Диссертация (Анализ влияния конструкции и режима работы электрогидравлической форсунки на процесс топливоподачи автотракторного дизеля), страница 5

Известно, что скорость испарения топлива уменьшается и качествораспыливания резко ухудшается при взаимодействии фронта струи со стенкамикамеры сгорания. Проведенный выше анализ результатов по изучениюраспыливания в бомбе показывает, что так оно и происходит при использованиираспылителя №1 с давлениями выше 270 МПа [55].Рисунок 1.16 – Выбросы частиц с ОГ в функции давления в аккумуляторе прииспользовании различных распылителей; n=1200 мин-1, ре=1,45 МПа, выбросыNOX соответствуют нормам Euro 6291.2 Анализ влияния физических свойств топлива на процесс впрыскивания1.2.1 Физические свойства топлив на основе масел растительногопроисхождения применительно к рабочему процессу ДВС и ихсмешиваемость с дизельным топливомДля совершенствования рабочего процесса дизеля целесообразно наотдельных режимах его работы применять кислородосодержащие альтернативныетоплива для дополнительного снижения частиц и NOx в ОГ.Причинаувеличенияпопулярностиальтернативныхвидовтопливзаключается в экологии, структуре потенциальных моторных топлив и вэкономической целесообразности (содержание в недрах Земли угля в 14 раз больше,чем совокупное содержание нефти и газа) [1, 9, 11, 38, 58].

Любое новое топливопредъявляет свой индивидуальный набор требований к топливной аппаратуре [37].Основной недостаток использования ДТ - ограниченность нефтяныхресурсов, их невозобновляемость [38]. ДТ – это слабо испаряющийсянефтепродукт, практически не меняющий своих свойств при хранении итранспортировке [19, 20]. Теплота сгорания биотоплив является схожей с теплотойсгорания ДТ [1, 9, 11, 38].

Область применения растительных масел и биотоплива- сжигание в дизелях после смешивания их с различным топливом [31, 37, 38, 47,58]. Уровень кислорода в молекулах масла и биотопливе – 10%. Данный параметрзначительно улучшает экологические показатели таких двигателей, но при этомснижает уровень выделения тепла. Теплота сгорания ДТ: 42 … 43 МДж/кг, масла:36 … 39 МДж/кг [38, 59]. Увеличение температуры застывания являетсяследствием содержания в маслах растительного происхождения ненасыщенныхжирных кислот [31, 62]. Их вязкость выше, чем у ДТ - 35-60 сСт вместо 3-4 cСт. Нарисунке 1.17 представлена зависимость вязкости некоторых альтернативныхтоплив от температуры [38].30Рисунок 1.17 - Вязкость в функции температуры для рапсового,пальмового масел и животного жираОсновное свойство масел растительного происхождения заключается в егоспособности смешиваться со многими органическими растворителями (ДТ,бензин) и друг с другом в разнообразных пропорциях [11, 31, 62].

Это объясняеттот факт, что моторные топлива могут обладать необходимыми физикохимическими свойствами [38, 62]. Биоразлагаемость эфиров и биотоплива –высокая [1, 9, 11, 38, 62].Сжимаемость биотоплива по сравнению с ДТ – меньше [31, 38].Коэффициентповерхностногонапряжениябиотопливавыше,еслисравнивать с ДТ [31, 62]. Растительные масла являются популярными, т.к.используются в различных целях [38].Отличияметиловыхэфиров:скоростьвоспламеняемостиисамовоспламеняемости; применяются в качестве ДТ; сниженная эмиссия с ОГпродуктов неполного сгорания топлива из-за наличия в них кислорода [31, 38, 58,62].Физико-химические свойства растительных масел, ДТ, их некоторых смесейуказаны в таблицах 1.3 и 1.4 [31].31Таблица 1.3 - Физико-химические свойства ДТ, РМ и их смесей32Таблица 1.4 - Физико-химические свойства ДТ, ПМ и их смесейФизико-химические свойства метилового эфира рапсового масла (МЭРМ) инекоторых его смесей с ДТ представлены в таблице 1.5.33Таблица 1.5 - Физико-химические свойства ДТ, МЭРМ и их смесейФизикохимическоесвойствоТопливоДТМЭРММассовоесодержание, %8777,6C12,612,2H0-0,4 10,2OПлотность,кг/м383087720 СВязкостькинематическая, мм2/с, при:20 С3,48Количествовоздуха,необходимоедля сгорания 112,7кг вещества,кгТеплотасгорания43500 37800низшая, Hu,кДж/кгМассовоесодержание0,20,01серы, %95%ДТ+ 5%МЭРМ93%Т+ 7%МЭРМ90%ДТ 80%ДТ+ 10% +20%МЭРМ МЭРМ60%ДТ+40%МЭРМ40%ДТ+ 60%МЭРМ86,512,60,986,412,6186,112,51,485,112,52,48312,44,68112,26,88328338358398658823,94,744,4193014,114,11413,913,613,34220042700419004150040500396000,190,190,180,160,120,08Отличия растительных масел и топлива на их основе заключаются в хорошихэкологических качествах по причине незначительного содержания в нихполициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и серы [31, 38, 58].341.2.2 Структура производства топлив на основе масел растительногопроисхожденияНа основе совокупности таких показателей, как: транспортные затраты,технология переработки, сырьевые источники, выявляется рентабельностьпроизводства биотоплива [38].На рисунке 1.18 указан процесс производства рапсового масла (РМ),моторного топлива на основе РМ, схема реализации переработки семян рапса [59].По завершении этих стадий РМ может являться самостоятельным топливомдля дизелей в МЭРМ или ЭЭРМ, или же совместно с ДТ [38, 59].Получение МЭРМ осуществляется при температуре 85С по прямойпереэтерификациижирныхкислотРМ,метаноласгидроксидомкалия(катализатор) [31, 38, 58, 59].Рисунок 1.18 - Схема переработки семян рапса, производства РМ и моторныхтоплив на основе РМ35Целесообразность производства биотоплива обусловлена себестоимостьюРМ.

Она зависит как от урожайности рапса, так и от комплексности егоиспользования [1, 11, 31, 38]. Определяющим становится выбор областейвыращивания масленичных культур, определяющий их урожайность, а такжетехнология выращивания рапса [1, 11].Себестоимость производства РМ на сельхозпредприятии колеблется вшироких пределах (от 20 до 40 руб/кг) и зависит от типа сельхозпредприятия. Привыращивании рапса для производства белкового корма для крупного рогатогоскота РМ является отходом производства, и его себестоимость можно принятьблизкой нулю [38].От технологии производства биодизельного топлива зависит выборисходного сырья, длительность производства, состав и физико-химическиесвойства топлива, а также цена. Существует множество технологий производстватоплива на основе растительных масел [1, 9, 31, 38, 58, 62].Технология создания ДТ из растительных масел схожа с получениемрастительных семян пищевого назначения.

[58, 59].Способы выделения растительных масел из сырья: прессование (отжим) иэкстрагирование. Во время использования этих способов семена масленичныхкультур необходимо пропустить через этапы подготовки: очистка, сушка,разрушение/обрушивание кожуры семя, отделение ее от ядер. После данныхпроцедур происходит измельчение ядер семян для получения мятки. Эту мяткуперед отжимом прогревают при 100 … 110°С в жаровнях при перемешивании,увлажнении.Затемееобжимаютвшнековыхпрессах,причемпрессвысокомасличного сырья осуществляется 2 раза: в форпрессах и после завершенияэтапа повторного прожаривания, осуществляемого на прессах окончательногоотжима. Твердый остаток, который получается в результате отжима масла (жмых)– ценный белковый корм для животноводства [31, 38, 58].

Схема переработки семянмасленичных культур в моторное биодизельное топливо показана на рисунке 1.19[31].36Растительные масла экстрагируют при 50…55С в специальных аппаратахрастворителем (метанолом, этанолом) до извлечения всего масла [31, 38]. Далеерастворитель отгоняют из полученного раствора, после чего он снова отправляетсяв процесс экстрагирования. Масло тем временем охлаждают, фильтруют. Шрот(обезжиренный твердый остаток) после завершения экстракции попадает натепловую обработку паром с целью удаления растворителя [38].Масла растительного происхождения, которые используются в качестветоплива для дизельных двигателей, рекомендуется очищать от различныхнежелательныхкомпонентов:высокомолекулярныхуглеводородов,клеев,смолистых веществ и пр.

Это осуществляется при помощи их депарафинизации,обесклеивании и гидрогенизации [31, 38, 58].Масло растительного происхождения подвергают переэтерификации припомощи метилового спирта, в результате чего получают МЭРМ [31, 59].Рисунок 1.19 - Схема переработки семян масленичных культур в дизельноетопливо на основе масел растительного происхождения (биодизель)(СЖК – свободная жирная кислота)37Основа производства сложных растительных масел - реакции этерификации.Реакция на смесь спиртов и жирных кислот растительных масел называетсяэтерификацией [31].Если в этерификации участвуют спирт, щелочь в роли катализатора ирастительное масло, то получается эфир [38].Реакция для получения из растительного масла топлива называетсятрансэтерификация (переэтерификация) [58].Рисунок 1.20 отображает схему комбинированного производства биотоплива(«экологически чистого» дизельного топлива) и пищевого масла с переработкойпобочных продуктов, полученных в ходе производства [38].Рисунок 1.20 - Схема комбинированного производства пищевого масла и«экологически чистого» топлива с переработкой побочных продуктовпроизводства [38]:FO – профильтрованное масло; SO – сырое масло; FOK – профильтрованноемасло с высоким кислотным числом; OHB – масло после гидратации и отбелки;OHBF – масло после гидратации, отбелки и фильтрации, FRO – физически38рафинированное масло; UO – переработанное масло; GF – глицериновая фаза;VRG – водяной раствор глицерина; OV – органический слой;VKZ – комбикормовый заводРассмотрим процесс получения РМ на маслозаводе (рис.

1.21) [38]. Намаслозаводе из семян рапса производится товарное фильтрованное РМ, пригодноедля дальнейшего производства топлива на его основе. Процесс переработкимаслосемян рапса включает следующие технологические этапы: очисткамаслосемян, размол семян и получение мятки, прессование мятки для выделениямасла, очистка масла от фузы, фильтрация масла, разлив масла в транспортнуютару [38].Рисунок 1.21 - Схема оборудования маслозавода по производству РМ:1 – сепаратор; 2 – вальцы; 3 – шнек; 4 – нория; 5 – жаровня; 6 – маслопресс;7 – накопительный бункер; 8 – фузоловушка; 9 – насос для фузы; 10 – насос дляфильтровального пресса; 11 – фильтропресс; 12 – насос для масла; 13 – емкостьдля товарного масла; 14 – емкость для товарного жмыха; 15 – весы;16 – транспортер «гусиная шейка»39ВРоссииизарубежомпроводятсяработы,направленныенасовершенствование технологии производства смесей ДТ с маслами растительногопроисхождения, не подверженными процессу переэтерификации [31, 38, 58].Существуют технологии по получению такого топлива на маслоэкстракционныхзаводах.