Диссертация (Анализ влияния конструкции и режима работы электрогидравлической форсунки на процесс топливоподачи автотракторного дизеля), страница 6

Ее суть заключается в разделении процесса выделения масла на 2 этапа:прессование - для пищевых целей, а масло, которое осталось после завершенияпрессования в жмыхе - для получения топлива в виде смеси ДТ с растительныммаслом (биотопливо) [31].Благодаря применению ДИВЭ-экстрагирования увеличивается скоростьпроцессов экстракции масла из жмыха в ДТ и получить топливо с различнымсодержанием масла [38].

Блок-схема технологии производства биотоплива сиспользованием ДИВЭ-экстрагирования представлена на рисунке 1.22.Рисунок 1.22 - Блок-схема технологии производства биотоплива сиспользованием ДИВЭ-экстрагирования40В основе технологии получения топлива на основе масел растительногопроисхождениявразвитыхстранахиспользуетсяпереэтерификациятриацилглицеридов растительного масла метанолом с участием катализаторов. Вданном случае длительность реакции может достигнуть 45 ч., а в случаеприменения основного катализатора (щелочи) - 1…8 ч (в зависимости оттемпературы и давления).

Однако после реакции необходимо удалить катализатори продукты омыления [31, 38, 58].Область применения метода щелочного катализа: переэтерификация жирныхкислот растительных масел, суть которой заключается в химической реакциимасел, жиров, щелочи (катализатор) со спиртами [31, 38].Компоненты реакции: метиловые эфиры, глицерин. На рисунке 1.23отображена схема технологического оборудования при использовании одногореактора с целью получения реакции переэтерификации жирных кислот РМ [31].Рисунок 1.23 - Схема технологического оборудования для реакциипереэтерификации жирных кислот РМ:1 - РМ; 2 –метанол; 3 - едкий калий; 4 - реактор; 5 -смеситель;6 – трубопровод, предназначенный для отвода глицерина;7 – трубопровод, предназначенный для отвода МЭРМ41Недостаток метода щелочного катализа – необходимость в проведениидополнительной обработки сырья – обезвоживания, снижения уровня СЖК до 5%для выхода максимального количества МЭРМ.

Однако этот метод не являетсяметодом добычи метиловых эфиров в ходе переэтерификации жирных кислотрастительных масел. Продукты омыления, катализатор подлежат удалению.Стадия обезвоживания, увеличения расхода катализаторов является обязательнымэтапом, в результате чего возрастает длительность проведения необходимыхтехнологических операций [31, 38, 58].Часть этих недостатков отсутствует в методе получения топлива на основемасел растительного происхождения без применения катализаторов, основанныйна применении сверхкритического метанола (рис. 1.24).Метод заключается в процессе переэтерификации рапсового масламетанолом в критических условиях [31].Достоинство данного способа заключается в том, что СЖК моментальноэтерифицируются критическим метанолом.Известно, что при традиционном методе щелочного катализа на выходМЭРМ и эффективность осуществления реакции переэтерификации сильно влияетприсутствие воды и СЖК [38].Рисунок 1.24 - Схема сверхкритической переэтерификации жирных кислотрастительных масел метанолом:1 - автоклав; 2 - печь; 3 – температурный датчик; 4 – контроллер давления;5 – выходной вентиль продукта; 6 – конденсатор; 7 - сборник42На основе проведенных экспериментов можно сделать следующий вывод:если в реакции переэтерификации в среде сверхкритических спиртов катализаторыне используются, то скорость и успешность таких реакций значительно отличается.При этом также можно отметить, что итоговая реакция никак не зависит откачества используемого сырья и количества воды [31, 38].ЖирыполностьюпреобразуютсяприпереэтерификацииПМвсверхкритическом метаноле и этаноле с давлением 20 МПа и под действиемтемпературы 200 … 400°С [31, 38].Уменьшить до 4 мин длительность реакции, снизить себестоимостьпродукции, ее эксплуатацию и установку можно, если не использовать стадииочищения и отмывки водой.

Эти стадии являются обязательными длякаталитического метода [31].В таблице 1.6 приведены сравнительные характеристики традиционногометода со сверхкритическим метанолизом РМ для получения биотоплива [58].Таблица 1.6 - Сравнение критического метода с обычным методом метанолиза РМдля получения биотоплива43Анализ данных таблицы позволяет сделать несколько выводов: производствотопливанаосноверастительныхмаселвсредесверхкритического метанола значительно упрощает технологический процесс(возможно включение непрерывного поточного режима), а следовательно, не менеезначительно снижается себестоимость производства топлива на основе маселрастительного происхождения. использование сверхкритического метанола увеличивает экологическую«чистоту» производственного процесса по причине проведения процесса взамкнутых контурах.Кроме приведенных технологических процессов производства МЭРМ [31,38, 58], имеются аналогичные технологии для переработки подсолнечного масла(ПМ) [31].1.2.3 Влияние физических свойств растительных масел и их эфиров нарабочий процесс ДВСВ качестве моторного топлива подойдут растительные масла, т.к.

ониявляются горючими. [1, 9]. Отличие растительных масел и биотоплива от нефтяныхДТ - тяжелый фракционный состав [31]. Растительные масла запрещеноиспользовать в бензиновом двигателе из-за высокой их плотности, низкойиспаряемости, вязкости. Но при этом они идеально подойдут для дизельногодвигателя [38]. Низкая температура сгорания в дизельном двигателе обусловленаналичием кислорода в их составе, что свидетельствует об их экологичности.Углерод полностью окисляется за минимальный промежуток времени по причиненаличия в карбоксильной группе молекулы углеводорода кислорода.

Кислород вкарбоксильной группе менее эффективен в этом отношении, чем кислород вмолекуле эфиров [31, 62]. Еще одна особенность дизелей на растительных маслах:низкая дымность ОГ, наличие продуктов неполного сгорания в них [1, 9, 38, 47].Растительные масла категорически запрещается в чистом виде использовать в44качестве ДТ по причине образования нагара (отложение кокса на распылителяхфорсунок и деталях КС) [59].Для топлив на основе растительных масел характерны нежелательныереакции омыления (ввиду наличия отложений). В этом отношении неблагоприятныотработавшие масла (от жарки и т.д.).Наличие смол приводит к отложениям в фильтрах, каналах, распылителях.Из-за кислотности топлив на основе масел растительного происхождениядетали системы топливоподачи и всего двигателя покрываются коррозией [31, 38].СЖК в биотопливах – причина появления коррозии.

Максимальноекислотное число биотоплив - 0,5 мг KOH/г топлива, при этом максимальнодопустимым значением считают 2 мг KOH/г топлива [47, 59].Еще одна причина коррозии: наличие металлов и хлора. Максимальнаяконцентрация хлора - 10 мг/кг, щелочных металлов - 5 мг/кг [31].Содержание фосфора в биотопливах ограничивают значением 10 мг/кг.Фосфор приводит к старению биотоплив, выделению слизи, воды.

Поэтомузасоряются фильтры, каналы. Фосфор губит каталитические нейтрализаторы.В биотопливах окисление и старение происходят значительно быстрее, чемв ДТ. Один механизм – окисление, другой – полимеризация. Обе реакции –цепные, усиливаются при действии теплоты или света, под действием металловкак катализаторов [11, 31, 38].Использование биотоплив приводит к ускоренному износу деталей отмечаются отложения, сваривание прецизионных пар [31].Из-за существования отличий биотоплива от ДТ искажается рабочий процессдизельных двигателей: смесеобразование, топливоподача, которые зависят отвязкости, плотности, сжимаемости, поверхностного натяжения [11, 38, 62].Из-за высокой вязкости растительных масел процесс их прокачивания помагистралям системы топливоподачи, подачи растительных масел в камерусгорания дизеля становится более трудоемким [38].Высокая вязкость является причиной снижения давления впрыскивания,ухудшения мелкости распыливания, изменения геометрии топливной струи.

В45результате затягивается и ухудшается полнота сгорания, закоксовываютсяраспылитель, кольца. Кроме этого, при работе увеличивается задержкавоспламенения. Снижается надежность запуска дизеля [58].Увеличение часового расхода, цикловой подачи сопровождается высокойплотностью РМ. Длина струи распыляемого топлива зависит от плотностибиотоплива и растительных масел. Уменьшение угла раскрытия топливногофакела, ухудшение мелкости распыливания являются следствием высокойвязкости, увеличенного коэффициента поверхностного натяжения [31, 47].Используя эфиры вместо растительных масел, можно добиться уменьшениявязкости топлива [31, 38].Сжимаемость растительных масел схожа со сжимаемостью нефтяных ДТ итоплив на основе эфиров растительных масел [11, 58].Коэффициент поверхностного натяжения отражается на характеристикахраспыливания [31].Изменения характеристик распыливания, сгорания, смесеобразования ивпрыскивания происходят под действием физических свойств растительных масели отражаются на процессе подачи топлива [11, 31, 38, 47, 58].Из-заегоповышеннойплотностиувеличиваетсядоляпленочногосмесеобразования (79% МЭРМ попадает на стенки КС, у ДТ – 59% [31]) идальностьраспыленияструй,котораятакжезависитиотегосамовоспламеняемости.

На рисунке 1.25 отображена зависимость уровня сжатия иугла опережения впрыскивания топлива от временной задержки процессавоспламенения РМ и ДТ (в эксперименте участвовала установка ИДТ – 69), вовремя которой струи достигают стенки КС [38]. Топливо, оказавшееся на стенкахКС, не сгорает. Уменьшается доля объемного смесеобразования, подвижностьпоршневых колец, моторное масло - загрязняется.По причине высокой вязкости растительных масел, повышенного ихкоэффициента поверхностного натяжения угол раскрытия топливного факела (вдизеле с полуразделенной КС во время его функционирования на МЭРМ угол на4610% становится меньше [38]) - уменьшается, средний диаметр капель –увеличивается, мелкость распыливания – ухудшается.абРисунок 1.25 - Зависимость периода задержки воспламенения топлив от УОВтоплива (а) и степени сжатия (б): 1- ДТ; 2- РМ [19]От поверхностного натяжения зависит однородность распыливания.

Урастительных масел – повышенное поверхностное натяжение с неоднороднымраспыливанием. Момент начала впрыскивания смещается в сторону увеличенияугла опережения впрыскиваемого топлива [11, 19, 31].Кислород, содержащийся в молекулах РМ и МЭРМ, участвует в процессахдизеля. Задача окислителя: интенсификация процесса сгорания, обеспечениеповышенной температуры в цилиндре дизеля, что является причиной увеличенияиндикаторного и эффективного КПД, оксида азота NOX в ОГ. Из-за содержания вмолекулах МЭРМ атомов углерода (около 77%) уменьшается низшая теплотасгорания на 13 … 15% и появляется потребность увеличения часового и удельногоэффективного расхода топлива [11, 19, 31, 38, 58].Для дизельных двигателей с разделенной КС на предкамеру и вихревуюкамеру, функционирующих на МЭРМ, уровень токсичных компонентов составляет(в скобках указаны данные для дизелей с непосредственным впрыском): CO – 12(10)%, CHX – 35 (10)%, твердые частицы – 36 (24)%, сажа – 50 (52)% [38].47Некоторые тенденции изменения показателей дизелей, работающих напродуктах переработки РМ, показаны на рисунке 1.26.