Спосіб одержання біопалива для дизеля

1. Спосіб одержання біопалива для дизеля, що включає змішування рослинних олій зі спиртами і каталізатором, синтез ефірів у реакторі шля 3 Задачею корисної моделі є підвищення ефективності роботи способу, у тому числі процесу етерифікації, за рахунок здійснення ефективних режимів способу при застосування ультразвукової кавітаційної обробки. Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання біопалива для дизеля, що включає змішування рослинних олій зі спиртами і каталізатором, синтез ефірів у реакторі шляхом етерифікації, нагрівання та розділення продуктів етерифікації на біодизель і гліцеринову фазу, при цьому синтез ефірів здійснюють при застосуванні низькочастотної ультразвукової обробки, яку реалізують за допомогою ультразвукових випромінювачів, новим є те, що, здійснюють об’ємну ультразвукову обробку на частоті 16-22кГц при інтенсивності 0,5-5Вт/см при тиску 0,1-0,6МПа. Змішування рослинних олій зі спиртами і каталізатором здійснюють протягом 5-25с, а етерифікацію - протягом 15-22хв. за тих же параметрів ультразвукової обробки. Розділення продуктів етерифікації здійснюють протягом 30-60хв., після чого одержаний біодизель змішують з водою при застосуванні об’ємної ультразвукової обробки Перераховані ознаки способу складають сутність корисної моделі. Наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю істотних ознак корисної моделі і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. При стандартній схемі безперервного виробництва і відділення біодизеля підігріта рослинна олія і суміш каталізаторів безперервно змішуються за допомогою регульованого насоса. А за розробленим способом вбудована статична мішалка дозволяє збільшити однорідність маси, що подається в ультразвуковий реактор. Суміш олії і каталізаторів, проходячи проточний осередок, піддається дії ультразвуком близько 5-25с. Для регулювання тиску в проточному осередку застосовується клапан зворотної тяги. Далі суміш після дії ультразвука потрапляє в колонуреактор. Об'єм колони-реактора розрахований так, щоби олія залишалась в ній близько години. Протягом цього часу відбувається завершення процесу переетерифікації. Після розділення біодизель і гліцеринову фазу відкачують з колони в центрифугу, де і відбувається остаточне відділення двох фракцій, а саме гліцеринової фази і біодизеля. Пост-процес включає відновлення метанолу, промивку і осушення, які також можуть бути безперервними процесами. Дана схема виключає необхідність установки декількох біодизельних реакторів, традиційних мішалок і великих ємкостей для розділення. Спосіб реалізується за допомогою установки, зображеної на Фіг., яка призначена для виробництва 80л біодизеля, і яка входить до складу своєрідного біодизельного реактора. Ця установка включає: ультразвуковий генератор (1) на 0,5кВт або 1,0кВт (частота 16-22кГц); амперметр (2) для вимірювання сили струму; 80літровий бак (пластиковий, наприклад з поліети 54914 4 лену низької об’ємної гущини - ПЕНОГ) (3); нагрівальний елемент (4) (потужністю 1-2кВт); 10літровий бак (5) для попереднього змішування каталізаторів (пластиковий, наприклад ПЕНОГ); мішалка (6) для змішування каталізаторів; насос (7) (або центрифуга, моно- чи мульти-) потужністю 10-20л/хв. при тиску 0,1-0,6МПа; клапан зворотної тяги (8) для регулювання тиску в проточному осередку (9); датчик тиску (10) для вимірювання тиску на вході; ультразвуковий перетворювач (11) з концентратором поздовжніх ультразвукових коливань (12). Спосіб одержання біопалива для дизеля включає такі основні етапи: 1. підготовка компонентів: рослинна олія або тваринний жир змішується з метанолом (утворюються метилові ефіри) або етанолом (етилові ефіри) і метилатом натрію або калію чи гідроксидом; 2. підігрів в ємності (3) суміші (до 45-67°С); 3. вплив на підігріту суміш об’ємним низькочастотним ультразвуком на частоті 16-22кГц при інтенсивності 0,5-5Вт/см протягом певного часу (525с) за визначеного робочого тиску (0,1-0,6МПа); 4. осідання гліцеринової фази за допомогою центрифуги; 5. промивання утвореного біодизеля водою. Звичайна ультразвукова дія, що здійснюється за допомогою ультразвукового генератора (1), ультразвукового перетворювача (11) з концентратором поздовжніх ультразвукових коливань (12), супроводжується нагнітанням робочого тиску (0,10,6МПа) за допомогою подаючого насоса (7) і клапана зворотної тяги (8), розташованого за проточним осередком (9). Підготовка компонентів. Гідроксид калію (0,20,4кг, каталізатор) змішують з приблизно 8,5л метанолу в баку (5) для змішування каталізаторів. Для цього може знадобитися мішалка (6). В основний бак (3) заливають біля 66л рослинної олії, яку потім потрібно підігріти за допомогою нагрівального елементу (4) до 45-67°С. Виробництво біодизеля. Коли каталізатор повністю розчиняється в метанолі в баку (5), цю суміш додають в основний бак (3) і змішують її з підігрітою рослинною олією протягом 5-25с і застосуванням ультразвукової кавітаційної дії. За допомогою насоса (7) і клапана зворотної тяги (8) нагнітають в основному баку (3) тиск до 0,1-0,6МПа. Рециркуляція суміші через ультразвуковий біодизельний реактор повинна відбуватися протягом 15-22хв. Під час рециркуляції олія перетворюється на біодизель. Після того, як в баку (3) утворюється біодизель, насос (7) і ультразвуковий генератор (1) вимикають. Гліцеринова фаза, як важча фракція, осідає як осадо на дні бака (3). Процес відділення гліцеринової фази від біодизеля займає приблизно 30-60хв. Після остаточного розділення двох фракцій гліцеринову фазу зливають. Промивка біопалива. Оскільки після відділення від гліцеринової фази біодизель містить в собі домішки, то його необхідно промити. Для цього біодизель змішують з водою. Для прискорення цього процесу і поліпшення процесу змішування можна також застосувати ультразвук, який дозво 5 54914 лить зменшити розмір крапель і таким чином збільшить площу активної поверхні. Проте тут потрібно враховувати, що дуже активна дія ультразвуком може зробити краплі води досить маленькими, щоб вони змішалися з біодизелем і утворили достатньо стійке з'єднання (тобто лімітуючими параметрами є час і інтенсивність ультразвукової дії, що визначаються експериментально [3-4]). Були проаналізовані експериментальні результати процесу переетерифікації рапсової оливи (промислового сорту) з метилатом натрію і гідроксидом калію, одержані без і з застосуванням ультразвуку за розробленим способом. Для обох тестів за контрольний показник узяли рівень переетерифікації при інтенсивному змішуванні. Аналіз отриманих результатів показує, що реакція проходить набагато швидше в зразках, які піддавали ультразвуковій дії, ніж у зразку, узятому для порівняння. Промисловий процес виробництва біодизеля за розробленим способом вимагає менше потужності у порівнянні з традиційною технологією завдяки використанню об’ємної ультразвукової дії. Ультразвукові прилади з потужністю 8-16кВт можуть бути використані на заводах (міні-заводах) будь-якого масштабу і з будь-якою інтенсивністю виробничого потоку. Було також досліджено, що ультразвукові реактори дозволяють скоротити цикл виробництва біодизеля менше за 30хв. (звичайний процес за Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 ймає 1-4год). Головним є те, що обробка ультразвуком дозволяє скоротити процес розділення на фракції до часу, що є меншим за 60хв. (при використанні звичайного змішування цей процес займає 5-10год). Застосування ультразвука за розробленим способом також дозволяє зменшити кількість каталізатора, необхідного для реакції, майже на 50% завдяки активізації хімічної активності за наявності режиму розвиненої ультразвукової кавітації. При дії ультразвуком за зазначеними режимними параметрами скорочується кількість необхідного метанолу, а також підвищується якість (гомогенізація) гліцеринової фази. Розроблений спосіб показав високу ефективність при одержанні біопалива на основі багатокомпонентних сумішей, що використовується для дизеля. Джерела інформації 1. UA №30417А. МПК C01L1/02. Опубл. 15.11.2000, Бюл. №6. 2. Установка для одержання біопалива для дизелів. UA №19495. МПК C10L1/00, F24H4/00, F25B29/00. Опубл. 15.12.2006, Бюл. №12. 3. Новицкий Б.Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах / Б.Г. Новицкий. -М. : Химия, 1983. - 192с. 4. Агранат Б.А., Башкиров В.И., Китайгородский Ю.И., Хавский Н.Н. Ультразвуковая технология / Под ред. проф. Б.А.Аграната. - М.: Металлургия, 1974. - 504с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601