Малогабаритне обладнання для виробництва біодизельного палива.
Відома установка для виробництва біодизеля типу БДЦ - 200 [33,35,36]. Основні її технічні характеристики: виробничість – 200 л/ч, необхідна площа для розміщення обладнання - 60-80 м2, споживна потужність - 35 кВт, гарантійний строк роботи - 24 місяця. Установка БДЦ складається з біодизельного реактора, електронагрівача, статичного міксера, центробіжного насосу, пристрою для контролю тиску та температури. Основними недоліками такої установки є її низька виробничість, тривалість технологічного процесу, великі енерговитрати, низька ефективність виробництва біодизеля. Головним недоліком є те, що біодизельне паливо отримується у результаті простого механічного змішування компонентів які входять в біопаливо, міксером, при цьому відсутнє диспергування компонентів на молекулярному рівні. В результаті чого біодизельне паливо в процесі зберігання розшаровується на вхідні компоненти, що дуже негативно впливає на працездатність дизелів (підвищений знос паливної апаратури, гільзо-поршневої групи, клапанного механізму та інших складальних частин, складність запуску дизеля та нестабільність його роботи). Розроблена малогабаритна енергозберігаюча установка для для отримання біодизельного палива в умовах АПК (фермерських господарств, міні-цехів невеликої потужності) [27,28,37].
На рис. 26.13 пропонується принципіальна схема установки. Установка має приводной електродвигун 1; з'єднальну муфту 2; крани 4, 5, 7, 10 та манометр 9, які призначені для регулювання технологічного процесу та контролю тиску у системі; три технологічні ємності: для сировини 14 (рапсової олії або інший компонент із біомаси), ємність 11 для дизельного пального, 16 для готової продукції (біодизеля), в нагнітаючу магістраль 14, вмонтовані дозатор для дизпалива ежекторного типу та гідродинамічний кавітатор ударної дії, причому дозатор встановлений в магістраль 14 перед входом 17 в кавітатор, а вхід 17 в кавітатор 8 з'єднаний магістраллю 14 через бай-пас 19 з гідронасосом 3, вихід 18 кавітатора з'єднаний трубопроводом 20 до ємності готової продукції 16, отвір виходу 20 за внутрішнім діаметром більше ніж у входу 17. В установці є бай-пас 19 для регулювання робочого тиску в кавітаторі 16. Змішувач - дозатор 13 ежекторного типу служить для насичення дизельного палива рапсовою олією; гідродинамічний кавітатор 8 для інтенсивного диспергування дизпалива з олією. Магістраль (а) служить для подачі олії з ємності 15, магістраль (в) - для виходу готової продукції в технологічний бак. Установка працює таким чином. При включені приводного електродвигуна 1, через муфту 2, гідронасос 3 всасує олію із зовнішнього джерела в магістраль (а) до відкритого крану 4 та потрапляє у всасуючу магістраль гідронасосу 3. При цьому кран 5 повинен бути відкритим, акрани 7,10,12 - закриті. Після того як відрегулювали краном 12 подачу олії з
![Принципова схема малогабаритної установки [37].](/imag/ecolog/4u4_altde/image165.jpg)
Рис. 26.13. Принципова схема малогабаритної установки [37].
ємності 15, та в змішувач-ежектор 13, відкриваємо кран 12 і краном 5 регулюємо спочатку робочий тиск у нагнітаючій магістралі 14, який контролюється манометром 9. Дизпаливо під тиском проходить по нагнітаючій магістралі 4 та потрапляє у кавітатор 8, де відбувається інтенсивне насичення дизпалива рапсовою олією. З виходу 18, кавітатора, гідродинамічна суміш по магістралі подається у технологічний бак 16. Після насичення дизпалива олією, крани 10, 12 закриваємо, а установку включаємо. Дисперговане таким чином дизпаливо з рапсовою олією, інакше кажучи біодизель потрапляє у магістраль (в), а потім в бак готової продукції 16. Установка апробована в умовах агровиробництва, отримані результати наведені у таблиці 26.12.
Таблиця 26.11.
Властивості біодизельного палива та дизельного палива нафтового походження
|
Вид палива |
Показники |
|||
|
Цетанове число |
Кінематична вязкість при t=20°C,Cr |
Температура спалаху°С |
Густина при t=20°C, кг/м3 |
|
|
Біодизельне паливо з рапсової олії |
50 |
7,83 |
50 |
848 |
|
Дизельне паливо нафтового походження |
48 |
6,0 |
40 |
860 |
![Малогабаритна установка УБД-400 для виробництва біодизеля на основі рослинної олії [37].](/imag/ecolog/4u4_altde/image166.jpg)
Рис. 26.14. Малогабаритна установка УБД-400 для виробництва біодизеля на основі рослинної олії [37].
Мобильність, простота конструкциі і невеликі габаритні розміри, дозволяють використовувати установку в любому фермерському господарстві. Установка може бути використана господарствами використовуючими біодизель, для кінцевого и повного змішування с традициійним дизельным паливом. При кавитаційнних процессах виникає хімічна активація суміши, образується велика кількість мілких "пузирьків-окислювачів", їх заряджання енергієй високих температур і тисків, забезпечення інтенсивного диффузійного переноса реагуючих середовищ, в наслідок чого виникає однорідна суміш, без подальшого розділення складових. Технічні характеристики: Виробничність- 400 л/г; Використовуєма потужність- 2,2 кВт, 380 В; Габаритні розміри-1260-860- 800 (мм) Масса- 55 кг.
Одночасно проведені досліди по використанні метилового ефіру (МЄ) в суміші з дизельним паливом (ДІЇ) нафтового походження в різних співвідношеннях 75% ДП +26% ME, 50% ДП + 50% ME, 26% ДП + 75% ME, а також чистого метилового ефіру. Встановлено що по своїм фізичним показникам ME наближається до дизельного палива. Основними недоліками лінії [33-36], е великі габаритні розміри, важкість конструкції, великі енерговитрати, низька надійність, По цим причинам лінія не мала практичного використання при виробництві БДП. Враховуючи можливість і перспективність виробництва і використання в Україні БДП для дизелів сільськогосподарської техніки розроблена малогабаритна установка для отримання гідродинамічної активованої суміші [19,20,21,28] рапсової олії з дизпаливом нафтового походження. Схема установки показана на Рисунку 26.15. Комплектність установки - гідростанція, емульгатор, напірний насос – дозатор, контрольно- вимірювальна і з'єднувальна апаратура, пульт керування. В якості гідростанції використовується установка УСЖ - 01 ПС, напірний насос - дозатор ежектронного типу. Емульгатор представляє собою моноблок, що складається з паралельно включених гідродинамічних кавітаторів, двох розподільних колекторів, запірної і вимірювальної апаратури (крани, манометри, термометри і ін.) Технологія отримання "БДП" базується на дозуванні і диспергуванні рапсової олії в "БДП" складає 20 - 26% (в залежності від цетанового числа). Технологічний процес "БДП" складається з наступних стадій:
- 1. підготовка сировини (рапсова олія);
- 2. дозування і диспергування рапсової олії в потоці дизельного палива нафтового походження;
- 3. вхідний аналіз і визначення якості продукції (проміжкові аналізи);
- 4. кінцевий аналіз і паспортизація готової продукції "БДП";
- 5. вхідний аналіз і визначення якості продукції (проміжкові аналізи);
- 6. кінцевий аналіз і паспортизація готової продукції "БДП".
![Схема гідродинамічного апарата для отримання біопалива [126,29,32].](/imag/ecolog/4u4_altde/image167.jpg)
Рис. 26.15. Схема гідродинамічного апарата для отримання біопалива [126,29,32].
1,4,6 - вентилі; 2,10 - манометри; 3 - напірний насос; 5 - живильний насос; 7 - емульгатор; 8 - бак для присадки; 9 - бак для світлих нафтопродуктів; 11 - бак для готової продукції.

Рис. 26.16. Мобільна установка на базі автомобіля ГАЗ -3317А.
Властивості рапсового і традиційного дизельного палива
|
Паливо |
Щільність при t=20° С, кг/м' |
В'язкість при t=20°C, mmVc |
Цетанове число |
Температура загорання |
Температура закупорювання холодного фільтру, °С |
Теплотвор• на спроможність, λ Дж/кг |
|
Традицій не дизельне паливо |
834 |
4-6 |
50 |
80 |
-11,0 |
46,4 |
|
Рапсова олія |
922 |
7,4 |
44 |
317 |
+15 |
І93 |
|
Суміш Tessol |
І98 |
3,2 |
39 |
-5,5 |
39,4 |
|
|
Рапсовий метилови йефір |
882 |
6-8 |
48 |
>100 |
-8,0 |
40,0 |
|
Соєва олія |
931 |
7,8 |
46 |
347 |
+18 |
43,7 |
Одночасно узагальнені дані по спеціалізованих фірмах Германії, Польщі, США, а також Української аграрної академії наук, науково-дослідному транспортному інституту (м. Київ) і іншим організаціям. Іспити БДП також проводяться і в Австралії, Франції, Італії, Іспанії, Великобританії [24]. Узагальнені дані по властивостям рапсового і традиційного дизельного палива приведені в таблиці 26.12. З таблиці видно, що біопаливо на основі рапсової олії може бути вживаним для використання в двигунах всіх модифікацій без їх конструктивної зміни. Покладаючись на закордонний досвід [20] та розробки [35,36], було розроблено - універсальну гідродінамічну установку для виробництва БДП на основі диспергування на молекулярному рівні рапсової олії з етанолом в присутність лужного каталізатору (наприклад, гідроксіду натрію) [21,34,38]. Установка призначена для отримання БДП в умовах агропромислового виробництва. Принципову схему універсальної установки для отримання БДП представлено на Рисунку 26.17. Установка включає в себе технологічну ємність 1 для сировини (рапсова олія), гідростанцію, що складається з електродвигуна 3, муфти 4, насоса 5, бай - паса 6 і крана 7 для регулювання тиску олії в системі. Бай - пас 6 нагнітаючою магістраллю 8 і через кран 9 з'єднаний з дозатором – змішувачем 10 інжекторного типу і гідродинамічним диспергатором 19. Дозатор - змішувач 10 і диспегатор 19 встановлені послідовно, причому вихід дозатора з'єднано з входом диспергатора. Дозатор - змішувач 10 має порожнину розрідження "Р" між соплом 11 и розширювачем 12, розміщеним в його корпусі назустріч одне одному. Порожнина розрідження дозатора трубопроводом 17 через кран 18, з'єднана з колектором 13. Колектор 13 з'єднано через крани 14, 15 і 16 з внутрішніми порожнинами бака 35, що має три секції 20, 21 і 22 для компонентів. Секція 20 призначена для дизельного палива нафтового походження, секція 21 - для метанолу, секція 22 - для каталізатора (гідроксид натрію). Вихід дозатора 10 з'єднаний з входом гідродинамічного диспергатора 19. Одночасно вихід диспергатора трубопроводом з'єднано з технологічною ємністю 24 для гідродинамічно активної суміші рапсової олії з компонентами, що надходять із секції 20,21 и 22 бака 35 через колектор 13 и дозатор - змішувач 10. Ємність 24 через кран 26 з'єднана з сепаратором 26 для розділення фаз "біодизель" і "водно - гліцеринова суміш", відповідно поступаючих в ємності 27 і 28. Ємність 28 для "водно - гліцеринової суміші" з'єднано з фільтром-вологоочисником 29, який в свою чергу з'єднаний з ємністю ЗО для гліцерину та 31 для збору вологи (води). Ємність 24 оснащено дренажним трубопроводом 32 з краном 33 для видачі готової продукції. Установку обладнано вимірювальними приладами (манометром 36, датчиком температури 37, витратоміром біодизеля 34). Установку конструктивно виконано по модульно - блочному типу, що забезпечує універсальність [38]. Універсальність установки передбачається її можливістю працювати в трьох режимах, а саме:
- 1. Отримання БДП на основі диспергування холоднопресованої очищеної рапсової олії (РО), дизельного палива (ДП) нафтового походження і метанолу (М), з впливом каталізатора (К).
- 2. Отримання БДП на основі чистого метилового ефіру (ME), з динамічно активізованої суміші (РО) і (М).обробленої каталізатором (К).
- 3. Отримання БДП з суміші ДП та РО диспергуванням компонентів на молекулярному рівні.
Універсальна установка [21,38] працює в режимах 1, 2 и 3 таким чином: в режимі 1 - крани 14, 15, и 16 бака 35 відчинено для проходження в дозатор- змішувач 10 всіх компонентів. При включенні приводний електродвигун З через муфту 4 починає обертати гідронасос 5, який всмоктує РО з ємності 1 та подає її в бай - пас 6 и напірну магістраль 8 установки. Після цього краном 6 бай-паса регулюється робочий тиск в магістралі 8, який контролюється манометром 36. Рапсове масло під тиском проходить по напірній магістралі 8 при відкритому крані 9 і попадає в дозатор – змішувач 10. Одночасно при відкритих кранах 14, 15 и 16 із секцій 20, 21 и 22 бака 35 в колектор 13 потрапляють компоненти (ДП, МБ та К), які завчасно в ньому змішавшись, всмоктуються через відкритий кран 18 і трубопровід 17 в порожнину розрідження Р дозатора 10. В дозаторі- змішувачі 10 рапсове масло інтенсивно насичується компонентами (ДТ, М та К). Попередньо насичена суміш попадає в гідродинамічний диопергатор 19. В кавітаторі 19 виконується глибоке диспергування суміші компонентів з РМ на молекулярному рівні. Активована суміш, одержуючи властивості БДП поступає по трубопроводу 23 в технологічну ємність 24, а потім - в сепаратор 26 при відкритому крані 26. В сепараторі 26 суміш розділяється на фази "біодизель" и "водно- гліцеринова суміш", потім кожна фаза поступає в відповідні ємності 27 і 28. Далі "водно - гліцеринова суміш" подається з ємності 28 в фільтр-вологоочисник 29, де розділяється на гліцерин і воду. Гліцерин зливається в ємність ЗО, а волога (вода) в ємність 31. В результаті готова продукція "БДП" з ємності 27 по ірубопроводу 32 при відкритому крані 33 через витратомір 34 видається споживачеві. Гліцерин може бути використаний при виробництві кормових добавок для птиць.
![Універсальна установка для виробництва біодизельного палива [21,38].](/imag/ecolog/4u4_altde/image169.jpg)
Рис. 26.17. Універсальна установка для виробництва біодизельного палива [21,38].
В режимі 2 - установка працює при закритому крані 14 и відкритих кранах 15 і 16 для потрапляння відповідних компонентів (метанолу і каталізатора) через колектор 13 в порожнину розрідження Р дозатора змішувача 10. Технологічний процес отримання БДП аналогічний роботі в режимі 1.
В режимі 3 - установка працює при закритих кранах 15 і 16 бака 35 и відкритому крані 14 для потрапляння ДП нафтового походження через трубопровід 13 в порожнину розрідження Р дозатора-змішувача 10. В подальшому подібним чином, як і по п.п. 1 і 2, протікає технологічний процес отримання "БДП" на основі диспергуваня ДП і РО. Установка [21,38] апробована в умовах агровиробництва, отримані результати наведені у таблиці 26.13.
Таблиця 26.13.
Властивості біодизельного палива та дизельного палива нафтового походження
|
Вид палива |
Показники |
|||
|
Цетанове число |
Кінематична вязкість при t=20°C Ст |
Температура спалаху, °С |
Густина при t=20°C. кг/м3 |
|
|
Біодизельне паливо з рапсової олії |
40 |
7,83 |
50 |
846 |
|
Дизельне паливо нафтового походження |
50 |
6,0 |
40 |
860 |
Універсальна установка для виробництва біодизельного палива випробувана в ЮНТЦ (УААН), отримані обнадіюючи результати, а саме:
- - біодизельне паливо по своїх фізико - експлуатаційним властивостях пракично не відрізняється від дизельного палива нафтового походження;
- - викиди відпрацьованих газів значно зменшуються;
- - викиди твердих частин зменшуються до 50 %;
- - працездатність дизелів практично не змінюється без конструктивної модернізації основних вузлів і агрегатів;
- - продуктивність установки 1100 л/год. біодизельного палива.