Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Данные для цитирования: . ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА // Евразийский Союз Ученых. Технические науки. ; ():-.

Введение. За последнее десятилетие стоимость дизельного топлива выросла более чем в три раза, что стимулирует производство и применение альтернативных топлив, наиболее реальными из которых являются биотоплива на основе растительных масел, которые можно произвести внутрихозяйственным способом из собственного сырья, в частности из рапсового масла.

Посевные площади рапса в Красноярском крае за последние пять лет (с 2011 по 2015 гг.) выросли в два раза. Средняя урожайность семян составляет 13-15 ц/га при себестоимости 15,3 руб./кг. При их переработке выходит до 33% масла и 67% жмыха (шрота). Доход от использования жмыха в животноводстве практически полностью компенсирует затраты на возделывание, уборку и переработку семян. Себестоимость продукции растениеводства при использовании рапсового масла в качестве основы биотоплива снижается до 10-15% [1].

В дизельных двигателях используется биотопливо на основе рапсового масла (РМ) двух разновидностей:

— метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ), получаемый при метанолизе РМ;

— смесевое топливо (СТ), состоящее из смеси РМ с дизельным (ДТ) или другими нефтяными топливами.

Химмотологические качества МЭРМ близки к ДТ, поэтому его использование практически не требует адаптации дизеля. Однако технология внутрихозяйственного производства МЭРМ труднореализуема из-за ее сложности, использования чрезвычайно ядовитого метилового спирта и высокой стоимости конечного продукта.

Учитывая возможность производства РМ на базе специализированного предприятия или внутри хозяйства, а также более высокий выход энергии по топливной составляющей, в сельском хозяйстве региона в основном производят и используют для дизельных двигателей СТ [2,3].

Цель работы – обоснование технологии производства смесевого топлива на основе рапсового масла.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

1) разработать структурную схему технологии производства смесевого топлива на основе рапсового масла;

2) обосновать параметры технологического процесса и оборудования поточной лини производства смесевого топлива;

3) дать оценку физико-химических свойств смесевого топлива.

Условия и методы исследования.

Технология производства смесевого топлива на основе РМ включает три взаимосвязанных и последовательно выполняемых процесса [1]:

1) переработка семян рапса для получения масла-сырца и жмыха;

2) очистка и нейтрализация масла-сырца;

3) смешивание нейтрализованного масла (РМн) с дизельным или другим минеральным топливом.

Эффективность указанных процессов с позиций ресурсосбережения и экологии определяется количественными и качественными характеристиками конечного продукта, основными из которых являются выход рапсового масла после нейтрализации, его теплотворная способность, вязкостно-температурные и другие свойства. Эти характеристики формируют, при смешивании РМн с минеральным топливом, эксплуатационные свойства СТ, которые определяют в итоге энергетические, топливно-экономические, общетехнические и экологические показатели дизельного двигателя и технический уровень машины (трактора, комбайна, автомобиля) в целом [1].

Структурная схема технологии производства смесевого топлива и параметры оборудования для его реализации выбирались из условия обеспечения производительности по семенам до 450 кг/ч с выходом масла 30-35% и осадка после его нейтрализации 5-6%.  Заданные эксплуатационные свойства СТ обеспечивались добавкой в РМн 25-30% по массе минерального топлива.

Результаты исследования.

Технологическая линия (рис. 1), представляющая совокупность производственных процессов получения смесевого топлива на основе РМн была реализована в ряде предприятий АПК Красноярского края.

Процесс переработки семян рапса в масло и получения смесевого топлива осуществляется на поточной линии.

Исходное сырье загружается в бункер 1 и через дозатор поступает в зеерную камеру шнекового маслопресса ММШ-450 (2)  предварительного отжима. В зеерной камере происходит непрерывное уплотнение и предварительный отжим сырья с выделением до 15% масла, которое собирается фузоловушками с пеногасителями и перекачивается в резервуар РГС-50 (7). Далее полуотжатые семена перемещаются винтовым транспортером на пресс основного отжима (3), где съем масла достигает 20%.

Жмых с маслопресса основного отжима винтовым транспортером перемещается в бункер временного накопления (4), для реализации.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА

Рисунок 1.  Схема технологической линии производства смесевого топлива на основе рапсового масла

После отстаивания масло из резервуара (7) поступает в систему очистки (6), включающую линии предварительной и тонкой фильтрации продукта.

Для удаления солей жирных кислот после очистки производится нейтрализация масла раствором КОН при концентрации 0,3% [4]. Реакцию проводят в нейтрализаторе (5) при температуре 60-70°С, что достигается использованием встроенных электронагревателей мощностью 5,0 кВт. Перемешивание масла в нейтрализаторе осуществляется механической мешалкой с перегородками. В результате нейтрализации выделяется 3-5% осадка солей жирных кислот, который сливается через клапан конусного дна нейтрализатора.

Нейтрализованное рапсовое масло РМн перекачивается в смеситель (8), где добавляется дизельное топливо (30%), или керосин марки ТС-1 (25%). Готовая продукция хранится в горизонтальном резервуаре РГС-50, либо реализуется в полиэтиленовой упаковке «Еврокуб» объемом 1 м3 с металлическим каркасом.

В системе очистки масла между насосом НШ-10 (2) и фильтрами грубой (4) очистки предусмотрена установка дросселирующего узла 3 типа ПГ-55 (рис. 2), обеспечивающего его подогрев до 50-60°С и гашение гидроударов. Трехходовой кран (8) позволяет поочередно перекрывать потоки масла при  обслуживании фильтров.

Шестеренный насос подает отстоявшееся масло через дроссель (3) под давлением 5-7 МПа в линию предварительной очистки, включающую два параллельно работающих фильтра грубой очистки типа Р-531А (4), затем через рампу (7) в линию тонкой очистки из двух параллельно установленных  фильтров ЭТФ-002 (5). Первые отсеивают частицы размерами 8-50 мкм, вторые – 0,5-8 мкм. Фильтры обслуживаются ежесменно, с заменой фильтрующих  элементов тонкой очистки и промывкой фильтров грубой очистки.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА

Рисунок 2. Схема системы очистки рапсового масла:

1 – маслозаборник; 2 – насос НШ; 3 – дроссельный узел; 4 – фильтр грубой очистки; 5 – фильтр тонкой очистки с предохранительным клапаном; 6 – нейтрализатор; 7 – рампа; 8 – кран трехходовой

Параметры процесса производства СТ на технологической линии представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры технологического процесса

Параметр

Значение параметра
Производительность по семенам, кг/ч до 450
Суммарный выход масла, % (кг/ч)

из них

— предварительный отжим

— окончательный (основной) отжим

35 (157,5)

 

15 (67,5)

20 (90)

Выход жмыха, % (кг/ч) 63,5 (285,75)
Потери по исходному сырью из материального баланса, % (кг) 1,5 (6,75)
Конструкционная масса оборудования, кг 5500
Полная масса линии, загруженной на 100% по сырью, кг 98900
Установленная потребная мощность при двухстадийном отжиме и полной загрузке линии, кВт    

26,0

Выход осадка (суммарный), % 6,0
Себестоимость рапсового масла нейтрализованного, руб./кг 15,75
Себестоимость смесевого топлива

СТн (0,7РМн+0,3ДТ), руб./кг

28,0
Себестоимость смесевого топлива

СТн (0,75РМн+0,25ТС-1), руб./кг

26,3

Используемая совокупность методов и процессов позволяет обеспечить выход масла при работе поточной линии 35% (155-160 кг/ч) при себестоимости РМн 15,75 руб./кг с учетом реализации жмыха при цене семян рапса 15,3 руб./кг.  В зависимости от вида и количества нефтяного топлива для получения СТ себестоимость его производства составляет 26,3-28,0 руб./кг, что на 33-37% ниже стоимости дизельного топлива.

На рисунке 3 показаны зависимости плотности и вязкости биотопливных композиций на основе рапсового масла, полученных по данной технологии. Их анализ показывает необходимость предварительного подогрева СТ до 65-70°С при его использовании в автотракторных дизелях [3]. Вязкость и плотность смеси 25%ТС-1+70%РМн ниже, чем у смеси 30%ДТ(Л-0,1-40)+70%РМн, что определяется отличием вязкостно-температурных характеристик дизельного топлива и керосина.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА

Рисунок 3. Зависимость вязкости и плотности биотопливных композиций от температуры: —— СТн (75%РМн+25%ТС-1); ── СТн (70%РМн+30%ДТ)           

Полученное смесевое топливо имеет, по сравнению с летним дизельным топливом, более высокую плотность и меньшее цетановое число (табл. 2), что приводит к некоторому ухудшению процесса сгорания дизельного двигателя. Однако подогрев СТ до 65-70°С позволяет существенно улучшить его эксплуатационные свойства, обеспечивая незначительное снижение мощности и топливной экономичности при улучшении экологических показателей автотракторных дизелей [1].

Таблица 2.

Основные показатели физико-химических свойств топлив

Показатели качества ДТ летнее РМ РМн СТ (30%

СТн (30%ДТ

+70% РМн)

СТ (30%

СТн (25%ТС-1

+75% РМн)

Плотность при 20 0С, кг/м3

Кинематическая вязкость при 20 0С, мм2/с (сСт)

Поверхностное натяжение при 20 0С, Н/м

Цетановое число, не менее

Кислотное число, мгКОН/г

Температура, 0С

воспламенения (не менее)

застывания (не более)

Содержание, в %

серы, не более

золы, не более

Низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг

Испытания на медную пластину

840

 

3…6

 

27·10-3

45

0,06

 

+40

-10

 

0,2

0,02

 

42,5

Выдер-живает

913…922

 

62,6…71,7

 

33,2·10-3

38…40

0,04

 

+ 240…320

-18

 

0,0011

0,01

 

34,2…37,5

Выдер-живает

924,2

 

76,04

 

33,2·10-3

38…40

0,0193

 

+230

-20

 

0,001

0,01

 

34,2…37,5

Выдер-

живает

888,4

 

46,5

 

29,3·10-3

40…41

0,02

 

+165

–16

 

0,001

0,01

 

39,5

Выдер-

живает

877,4

 

43,5

 

29,3·10-3

41…43

0,02

 

+117

–16

 

0,001

0,1

 

40,5

Выдер-

живает

Выводы

  1. Разработана структурная схема технологии производства смесевого топлива на основе рапсового масла, включающая процессы: получения масла-сырца прессованием семян рапса; очистку фильтрацией и нейтрализацию раствором КОН масла-сырца; смешивание нейтрализованного масла с минеральным топливом в соотношении (0,70РМн+0,30ДТ или 0,75РМн+0,25ТС-1).
  2. Обоснованные параметры технологического процесса и технического оборудования позволили, при производительности по семенам 450 кг/ч, обеспечить выход нейтрализованного рапсового масла РМн до 35% от массы семян себестоимостью 15,75 руб./кг с учетом цены реализации жмыха и получить смесевое топливо на 33-37% ниже стоимости дизельного топлива.
  3. Физико-химические свойства полученного смесевого топлива позволяют использовать его в автотракторных дизелях при подогреве до температуры 65-70°С без существенного ухудшения энергетических и топливно-экономических показателей.

Список литературы:

  1. Селиванов, Н.И. Технология производства и эффективность использования смесевого топлива на основе рапсового масла / Н. И. Селиванов, А. А. Доржеев // Вестн. КрасГАУ. – 2015. – № 5 С. – 81-86.
  2. Доржеев, А.А. Технология приготовления и использования биотопливной композиции на сельскохозяйственных тракторах [Текст] / автореф. дис. … канд. техн. наук / А.А. Доржеев. – Красноярск, 2011. – 20 с.
  3. Селиванов, Н.И. Эффективность производства и использования биотоплива на основе рапсового масла в тракторных дизелях / Н.И. Селиванов, А.А. Доржеев // Вестн. КрасГАУ. – 2008. – № 4 С. – 236-241.
  4. Пат. 2393209 Российская Федерация, МПК51 C 11 C 3/04. Способ производства биотоплива на основе рапсового масла для автотракторных дизелей [Текст] / Селиванов Н.И., Санников Д.А., Доржеев А.А.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО КрасГАУ. – № 2008140024/13; заявл. 18.10.2008; опубл. 20.04.2010, Бюл. № 11 (II ч.). – 3 с.[schema type=»book» name=»ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА » description=»В статье представлена технология переработки семян рапса и производства смесевого топлива на основе рапсового масла, реализованная внутрихозяйственным способом. Обоснованы параметры поточно-технологической линии производства и дана оценка физико-химических свойств смесевого топлива себестоимостью на 33-37% ниже стоимости дизельного топлива. » author=»Селиванов Николай Иванович, Доржеев Александр Александрович, Матюшев Василий Викторович, Ладыгин Семен Михайлович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-02″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_26.09.15_10(18)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 9819

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх