Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 11
1.1 Физико-химические свойства рапсового масла и их влияние на операции с этим продуктом в условиях эксплуатации 11
1.2. Требования к чистоте топлива для дизелей и методы его очистки 17
1.3. Способы и средства подогрева вязких и застывающих жидкостей 24
1.4. Оборудование для смешивания жидкостей и приготовления эмульсий 34
1.5. Методы и средства, используемые при контроле чистоты жидкостей 41
1.6. Выводы по главе и постановка задач исследования 43
Глава 2. Теоретическое обоснование методов и устройств для обеспечения операций со смесевым биотопливом на основе рапсового масла 46
2.1. Очистка рапсового масла и смесевого биотоплива с помощью ПГС-полимеров 46
2.2. Методы контроля чистоты рапсового масла и смесевого биотоплива 59
2.3. Обеспечение температурного режима рапсового масла 66
2.4. Устройства для смешивания компонентов биотоплива 77
2.5. Выводы по главе 86
Глава 3. Методическое обеспечение проведения экспериментальных исследований 88
3.1. Методики определения физико-химических показателей рапсового масла и смесевого биотоплива 88
3.2. Методики исследований стойкости конструкционных материалов при взаимодействии с рапсовым маслом и смесевым биотопливом 92
3.3. Методика определения свойств ПГС-полимеров используемых для очистки рапсового масла 98
3.4. Методика определения теплотехнических показателей при подогреве рапсового масла 108
3.5. Методика проверки эффективности экспресс метода контроля загрязненности рапсового масла и смесевого биотоплива 113
3.6. Выводы по главе 115
Глава 4. Экспериментальные исследования процессов и оборудования, применяемого при складских и заправочных операциях со смесевым биотопливом 117
4.1. Исследование физико-химических свойств рапсового масла и смесевого биотоплива 117
4.2. Лабораторные исследования прочностных и эксплуатационных свойств ПГС-полимеров 121
4.3. Исследование стабильности смесевого биотоплива для дизелей при хранении 123
4.4. Результаты исследования процесса нагрева рапсового масла 127
4.5. Результаты проверки эффективности экспресс-метода контроля загрязненности рапсового масла и смесевого биотоплива 129
4.6. Выводы по главе 131
Глава 5. Реализация результатов исследований и их технико-экономическая эффективность 133
5.1. Разработка технологического оборудования для обеспечения операций по приготовлению, хранению смесевого биотоплива и заправке сельскохозяйственной техники 13 3
5.2. Эксплуатационные испытания комплекса технологического оборудования для операций со смесевым биотопливом 149
5.3. Технико-экономическая оценка использования смесевого биотоплива на основе рапсового масла с применением разработанного технологического оборудования 152
5.4. Выводы по главе 154
Общие выводы 156
Список использованной литературы
- Требования к чистоте топлива для дизелей и методы его очистки
- Методы контроля чистоты рапсового масла и смесевого биотоплива
- Методика определения свойств ПГС-полимеров используемых для очистки рапсового масла
- Лабораторные исследования прочностных и эксплуатационных свойств ПГС-полимеров
Введение к работе
Использование нефтяных топлив при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания и других энергетических установок (тепловых электростанций, котельных и т.д.) приводит к загрязнению атмосферы продуктами, образующимися в результате неполного сгорания этих топлив - оксидом углерода, тяжелыми углеводородами (многоатомными алканами и алкенами, полициклической ароматикой и т.п.), диоксидом и тетраоксидом азота, сажей, а также сернистыми соединениями (сернистым ангидридом, сероводородом и др.), попадающими в топливо из исходного нефтяного сырья. При проливах и подтеканиях нефтяных топлив в процессе транспортно-складских и заправочных операций происходит долговременное и трудноустраняемое загрязнение почвы и гидросферы, вызывающее угнетение и гибель флоры и фауны, а также приводящее к тяжелым расстройствам здоровья людей.
Другим негативным последствием использования нефтяных топлив является выброс в атмосферу большого количества диоксида углерода, который непосредственно не оказывает отрицательного воздействия на организм человека, но создает в атмосфере так называемый «парниковый эффект», что является основной причиной глобального потепления, способного вызвать непредсказуемые изменения климата и катаклизмы планетарного масштаба.
Ухудшение экологической обстановки вызывает необходимость изыскания альтернативных топлив, которые не уступали бы традиционным нефтяным топливам по своим эксплуатационным свойствам, но имели бы более низкую токсичность продуктов сгорания, быстро саморазлагались при аварийном попадании в окружающую среду и не вызывали бы резкого увеличения содержания диоксида азота в атмосфере [1, 2].
Вторая причина, требующая нахождения эквивалентной замены нефтяным топливам, носит экономический характер и связана со снижением разведанных мировых запасов нефти, сложностью разведки и
разработки новых труднодоступных ее месторождений, постоянным увеличением потребления моторных топлив мобильной техникой, повышением спроса на нефтяное сырье для нужд химической промышленности (в первую очередь для синтеза разнообразных полимерных материалов технического и бытового назначения). Все это, а также нестабильность политической обстановки в ряде экспортирующих нефть регионов (Ближний Восток, Иран, Венесуэла и т.п.) вызывает постоянный рост цен на нефтепродукты.
В результате выполненных многими отечественными и зарубежными учеными научных исследований и технологических разработок предложен ряд альтернативных моторных топлив для двигателей внутреннего сгорания, обладающих значительными экологическими преимуществами по сравнению с традиционными видами горючего. Сюда относятся сжиженный газ (пропан-бутановая смесь), сжатый природный газ (метан), различные продукты химической переработки органического сырья (сложные эфиры, спирты и т.п.), продукты растительного происхождения (так называемое биотопливо).
Использование перечисленных альтернативных топлив связано с определенными условиями. Источники получения сжиженных и сжатых газов не возобновляются, поэтому применение этих продуктов ограничено размерами имеющихся сырьевых ресурсов, и для сжиженных газов, получаемых путем конденсации пропано-бутановой фракции нефти, лимитируется наличием запасов нефтяного сырья. Использование в качестве моторного топлива компремированного природного газа, запасы которого значительно превышают запасы нефти, в меньшей степени осложняется ресурсными затруднениями, но вызывает определенное ухудшение эксплуатационных характеристик топливопотребляющей техники - снижение мощности двигателя и усложнение конструкции его топливной системы, уменьшение грузоподъемности и запаса хода транспортных средств; это налагает ограничения на использование
7 природного газа в качестве топлива для двигателей. Применение сжиженных и сжатых газов не снижает поступления диоксида азота в атмосферу.
Использование в качестве моторного топлива химических продуктов из органического сырья является целесообразным с точки зрения возобнавляемости сырьевых ресурсов, но требует реализации достаточно сложных технологических решений для получения указанных продуктов, что связано с созданием для этой цели специализированных предприятий. При транспортировке, хранении химических веществ и заправке ими техники следует принимать повышенные меры безопасности вследствие ядовитости большинства этих продуктов, которые при попадании в организм человека могут вызывать тяжелые отравления и даже привести к летальному исходу. Большинство рассматриваемых продуктов обладают также высокой коррозионной активностью и химической агрессивностью, являясь окислителями и растворителями по отношению к многим применяемым в двигателестроении конструкционным материалам, что потребует модернизации системы питания двигателя.
Биотопливо, сырьем для которого могут служить различные растительные масла, не требует для своего изготовления сложного технологического оборудования - его можно получить путем механического прессования без химической обработки. Получаемое при прессовании семян масленичных растений растительное масло не токсично и не огнеопасно, не имеет специфического запаха, свойственного нефтепродуктам, не содержит сернистых соединений. Выделяющееся при его сгорании количество диоксида углерода численно равно его количеству, поглощенному при росте масленичных растений, то есть имеет место нулевая эмиссия диоксида углерода. Растительные масла имеют достаточно высокую теплоту сгорания, сопоставимую с теплотой сгорания дизельного топлива, что позволяет рассматривать их как потенциальное моторное топливо для дизелей. Наиболее полный анализ вопросов,
8 связанных с использованием топлив на основе растительных масел при эксплуатации дизелей, приведены в работе [3].
В качестве биотоплива' теоретически могут использоваться разнообразные растительные масла - рапсовое, кукурузное, льняное, хлопковое, соевое, пальмовое, подсолнечное, арахисовое, оливковое и так далее. Всего в мире насчитывается более 150 видов масленичных растений, однако, многие масленичные культуры, из которых получают растительные масла с хорошими энергетическими показателями, на территории нашей страны не произрастают или имеют ограниченное распространение. К масленичным растениям, повсеместно культивируемым в России, относятся рапс и подсолнечник, но подсолнечное масло имеет высокую температуру застывания, что в условиях нашего климата отрицательно скажется на эксплуатации мобильной техники в зимний период, и является ценным пищевым продуктом, что сдерживает его применение в технических целях.
Лучшим сырьем для биотоплива в настоящее время считается рапс, который почти не требует ухода при возделывании, дает высокий урожай, является прекрасной промежуточной культурой при выращивании пшеницы и другой полеводческой продукции, задерживает в почве питательные вещества и улучшает ее структуру. Отходы, получаемые после отжима рапсового масла (рапсовый жмых и шрот) используются при производстве комбикорма, являются ценным кормовым продуктом для скота. Поэтому целесообразно рассмотреть комплекс вопросов, связанных с использованием биотоплива в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания, применительно к рапсовому маслу.
Вопросы использования биотоплива на основе растительных масел решаются современной наукой достаточно успешно. Теоретические и практические аспекты проблемы эксплуатации двигателей с применением биотоплива нашли отражение в работах С.Н. Девянина, О.И. Жегалина, А.Ю. Евдокимова, Н.В. Краснощекова, Е.Г. Пономарева, Г.С. Савельева,
9 И.Г. Фукса и многих других отечественных и зарубежных ученых. Менее разработанными являются вопросы, связанные с транспортировкой, хранением биотоплива и заправкой техники. Необходимость решения этих вопросов связана со специфическими физико-химическими свойствами растительных масел, оказывающими влияние на осуществление транспортно-складских и заправочных операций и предъявляющими определенные требования к применяемому при этом технологическому оборудованию. В частности, рапсовое масло имеет высокую вязкость при пониженных температурах, сильно загрязнено эмульсионной водой, твердыми механическими частицами и отходами растительного происхождения, а условия его применения предусматривают смешение с дизельным топливом в дозированных пропорциях. Разработка требований к технологическому оборудованию для транспортирования и хранения биотоплива и заправки им сельскохозяйственной техники с последующим созданием на основе этих требований комплекса технических средств для указанных целей является актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение.
Целью работы является обеспечение транспортно-складских и заправочных операций при использовании биотоплива в сельскохозяйственном производстве за счет применения эффективного технологического оборудования.
Объектом исследования служат технические средства хранения, транспортирования и заправки для биотоплива.
Предметом исследования является процесс транспортирования, хранения и заправки при использовании биотоплива в процессе эксплуатации сельскохозяйственной техники.
Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении целесообразности создания и эффективности использования вновь разработанных оригинальных образцов технических средств для операции с биотопливом.
10 Практическая полезность работы заключается в разработке комплекса средств хранения, заправки и очистки биотоплива и во внедрении этого комплекса при эксплуатации сельскохозяйственной техники.
Требования к чистоте топлива для дизелей и методы его очистки
Конструкция топливной аппаратуры дизелей предъявляет к чистоте применяемых при их эксплуатации топлив весьма жесткие требования. Это обусловлено наличием в топливной аппаратуре прецизионных пар с очень высокой чистотой рабочих поверхностей и малыми зазорами (например, зазор между плунжером и гильзой топливного насоса высокого давления не превышает 5 мкм), поэтому загрязнение топлива резко ухудшает работоспособность топливной аппаратуры. Абразивные частицы загрязнений значительно ускоряют износ прецизионных пар и сопловых отверстий форсунок, вызывая неравномерность подачи топлива, ухудшение процесса его сгорания и увеличение расхода, затруднение пуска двигателя и нарушение режима его работы на малых оборотах, снижение мощности дизеля.
Попадая под иглу форсунки, загрязнения нарушают плотность ее посадки в седле, а попадая в зазор между распылителем и иглой могут привести к ее зависанию. Свыше 50% отказов дизелей вызвано неисправностями системы питания, половина которых связана с загрязненностью топлив [14].
Абразивный износ деталей цилиндропоршневой группы приводит к уменьшению давления сжатия в камере сгорания, вызывает увеличение дымления дизеля, прорыв газов в картере и т.п.
Присутствие воды в топливе оказывает отрицательное влияние на работу дизеля, вызывая повышенный износ деталей топливной аппаратуры, забивку кристаллами льда и обмерзание фильтров и трубопроводов, неравномерное распыление топлива в камере сгорания, усиление процессов коррозии, повышение склонности топлива к окислению [15,16]. В обводненном топливе повышается температура помутнения и замерзания, могут развиваться микроорганизмы, увеличивающие коррозионную активность топлива [17,18]. Наличие в топливе значительного количества воды может привести к остановке двигателя.
Анализ результатов многочисленных исследований по влиянию загрязненности и обводненности топлива на надежность дизелей [19-24 и др.] показывает важность очистки и обезвоживания рапсового масла при использовании его для приготовления смесевого биотоплива.
Для удаления загрязнений из топлива можно использовать разнообразные методы, основанные на химических, физико-химических и физических процессах, однако наиболее широкое распространение получили физические методы, включающие очистку топлива в силовых полях под воздействием гравитационных, центробежных, электрических, магнитных, электродинамических и других сил, очистку путем фильтрования через пористые перегородки, а также комбинированную очистку путем сочетания этих методов [25].
Физико-химические методы очистки топлив применяются главным образом для их обезвоживания, а также для удаления из них кислотных продуктов, асфальтосмолистых веществ и некоторых гетероорганических соединений. Эти методы основываются главным образом на использовании адсорбционных процессов, в результате которых происходит избирательное поглощение отдельных содержащихся в топливе органических веществ, а также эмульгированной и растворенной воды.
Химические методы очистки топлив основаны на химических реакциях, протекающих между содержащимися в топливе нежелательными примесями (водой и углеводородными загрязнениями) и вводимыми в него реагентами. Эти методы находят применение почти исключительно в заводских условиях.
Из физических методов очистки топлив от твердых загрязнений и воды наиболее простым и доступным является отстаивание в гравитационном поле. Недостатком этого метода является длительность процесса очистки и недостаточная эффективность удаления мелкодисперсных загрязнений.
Более интенсивно процесс очистки топлива осуществляется в центробежном поле [26], с использованием аппаратов двух типов -неподвижных (гидроциклонов), в которых вращается поток топлива, и вращающихся (центрифуг), в которых топливо вращается вместе с ротором аппарата. Недостатком гидроциклонов является невысокая эффективность при увеличении пропускной способности, недостатком центрифуг -сложность конструкции, наличие быстродвижущихся деталей, потребность во внешних источниках энергии. Другие методы очистки и обезвоживания топлива в силовых полях - электрическом, магнитном, ультразвуковом и т.п. - распространения не получили из-за слабой изученности этих процессов и сложности их аппаратурного оформления.
Методы контроля чистоты рапсового масла и смесевого биотоплива
Как показано в разделе 1.1, одним из основных показателей качества смесевого биотоплива является содержание в нем загрязнений, которые в большом количестве попадают в его компонент - рапсовое масло — при его изготовлении, поэтому необходимо разработать методы контроля этого показателя, которые в короткие сроки при малых трудозатратах обеспечивали бы получение достаточно объективных результатов.
При анализе способов контроля чистоты в разделе 1.5 установлено, что для определения в лабораторных условиях загрязненности жидкостей может быть использован турбодинамический метод, основанный на свойстве частиц загрязнений, имеющих различную величину, осаждаться в жидкости с разной скоростью. Имеется ряд методов, основанных на определении скорости седиментации частиц, однако существующие методы регистрации (весовые, шламовые, ареометрические и т.д.), не обладают необходимой чувствительностью при достаточно малом содержании загрязнений в жидкости и дают большую погрешность при возникновении в ней конвекционных токов.
Для регистрации скорости седиментации частиц целесообразно использовать фотоколориметрический способ, который основан на измерении оптической плотности среды путем сравнения яркости проходящего через нее светового потока с эталонным. При разработке ускоренного метода определения дисперсного состава механических загрязнений в смесевом биотопливе важным этапом является определение времени оседания частиц одного размера и одинаковой плотности при различной вязкости жидкостей.
Принцип ускоренного метода определения дисперсного состава механических примесей в жидкостях основан на том, что частицы различного размера и плотности будут оседать с разной скоростью, в соответствии с формулой Стокса, выражающей силу сопротивления fc, оказываемую вязкой средой движущейся шарообразной частице: fc = -37u5woc (2.40) где 5 - диаметр частицы, мкм; woc - скорость осаждения частицы, м/с.
Оседание частицы, имеющей плотность рч, в вязкой среде с плотностью рс происходит под действием силы тяжести fg, которая в этих условиях равна: fs = mg = -(p4-Pc)g (2.41)
При достижении равномерной скорости падения сила сопротивления среды fc уравновешивает силу тяжести fg. Из условия равенства этих сил получаем выражение для вычисления скорости осаждения частицы по заданным ее диаметру и плотности, а также по плотности и вязкости среды: А-Р, w = ,гос с „ 2 gS2 (2.42) 18 ju Наоборот, когда скорость осаждения частицы известна из наблюдений, можно определить ее диаметр: JT- V (2.43)
Эти формулы получены при допущении о несжимаемости и бесконечной протяженности среды, а также и бесконечно малой скорости движения жидкости на поверхности частицы. С учетом этих допущений область применения закона Стокса ограничена со стороны как мелких, так и крупных частиц, однако при соответствующих поправках этот закон можно распространить на достаточно большой диапазон размеров частиц. Учитывая, что размер частиц, загрязняющих смесевое биотопливо, редко превышает 200 мкм, а нижний предел измерений размеров частиц ограничен 5 мкм, закон Стокса использован без поправок, необходимых для определения размера частиц, соизмеримых со средней длиной свободного пробега молекул, т.е. для частиц мельче 0,5 мкм, а также для более крупных частиц, размером больше 200 мкм, когда нельзя пренебречь инерционными силами. Учитывая, что в формулу (2.43) входит величина плотности среды и взвешенной частицы, необходимо исследовать зависимость скорости оседания от плотности частиц.
Анализ дисперсионного состава примесей с помощью фотоэлектроколориметров основан на том, что пучок света, прошедший через жидкую среду, становится менее интенсивным. Чем оптически плотнее среда, т.е. чем больше загрязнений содержится в жидкости, тем более ослабляется интенсивность проходящего через неё пучка света: D = lg - = lgJ0-lgJ, (2.44) S где Jo и Js — интенсивности пучков света соответственно исходного (падающего) и прошедшего через среду, содержащую загрязнения. Принимая вместо интенсивности падающего света Jo интенсивность света, прошедшего через чистую (эталонную) среду J0, получим относительную оптическую плотность загрязнений среды, характеризующую ослабление света суспензированными в ней частицами: Do = (IgJo - Ws)
Методика определения свойств ПГС-полимеров используемых для очистки рапсового масла
Исследования эксплуатационных свойств ПГС-полимеров проводятся с целью определения возможности их использования для очистки рапсового масла с заданными параметрами (пропускной способностью, ресурсом работы и возможностью неоднократного использования). Исследуются также фильтрационные показатели ПГС-полимеров и их прочностные показатели.
Исследовались следующие эксплуатационные показатели ПГС-полимеров: - тонкость и полнота фильтрования; - стойкость к вымыванию компонентов; - изменение массы материала после контактирования с рапсовым маслом; - удельная пропускная способность; -гидравлическая характеристика (зависимость пропускной способности образца от перепада давления на нем); - ресурс работы образца; - возможность регенерации образца для повторного использования. Эксплуатационные свойства ПГС-полимеров определяются на безнасосной установке (рис.3.4). Свежее рапсовое масло, залитое в бачок, продавливается через образец ПГС-полимера, помещенного в патрон установки, сжатым воздухом. Для измерения количества масла, прошедшего через фильтрующий материал в единицу времени, применяется метод синхронной автоматической регистрации количества масла, при котором объем прошедшего через образец масла измеряется с помощью мерного цилиндра, а его масса - с помощью тензометрического устройства, давление перед испытуемым материалом - с помощью датчика давления, продолжительность процесса - отметчиком времени.
Перед проведением испытаний бачок безнасосной лабораторной установки тщательно промывают изооктаном или нефрасом и ополаскивают чистым продуктом. Зажимной патрон установки тщательно промывают горячей водой, затем раствором двухромовокислого калия и ополаскивают дистиллированной водой, после чего сушат в сушильном шкафу или термостате. Посуду (мерные цилиндры и стаканы) и фильтровальные воронки моют и сушат в соответствии с принятыми в лабораторной практике методами.
В качестве материала для очистки рапсового масла используются ПГС - полимеры на основе метадиоксимбензола в виде дисков диаметром 25 мм.
Испытания проводятся при температуре продукта 25±5С. Перепад давления на испытуемом образце фильтрующего материала должен составлять 0,05 МПа. Этот перепад давления создается путем подачи сжатого воздуха из баллона в ресивер с помощью газового редуктора.
Искусственно загрязненный продукт в количестве 500 см заливают в бачок и продавливают через образец материала сжатым воздухом из ресивера.
Пробу загрязненного рапсового масла отбирают из колбы перед заливом его в бачок, а пробу отфильтрованного масла - из мерного стакана.
Продукт, используемый в качестве рабочей среды, перед проведением испытаний фильтруют с помощью воронки через мембранный фильтр №5 или «Владипор» МФА-МА и проверяют в нем содержание загрязнений по ГОСТ 10577-78 [72] и путем просмотра проб масла под микроскопом [73].
Навески искусственного загрязнителя массой до 1г приготавливается на часовом стекле, а от 1 до 60 г - в бюксах, и взвешиваются на аналитических весах. Навеска искусственного загрязнителя выбирается так, чтобы его концентрация в продукте составляла 0,05 кг/м3.
Испытуемый образец материала устанавливается в зажимной патрон и закрепляется специальной гайкой.
Ресурс работы образцов ПГС-полимеров определяется путем пропускания рапсового масла через испытуемый образец до снижения удельной пропускной способности материала, полученной на чистом масле, до 50%-ого значения этого показателя. Рапсовое масло периодически доливается в бачок безнасосной лабораторной установки с помощью воронки.
Возможность регенерации образцов ПГС-полимеров для повторного использования проверяется после ресурсных испытаний образца и снижения его пропускной способности на 50% перепада давления. После этого образец, выработавший ресурс, поворачивается в патроне противоположной стороной и продувается сжатым воздухом при давлении, равном предельно допустимому значению для данного образца. Затем образец устанавливается в первоначальное положение, и определяется его гидравлическая характеристика. Аналогично проводятся исследования возможности регенерации образцов ПГС-полимеров противотоком жидкости, в качестве которой используется заливаемое в бачок установки рапсовое масло.
Испытания проводят на трех образцах ПГС-полимера. Отобранные пробы продукта подвергаются анализу гранулометрического состава загрязнений.
Настройка микроскопа заключается в установке величины общего увеличения микроскопа и выборе цены деления окуляр-линейки, которые определяются в зависимости от величины частиц искусственного загрязнителя, вводимого в продукт при испытаниях.
Лабораторные исследования прочностных и эксплуатационных свойств ПГС-полимеров
Исследования проводились путем нагрева рапсового масла в модельной лабораторной установке, описание которой приведено в разделе3.4.
Для определения эффективности разработанного способа нагрева с использованием локального подогревателя, оснащенного проницаемым экраном, исследования проводились в три этапа.
На первом этапе нагрев рапсового масла осуществлялся трубчатыми нагревательными элементами без экрана (рис.4.2а). Нагрев производился до момента, когда температура рапсового масла в емкости модельной установки достигала 65С, после чего включался насос и производилась выкачка масла из емкости.
На втором этапе в емкость модельной установки помещался сплошной металлический экран из алюминиевого листа, имеющий форму сегмента горизонтального цилиндра с основанием в виде круга (рис.4.2б). Объем подэкранного пространства составлял 20% от полного объема емкости модельной установки. Нагрев рапсового масла производился до температуры в подэкранном пространстве 65С, после чего включался насос и
128 производилась выкачка масла из подэкранного пространства. Одновременно в это пространство поступало рапсовое масло из остального объема емкости.
На третьем этапе в емкость модельной установки помещался пористый экран с покрытием из металлической сетки квадратного переплетения, имеющей в поперечном сечении форму половины эллипсовидного овала Кассини (рис.4.2в). Объем подэкранного пространства также составлял 20% от полного объема модельной установки. Нагрев рапсового масла в подэкранном пространстве и его выкачка из емкости модельной установки производились в том же порядке, что и на втором этапе исследований.
Схема нагрева рапсового масла в емкости модельной установки: а - без экрана; б - со сплошным экраном; в - с проницаемым экраном: 1 - резервуар; 2 - нагревательный элемент; 3 - сплошной экран; 4 - проницаемый экран.
Сравнительные данные, характеризующие эффективность нагрева рапсового масла различными способами, приведены в табл. 4.8.
Эффективность нагрева рапсового масла различными способами Способ нагрева Продолжительность опорожнения резервуара, с Относительнаяпродолжительностьопорожнения, % Без экрана 1780 100 Со сплошным экраном 593 33,3 С проницаемым экраном 354 19,9 Как видно из приведенных в табл.4.8 данных, использование локального подогревателя с проницаемым экраном снижает затраты времени на выдачу рапсового масла в 1,7 раза по сравнению с аналогичным устройством, оборудованным сплошным экраном, и в 5 раз по сравнению с применением общего нагрева без использования локальных подогревательных устройств.
Результаты проверки эффективности экспресс-метода контроля загрязненности рапсового масла и смесевого биотоплива
Проверка проводилась в соответствии с методикой, приведенной в разделе 3.4. Полученные при проведении экспериментов данные приведены в табл. 4.9.
Из данных, приведенных в табл.4.9, видно, что визуальный контроль загрязненности рапсового масла и смесевого биотоплива в статических условиях (при неподвижном продукте) позволяет фиксировать частицы загрязнений в жидкости только при их размерах не менее 50 мкм, а использование эффекта обтекания дает возможность обнаружить наличие в жидкости частиц загрязнений размером от 10 мкм, представляющих опасность для топливной аппаратуры дизелей.
Существенных различий в эффективности использования предложенного экспресс-метода при контроле загрязненности продуктов с различной вязкостью не обнаружено, хотя вязкость рапсового масла существенно отличается от вязкости смесевого биотоплива (соответственно 90 и 17 мм /с). Это объясняется, вероятно, осуществлением гидродинамического процесса обтекания частицы жидкостью в тонком ее слое при ламинарном течении, что позволяет снизить влияние вязкости продукта на этот процесс.
Состав суспензии Результаты фиксации наличия частиц искусственного загрязнителя Максимальныйразмер частиц,определенный спомощьюмикроскопа,мкм
Продукт Искусственный загрязнитель В статическом состоянии При обтеканиичастиц жидкостью Рапсовоемасло Карбонильное железо Не обнаружено Наблюдаетсязавихрение слоя жидкости Цинковая пыль Не обнаружено Наблюдается завихрение слояжидкости Стиракрил, фракция 1 Наблюдается наличие частиц Наблюдаетсясильноезавихрение слояжидкости Стиракрил,фракция 2 Наблюдается наличие частиц Наблюдаетсясильноезавихрение слояжидкости 70
Смесевоебиотопливо(50:50) Карбонильноежелезо Не обнаружено Наблюдается завихрение слояжидкости Цинковая пыль Не обнаружено Наблюдаетсязавихрение слояжидкости Стиракрил, фракция 1 Наблюдается наличие частиц Наблюдаетсясильноезавихрение слояжидкости Стиракрил, фракция 2 Наблюдается наличие частиц Наблюдаетсясильноезавихрение слояжидкости 70
Проверялась также возможность контроля чистоты товарного рапсового масла, содержащего естественные загрязнения, после его очистки фильтрами с абсолютной тонкостью фильтрования 20 мкм и 5 мкм. В первом случае экспресс-метод показал наличие частиц загрязнений, а во втором случае загрязнений этим методом не обнаружено. Эти данные подтверждают, что чувствительность экспресс-метода составляет около 10 мкм.
В результате проведенных исследований показано, что разработанный экспресс-метод контроля загрязненности рапсового масла и смесевого биотоплива позволяет визуально идентифицировать наличие в этих продуктах частиц загрязнений с размерами, превосходящими предельно допустимые значения. Продолжительность одного анализа не превышает 1,5 мин.
1. Экспериментально исследованы физико-химические свойства смесевого биотоплива на основе рапсового масла, что показало возможность использования разработанного оборудования для обеспечения складских и заправочных операций с этим продуктом.
2. Лабораторные исследования образцов ПГС-полимеров показало, что использование этих материалов в конструкции двухступенчатых фильтроэлементов способно обеспечить требуемую частоту рапсового масла и изготовленного на его основе смесевого биотоплива.
3. Исследование стабильности смесевого биотоплива, приготовленного механическим путем с помощью якорной мешалки показало, что после хранения этого продукта в течение 30 суток разницы между концентрациями компонентов в верхнем и нижнем слоях не наблюдается, после хранения в течение 100 суток имеет место незначительное (в пределах 3%) изменение концентрации компонентов, а топливо, приготовленное путем СВЧ-обработки, имеет еще более высокую стабильность; в связи с этим отпала необходимость дальнейшей разработки устройства для смешения компонентов биотоплива непосредственно перед заправкой.
4. Исследования процессов нагрева рапсового масла и его выдачи, проведенные на модельной лабораторной установке, показали, что эффективность использования разработанного локального подогревательного устройства с проницаемым экраном достаточно высока: суммарные затраты времени на выдачу рапсового масла снижаются в 1,7 раза по сравнению с использованием устройства оснащенного сплошным экраном, и в 5 раз по сравнению с применением общего нагрева продукта в емкости.
5. Экспериментальная проверка экспресс-метода контроля чистоты рапсового масла и смесевого биотоплива показало, что визуальный контроль при использовании эффекта обтекания дает возможность обнаружить наличие в жидкости частиц загрязнений размером от 10 мкм.
