авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА С УЛУЧШЕННЫМИ

-- [ Страница 1 ] --

МАЛАХОВ КОНСТАНТИН СЕРГЕЕВИЧ

«ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ

ДИЗЕЛЬНОГО СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА

С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ»

05.20.03 –технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

технические науки

ДМ 220.041.03

Мичуринский государственный аграрный университет

393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101

тел. 5-31-37

Дата защиты диссертации – 25 ноября 2010 года

На правах рукописи

МАЛАХОВ Константин Сергеевич

ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ

ДИЗЕЛЬНОГО СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА

С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

      1. Автореферат
      2. диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Мичуринск – Наукоград РФ, 2010

            1. Работа выполнена в государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук» (ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Нагорнов Станислав Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ли Роман Иннокентьевич

доктор технических наук, профессор

Голубев Иван Григорьевич

Ведущая организация: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина» (ФГОУ ВПО МГАУ)

Защита состоится «25» ноября 2010 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101, зал заседаний диссертационных советов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «МичГАУ».

Автореферат разослан «22» октября 2010 г. и размещен на сайте ФГОУ ВПО «МичГАУ» http://mgau.ru .

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Н.В. Михеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Перевод автотракторной техники на использование дизельного топлива с низким содержанием серы приводит к ухудшению его смазывающих свойств и выходу из строя дорогостоящей топливной аппаратуры. Устранить этот негативный фактор можно за счет применения биодизельного топлива, улучшающего смазывающие и ряд других эксплуатационных свойств нефтяного дизельного топлива. Однако из-за отсутствия современных ресурсосберегающих технологий получения биодизельного топлива производство дизельного смесевого топлива до сих пор не организовано. Поэтому разработка высокоэффективных технологических процессов непрерывного получения дизельного смесевого топлива с улучшенными свойствами является актуальной научной и практической задачей.



Исследования проводились в соответствии с Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2006-2010 гг. по заданию 09.03.07 «Разработать технологии, материалы нового поколения, оборудование … для эффективного использования моторного топлива и смазочных материалов», а также с планом НИР ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии по заданию 09.03.07.03 «Разработать технологию производства биотоплива из растительных масел».

Цель работы. Разработка эффективной технологии непрерывного получения дизельного смесевого топлива, улучшающего эксплуатационные и экологические показатели работы автотракторных дизелей.

Объект исследования. Технологический процесс непрерывного получения биодизельного и дизельного смесевого топлива.

Предмет исследования. Закономерности интенсификации процесса получения биодизельного топлива за счет импульсно-кавитационного воздействия ферромагнитных частиц на реагенты в аппарате с вращающимся электромагнитным полем.

Методика исследования представлена теоретическими исследованиями на основе электромагнитодинамики и механики сплошной среды, экспериментальными исследованиями химической кинетики и тепломассообмена, работы двигателей на дизельном смесевом топливе. Достоверность полученных результатов исследования обусловлена применением современного исследовательского оборудования и приборов, методов регрессионного анализа и дифференциальных вычислений. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с использованием известных статистических методов и компьютерной техники.

На защиту выносится:

– теоретические предпосылки интенсификации процесса получения биодизельного топлива в аппарате с вращающимся электромагнитном полем;

– кинетические зависимости процесса метанолиза при импульсно-кавитационном воздействии ферромагнитных частиц на реагенты в аппарате с вращающимся электромагнитным полем;

– технология непрерывного получения дизельного смесевого топлива с улучшенными свойствами;

– результаты сравнительных моторных испытаний тракторных двигателей в стендовых и производственных условиях при использовании товарного дизельного и смесевого дизельного топлива.

Научная новизна. Заключается в комплексном подходе к решению задачи получения дизельного смесевого топлива, в результате которого:

– разработаны уравнения движения реакционной смеси в аппарате вихревого слоя ферромагнитных частиц;

– установлена принципиальная возможность и подтверждена эффективность использования аппаратов с вращающимся электромагнитным полем для получения биодизельного топлива.

Практическая ценность работы. Внедрение технологии позволит регионам самостоятельно решать свои энергетические проблемы, а в целом – трансформировать растениеводство из основного потребителя дизельного топлива в его главного производителя, а также существенно экономить углеводороды нефти, являющиеся ценным сырьем для химической промышленности.

Реализация результатов исследования:

- в ЗАО “Агрокомплекс Тамбовский”, участок “Зелёновский”;

- в ЗАО “СИГНАЛ”;

- в ООО “Капиталъ-АгроСосновский”;

- в ГУППЗ “Орловский”;

- используется кафедрой «Автомобильная и аграрная техника» ТГТУ с целью обучения студентов специальности 110301 “Механизация сельскохозяйственного производства”.

Апробация работы. Результаты работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на II Международной научно-практической конференции «Современные технологии и оборудование для спиртовых производств и биотоплива» (г. Тамбов, ОАО «Тамбовский завод “Комсомолец” им. Н.С. Артемова», 2006); XIV Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукцию» (г. Тамбов, ГНУ ВИИТиН, 2007); Всероссийской школе-семинаре «Инновационный менеджмент в сфере высоких технологий» (г. Тамбов, ГОУ ВПО ТГТУ, 2008); VI-й Между­народной научно-практической кон­ференции «Фундаментальные и прикладные исследования в системе образо­вания» (г. Тамбов, ГОУ ВПО ТГУ, 2008); XV Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции — новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства» (г. Тамбов, ГНУ ВИИТиН, 2009); Всероссийском научно-техническом семинаре по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок им. проф. В.И. Крутова (г. Москва, ГОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009); Всероссийской выставке «Энергосбережение и энергоэффективность» (25-29 августа, г. Тамбов, 2009); XI Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (9-12 октября, г. Москва); выставке «Центральный федеральный округ: энергосбережение и повышение энергетической эффективности» (г. Москва, Экспоцентр, 2009); на заседаниях Ученого Совета ГНУ ВИИТиН (2008…2009 гг.).

Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 19 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 119 наименований, и приложений. Работа изложена на 163 страницах, содержит 17 таблиц и 56 рисунков.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы и изложены основные научные положения и результаты, которые выносятся на защиту.

В первой главе «Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследований»

рассмотрены особенности получения биодизельного топлива. Проанализированы известные технологические схемы и их аппаратурное оформление. Показан ход эволюции развития технологических процессов получения биодизельного топлива. Установлено, что по мере увеличения потребности в биодизельном топливе происходил поиск наиболее эффективных технологий и биореакторов. Выявлено, что традиционную циклическую технологию с невысоким выходом метиловых эфиров (от 85 до 95 %), длительным временем реакции (8 часов и более), невозможностью проведения непрерывного процесса, большой массой и габаритами вытеснила многореакторная непрерывная технология, использующая несколько биореакторов, объединенных в единую цепочку. Различные модификации многореакторной технологии в целом, включая проведение трехстадийного непрерывного метанолиза, характеризуются сложностью технологического процесса, в котором длительность реакции зависит от числа реакторов, а большая масса и габариты установок обуславливают высокую стоимость получения биодизельного топлива. Выход метиловых эфиров можно довести до 98 % только при высоком нагреве исходных компонентов (до 160 С) и давлении (до 0,3 МПа), характерным является более высокая чувствительность к качеству исходного сырья.

Отмеченные недостатки многореакторной непрерывной технологии обусловили дальнейший поиск ресурсосберегающих технологий получения биодизельного топлива. Показано, что основным направлением дальнейшего развития процесса является разработка новых конструкций биореакторов, в которых интенсификация процесса достигается за счет многофакторного воздействия на реагенты внешних силовых полей различной физической природы. Несомненный интерес в этом плане представляют технические решения, направленные на создание в биореакторе кавитационных воздействий. Проанализированы результаты исследований перспективных конструкций кавитаторов. Установлены их достоинства и недостатки.

На основании выполненного анализа литературных и патентных источников и в соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследований:

– обосновать теоретические предпосылки интенсификации непрерывного процесса получения биодизельного топлива в аппарате с вращающимся электромагнитным полем;

– получить кинетические зависимости процесса метанолиза при импульсно-кавитационном воздействии ферромагнитных частиц на реагенты в аппарате с вращающимся электромагнитным полем;

– разработать технологию непрерывного получения дизельного смесевого топлива с улучшенными свойствами;

– провести сравнительные моторные испытания тракторных двигателей в стендовых и производственных условиях при использовании товарного дизельного и смесевого дизельного топлива.

Во втором разделе «Теоретические предпосылки процесса непрерывного получения дизельного смесевого топлива» представлено научное обоснование процесса получения дизельного смесевого топлива. Две разнородные и несмешивающиеся жидкости – спирт и растительное масло при перемешивании образуют эмульсию типа «спирт в масле». Если скорость сложной химической реакции определяется (лимитируется) скоростью её наиболее медленной стадии, то скорость элементарных реакций – их энергией активации. Её определяют как энергию, необходимую для осуществления эффективного столкновения молекул, приводящего к химическому взаимодействию. В химическое взаимодействие вступают только активные молекулы, обладающие энергией, достаточной для осуществления данной реакции. Для перевода неактивных молекул в активные им нужно сообщить необходимую дополнительную энергию – этот процесс называется активацией. От выбора соответствующего оборудования или устройства для указанной стадии процесса, по сути, зависит эффективность используемой технологии.





В основе разработки технологии непрерывного получения биодизельного топлива заложена следующая гипотеза. Для активации молекул метанола и триацилглицеринов растительного масла предлагается использовать биореактор, реакционный объем которого заполнен ферромагнитными частицами, совершающими под действием внешнего вращающегося электромагнитного поля сложные импульсно-колебательные движения. Вращающееся электромагнитное поле не только приводит в движение ферромагнитные частицы, перемешивающие реакционную массу, но и оказывает дополнительное воздействие на реагенты. Эффективность перемешивания приводит к изменению параметров массопередачи в сторону ее интенсификации, воздействие электромагнитного поля – к резкому повышению энергии активации исходных соединений и увеличению скорости химической реакции.

Важнейшими стадиями, от которых непосредственно зависит качество конечного продукта, являются процессы метанолиза и уровень однородности (гомогенизации), достигнутый при смешивании товарного дизельного и биодизельного топлива. Экспериментально установлено, что для интенсификации процесса получения биодизельного топлива только кавитационного и термического воздействия на растительные масла и метанол недостаточно. Для создания высокоинтенсивного процесса метанолиза предлагается в качестве биореактора использовать аппараты с вращающимся электромагнитным полем, удельная энергетическая насыщенность рабочей зоны которых в несколько раз превышает аналогичные показатели всех известных аппаратов. В результате изучения и анализа процессов получения биодизельного топлива из растительных масел, а также благодаря поисковым экспериментальным проработкам отдельных стадий разрабатываемой технологии была предложена общая схема получения дизельного смесевого топлива, представленная на рисунке 1.

 Технологическая схема-1

Рисунок 1 - Технологическая схема получения смесевого топлива

Технологический процесс состоял из следующих стадий. Из резервуаров для хранения растительного масла 1 и метанола 2, с помощью насосов 3 по системе технологических трубопроводов с арматурой 4 жидкость проходит через емкость с катализатором 5. Количество катализатора определяется с помощью весов 6 и мерника 7. Далее, с помощью насоса 3 смесь проходит через реактор 8, включающий аппарат вихревого электромагнитного поля 9, систему охлаждения аппарата вихревого электромагнитного поля 10 и трансформаторное масло 11. Затем смесь проходит через насос 3 в сепаратор 12, откуда фаза сырого глицерина поступает в резервуар для ее хранения 17, а метиловый эфир - в аппараты очистки 14 с помощью кислоты (15-емкость для хранения кислоты). Далее эфир промывается в аппарате промывки 16 и насосом 3 перекачивается в резервуар для хранения биодизельного топлива 18. Из резервуара для хранения биодизельного топлива 18 и резервуара для хранения дизельного топлива 21 —топлива с помощью насосов поступают в роторный аппарат 22, а из него, проходя через ионизатор 19, смесевое дизельное топливо отпускается конечному потребителю 20.

Разработана модель движения реакционной смеси в аппарате вихревого слоя ферромагнитных частиц. Для вывода уравнения движения реакционной среды в объеме аппарата вихревого слоя ферромагнитных частиц использовано следующее допущение. Принимали, что реакционная смесь представляла собой единую непрерывную фазу, электромагнитные свойства которой всецело определялись свойствами ферромагнитных частиц, а вязкостно-плотностные характеристики – свойствами системы «масло-метанол». В этом случае базовым уравнением движения такой фазы в кондукторе вихревого аппарата является уравнение движения вязкой жидкости (уравнение Навье-Стокса). С учетом принятого допущения о несжимаемости рассматриваемой жидкости () уравнение можно представить в виде

, (1)

где - оператор Лапласа;

- плотность реакционной смеси, кг/м3;

- кинематическая вязкость смеси, м2/с;

р – давление, Па;

t – время, с.

Переходя к проекциям на координатные оси двухмерного декартового пространства, получаем систему уравнений

. (2)

В уравнение (2) входит потенциальное поле силы . В случае аппарата вихревого слоя поле силыпредставляется в виде воздействия со стороны электромагнитного поля.

Преобразовав уравнения (1) и (2) для электропроводящей реакционной смеси, получим закон сохранения импульса в дифференциальной форме для двумерного пространства . (3)

где - удельная проводимость реакционной среды, См/м;

- относительный объем ферромагнитных проводящих частиц

в реакционной смеси;

E - вектор напряженности электрического поля, Вт/м;

B - вектор магнитной индукции, Тл.

Полученная система уравнений позволяет найти величины , , при известных величинах электромагнитного поля E и B. Система уравнений (3) представляет собой модель движения реакционной смеси в аппарате вихревого слоя ферромагнитных частиц.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.