Спосіб одержання спиртових ефірів (біодизелю)

1. Спосіб одержання спиртових ефірів (біодизелю), що включає змішування рослинних олій зі спиртами і каталізатором, нагрівання та синтезування ефірів за допомогою явища кавітації з утво 3 26814 4 можливість вспінювання рідинної суміші. Завдяки Недоліки - складність технології виробництва і послідовного підвищення концентрації вуглеводвелика тривалість процесу із-за необхідності ретеневих радикалів в проміжному теплообміннику льного перемішування розчину внаслідок тривалокерують швидкістю процесу етерифікації. Порівняго насичення радикалів ефірів ненасичених жирльний аналіз з прототипом дозволяє зробити виних кислот. сновок, що технічне рішення, яке заявляється, Відома установка для одержання біопалива відрізняється від прототипу наявністю послідовнодля дизелів [патент України 19495, кл. C10L1/00, сті проведення реакції етерифікації за допомогою F24H4/00, F25B29/00, бюл. №12, 15.12.2006, автокавітаційних циклів, теплообмінника і максимальри Столяренко Г.С., Мислюк Є.В.]. Технологічна ного підвищення концентрації вуглеводневих расхема установки містить декілька апаратів для дикалів. Це удосконалює технологію процесу етевихідних речовин: олії, спирту, для розчинення рифікації за рахунок регулювання температури, каталізатору в спирті, а також основний апарат підвищує ступінь перетворення сировини в ефіри, кавітаційний пристрій з циркуляційним насосом. За а також стримує розвиток шкідливих мікроорганіздопомогою кавітаційного пристрою змішують, намів в біопаливі. грівають і синтезують ефіри, потім додають кислоЗапропоноване технологічне рішення пояснюту для нейтралізації лужного каталізатору, а вже ється кресленням: де на Фіг.1 - технологічна схема потім одержану рідину композицію подають на для одержання біопалива (біодизелю); на Фіг.2 стадію розподілення одержаних продуктів (ефір і графічні залежності ступеня перетворення і темгліцерол). ператури процесу від часу. Недоліки - неможливість регулювання темпеТехнологічна схема містить ємність для росратури процесу синтезу ефірів та швидке підвилинної олії 1, ємність для спирту 2, бункер для щення температури більш 65°С. каталізатора 3, дозатор каталізатору 4, ємність За прототип обраний "Спосіб одержання біодля розчинення каталізатора спиртом 5, насос 6 палива для дизелів" [патент України 19494, кл. для спиртового розчину, ємність для вихідної ріC10L1/00 бюл. №12, 15.12.2006, автори Столярендинної суміші 7, приймач розчину 8, проміжний ко Г.С., Мислюк Є.В. та ін.]. Спосіб полягає в тому, теплообмінник 9, циркуляційний насос 10, кавітащо з рослинних олій і спиртів шляхом етерифікації тор 11, вентиля 12, 13, 14, 15, циркуляційний наодержують спиртові ефіри, а саме змішують, насос другого циклу 16, кавітатор другого циклу 17, грівають та синтезують ефіри одночасно за допоємність для одержаної суміші продуктів 18, фільтр могою явища кавітації з утворенням при цьому 19 для відділення твердої фракції (мило), розподівуглеводневих радикалів. Потім очищують спиртольник-відстійник 20, ємність для води 21, вентиляві ефіри від органічних домішок, спирту і води згідтор 22 з підігрівачем повітря 23, фільтр для віддіно технологічної схеми. лення відходів 24, ємність для одержаного ефіру Недоліки - неможливість регулювання темпе(біодизелю) 25, ємність для гліцеролу 26. ратури проведення процесу етерифікації і підвиКавітатор 11 і другий кавітатор 17 виконані у щення температури більше 65°С, що призводить вигляді труби, що обладнана на вході прискорююдо вспінювання одержаного розчину. чою завиткою, а на виході - звуженою ділянкою з В основу корисної моделі поставлено задачу вібраційною пластиною. Труба має довжину, яка удосконалити спосіб одержання біопалива за додорівнює близько десяти її діаметрів, наприклад, помогою явища кавітації, а саме регулювати темдовжина 1000мм, внутрішній діаметр 100мм. Припературу процесів нагрівання і етерифікації (тобто скорююча завитка має вигляд циліндричної поросинтезу вуглеводневих радикалів) шляхом ввежнини, всередині якої розташована спіралеподібдення нової послідовності операцій за допомогою на спрямовуюча з зовнішнім діаметром 250мм і кавітаційних циклів з використанням теплоти кавівисотою 40мм з вхідним патрубком інжекційного тації і теплоти реакції етерифікації забезпечити типу з перфорованою діафрагмою, що розташоварегулювання температури процесу етерифікації. ний по дотичній до порожнини, по центру прискоСуть корисної моделі в тому, що спосіб одеррюючої завитки є основний вихід діаметром 100мм жання спиртових ефірів (біодизелю), що полягає в - у трубу та додатковий байпасний вихід діаметтому, що рослинні олії зі спиртами і каталізатором ром 15мм. На звуженій ділянці труби діаметром змішують, нагрівають та синтезують ефіри за до35мм змонтована вібраційна пластина з розміром помогою явища кавітації з утворенням вуглевод185x90x1,5мм. Циркуляційні насоси 10 і 16 мають невих радикалів і після цього очищують спиртові продуктивність 50м3/год., робочий тиск - 0,5МПа і ефіри від органічних домішок, спирту і води, згідно необхідну потужність двигуна 11кВт. корисної моделі, додатково нагрівають вихідну В кавітаторах 11 і 17 рідина, потрапляючи у суміш і потім синтезують спиртові ефіри послідоввхідний патрубок під тиском 0,5МПа, а потім в но кавітаційними циклами з використанням теплоприскорюючу завитку, швидко прискорюється та ти кавітації та теплоти реакції етерифікації в прозакручується в вихровому русі і потрапляє в трубу. міжному теплообміннику, в якому максимально Закручений потік переміщується по гвинтовій спіпідвищують концентрацію вуглеводневих радикаралі у стінках труби до протилежного кінця, що лів. закінчується звуженою ділянкою з вібраційною Кількість кавітаційних циклів і проміжних теппластиною. Вібраційна пластина, що виконує роль лообмінників може бути один і більше. камертона, створює вібрування і швидко гальмує Завдяки послідовності використання теплоти в вихровий потік. Кавітація, що виникає при цьому проміжному теплообміннику та циклічного прохопризводить до миттєвого і ретельного змішування дження суміші через кавітаційні контури забезперідин і підвищення температури. За вказаними чується регулювання температури та знижується 5 26814 6 ційним циклам за схемою (відкривають вентиль 12 розмірами кавітаторів 11 і 17 пропонована техноабо 13). логічна схема нагріває рідини з швидкістю 0.5-3°С Удосконалення способу органічного синтезу за хв. Відповідно до дослідних результатів отривуглеводневих радикалів дозволяє швидше одермана кавітація з ударною хвилею з тиском до жувати в даний час практично всі спиртові ефіри 120МПа, що приблизно дорівнює тиску насиченої (не тільки метилові ефіри, але і етилові ефіри), так пари органічних рідин (спирт і олія) при даній темяк застосування одного або двох і більше кавітапературі. Відбувається інтенсивне пароутворення і ційних циклів (циркуляційних контурів) дає можливиділення газів у вигляді бульбашок, тобто кавітавість регулювати температуру реакції етерифікаційних пухирців, які розривають суцільність при ції. При підвищенні температури більше 65°С, коли акустичних коливаннях з частотою 10-30кГц інтенрозчин дуже піниться, розчин направляють знову в сивністю порядку 0,5-3,0Вт/см2. Кавітація супровопроміжний теплообмінник 9, при цьому регулюючи джується генеруванням вільних радикалів ОН, температуру і ступінь перетворення (за допомогою НО2, вуглеводневих Н2С, а також кінцевих продуквідкритих вентилів 12 і 14 та закритих вентилях 13 тів їхньої рекомбінації Н2О2. Радикали є дуже реаі 15). Це дозволяє здійснити процес етерифікації кційно можливими, а пероксиди водню в присутнобагатоступенево і максимально збільшити в прості комплексних сполук олій можуть утворити міжному теплообміннику концентрацію вуглеводдодаткову кількість вуглеводневих радикалів і моневих радикалів, тобто ступінь перетворення. Крім жуть ініціювати повільні ланцюгові реакції етеритого, кавітація стримує розвиток мікроорганізмів фікації. Внаслідок того, що в кавітаторах експери(бактерій, грибів, дріжджів) в паливі рослинного ментальної пілотної установці використовували походження при його тривалому зберіганні (більш частоти біля 10кГц, за один період коливання в 4-6 місяців), так як в біопаливо з цією метою досистемі утворювалась відносно велика кількість дають фунгіциди. активних часток - збуджених вуглеводневих радиНа Фіг.2 наведено залежність ступеню перекалів під час проведення реакції етерифікації в творення сировини від температури при різному проміжному теплообміннику за допомогою кавітачасі кавітації. Як видно з графіку, процес етерифіційних циклів. кації відбувається за двома або більше стадіями Згідно способу за технологічною схемою пракавітації з охолодженням у проміжному теплообцюють наступним чином. міннику. Тепло використовується для нагріву реаПодають олію, наприклад в кількості 1 частикційної суміші, що надходить. В цих умовах час на, з ємності 1 в ємність для вихідної суміші 7. Касинтезу без додаткових затрат енергії знижується талізатор КОН, наприклад 0,01 частини, дозують із від 30 до 3-5хв. бункера 3 за допомогою дозатора 4 на сітку ємноПри цьому на Фіг.2 позначено: сті 5, куди також подають спирт, наприклад 0,2 A - нагрівання на першій стадії кавітації; Б частини, із ємності 2, де готують спиртовий розчин охолодження в проміжному теплообміннику; В каталізатору за допомогою насосу 6. Потім поданагрівання на другій стадії кавітації; ють спиртовий розчин (0,2 частини) в ємність 7 1 - зміна концентрації метилового ефіру у реавихідної суміші. По мірі необхідності вихідну суміш кційній суміші при двохстадійній кавітації без поподають в приймач розчину 8, потім через проміжпереднього нагрівання (час процесів - 30хв.); ний теплообмінник 9 за допомогою циркуляційного 2 - зміна концентрації метилового ефіру у реанасосу 10 прокачують через кавітатор 11 першого кційній суміші при двохстадійній кавітації з попекавітаційного циклу в змійовик проміжного теплореднім нагріванням до 40°С (час процесів - 3-5хв.); обмінника 9. При цьому вентиль 12 закритий, вен3 - зміна концентрації метилового ефіру у реатиль 13 відкритий. Направляють розчин на другий кційній суміші при двохстадійній кавітації з попекавітаційний цикл, тобто за допомогою циркуляреднім нагріванням до 40°С (час процесів - 10хв.); ційного насосу 16 прокачують через кавітатор 17 і Технічне рішення, що заявляється, дозволяє знову в змійовик проміжного теплообмінника 9. створити установку для одержання біодизелю за Потім відкривають вентиль 15 і розчин направлядопомогою явища кавітації з регулюванням темпеють в ємність 18 для одержаної суміші продуктів. ратури процесу. У порівнянні з прототипом процес Одержані продукти по мірі необхідності потрапляетерифікації є керованим, ступінь перетворення ють через фільтр 19 для відділення твердої фраквище, не має утворення піни, а проміжний теплоції (мило) в один із розподільників - відстійник 20, обмінник дозволяє забезпечити енергозберігаючу де додають воду із ємності 21 і продувають гарятехнологію. чим повітрям за допомогою вентилятору 22 і підіДослідний зразок у вигляді пілотної установки грівача повітря 23. Одержаний ефір через фільтр виготовлений і випробуваний в Черкаському дердля відділення відходів 24 надходить в ємність жавному технологічному університеті та передадля ефіру (біодизелю) 25, а гліцерол - в ємність ний на промислові випробування замовнику в Чердля гліцеролу 26. При цьому швидкість нагрівання каській області. і синтезу ефірів залежить від часу циркуляції розчинів по першому, або першому і другому кавіта 7 Комп’ютерна верстка В. Мацело 26814 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