Methanolverdampfer und Kondensatoren für Biodiesel

Hintergrund der Fallstudie zum Biodiesel-Produktionssystem

SACOME wurde mit der Konstruktion und Herstellung von Wärmetauschern für das System zur Herstellung von Biodiesel aus Palmöl beauftragt. Unser Kunde war ein Ingenieurbüro aus der Branche, mit dem wir aktiv zusammenarbeiten und ihm unsere Erfahrung mit Kondensatoren und Verdampfern für Methanol und Flüssigkeiten auf Ethanolbasis zur Verfügung stellen:

• Kondensatoren: Die Aufgabe der Rohrbündelwärmetauscher bestand darin, sowohl reines Methanol als auch ein Gemisch in der Dampfphase (bestehend aus kondensierbaren Komponenten wie Methanol und Wasser sowie nicht kondensierbaren Komponenten wie Luft) zu kondensieren. Diese Kondensation findet unter Vakuumbedingungen statt. Die richtige thermische Auslegung der Wärmeaustauscher war ein kritischer Punkt in diesem Projekt. Bei der Kondensation von Gasgemischen (und noch mehr bei nicht kondensierbaren Phasen, wie oben erwähnt) findet der Prozess nicht unter isothermen Bedingungen statt, wie dies bei reinen Komponenten der Fall ist, sodass eine sehr genaue Berechnung durch unsere Ingenieure erforderlich ist. Darüber hinaus beriet unsere technische Abteilung den Kunden in jedem Einzelfall hinsichtlich der Verwendung des am besten geeigneten Kühlmittels, sei es Wasser aus dem Kühlturm oder Glykollösungen.

• Verdampfer: Bei der Berechnung desVerdampfungsprozesses mussten verschiedene Details berücksichtigt werden, darunter das Risiko einer Mist-Strömung (Nebelstrom) oder die Schwierigkeit, eine vollständige Verdampfung zu erreichen.

Unsere Experten für thermische Auslegung, gestützt auf unsere Erfahrung in der Prozessindustrie und mit Unterstützung von Heat Transfer Research, Inc. (Organisation, der wir seit 1998 angehören), konnten eine maßgeschneiderte und an den Prozess unseres Kunden angepasste Lösung realisieren.

Die Lösung: Methanol-Kondensation und -Verdampfer

Unter Berücksichtigung der Prozessdaten erstellten unsere Ingenieure den thermischen Entwurf für die Kondensation und Verdampfer und prüften dabei jeweils verschiedene Alternativen, um unseren Kunden die beste Lösung anbieten zu können.

Vor diesem Hintergrund werden im Folgenden die wichtigsten Punkte beschrieben, die bei der Auslegung der Methanolverdampfer und -kondensatoren berücksichtigt wurden:

• Methanolverdampfer: Die Verdampfung von Wasser ist einer der thermischen Prozesse, die vom Konstrukteur tiefgreifende Kenntnisse erfordern. In diesem Fall erfolgt die Verdampfung durch Erhitzen der Methanoldämpfe unter Verwendung von Wasserdampf als Arbeitsmedium. Unsere Ingenieure haben sich für eine geeignete Konstruktion entschieden, um Nebelbildung zu vermeiden (die eine vollständige Verdampfung der Strömung erschweren kann), und den Prozess-Durchflussmenge entsprechend dimensioniert, um die erforderliche Verdampfungskapazität sicherzustellen.

• Methanolkondensatoren: Die Kondensation ist in der thermischen Berechnung nicht so problematisch, allerdings muss bei der Konstruktion auf eine geeignete Geometrie und Abstand der Prallbleche geachtet werden, um eine gute Kondensatableitung zu gewährleisten und Vibrationsrisiken am Gehäuse zu vermeiden. In diesem Zusammenhang verwendet unsere technische Abteilung die neueste Version der Software von HTRI, die über ein spezielles Modul zur Schwingungskontrolle verfügt.

Herstellungsprozess von Biodiesel

Biodiesel ist ein Biokraftstoff, der durch chemische Umesterungs- und Veresterungsreaktionen aus (reinen oder recycelten) Fetten und Ölen hergestellt wird, die mit kurzkettigen Alkoholen wie Methanol oder Ethanol reagieren.

Während dieser Reaktion, deren Hauptschritt in einem Reaktor stattfindet, werden weitere Produkte und Nebenprodukte verarbeitet oder erzeugt, wie beispielsweise Glycerin (nützlich in der Kosmetikindustrie), Seifen oder Abwasser.

Spezifikationen von Biodiesel

Biodiesel ist ein Dieselkraftstoff aus Pflanzenöl (manchmal auch aus tierischen Fetten), der aus einer langen Kette von Alkalifetten besteht.

Er kann sowohl allein (in diesem Fall als Biodiesel B100 bezeichnet) als auch in jedem Verhältnis mit herkömmlichem Dieselkraftstoff aus Benzin gemischt verwendet werden (in diesem Fall wird er je nach Biodieselanteil gekennzeichnet, d. h. B20 für 20 % Biodieselanteil usw.).

In unserem Projekt stammten die Lipide für den Rohstoff aus Palmöl, obwohl Biodiesel auch aus anderen pflanzlichen Ölen mit oder ohne Vorbehandlung, wie Raps- oder Sojaöl, gewonnen werden kann.