Технология непрерывного получения дизельного смесевого топлива с улучшенными свойствами

• Автор: Малахов, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.20.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Мичуринск
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследований

1.1 Аналитический обзор известных технологий получения биодизельного топлива из растительных масел.

1.2 Классификация способов проведения реакции метанолиза

1.3 Аппараты с вихревым слоем ферромагнитных частиц.

1.4 Выводы. Цель и задачи исследований

2 Теоретические предпосылки процесса непрерывного получения дизельного смесевого топлива.

2.1 Выбор технологического процесса получения биодизельного топлива.

2.2 Модель движения реакционной смеси в аппарате вихревого слоя ферромагнитных частиц

2.3 Вывод уравнений электромагнитодинамики аппарата вихревого слоя.

2.4 Вывод уравнений гетерофазных жидкофазных реакций синтеза биодизельного топлива
2.5 Численная реализация математической модели синтеза биодизельного топлива.
3 Методика экспериментальных исследований.
3.1 Общая методика исследований.
3.2 Методика получения дизельного смесевого топлива с улучшенными свойствами
3.3 Методика определения метиловых эфиров жирных кислот
3.4 Методика определения содержания неомыляехмых веществ
3.5 Методика определения собственной влаги.
3.6 Методика определения кислотного числа
3.7 Методика определения йодного числа.
3.8 Методика определения перекисного числа.
3.9. Методика определения числа омыления.
3. Методика проведения исследований работы дизеля
4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ
4.1 Исследование закономерностей изменения вязкости и плотности биодизельного топлива от температуры
4.2 Влияние различных факторов на протекание метанолиза.
4.2.1 Влияние мольного соотношения маслоспирт на выход и характеристики биодизельного топлива.
4.2.2 Влияние концентрации катализатора на выход и характеристики биотоплива.
4.2.3 Влияние температуры на выход и характеристики биодизельного топлива
4.2.4 Влияние содержания свободных жирных кислот и воды на выход
и характеристики биодизельного топлива.
4.2.5 Влияние коэффициента заполнения аппарата ферромагнитными
частицами на выход биодизельного топлива.
4.3 Деструкция и изменение физикохимических свойств сложных эфиров глицерина и высших карбоновых кислот при термическом
воздействии на растительное сырь
5. Экономическое обоснование результатов исследований
5.1 Экономическая эффективность применения смесевого топлива
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Необходимость использования длинных «трубчатых биореакторов» с постоянным подогревом, проблемы с удалением метанола и глицерина, невозможностью эффективной промывки биодизельного топлива привели к тому, что это направление не вышло за пределы экспериментов и не нашло своего практического применения. Реакция осуществляется в три стадии с избытком метанола по отношению к стехиометрическому количеству и использовании метилата щелочного металла в безводном метанольном растворе в качестве катализатора. По сути, итальянская технология имеет много общего со схемами, приведенными на рисунках 1. В периодическом процессе, где в исходной смеси метиловый эфир не присутствует, реакция метанолиза требует некоторого времени инициирования, прежде чем образуется заметное количество метилового эфира. В непрерывном процессе, наоборот, оба реагента подаются в реакционную смесь, содержащую постоянное количество метилового эфира, и общая скорость реакции повышается из-за быстрого контакта между двумя реагентами. При превращении растительного масла в метиловый эфир наблюдается почти десятикратное снижение вязкости. Поэтому вязкость реакционной смеси в непрерывном реакторе существенно ниже вязкости исходной реакционной смеси в периодическом реакторе, обуславливая повышенную общую интенсивность перемешивания при сопоставимых расходах энергии. Основное отличие итальянской технологии от многореакторной схемы непрерывного получения биодизельного топлива (рис. Общие преимущества непрерывного процесса: снижение габаритных размеров оборудования при заданной производительности установки благодаря отсутствию простоев для загрузки/разгрузки, пониженный расход энергии и вспомогательных материалов, простота автоматизации управления процессом, более высокая однородность продукта. Достоинства установки, предлагаемой Итальянской ‘Т>езте1 ВаИеэ^а”: относительно малые габаритные размеры технологической установки и оборудования, непрерывность процесса и его автоматизация. Недостатки установки, предлагаемой Итальянской “ВеБгпе! С,. Идея осуществления реакции метаиолиза в несколько стадий (с отделением, глицерина после каждой стадии) направлена на снижение в биодизельном топливе содержания непрореагировавшего растительного масла в форме триацилглнцеринов. В.этом случае равновесие может быть перемещено в сторону конечного продукта при выполнении многостадийного процесса. В процессе метанолиза перед второй ступенью начальная концентрация метиловых эфиров может составлять не более %. При этом глицерин, полученный на каждой стадии, должен быть отделен. Смесь, подаваемая на последующие стадии реакции, содержит метиловые эфиры и непрерывно уменьшающиеся концентрации моно-, ди- и триацилглицеринов. Процесс сопровождается с подачей метанола и катализатора в биореактор на каждой стадии. Так, на второй стадии происходит приращение в выходе метиловых эфиров относительно величины равновесия первой стадии. Кривые кинетики процесса являются подобными таковым из первой стадии. Фактически возможно резкое увеличение выхода эфиров впервые минуты, и впоследствии кривые могут быть асимптотическими со временем. Увеличение мольного отношения метанолгмасло имело положительный эффект на выход эфиров, например, отношение 6:1 улучшает выход относительно первой стадии примерно на %. Триацилглицерины имеют ограниченную растворимость в спиртах (метаноле), поэтому интенсификация смешивания этих двух фаз является главным условием для улучшения мас-сопередачи между ними. После этого цикл можно начинать заново. В зависимости от требуемой производительности оборудование может быть представлено или в виде крупнотоннажного завода, или в виде малогабаритных (типа контейнеров) установок. При этом технологический цикл остается практически неизменным - таким, каким он был разработан еще в начале XX века. Повышение технико-экономических характеристик существующих процессов и аппаратов получения биодизельного топлива возможно только инновационным путем, на основе анализа физико-химических процессов, происходящих в биореакторе при синтезе метиловых эфиров жирных кислот. Недостаточная изученность процесса ограничивает возможности эффективного управления биореактором и не позволяет реализовать потенциал химической реакции получения биодизельного топлива.