Установка для одержання біопалива для дизелів

1. Установка для одержання біопалива для дизелів, що включає схему технологічної лінії: змішувач рослинних олій зі спиртами і 3 вакуум-насосу, а компоненти, що не прореагували, видаляють у розподільники і далі згідно технологічної схеми. Таким чином одержують метилові ефіри в кількох апаратах, в яких змішують, нагрівають і синтезують. Недоліки - складна технологія виробництва і велика кількість обладнання із-за необхідності ретельного змішування на початку в першому реакторі і подачі в другий реактор, де нагрівають і синтезують ефіри, а потім - в розподільники, де розділяють одержані ефіри від компонентів, що не прореагували. В основу корисної моделі поставлено задачу спростити схему технологічної лінії процесу етерифікації і максимально інтенсифікувати процеси змішування, нагрівання і синтезу вуглеводневих радикалів ефірів шляхом використання кавітаційного пристрою, забезпечити прискорення утворення цих радикалів. Суть винаходу полягає в тому, що установка для одержання біопалива для дизелів, що включає схему технологічної лінії: змішувач рослинних олій зі спиртами і каталізатором, реактор синтезу ефірів шляхом етерифікації, нагрівач та розподільники продуктів етерифікації, яка відрізняється тим, що стадія синтезу ефірів виконана у вигляді кавітаційного пристрою. Кавітаційний пристрій виконаний у вигляді резервуару і труби, обладнаної на вході прискорюючою завиткою, що зумовлює вихровий потік рідин, а на виході - звуженою ділянкою з вібраційною пластиною. Поставлена задача вирішується за допомогою кавітації, яка відома в літературі [„Новый политехнический словарь". - Μ.: Научное издание БСЭ, 2000. - с.199]. Це - явище виникнення в крапельній рідині розривів суцільності у вигляді порожнин, або пухирців, які заповнені газом і паром, при тиску в рідині нижче деякого критичного значення - тиску насиченої пари при даній температурі. Кавітаційні пухирці здійснюють згасаючі коливання і захлопуються з великою швидкістю, що супроводжується ударними хвилями. Завдяки кавітаційному явищу в суміші двох рідин (олія зі спиртом) здійснюється миттєве і ретельне їх змішування, одночасне нагрівання і створення вуглеводневих радикалів в реакції етерифікації. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, відрізняється від прототипу наявністю кавітаційного пристрою для прискорення утворення вуглеводневих радикалів. Це спрощує технологію процесу етерифікації за рахунок її інтенсифікації, а також знижує капітальні витрати на обладнання і стримує розвиток шкідливих мікроорганізмів в біопаливі. За своєю сутністю технологія побудована на фізичній (змішування і нагрівання) і хімічній (реакція синтезу) переробці олії у ефіри. За так званою „холодною" технологією, за якою процес проходить при температурі 20-60°С на протязі 1-2 годин з застосуванням лужних каталізаторів КОН або NaOH. Реакція етерифікації полягає в додаванні одновалентного метилового спирту в 19495 4 тригліцериди при наявності каталізатора, розчиненого в спирті. При використанні NaOH необхідне підігрівання олії до температури 60100°С, КОН - до температури 20-50°С, але зі значно більшим часом. В залежності від методу, що застосовується, одержують суміш ефірів, а також гліцеролові фракції з різним вмістом гліцерину. Одержаний метиловий ефір і гліцеролова фракція практично не змішується, тому після закінчення реакції відбувається гравітаційне розділення суміші на два шари у розподільнику. Процес може мати періодичний або безперервний характер і здійснюється в установці, яка включає стадію синтезу ефірів, регенерацію непрореагованого спирту і стадію розподілення одержаних продуктів. Запропоноване технічне рішення пояснюється кресленнями: на Фіг.1 - технологічна схема установки для одержання біопалива; на Фіг.2 кавітаційний пристрій, загальний вигляд. Технологічна схема містить ємність для спирту 1, бункер для каталізатору 2 з дозатором 3, ємність для розчинення каталізатору 4, ємність для спиртового розчину каталізатора 5, ємність для олії 6, ємність для кислоти 7, кавітаційний пристрій 8 з циркуляційним насосом 9, конденсатор спирту 10, вакуум-насос 11, компресор 12, насос 13, фільтр для відділення твердої фракції 14, розподільник 15, ємність для води 16, вентилятор 17 з підігрівачем повітря 18, фільтр для відділення відходів 19, ємність для одержаного ефіру 20 і ємність для гліцеролу 21. Кавітаційний пристрій містить резервуар 22, трубу 23, що обладнана на вході прискорюючою завиткою 24, а на виході - звуженою ділянкою 25, вібраційною пластиною 26 і отвором 27, вхідний патрубок 28, вихідний патрубок 29, байпасний вхід 30, байпасний вихід 31, термодатчик 32 та вібродатчик 33. Приклад конкретного виконання установки для одержання біопалива. Труба 23 має довжину, яка дорівнює близько десяти її діаметрів: довжина 700 мм, внутрішній діаметр 60мм. Прискорююча завитка 24 має вигляд циліндричної порожнини, всередині якої розташована спіралеподібна спрямовуюча з зовнішнім діаметром 200мм і висотою 45мм, з вхідним патрубком 28 інжекційного типу з перфорованою діафрагмою, що розташований по дотичній до порожнини, по центру прискорюючої завитки 24 є основний вихід діаметром 60 мм - у трубу 23, та додатковий байпасний вихід 31 діаметром 15 мм. Труба 23 має звужену ділянку 25 з отвором 27 діаметром 25мм. На звуженій ділянці 25 змонтована вібраційна пластина 26 з розмірами 150х56мм і товщиною біля 1мм. Циркуляційний насос 9 має продуктивність 25 куб.м/год, робочий тиск - 0,5 МПа і необхідну потужність двигуна 5,5 кВт. Установка працює наступним чином. У відповідності з технологічною схемою з бункера 2 каталізатор КОН дозують за допомогою дозатора 3 на сітку ємності 4 і також подають спирт з ємності 1 для приготування спиртового розчину каталізатору. У відношенні 2:1 подають 5 олію і спиртовий розчин на стадію синтезу, а саме у кавітаційний пристрій 8, де змішують, нагрівають і синтезують радикали ефірів та подають кислоту з ємності 7 для нейтралізації каталізатора, а потім на стадію розподілення одержаних продуктів, а саме через фільтр для відділення твердої фракції 14 (мило) в два розподільника 15, де подають воду з ємності 16 для відмивки одержаних продуктів і просушування гарячим повітрям за допомогою вентилятора 17 з підігрівачем повітря 18. Одержаний ефір через фільтр для відділення відходів 19 збирають у ємності 20, а гліцерол - у ємності 21. Непрореаговані пари спирту відсмоктують за допомогою вакуум-насосу 11, а компресором 12 подають в конденсатор спирту 10, а потім спирт повертають в ємність для спирту 1. В кавітаційному пристрої 8 рідини, потрапляючи у вхідний патрубок 28 за допомогою циркуляційного насосу 9 під тиском 0,5 МПа, а потім в прискорюючу завитку 24, швидко прискорюються та закручуються в вихровому русі і потрапляють в трубу 23. Закручений потік у трубі 23 переміщується по гвинтовій спіралі у стінках труби до протилежного кінця, що закінчується звуженою ділянкою 25 з отвором 27. Перед отвором симетрично осі труби вмонтована вібраційна пластина 26, що виконує роль камертона, з метою вібрування і швидкого гальмування вихрового потоку. Кавітація, що виникає при цьому призводить до миттєвого і ретельного змішування рідин і необхідного підвищення температури. За вказаними розмірами пропонована установка з об'ємом 100 л резервуару 22, що нагріває рідини з швидкістю 0,5-3°С за хв. [наприклад, за патентом України № 67099, кл. F 25 В 29/00 "Пристрій для нагрівання рідини" Столяренко Г.С., Мислюк Є.В.]. Відповідно до дослідних результатів під час руху рідини через звужену ділянку 25 зі швидкістю 15 м/с отримана кавітація з ударною хвилею, де абсолютний тиск в рідині досягає до 120 МПа, який розриває суцільність менш міцної органічної рідини, що дорівнює тиску насиченої пари органічних рідин (спирт і олія) при даній температурі. Відбувається інтенсивне пароутворення, місцеве кипіння і виділення газів у вигляді бульбашок, тобто кавітаційних пухирців. Розміри зони кавітації розширюються в разі збільшення тиску на вхідному патрубку 28 від 0,5 до 0,7МПа, а звужена ділянка 25 з вібраційною пластиною 26 при цьому допомагають створити 19495 6 акустичні коливання у паро-рідинній суміші з частотою 10-30кГц вже при інтенсивності порядку 0,5 - 3,0 Вт/см2. Явище кавітації супроводжується генеруванням вільних радикалів ОН*, Н02*, вуглеводневих радикалів Н2С*, а також кінцевих продуктів їхньої рекомбінації Н2О2. Радикали є дуже реакційне можливими, а пероксиди водню в присутності комплексних сполук олій можуть утворювати додаткову кількість вуглеводневих радикалів і можуть ініціювати повільні ланцюгові реакції етерифікації. Тому проблеми створення короткочасних імпульсів, при яких у системі утворюються вуглеводневі радикали, не існує. Отже складність - реєстрація активних часток, які утворилися за час одного імпульсу. Внаслідок того, що в експериментальній установці використовували частоти не менш 10 кГц, за один період коливання в системі утворювалась відносно велика кількість активних часток. Поки можна вважати надійно встановленим присутність у кавітаційних пухирцях збуджених вуглеводневих радикалів. Удосконалення запропонованого способу органічного синтезу дозволяє швидше одержувати в даний час практично всі спиртові ефіри для біопалива, так як застосування явища кавітації дозволяє швидше утворювати вуглеводневі радикали та одержувати ті ж сполуки, що й при звичайному синтезі. В цьому випадку мова йде не про нові хімічні сполуки, а про принципово новий технологічний процес, що дозволяє здійснити синтез більш простим і економічним способом з більшою швидкістю і селективністю. Крім того, кавітація стримує розвиток мікроорганізмів (бактерій, грибів, дріжджів) в біопаливі при його тривалому зберіганні (за прототипом - в біопаливо з цією метою додають фунгіциди). Технічне рішення, що заявляється, дозволяє створити установку для одночасного змішування, нагрівання і синтезу вуглеводневих радикалів при проведенні реакції етерифікації з метою одержання біопалива та його зберігання більше шести місяців. Дослідний зразок у вигляді пілотної установки виготовлений і випробуваний в Черкаському державному технологічному університеті, а дослідна партія біопалива передана замовнику фірмі „Екотех" м. Черкаси. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 19495 8 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