Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований ... 7
1.1. Эксплуатационные требования к дизельному топливу 7
1.2 Основные факторы, обуславливающие необходимость замены светлых нефтепродуктов возобновляемыми видами топлив 9
1.3 Анализ опыта использования для дизелей топлив из растительных масел 12
1.4 Анализ полноты изучения физико-химических свойств биотоплива 25
1.5 Выводы по главе 27
2 Теоретическое обоснование технологического процесса получения биотоплива 32
2.1. Математическое моделирование технологического процесса 32
2.2 Описание технологического процесса получения биодита... 47
2.3 Выводы по главе 58
3 Программа и методика экспериментальных исследований 59
3.1 Программа экспериментальных исследований 59
3.2 Методика получения биотоплива 59
3.3 Методика определения эксплуатационных свойств биотоплива и биодита 66
3.4 Методика определения теплоемкости биотоплива 74
3.5 Методика проведения исследований работы дизеля 81
3.6 Выводы по главе 90
4 Результаты экспериментальных исследований . 91
4.1Анализ исследования углеводородного состава топлива... 91
4.2 Результаты разработки технологии получения биотоплива ... ЮЗ
4.3 Результаты исследований физико-химических характеристик масел, биотоплив и биодита 115
4.4 Результаты исследований термоокислителыюй стабильности биотоплив 125
4.5 Результаты сравнительных моторных испытаний работы полнометражного дизельного двигателя на товарном и биодизельном топливах 126
4.6 Выводы по главе 133
5 Экономическая оценка результатов исследований 135
5.1 Экономическая эффективность применения биодита 135
5.2 Выводы по главе 136
Общие выводы 137
Список использованных источников 139
Приложения 154
- Основные факторы, обуславливающие необходимость замены светлых нефтепродуктов возобновляемыми видами топлив
- Анализ опыта использования для дизелей топлив из растительных масел
- Методика определения эксплуатационных свойств биотоплива и биодита
- Результаты разработки технологии получения биотоплива
Введение к работе
Растениеводство относится к наиболее энергозатратным элементам агропромышленного комплекса (АПК). В этой отрасли на проведение операций обработки почвы, ухода за растениями, уборки урожая и его переработки расходуется свыше 80% светлых нефтепродуктов, используемых в АПК /1...4/. Дизельное топливо в растениеводстве является монопольным, потребность в котором за последние шесть лет в среднем ежегодно составляет около 5 млн, т 151. Согласно стратегии машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России 121 к 2010 г, прогнозируется увеличение потребления светлых нефтепродуктов до 16 млн. т, в том числе дизельного топлива потребуется свыше 12 млн. т.
Растениеводство очень чувствительно реагирует на перебои в обеспечении его дизельным топливом в ответственные периоды проведения работ (посевная или уборочная кампании), так например промедление с посевом зерновых на один день приводит к потере урожая в среднем до 90 кг/га /3/.
На 31 августа 2006 г. оптовая цена продажи дизельного топлива в НК «ЮКОС» составляла 16,51 рублей за 1 кг. При существующей сегодня оптовой цепе закупки для приобретения необходимого количества дизельного топлива сельскИхМ товаропроизводителям ежегодно нужно будет тратить более 200 млрд. рублей, поиск которых вызовет серьезные проблемы. В настоящее время ожидается дальнейшее повышение цен на светлые нефтепродукты, в результате которого значительная часть выделяемых государством больших средств па реализацию национального проекта «Развитие АПК» поступит не на поддержку сельскохозяйственных товаропроизводителей, а на счета нефтяников и нефтепереработчиков 161.
Это обусловлено двумя причинами 111. Во-первых, рост затрат па поиск, добычу и доставку к местам массового потребления нефтяного сырья в конечном итоге приведет к удорожанию топлива, получаемого из нефти. Во-вторых, постоянно возрастающие требования санитарных норм к улучшению
5 экологических свойств выпускаемых топлив также приводят к удорожанию переработки первичного (нефтяного) сырья, причем, некоторое улучшение экологических свойств топлива неизбежно сопровождается ухудшением его эксплуатационных показателей качества.
Неудержимый рост цен на нефть и нефтепродукты, наблюдаемый в последнее время, привел к возрастанию удельных затрат на приобретение топлив в общей себестоимости сельскохозяйственной продукции с 5% (80-е годы прошлого столетия) до 40% (в настоящее время) /8/. В крестьянско-фермерских хозяйствах эти затраты доходят до 70%. В результате слабьте хозяйства разоряются: более 30% агропромышленных предприятий России являются убыточными /3/.
Рост потребности в топливе при отсутствии должного контроля качества светлых нефтепродуктов со стороны государственных структур привели к существенному ухудшению показателей качества топлива, реализуемого АПК/9... 11/. Снижение качества топлива вызвало увеличение числа выходов из строя тракторов и комбайнов, существенный перерасход светлых нефтепродуктов, используемых мобильной сельскохозяйственной энергетикой, и усиление загрязнения окружающей среды /11/.
Таким образом, в настоящее время одной из наиболее насущных для АПК задач является создание топлив высокого качества для двигателей внутреннего сгорания из возобновляемых источников энергии, отвечающих эксплуатационным и экологическим требованиям, что предопределило цель исследований - повышение качества дизельного топлива и обеспечение экологической безопасности в сельскохозяйственном производстве за счет использования биологического компонента.
Актуальность и перспективность выбранного направления исследований несомненна - оно включено в перечень критических технологий Российской Федерации среди приоритетных направлений развития науки, техноло- гий и техники в России утвержденных, Президентом Российской Федерации В. Путиным 30 марта 2002 г. № Пр-576.
Создание топлива для дизелей из органического сырья позволит трансформировать растениеводство из отрасли, являющейся основным потребителем светлых нефтепродуктов, в отрасль, выпускающую экологически чистое топливо из возобновляемых источников энергии.
Исследования проводились в соответствии с программой 09.01.02 «Разработать высокопроизводительную технику нового поколения для производства приоритетных групп продукции растениеводства» Российской академии сельскохозяйственных наук в государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН) в 2004-2006 гг.
На защиту выносится: математическая модель технологического процесса получения компонента дизельного топлива из органического сырья; технология получения биологического компонента дизельного топлива из органического сырья; установленные оптимальные режимы технологического процесса (объемное соотношение исходных веществ, количество катализатора, наилучшая температура и др.); закономерности улучшения качества за счет изменения физико-химических и эксплуатационных свойств дизельного топлива при добавлении к нему биологического компонента; состав смеси дизельного топлива с биологическим компонентом, обеспечивающий эффективное протекание рабочего процесса дизеля при его работе на смесевом топливе; влияние биологического компонента дизельного топлива на изменение состава вредных выбросов в отработавших газах дизеля.
Основные факторы, обуславливающие необходимость замены светлых нефтепродуктов возобновляемыми видами топлив
Для улучшения эксплуатационных и экологических свойств топлив за счет использования биологического компонента из органического сырья нужно руководствоваться основными требованиями, которые предъявляют дизели к товарным топливам. Требования обусловлены особенностями процесса сгорания топлива: за очень короткий промежуток времени (1,5-2,0 мс) оно должно не только успеть перемешаться с воздухом, испариться, окислиться, воспламениться, но и обеспечить своевременное и полное сгорание. Показатели качества дизельного топлива должны отвечать следующим эксплуатационным требованиям /13...23/: - обеспечивать хорошую воспламеняемость и достаточно полное сгорание, обуславливающие мягкую работу и легкий пуск дизельного двигателя (иметь требуемый фракционный состав и цстановое число, определяющие необходимую испаряемость, высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя, а также низкие показатели по дымности и токсичности отработавших газов двигателя); - обеспечивать хорошее смесеобразование и распыл (обладать требуемой вязкостью и плотностью, обеспечивающей нормальную подачу топлива, дальнобойность факела и угол раскрытия струи, хорошую фильтруемость, отсутствие механических примесей и воды); - иметь определенные низкотемпературные свойства и хорошую про-качиваемость для обеспечения бесперебойной и надежной работы топливного насоса высокого давления при отрицательных температурах окружающей среды; - обеспечивать условия безопасной работы при эксплуатации и хранении топлива; - не вызывать повышенного нагарообразования на клапанах, отложений на кольцах и поршнях, закоксовывания форсунки и зависания иглы распылителя, коррозии деталей и узлов двигателя, а следовательно и преждевременного их износа.
Анализ рабочего процесса в двигателях показал /24/, что для дизелей использование топлив с переменным фракционным и групповым составом является оптимальным. На практике такой состав можно получить при использовании смесевых топлив. В настоящее время работы, посвященные комплексному исследованию смесевых топлив, практически отсутствуют /7,20/.
Известно /25/, что форсирование дизелей сопровождается повышением температуры нагрева топлива в системе питания. На режимах полной мощности топливо в форсунках нагревается до 150...200 С. В зависимости от конструктивных особенностей двигателя топливо после нагревания либо полностью распыляется и сгорает, либо часть его возвращается в топливный бак. Под действием высоких температур топлива могут подвергаться существенным химическим изменениям с образованием лаков, нагаров, отложений на соплах и иглах форсунок, стенках камер сгорания и других деталях. Способность топлива не изменять своих эксплуатационных свойств под действием высоких температур (обычно до 200 С) называют термоокислительной стабильностью. Эта важная эксплуатационная характеристика дизельных топлив до настоящего времени мало изучена, поскольку основное внимание уделялось исследованию термоокислителыюи стабильности керосиновых фракций, используемых в качестве топлив для реактивных двигателей, а для биотоплива такие сведения полностью отсутствуют, несмотря на их научную и практическую ценность.
Традиционно механизм и кинетику окисления углеводородов топливных фракций рассматривают с позиций классической теории жидкофазного окисления. В частности, склонность топлив к осадкообразованию на нагре тых поверхностях непосредственно связывают с окислительными процессами. Однако при анализе литературных данных об образовании осадков обнаруживаются противоречия, объяснить которые с позиций классической теории жидкофазного окисления не удается
Исследования состава и коррозионной агрессивности водных отстосв показало /32...35/, что одним из наиболее коррозиошю-агрессивпых компонентов примесей, содержащихся в отстоях, являются ионы хлора, присутствующие в количествах вполне достаточных, чтобы вызвать коррозионное поражение топливных емкостей. Сильное коррозионное воздействие на металлы оказывают водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи, поэтому их наличие в топливах не допускается.
Повышенное содержания серы в топливе увеличивает нагарообразова-ние, что ухудшает условия охлаждения деталей цилиндро-поршневой группы; иригорание поршневых колец вызывает падение мощности двигателя. Кроме того, ускоряются процессы окисления и старения масла.
Экологические факторы. Сельское хозяйство, как один из главных потребителей дизельного топлива, оказывает существенное влияние на чистоту воздушного бассейна, поскольку характеризуется значительным по территориальному охвату воздействием на окружающую среду. На его долю приходится более 9% выбросов основных вредных веществ /36/.
В выбросах отработавших газов двигателей присутствуют до 200 различных компонентов /37,38/. В среднем один двигатель автотракторной техники выбрасывает 100 г токсичных веществ на каждый километр пробега /39/. Мнение о дизеле, как о малотоксичном двигателе, неоправданно. Горение в дизеле осуществляется в диффузионной струе при попадании в пес жидких капель, что однозначно приводит к обильному выделению сажи (углерода) и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) из-за термического распада молекул топлива «без доступа воздуха».
В диффузионной струе горение развивается в стехнеметрической зоне, т.е. при максимальной температуре сгорания, с ассоциацией NOx. Поэтому одними из главных вредных компонентов отработавших газов дизелей являются окислы азота, доля которых в суммарном индексе токсичности составляет около 90% /40/. Однако выброс окислов азота имеет неблагоприятную корреляционную зависимость от топливной экономичности дизеля - по мере сокращения выхода оксидов азота NOx выше становится удельный расход топлива и наоборот, т.е. топливная экономичность t]e = /(NOx) /40/:
В основе этой корреляционной зависимости заложена прямая зависимость от температуры скорости реакций образования окиси азота и термического КПД рабочего цикла дизеля.
В дизельном топливе присутствует сера, которая в дизеле при избытке кислорода образуются сернистые оксиды SO2.
Вредные вещества, выбрасываемые дизелями, вызывают негативные воздействия на окружающую среду /39,41...45/. Защита окружающей среды от вредных выбросов двигателей внутреннего сгорания, работающих па светлых нефтепродуктах, в настоящее время по важности находится в одном ряду с проблемами разоружения и борьбы с голодом на планете /39/. Это заставляет вести интенсивные поиски путей снижения вредных выбросов.
Экономические факторы. Помимо экологических факторов следует учитывать и экономические. Известно, что система, основанная на использовании одного доминирующего вида энергии (моноэнергетика), каким в прошлом столетии была нефть, не оправдала себя.
В этой связи возникла необходимость в перестройке энергетического баланса, в развитии полиэнергетики, т. е. системы, базирующейся на использовании нескольких источников энергии. Экономика полиэнергетики предусматривает решительный поворот от использования традиционных энергоисточников - светлых нефтепродуктов, к совершенно иным - альтернативным.
Наиболее остро эти проблемы стоят и перед Российской экономикой. Проведенный /И/ анализ ситуации с нефтепродуктами показал, что с конца 80-х годов в России наблюдается стабильная тенденция снижения добычи нефти. При этом наблюдается не только уменьшение количества автомобильных бензинов и дизельных топлив, по и резкое снижение их качества /46...49/ при неуклонном повышении цен на топливо. Это отрицательно сказывается на экономике отечественных сельскохозяйственных товаропроизводителей, как основных потребителей светлых нефтепродуктов.
Анализ опыта использования для дизелей топлив из растительных масел
С позиций эколога ни один из существующих в настоящее время видов топлива нельзя признать приемлемым /51/. В 2001 г. Европейская комиссия одобрила три альтернативных замены моторным топливам; природный газ, биотопливо и водород. Каждый из названных видов топлива может достигнуть уровня свыше 5% на рынке топлив к 2020 г. На первом месте находится биотопливо.
Последние годы в России также начинают уделять некоторое внимание решению этих вопросов. В соответствии с одобренной правительством России концепцией развития отечественного автомобилестроения на период до 2010 г. наряду с организацией производства двигателей с улучшенными экологическими характеристиками, приоритетными направлениями считаются использование альтернативных видов топлива (включая биотопливо), создание топливных элементов и комбинированных энергетических установок.
Наиболее перспективным, и главное - возобновляемым, что немаловажно с точки зрения экономики, источником энергии считаются органическое сырье, из которого можно производить биотопливо. В мировом масштабе по существующим оценкам /52/ в процессе фотосинтеза образуется около 200 млрд. т органического сырья в год, что намного превышает суммарную мировую добычу нефти, угля и природного газа. Однако для превращения органического сырья в топливо требуется проведение комплексных физико химических исследований веществ, получаемых из него, совершенствование технологии выделения из этих видов сырья наиболее ценных для производства топлива ингредиентов и разработку новых методов их последующего превращения в топливную компоненту с новым комплексом свойств /50...57/.
Приоритеты топливно-энергетического комплекса России состоят в развитии фундаментальных исследований для создания современных экологически безопасных технологий переработки растительного органического сырья в топливо для дизельных двигателей внутреннего сгорания /58,59/.
Одними из наиболее перспективных видов энергетических ресурсов для применения в качестве топлива дизельных двигателей были признаны растительные масла /60...101/, поскольку из всех имеющихся в распоряжении человечества «солнечных энергетических ресурсов» самыми эффективными являются масличные растения. Они наилучшим образом решают проблему аккумулирования энергии в содержащих масло зернах. Более 150 видов растущих по всему миру растений, способных вырабатывать масла - это наилучший для сельских товаропроизводителей выход самостоятельного решения своих энергетических проблем.
Масло, естественный натуральный продукт, можно получать обыкновенным выжиманием семян без химической обработки. Еще в начале прошлого века растительные масла не считались потенциальным сырьевым источником для производства топлива, поскольку являлись весьма дефицитным пищевым продуктом. Стоимость растительных масел в несколько раз превышала стоимость дизельного топлива, получаемого из нефти.
В настоящее время ситуация коренным образом изменилась в сторону повышения цен на светлые нефтепродукты с одновременным постепенным снижением себестоимости производства растительных масел. Поэтому во многих странах изучается возможность использования растительных масел в качестве биотоплива для дизельных двигателей.
Сегодня известны два направления получения биотоплива из растительных масел. Первое связано либо с непосредственным использованием масел в качестве топлив, либо с добавлением масел в дизельное топливо. В основе второго направления заложены процессы переработки масел в эфиры жирных кислот при использовании различных спиртов и катализаторов.
Об использовании растительных масел в качестве топлива для двигателя неоднократно указывал Р. Дизель /102/. На Парижской выставке в 1900 г. он продемонстрировал работу своего двигателя па арахисовом масле. Сведения по использованию растительных масел в США относятся к 1916 г. В качестве заменителей светлых нефтепродуктов было предложено /69/ несколько сортов масел, включая подсолнечное, соевое, хлопковое, рапсовое и другие. В начале XX века для двигателей самолетов широко использовалось касторовое масло. Однако в 40-ые годы XX столетия исследования по получению биотоплива прекратились.
Возобновление интереса к биотопливу для дизельных двигателей связано с энергетическим кризисом в семидесятых годах прошлого века, сельскохозяйственным перепроизводством растительных масел и экологическими проблемами. Начался интенсивный поиск альтернативных видов топлива для дизелей из возобновляемого сырья растительного происхождения. В связи со значительной насыщенностью мирового рынка пищевыми жирами появляется возможность непищевого использования растительных масел.
Для эффективного производства и применения топлив из растительных масел считается необходимым /76,102...105/: - наличие достаточных сырьевых ресурсов, приемлемые технико экономические и экологические показатели их переработки; -технологическая и энергетическая совместимость с транспортными и автотракторными силовыми установками; - оптимальные экономические и экологические показатели процесса использования топлива; - безопасность и безвредность.
Для экономического обоснования эффективности производства топлива из растительных масел определяющими факторами являются: - физико-химические свойства и стоимость исходного сырья; - теоретический К.П.Д. процесса и его реальная энергетическая эффективность; - расход катализаторов, реагентов, энергетических ресурсов, воды; - требования к конструкционным материалам, оборудованию и аппаратурному оформлению (определяется условиями протекания процесса: температурой, давлением, наличием коррозии, эрозии и др.); - сложность и трудоемкость эксплуатационного и ремонтного обслуживания; - район добычи сырья, стоимость строительства завода по переработке его в топливо, стоимость мероприятий по охране окружающей среды.
Требуемые физико-химические характеристики перерабатываемого сырья и эксплутационные показатели получаемого из пего топлива обуславливают технологию и технико-экономические показатели производства биотоплива. Уже много лет в этом направлении ведутся широкие исследования во многих странах мира, в том числе и в нашей стране. Топливо, вырабатываемое из растительных масел, наиболее эффективно для двигателей внутреннего сгорания средств мобильной сельскохозяйственной энергетики (тракторы, комбайны, автомобили и др.), задействованных в основном в растениеводстве.
Методика определения эксплуатационных свойств биотоплива и биодита
Эксплуатационные свойства топлив проявляются в процессе их применения в двигателях и при хранении. Эги свойства оценивались как физико-химическими, так и прямыми методами (стендовыми испытаниями). В настоящей работе исследованы следующие свойства: 1)испаряемость (оценивалась фракционным составом); 2)воспламеняемость и горючесть (оценивалась температурой самовоспламенения, теплотой сгорания); 3)прокачиваемость (оценивалась вязкостно-температурными свойсіва-ми, низкотемпературными свойствами /температуры помутнения, начала кристаллизации и застывания, показателями чистоты /содержание воды и механических примесей/); 4)склонность к образованию отложений (оценивалась термической стабильностью); 5)коррозионная активность (оценивалась содержанием коррозионно-активных веществ /кислотность, водорастворимых кислот и щелочей/); 6)противоизносные свойства (оценивались вязкостью); 7)охлаждающие свойства (оценивались теплоемкостью). Физико-химические свойства обусловлены физическим состоянием и химическим составом топлив. В работе использованы стандартные методики по определению: \)фракционного состава (метод разгонки 50% и 96% - конец перегонки)-ГОСТ 2177; 2)плотности - ГОСТ Р 51069; Ъ)кинематической вязкости - ГОСТ 33-82; А)температуры застывания - ГОСТ 20287; 5)температуры помутнения - ГОСТ 5066; 6)телтературы вспышки, определяемой в закрытом тигле - ГОСТ 6356; 1)кислотиости - ГОСТ 5985; содержанию водорастворимых кислот и щелочей - ГОСТ 6307; 9)содержаиию механических примесей - ГОСТ 10577; [0)содержанию воды - ГОСТ 2477;
Помимо указанных стандартных методик исследований качества топлива для дизелей использовались и другие показатели, которые смогли более полно охарактеризовать полученные виды топлива. Наибольший интерес представляет термоокислительная стабильность при повышенных температурах, определяющая склонность топлива к отложениям на форсунках.
Методика определения коррозионной агрессивности.
Сущность метода заключается в выдерживании медной пластинки в испытуемом топливе при повышенной температуре и фиксировании измене ния ее внешнего вида, характеризующего коррозионное воздействие топлива. Для испытания по ГОСТ 6321-69 применяют отшлифованные пластинки из электролитной меди размером 40x10x2 мм. Пластинки промываются спиртом и эфиром и высушиваются на фильтровальной бумаге. Не фильтрованное испытуемое топливо наливается в пробирку высотой 140-150 мм и диаметром 15-20 мм до половины ее высоты. В эту же пробирку пинцетом опускается подготовленная медная пластинка. Пробирка закрывается корковой пробкой и помещается в водяную баню, нагретую до 50 С. Уровень воды в бане должен быть выше уровня топлива в пробирках. Через 3 ч пластинки вынимаются и промываются в фарфоровой чашке подогретым ацетоном или спирто-бензолыюй смесью. Для каждого образца топлива проводятся три параллельных испытания. Если после опыта медная пластина хотя бы в одной из параллельных проб покрылась черным, темно-коричневым или серо-стальным налетом или пятнами, такое топливо считается не выдержавшим испытания и бракуется.
Методика определения термоокислительной стабильности биодита.
Сущность метода заключается в нагревании тонкого слоя топлива на металлической поверхности, испарении легколетучих веществ, содержащихся в топливе и образующихся при его разложении, с последующим разделением остатка на рабочую фракцию и лак, и определении термоокислительной стабильности. Показатели служат для условной оценки склонности топлива к образованию лаковых отложений на деталях двигателей и эффективности присадок, уменьшающих лакообразование.
Используемое оборудование: аппарат Папок с комплектом дисков (диаметром 70 мм) и набором испарителей; съемник для снятия испарителей с диска; подставки для испарителей; термометр контактный по ГОСТ 9871-75; секундомер по ГОСТ 5072-79; стакан по ГОСТ 9147-73; термометр типа ТН-2 по ГОСТ 400-80; плитка керамическая; насадка НЭТ-250 по ГОСТ 9777-74; холодильник типа ХШ5 45/40 по ГОСТ 9499-70; колба типа ПКШ 500-29/32 по ГОСТ 10394-72; электроплитка с закрытой спиралью; эксикатор по ГОСТ 0371-73; шкаф сушильный; весы аналитические; бумага фильтровальная по ГОСТ 12026-76; бензин-растворитель марки БР-1; эфир петролей-ный марки 40-70 по ГОСТ 11992-66; натр едкий технический по ГОСТ 2263-79; кислота соляная техническая по ГОСТ 3118-77; сплав металлический с температурой плавления не выше 200С (сплав Вуда). Внешний вид аппарата Папок показан на рисунке 3.7.
Результаты разработки технологии получения биотоплива
Непосредственное влияние на величину цикловой подачи оказывают плотность р и вязкость v топлива. Плотность топлива определяет количество вводимой в камеру сгорания энергии. Поскольку в плунжерных топливных насосах осуществляется объемное дозирование топлива, то при работе на топливе с меньшей плотностью массовая цикловая подача уменьшается. Применение дизельных топлив с повышенной плотностью снижает экономичность работы двигателя и увеличивает дымность отработавших газов, вследствие чего этот показатель нормируется в ГОСТ 305-82, ГОСТ Р 52368-2005 и в нормативных документах многих зарубежных стран - ON СП91 (Австрия), DIN Е 51606 (Германия), UN1 10635 (Италия), SS15 54 36 (Швеция) и др. Знание плотности и вязкости исходных растительных масел также необходимо при проектировании аппарата для синтеза биотоплива и прогнозирования протекания отдельных стадий технологического процесса получения биотоплива. Поэтому проведены исследования физико-химических свойств исходного рапсового и подсолнечного масел, их функциональных производных (биотоплив) - МЭРМ и МЭПМ, композиций биотоплива и дизельного топлива (биодит) в соотношениях 25:75, 50:50, 75:25. Исходное рапсовое масло при температуре t = 20 С имело плотность рмр = 913 кг/м , подсолнечное масло - ры„ = 918 кг/м3. С увеличением температуры значение плотности масел уменьшается. Установлена закономерность изменения плотности при повышении температуры масла в виде Рш = рм - kpM-At, (4.1) где р,м - плотность масла при температуре t С, кг/м3; ры - плотность масла при температуре 20 С, кг/м ; крм - температурный коэффициент изменения плотности, для рапсового масла крм = 0,716, 1/С; для подсолнечного крм = 0,727, 1/С; масел с ростом температуры
Полученные значения коэффициентов крм в формуле (4.1) справедливы при изменении температуры t в пределах от 20 до 90 С. Среднеквадратичное отклонение рассчитанных по формуле (4.1) значений ptM от экспериментальных не превышало ±3,5%. Повторяемость опытов была хорошей, разброс не превышал 4%. Аналогичные исследования проведены для биотоплива и биолита. Результаты исследований приведены в таблице 4.3.
Анализ полученных результатов показал существенную разницу в плотности биотоплив по сравнению с плотностью исходных масел, что обусловлено различием в строении их молекул. Молекулы триглицеридов масла имеют в три раза более высокую молекулярную массу, а силы взаимодействия между молекулами (силы Ван-дер-Ваальса) заметно выше, чем у полученных биотоплив. Незначительная непараллельность графиков ptM =/ (t) для рапсового (прямая 2) и подсолнечного (прямая 1) масел (рисунок 4.26) обусловлена разницей количественного состава компонентов жирных кислот исследуемых растительных масел, выявленной в предыдущем подразделе.
Установлено, что отличие величин плотности подсолнечного и рапсового масел незначительно. Вероятно, это связано с размерами молекул триглицеридов (которые для различных масел практически одинаковы), а не с их жирнокислотным составом (заметно отличающимся для рапсового и подсолнечного масел). Как показано выше, плотность нерафинированного масла несколько выше, чем рафинированного, что объясняется наличием в нерафинированных маслах сопутствующих веществ - липидов, белков, углеводов, красящих веществ.
Плотности эфиров (биотоплив), полученных из рапсового и подсолнечного масел, близки. Молекулы эфиров в три раза меньше молекул триглицеридов, но всё же довольно велики по сравнению с молекулами углеводородов, входящих в состав нефтяных топлив. Поэтому их индивидуальные различия (различный жирнокислотный состав) сказываются незначительно.
Плотность топливных композиций (биодита) наиболее близка к плотности дизельного топлива, что не противоречит правилу аддитивности.
Если р оказывает влияние на массовую цикловую подачу, практически не изменяя объемной, то величина v и сжимаемость топлива изменяют объемную цикловую подачу. Вязкость топлива в существенной степени влияет на работу топливоподающей аппаратуры, определяет внутренне трение топливного потока и, тем самым, гидравлические потери энергии в топливной системе. От величины V зависит, в частности, степень дросселирования топлива в наполнительных и отсечных окнах втулки плунжера при их открытии и закрытии плунжером.
Однако основной фактор влияния v на цикловую подачу - утечка топлива через зазоры прецизионных деталей топливоподающеи аппаратуры. При номинальном режиме работы дизеля суммарные утечки топлива незначительны и составляют 0,3-0,5% от цикловой подачи при работе на товарном дизельном топливе
