Установка для одержання метилового ефіру жирних кислот

Реферат: Установка для одержання метилового ефіру жирних кислот містить пристрій для протікання реакції етерифікації у вигляді диспергатора-кавітатора, який має корпус і розміщені в ньому диски, що мають можливість зустрічного обертання один відносно одного, одні із яких мають постійні магніти, і два інших диски, які мають відділені один від одного радіальними прорізами виступи на поверхнях дисків, обернених одна до одної, й з'єднаний з ним пристрій для поділу фаз емульсії. Виступи на кожному із дисків мають однакову висоту і мають форму тіла, бокові поверхні якого утворені радіальними прорізами, а вільні їх сторони мають поверхні у вигляді площин, що за розмірами однакові з розмірами радіальних прорізів у площині вільних сторін виступів. UA 118259 U (12) UA 118259 U UA 118259 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв для виробництва метилового ефіру жирних кислот, зокрема біодизельного палива з рослинних олій і/або жирів тваринного походження. Відома установка для одержання метилового ефіру жирних кислот, яка описана в патенті України № 44931 [МПК 8 С07С 67/03, С07С 69/52, C10L 1/196, B01F 3/08, пріоритет від 24.11.1997р.] прийнята за аналог. Установка для одержання метилового ефіру жирних кислот містить пристрій для протікання реакції етерифікації й з'єднаний з ним пристрій для поділу фаз емульсії. Ці ознаки збігаються з суттєвими ознаками заявленої корисної моделі. У цій установці пристрій для протікання реакції етерифікації являє собою змішувальний пристрій у вигляді труби, заповненої кульками різних розмірів, а пристрій для поділу фаз емульсії виконаний у вигляді сепаратора. Зазначена установка має також змішувальну ємність з розміщеним у ній змішувальним пристроєм, які призначені для змішування розчину лугу зі спиртом. Розчин лугу є каталізатором реакції етерифікації. Установка містить також контейнер для рослинних олій та жирів і дистилятор. В установці суміш розчину лугу зі спиртом, рослинні олії та жири подають у змішувальний пристрій роздільно. Принцип дії цієї установки заснований на створенні турбулентності при протіканні під тиском змішуваних компонентів через змішувальний пристрій з кульками усередині його й наступної дистиляції - перегонки емульсії в дистиляторі й поділом на фази в сепараторі. Недоліком установки-аналога є те, що турбулентність суміші в ній створюється прокачуванням під високим тиском компонентів суміші через змішувальний пристрій з кульками, що зменшує ефективне змішування їх і, таким чином, знижує ступінь етерифікації - утворення простих ефірів при взаємодії рослинних олій і жирів зі спиртом у присутності каталізатора, що знижує вихід метилового ефіру жирних кислот. Іншим недоліком установки-аналога є низька продуктивність, обумовлена низькою швидкістю протікання суміші через змішувальний пристрій. Відома також установка для одержання метилового ефіру жирних кислот, яка описана в патенті України № 44931. Зазначена установка містить пристрій для протікання реакції етерифікації й з'єднаний з ним пристрій для поділу фаз емульсії. Ці ознаки збігаються з суттєвими ознаками заявленої корисної моделі. У цій установці пристрій для протікання реакції етерифікації являє собою пристрій для емульгування у вигляді змійовика, заповненого кульками різних розмірів, а пристрій для поділу фаз емульсії виконаний у вигляді фільтруючого пристрою й сепаратора. Установка містить також змішувальну ємність із установленим у ній пристроєм, призначеним для змішування розчину лугу зі спиртом. Ця установка містить також контейнери для рослинних олій і жирів. В установці суміш розчину лугу зі спиртом, рослинні олії та жири подають у змішувальний пристрій роздільно. Принцип дії цієї установки заснований на створенні турбулентності при протіканні по спіралі під тиском змішуваних компонентів через пристрій для емульгування у вигляді змійовика з кульками у середині його й наступної фільтрації емульсії у фільтруючому пристрої й поділу її на фази в сепараторі. У порівнянні з попереднім аналогом завдяки тому, що пристрій для протікання реакції етерифікації являє собою пристрій для емульгування у вигляді змійовика, заповненого кульками різних розмірів, забезпечується круговий рух суміші, що дещо збільшує турбулентність суміші й ступінь її емульгування, підвищуючи вихід придатного продукту. Крім цього завдяки наявності в установці фільтруючого пристрою, підвищується ступінь очищення одержуваного метилового ефіру. Проте недоліком установки є низька продуктивність, обумовлена малою швидкістю протікання суміші через пристрій для емульгування, а також порівняно низький ступінь етерифікації, що приводить до неповного перетворення рослинних олій і жирів у метиловий ефір. При цьому в емульсії присутні компоненти, які необхідно відокремлювати й піддавати повторній етерифікації. Відома також установка (патент України № 29399) для одержання метилового ефіру жирних кислот, що містить пристрій для протікання реакції етерифікації у вигляді диспергаторакавітатора, який має корпус і розміщені в ньому диски з вмонтованими в них постійними магнітами та диски з виступами, які відділені один від одного радіальними прорізами, з можливістю зустрічного їх обертання один стосовно одного, й з'єднаний з ним пристрій для поділу фаз емульсії. Зазначений аналог є найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, і тому він вибраний за прототип. 1 UA 118259 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Задача корисної моделі полягає в створенні установки для одержання метилового ефіру жирних кислот, зокрема біодизельного палива для транспортних засобів, яка, з однієї сторони, позбавлена недоліків установок, відомих з рівня техніки, а, з іншого боку, забезпечує високу продуктивність і високий ступінь етерифікації. Поставлена задача вирішується тим, що в установці для одержання метилового ефіру жирних кислот, що містить пристрій для здійснення реакції етерифікації у вигляді диспергатора-кавітатора, який має корпус і розміщені в ньому диски, що мають можливість зустрічного обертання один відносно одного, одні із яких мають постійні магніти, і два інших диски, які мають відділені один від одного радіальними прорізами виступи на поверхнях дисків, обернених одна до одної, й з'єднаний з ним пристрій для поділу фаз емульсії виступи на кожному із дисків мають однакову висоту і мають форму тіла, бокові поверхні якого утворені прорізами, а вільні їх сторони мають поверхні у вигляді площин, що за розмірами однакові з розмірами радіальних прорізів у площині вільних сторін виступів. Виконання виступів на кожному диску однаковими по висоті дає можливість вільні їх поверхні звести в одну площину, паралельну площині обертання цього диску. Виконання виступів рівними по висоті і другого диску дає можливість звести вільні їх поверхні також в одну площину. Це дає можливість наблизити вільні поверхні виступів обох дисків, що зустрічно обертаються, до мінімально можливої відстані. Між сукупністю ознак заявленої корисної моделі, як вона охарактеризована у незалежному пункті формули корисної моделі, і одержуваним технічним результатом при її використанні існує причинно-наслідковий зв'язок. Виключення із зазначеної нової сукупності ознак хоча б однієї з них не забезпечує досягнення технічного результату, що полягає в забезпеченні високої продуктивності корисної моделі й високого ступеня етерифікації рослинних олій і жирів. Отже, зазначені ознаки є суттєвими, тому що кожна з них, окремо взята, необхідна, а всі, разом узяті, достатні для того, щоб відрізнити даний об'єкт корисної моделі від всіх інших об'єктів того ж призначення й одержати новий технічний результат при його використанні. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де: на Фіг. 1 - схематично зображена установка для одержання метилового ефіру жирних кислот; на Фіг. 2 - диспергатор-кавітатор, що входить до складу установки (поздовжній розріз); на Фіг. 3 - розріз по А-А на Фіг.2. Установка для одержання метилового ефіру жирних кислот містить пристрій для протікання реакції етерифікації у вигляді диспергатора-кавітатора 1 (Фіг. 1) і пристрій для поділу фаз емульсії у вигляді сепараторної колони 2. Диспергатор-кавітатор 1 має корпус 3 (Фіг. 2) і розміщені в ньому з можливістю зустрічного обертання один відносно одного два диски 4 і 5, які виконані з радіальними прорізами 6 (Фіг. 3) і виступами 7 на звернених одна до одної поверхонь дисків 4 і 5, які утворюють між собою порожнину 8. У диску 5 виконані отвори 9 (Фіг. 3) для проходження суміші. Диспергатор-кавітатор 1 оснащений додатковими дисками 10 і 11 (Фіг. 2), виконаними з матеріалу, що є каталізатором, наприклад алюмінію, У диску 10 виконані отвори 12 для подачі суміші через отвори 9 у диску 5 у порожнину 8. У дисках 10 і 11 установлені магніти 13 (Фіг. 2). Магніти можуть бути встановлені й у дисках 4 і 5. На Фіг. 2 позначені: поз. 14 - патрубок для підведення суміші; поз. 15 - порожнина в корпусі 3 диспергатора-кавітатора 1; поз. 16 - патрубок для відводу емульсії в сепараторну колону 2; поз. 17 - електродвигуни приводу дисків 4 і 5. Установка для одержання метилового ефіру жирних кислот також містить бак 18 для жирів (фігура 1), бак 19 для рідкого каталізатора й бак 20 для спирту, які через насоси-дозатори 21 з'єднані трубопроводами з диспергатором-кавітатором 1. Установка оснащена системою автоматичного керування процесом протікання реакції, що має ємнісний безконтактний датчик 22 для контролю нижнього рівня 23 метилового ефіру 24, що збирається при сепаруванні емульсії 25 у верхній частині сепараторної колони 2, ємнісний безконтактний датчик 26 для контролю верхнього рівня 27 гліцерину 28, що збирається в нижній частині сепараторної колони 2 при сепаруванні емульсії 25, блок керування 29 і електромагнітні клапани 30 і 31. Блок керування 29 електрично зв'язаний з насосами-дозаторами 21 (на кресленнях не показано) для регулювання витрати подаваних ними компонентів суміші. Установка для одержання метилового ефіру жирних кислот працює таким чином. Перед початком роботи баки 18, 19 і 20 заповнюють жирами, рідким каталізатором і спиртом відповідно. Як рідкий каталізатор використають розчин метоксиду калію, як спирт - метиловий спирт. Після цього включають насоси-дозатори 21 і двигуни 17 дисперпергатора-кавітатора, а також систему автоматичного керування. Компоненти суміші насоси - дозатори 21 подають у 2 UA 118259 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 диспергатор-кавітатор 1, через патрубок 14, отвір 12 і 9 у порожнину 8 між дисками 4 і 5, які емульгують суміш. У процесі емульгування суміші відбувається реакція етерифікації, тобто хімічна взаємодія жирів зі спиртом, у результаті якої утворюється метиловий ефір і гліцерин. Емульсія через прорізи 6 у дисках 4 і 5 надходить у порожнину 15 у корпусі 3 диспергаторакавітатора, а з неї через патрубок 16 - у сепараторну колону 2. Одночасно із заповненням сепараторної колони 2 відбувається сепарування емульсії 25, при якому у верхній частині емульсії утворюється шар метилового ефіру 24, а в нижній частині - шар гліцерину 28 у суміші з рідким каталізатором. У міру заповнення сепараторної колони 2 емульсією 25 у верхній частині її утворюється певний об'єм метилового ефіру 24, а в нижній її частині - об'єм гліцерину 28. Коли нижній рівень 23 метилового ефіру 24 опуститься нижче кінця ємнісного безконтактного датчика 22, блок керування 29 дає команду на відкриття електромагнітного клапана 30, через який відбувається злив метилового ефіру 24 доти, поки нижній рівень 23 метилового ефіру не підніметься до рівня нижнього кінця ємнісного безконтактного датчика 22, після чого блок керування 29 дає команду на закриття електромагнітного клапана 30, який залишається закритим доти, поки нижній рівень 23 метилового ефіру не опуститься нижче нижнього кінця ємнісного безконтактного датчика 22, після чого електромагнітний клапан 30 знову відкривається й відбувається злив метилового ефіру. Аналогічно, коли верхній рівень 27 гліцерину стає вище верхнього кінця ємнісного безконтактного датчика 26, блок керування 29 дає команду на відкриття електромагнітного клапана 31, через який відбувається злив гліцерину 28 з рідким каталізатором доти, поки верхній рівень 27 гліцерину не опуститься до рівня верхнього кінця ємнісного безконтактного датчика 26, після чого блок керування 29 дає команду на закриття електромагнітного клапана 31, який залишається закритим доти, поки верхній рівень 27 гліцерину не підніметься вище верхнього кінця ємнісного безконтактного датчика 26, після чого електромагнітний клапан 31 знову відкривається й відбувається злив гліцерину. Для запобігання переповнення емульсією 25 сепараторної колони 2 блок керування 29 дає керуючі команди на зменшення подачі насосами-дозаторами 21 компонентів суміші або на повне припинення подачі їх до моменту, коли в процесі сепарації емульсії не відкриються електромагнітні клапани 30 і 31, після чого подача компонентів суміші збільшується або відновляється. Таким чином, установка для одержання метилового ефіру жирних кислот працює в автоматичному режимі, строго дозуючи насосами-дозаторами компоненти суміші відповідно до необхідного їхнього співвідношення. Завдяки тому, що пристрій для протікання реакції етерифікації виконано у вигляді диспергатора-кавітатора, який має два диски, що зустрічно обертаються з відносною кутовою швидкістю до 6000 обертів у хвилину, у суміші виникає інтенсивна кавітація, при цьому відбувається розрив молекул жирних кислот за допомогою мікровибухів, що приводить до зниження в'язкості, поліпшення енергетичних характеристик палива, а також значно збільшує швидкість і якість реакції етерифікації, що забезпечує високу продуктивність і високий ступінь етерифікації рослинних олій і жирів. Завдяки тому, що в дисках 4 і 5 виконані радіальні прорізи й виступи, суміш із великою швидкістю за рахунок відцентрових сил протікає через прорізи, що підсилює динамічне емульгування суміші. Також, завдяки тому, що в дисках 4 і 5 виконані радіальні прорізи й виступи, при зустрічному обертанні дисків у певний момент диски перебувають у такому положенні, коли радіальні прорізи одного диска збігаються з радіальними прорізами другого диска. При цьому в суміщених прорізах швидкість суміші різко падає, що приводить до різкого збільшення статичного тиску в суміші, що викликає в ній гідродинамічну кавітацію. У той момент, коли проти радіальних прорізів одного диска перебувають виступи іншого диска, швидкість суміші в прорізах різко зростає, що приводить до зниження статичного тиску в суміші й викликає появу в суміші кавітаційних пухирців з парами компонентів суміші в них. Все це приводить до пульсування гідравлічного тиску в суміші й підвищує ефективність переробки жирів у метиловий ефір. Завдяки тому, що диспергаторкавітатор установки оснащений додатковими дисками, виконаними з матеріалу, що є каталізатором, наприклад з алюмінію з оксидною плівкою, що утворюється на поверхні цих дисків, забезпечується додатковий каталізуючий вплив на суміш, що додатково збільшує ефективність переробки жирів у метиловий ефір. При цьому такий каталізатор завжди залишається в диспергаторі-кавітаторі й не попадає в емульсію, що утворилася. Завдяки тому, що в дисках диспергатора-кавітатора встановлені магніти, у диспергаторікавітаторі утворюється магнітне поле, що обертається, яке впливає на іони, що утворюються при іонізації парів компонентів суміші в кавітаційних пухирцях при їхньому виникненні в кавітуючій суміші. Це сприяє більш інтенсивному перемішуванню сумішей, отже, більш інтенсивному протіканню реакції взаємодії спирту з жирами, що додатково підвищує ефективність переробки жирів у метиловий ефір. 60 3 UA 118259 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Установка для одержання метилового ефіру жирних кислот, що містить пристрій для протікання реакції етерифікації у вигляді диспергатора-кавітатора, який має корпус і розміщені в ньому диски, що мають можливість зустрічного обертання один відносно одного, одні із яких мають постійні магніти, і два інших диски, які мають відділені один від одного радіальними прорізами виступи на поверхнях дисків, обернених одна до одної, й з'єднаний з ним пристрій для поділу фаз емульсії, яка відрізняється тим, що виступи на кожному із дисків мають однакову висоту і мають форму тіла, бокові поверхні якого утворені радіальними прорізами, а вільні їх сторони мають поверхні у вигляді площин, що за розмірами однакові з розмірами радіальних прорізів у площині вільних сторін виступів. 4 UA 118259 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5