Wärmeträgerflüssigkeiten

Von oxidativer Zersetzung wird gesprochen, wenn die Spaltung der Thermoöl-Moleküle durch Oxidation erfolgt. In der Regel ist Luftsauerstoff Ursache für oxidative Zersetzungsprozesse in Thermoölanlagen, es können jedoch auch andere Oxidationsmittel ursächlich sein wie z.B. PVC-Stäube.

Unterhalb von 60 °C Öltemperatur ist dieser Prozess zu vernachlässigen; je weiter die Temperatur jedoch darüber liegt, desto höher ist die Zersetzungsrate und desto intensiver wird die Oxidation ablaufen.

Die oxidative Zersetzung kann durch den Einsatz einer Stickstoffüberlagerung (z.B. im Ausdehnungsgefäß) oder einer „Kaltölvorlage“ unterbunden werden, da so der Luftzutritt verhindert wird. Der Effekt ist dabei sogar in zweifacher Hinsicht spürbar: Es werden sowohl der Sauerstoff als auch die Feuchtigkeit aus der Luft von der Wärmeträgerflüssigkeit ferngehalten.

Der Grad der oxidativen Zersetzung wird im Rahmen einer Ölanalyse über die sogenannte Säure- oder Neutralisationszahl ermittelt.

Von thermischer Zersetzung wird gesprochen, wenn die Spaltung der Thermoöl-Moleküle durch Energieeintrag, also Temperatur, erfolgt. Die Zersetzungsrate ist abhängig von der Molekülstruktur und – bei richtig ausgelegten Anlagen – von der maximalen Vorlauftemperatur, auf die das Thermoöl erhitzt wird. Deshalb werden – je nach Einsatztemperatur – unterschiedliche chemische Strukturen als Wärmeträger eingesetzt. Als grobe Richtlinie gilt: Liegt die maximale Vorlauftemperatur unter 300 °C, werden Mineralöle eingesetzt; liegt sie über 300 °C, dann werden synthetisch-aromatische Wärmeträger oder Silikonöle eingesetzt.

Die Zersetzungsrate wird durch die Arrhenius-Formel beschrieben. Diese besagt, dass eine Erhöhung der Temperatur um 10 °C zu einer Verdoppelung der Zersetzungsgeschwindigkeit und damit zur Halbierung der Lebensdauer führt. Eine Absenkung der Temperatur um 10 °C führt entsprechend zu einer Halbierung der Zersetzungsgeschwindigkeit und damit zu einer Verdoppelung der Lebensdauer.

Diese Produktgruppe wird synthetisch hergestellt, d.h. aus definierten Edukten werden mittels bestimmter Herstellungsprozesse gezielt Produkte hergestellt. Aromatisch bedeutet, dass die Produkte einen oder mehrere Aromatenringe enthalten. Der einfachste Vertreter eines Aromatenrings ist das Benzol.

Die Struktur des aromatischen Rings mit seinem delokalisierten Elektronensystem ist extrem thermostabil, so dass auch Vorlauftemperaturen bis zu 400 °C möglich sind. Hierin liegt der große Vorteil gegenüber den Einfachbindungen der Kohlenwasserstoffketten. Nun besteht aber nicht jedes synthetisch-aromatische Thermoöl nur aus aromatischen Ringstrukturen. Viele dieser Wärmeträgerflüssigkeiten haben einen aromatischen Anteil, der an den Kettenstrukturen angehängt ist. Je höher der Aromatenanteil und je geringer der Kettenanteil, desto thermostabiler ist das Produkt.

Die besondere Struktur der Aromaten ist auch Grund für das gute Lösevermögen. Dadurch eignen sie sich besonders gut als Reinigungsflüssigkeiten.

Zu dieser Produktgruppe gehören auch Wärmeträger, die sowohl in der Dampfphase als auch in der Flüssigphase betrieben werden können. FRAGOLTHERM® DPO und FRAGOLTHERM® F-LT gehören zu dieser Gruppe.

Eine Zulassung für den Lebensmittelbereich sucht man in dieser Produktgruppe jedoch vergeblich.

Mineralöle bilden die größte Gruppe im Thermoölbereich. Es werden im Wesentlichen paraffinbasische oder naphthenbasische Mineralöle eingesetzt. Paraffinbasische Öle zeichnen sich oft durch hohe Flamm- und Siedepunkte aus, naphthenbasische hingegen durch ein gutes Tieftemperaturverhalten mit niedrigem Pourpoint. Die Thermostabilität ist gegenüber den synthetisch-aromatischen Wärmeträgern mit hohem Aromatenanteil eingeschränkt, da Mineralöle hauptsächlich aus Molekülen mit Einfachbindungen in Ketten- oder Ringstrukturen ohne aromatische Anteile bestehen.

Mineralöle werden im Gegensatz zu den synthetisch-aromatischen Wärmeträgern in der Raffinerie direkt aus Rohöl gewonnen. Sie sind also ein Naturprodukt, das aus einer Vielzahl an verschiedenen Molekülen besteht. Die Qualität der einzelnen Produkte am Markt kann daher sehr unterschiedlich sein.

Mineralöle sind i.d.R. die kostengünstigsten Thermoöle im Temperaturbereich bis max. 290 °C Vorlauftemperatur. Speziell ausraffinierte und hydroisomerisierte Produkte können auch bis max. 305 °C sinnvoll eingesetzt werden.

Eine besondere Form der Mineralöle sind die sogenannten Weißöle. Diese werden durch aufwendige weitere Prozessschritte aus Mineralölen hergestellt. Durch ihre dadurch gewonnene Reinheit und Reaktionsträgheit können sie lebensmittelrelevante Klassifizierungen und Zertifikate erhalten. Die Klassifizierung HT1 durch z.B. die amerikanische NSF oder die europäische INS bedeutet, dass ein Thermoöl für Anwendungen zugelassen ist, bei denen es zu unbeabsichtigtem Kontakt mit Lebensmitteln kommen kann. Zudem sind Zertifikate für Halal und Kosher möglich.

Auch die Thermostabilität verbessert sich gegenüber dem ursprünglichen Mineralöl.
FRAGOLTHERM® FG-35 hat die Zertifikate für den Lebensmittelbereich und kann bei Vorlauftemperaturen von ca. 300 °C gut eingesetzt werden.

Eine Sonderform der Thermoöle für den Lebensmittelbereich sind die Polyalphaolefine (PAO), die synthetisch hergestellt werden. Diese Produkte können Lebensmittelfreigaben erhalten; die Thermostabilität ist jedoch deutlich schlechter als bei Weißölen.

Als Polyglykole werden Polyalkylenglykole bezeichnet wie z.B. Polyethylen- oder Polypropylenglykol. Durch ihre chemische Struktur können kleinere Mengen Wasser gebunden werden, die beim Betrieb über 100 °C keine signifikanten Ausgasungen verursachen. Zudem ergibt sich dadurch eine Kaltwasserlöslichkeit, so dass der Wärmeträger problemlos abgewaschen bzw. ausgespült werden kann.

Beliebt sind additivierte Polyglykole in Temperiergeräten, die mit Atmosphärenkontakt betrieben werden, da sie eine gute Beständigkeit gegen oxidative Zersetzung aufweisen, was weniger Verschlammung bedeutet. Der Anwendungsbereich ist jedoch je nach Produkt auf ca. 200-250 °C begrenzt.

Bei der Inbetriebnahme oder bei einem Ölwechsel kann der Einsatz von Spül- oder Reinigungsflüssigkeiten sinnvoll sein. Der Unterschied ist:

• Mit Spülflüssigkeiten können nach einer Inbetriebnahme Montagerückstände ebenso entfernt werden wie an den Innenwänden haftende Ölfilme nach einem Ölwechsel. Spülflüssigkeiten haben jedoch kein Lösungsvermögen. Ablagerungen verbleiben somit in der Anlage.
• Reinigungsflüssigkeiten hingegen haben ein gutes Lösungsvermögen, so dass auch Ölschlämme gelöst werden können. Bei fest angebackenem Koks kommen jedoch auch sie an ihre Grenzen.

Reinigungsflüssigkeiten haben i.d.R. eine synthetisch-aromatische Basis, was auch der Grund dafür ist, dass es keine Reinigungsflüssigkeiten mit Zulassungen für den Lebensmittelbereich gibt. Dort kommen somit ausschließlich Spülflüssigkeiten zum Einsatz.

Spülflüssigkeiten mit HT1-Freigabe werden eingesetzt, bevor die Anlage mit dem eigentlichen HT1-Thermoöl befüllt wird. Das ist insbesondere bei Neuanlagen in der Lebensmittelindustrie von großer Bedeutung, um eventuelle Montagereste aus der Anlage zu entfernen. Auch beim Wechsel von einem konventionellen Thermoöl auf ein HT1-Öl (z.B. Weißöl) wird es eingesetzt, um Altölreste sicher und zuverlässig herauszuspülen.

Die Klassifizierung HT1 durch z.B. die amerikanische NSF oder die europäische INS bedeutet, dass ein Thermoöl für Anwendungen zugelassen ist, bei denen es zu unbeabsichtigtem Kontakt mit Lebensmitteln kommen kann.

Die FRAGOLTHERM® Lebensmittelspülflüssigkeit FG-33 ist mit allen in der Wärmeträgertechnik üblichen Materialien kompatibel.