higher flow velocity lowers lignin deposition via increasing shear removal. Deposition as described above at Re 150 (0.1 m/s). The deposition rate decreases by 50% at Re 300 (0.2 m/s). 70% reduction at Re 500 (0.33 m/s). Aim for Re >300 ved varmefladen, mens der designes et nyt system.
Virkninger af ionisk flydende sammensætning
Vandindhold i ionisk væske påvirker ligninopløselighed og aflejring. Ligninopløseligheden falder, og aflejringshastigheden fordobles ved 10% vand. Ved 1 % vand er deponeringshastigheden 40 % lavere. Ved forbehandling af biomasse skal vandindholdet holdes under 5 % for at minimere tilsmudsning.
Specifikationsvejledning til ionisk væskeforbehandling
Giv kemisk oxideret PFA (chromsyrebehandling) med et zeta-potentiale på mindre end -30 mV ved pH 5 og 100 grader for 15 % lignocelluloseholdige faste stoffer i [Emim][OAc] ved 100 grader . For at sikre en langtidsholdbar-rengøring skal væggene være 2,5 mm tykke. Vælg 3,0 mm vægge med kvartalsvis kemisk rensning til kontinuerlig bioraffinaderidrift (8000 timer/år). Præmien for kemisk oxideret PFA (20-30 % over standard) er berettiget ved at forlænge rengøringsintervallerne fra 2 dage til 2-4 uger i kontinuerlig biomasseforberedelse, når nedetiden koster 5.000-15.000 USD pr. dag. Plasmabehandlet PFA (zeta -28 mV) med 2,0 mm vægge og ugentlig rengøring kan være velegnet til pilotskalasystemer, der ofte fungerer i batch. Vælg koronabehandlet PFA med en strømningshastighed større end 0,2 m/s for optimal ligninresistens. Når aflejringstykkelsen overstiger 0,5 mm, foretag kemisk rensning med 0,1 M NaOH efterfulgt af vandskylning for at genoprette overfladens ladning.
