авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Владимира Даля И.П. ВАСИЛЬЕВ ВЛИЯНИЕ ТОПЛИВ ...»

-- [ Страница 2 ] --

В СНГ плотность определяют при температуре 20оС [5], в большинст ве других странах – при 15оС. В этих же странах по заказу замеряют плот ность и при 20оС.

Замер плотности осуществляют с помощью ареометра, путем погру жения ареометра в испытываемое топливо, снятия показания по шкале ареометра при температуре определения и пересчете результатов на плот ность при температуре при 20оС. Для пересчета необходимо использовать поправочные коэффициенты для соответствующего топлива.

Возможно определение плотности с помощью пикнометра. Метод ос нован на определении относительной плотности – отношения массы испы тываемого продукта к массе воды, взятой в том же объеме и при той же температуре.

Плотности масел при 20оС находятся в диапазоне 0,914 – 0,92 г/см3, касторового масла – 0,96 г/см3. БТ в диапазоне 0,881 – 0,892 г/см3, что оп ределяется сырьем и технологией приготовления.

С возрастанием содержания углерода увеличивается плотность. При этом увеличивается отношение C/H, что приводит к росту дымности [6].

При увеличении плотности топлива объемное потребление падает, но растет дальнобойность топливного факела, что приводит к увеличению до ли пристеночного смесеобразования.

2.1.2. Вязкость Вязкость определяется внутренним трением жидкости, т.е. трением, возникающим между молекулами жидкости при перемещении их под влия нием внешних сил.

Величина вязкости может быть выражена в единицах динамической, кинематической, удельной вязкости и в условных единицах градусов Энг лера (оЕ) [7, 8].

Динамическая вязкость – это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости. Она является мерой сопротивления жид кости течению.

Кинематической вязкостью называется отношение динамической вяз кости к плотности жидкости при той же температуре. Единица кинемати ческой вязкости является мм2/с или сантистокс (сСт).

В СНГ вязкость определяют при температуре 20оС, в других странах – при 40оС.

Вязкость масел при 20оС находится в диапазоне 67 – 80 мм2/с, КасМ – 1000 мм2/с, БТ в диапазоне 7,9 – 12,3 мм2/с, что, как уже указывалось, определяется сырьем и технологией приготовления.

Вязкость, например, рапсового масла при 40оС имеет среднее значение 35 мм2/с, и максимальное значение достигает 38 мм2/с.

При увеличении вязкости уменьшаются утечки в плунжерных парах, что улучшает пуск двигателя и позволяет увеличить срок работы двигателя.

В то же время это приводит к увеличению размера капель топлива, дально бойности, что ухудшает смесеобразование и приводит к увеличению дым ления при использовании ДТ. В ТРП это может быть компенсировано со держащимся в составе топлива кислородом. Вязкость в большей мере зави сит от температуры и давления, что особенно важно для современных вы сокооборотных двигателей. Высокая вязкость создает проблемы при пуске для топливной системы, особенно в холодное время года.

При высокой температуре выше 250оС в присутствии кислорода на блюдается полимеризация.

2.1.3. Температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения ТРП представляют собой горючие, воспламеняющиеся жидкости, па ры которых с воздухом образуют взрывоопасные смеси.

Для оценки потенциальной пожарной опасности этих топлив применя ется ряд характеристик. Одними из них являются температура вспышки t от и воспламенения t воспл в открытом тигле, определение которых описа всп но в стандарте [9].

Под температурой t от понимается минимальная температура, при ко всп торой пары продукта, нагреваемого в условиях, установленных стандартом, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.

Под t воспл понимается минимальная температура, при которой про дукт, нагреваемый в условиях, установленных стандартом, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 с.

зт зт Но более широко развито определение t всп [10]. Под t всп понимают ту минимальную температуру, при которой пары топлива, нагреваемого в спе циальном закрытом приборе, образуют смесь паров или газов с воздухом, которая вспыхивает в воздухе при поднесении к ней источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.

Существует такой же стандарт и для масел [11]. Температура вспышки качественно характеризует присутствие в масле наиболее легкоиспа ряющихся фракций, хотя не дает представления об их количестве. t от на всп зт несколько градусов выше, чем t всп, что объясняется уносом паров топлива в открытом тигле.

Также существует t самв, которая соответствует температуре возгора ния паров топлива без контакта с пламенем [12]. Согласно работе [13, рис. 27] c уменьшением t самв растет ЦЧ.

зт Можно предположить, что существует корреляция между t всп и t самв.

Для выявления данной зависимости был построен график между этими па раметрами для ДТ различных марок (рис. 2.1) [14, с. 397].

зт t всп и t самв для ДТ различных марок Рис. 2.1. Зависимость между На основании этого графика можно предположить, что с уменьшени зт ем t ЦЧ увеличивается.

всп Учитывая, что на первых трех стадиях сгорания в КC определяю щими являются химические параметры топлив, а на четвертом – физиче зт ские (плотность, вязкость), то t всп является одним из важных параметров, который влияет на сгорание.

Также согласно работе [9, рис. 28] выявлено, что с увеличением ЦЧ уменьшается задержка воспламенения, что благоприятно влияет на процесс сгорания и топливную экономичность.

Для выявления указанных зависимостей были проведены экспери зт менты по определению t всп различных смесей масел и масел и с ДТ (табл.

2.2) [15].

Таблица 2. Изменение температуры вспышки двухкомпонентных смесей Соотношение зт зт t всп t всп первого второго Первый Второй компонентов, компонента, компонента, компонент компонент зт t всп, оС о о С С Нефть 55 270 50 : ГМ нер Масло 210 270 50 : ГМ нер кедрое ДТ 315 60 10: КМ р ДТ 315 60 50: КМ р ДТ 315 60 70: КМ р Веретенное 190 280 50: ГМ нер 280 280 50: ПМ ГМ нер Репейное 190 280 50: ГМ нер зт Выявлено, что t всп для смесей масел примерно равна среднему зт арифметическому между t всп этих масел. Для смесей РМ с ДТ эта зависимость не сохраняется.

зт На рис. 2.2 представлено изменение t всп ГМ нер, ПМ р, CМ р и КМ р в смеси с ДТ.

зт t всп от содержания масла в смеси с ДТ Рис. 2.2. Изменение зт Из рис. 2.2 следует, что зависимости изменения t всп смесей с ПМ р зт и КМ р экспоненциальны. В то же время t всп смесей с ГМ нер имеет более зт пологую характеристику, а t всп смесей с CМ р при составе 50:50 снижает ся. Возможно предположить, что это погрешности измерения, но неодно кратные измерения в двух лабораториях подтвердили эти результаты.

Данное явление возможно объяснить наличием легкоиспаряемых фракций, которые образуются в процессе нагрева в закрытом тигле или наличием эфиров. Согласно работе [14, с. 341] семена горчицы имеют масличность около 18,6 % (масс.) и эфирность порядка 1,38 % (масс.).

зт Вероятно, что часть эфиров переходят в масло и влияют на t всп, которая слабо изменяется с увеличением содержания ДТ.

зт Некоторые вещества в составе ТРП могут изменять t всп, например, высокое остаточное содержание метанола в БТ резко снижает эту характеристику.

Для РапМ р в зависимости от сорта и способа получения изменение зт t всп составляет от 220 до 250 оС. В открытом тигле эта величина равна 300оС. Уже небольшая добавка (0,5 % масс.) в РапМ р ДТ и бензина снижает эту величину.

Для оценки влияния свойств ТРП на показатели двигателя возможно зт использовать t всп. Для двухкомпонентных смесей РМ температура вспышки является средним арифметическим между температурами вспы шек этих масел. Смеси масел с ДТ не подпадают под данную зависимость.

При этом иногда наблюдается аномально слабое изменение температуры вспышки при увеличении доли масла в смеси с ДТ. Возможно предполо зт жить, что t всп в основном определяется долей легких фракций в топливе, которые могут быть в ограниченном количестве.

2.1.4. Теплота сгорания Теплотой сгорания называется количество теплоты, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива.

Высшая теплота сгорания – это количество тепла, которое выделяется при сгорании 1 кг топлива с учетом тепла парообразования.

Низшая теплота сгорания – это количество тепла, которое выделяется при сгорании 1 кг топлива за вычетом тепла, затраченного на испарение влаги, присутствующей в топливе до сгорания и образовавшейся в процес се сгорания из водорода, который находился в составе топлива. При сгора нии 1 кг водорода образуется 9 кг воды. Для дизельного топлива состава С=0,87;

Н=0,126;

О=0,004 при сжигании 1 кг топлива количество выделив шейся воды составляет 1,134 кг, для ТРП состава С=0,77;

Н=0,12;

О=0, –1,08 кг.

Эта величина характеризует энергоемкость топлива.

Q н БТ принимается равной 37200 кДж/кг, для РМ – 37000 кДж/кг.

Она определяется в калориметрической бомбе для жидких топлив [16].

Для РапМ диапазон изменения теплоты сгорания в зависимости от способа получения изменяется от 37000 до 41200 кДж/кг, при этом отличие составляет 11 % [3, с. 81].

При использовании ТРП при максимальной подаче топлива (рейка топливного насоса выведена до упора) по сравнению с использованием ДТ, мощность двигателя падает. Это объясняется тем, что при одинаковом объеме впрыснутого топлива в случае использования ТРП его энергоем кость меньше. На частичных режимах работы двигателя такой проблемы не возникает, поскольку регулятор автоматически увеличивает подачу топли ва до поддержания необходимой мощности двигателя. Для номинального режима при использовании ТРП необходимо обеспечить соответствующее увеличение подачи топлива.

Не всегда использование топлива с более высокой теплотой сгорания приводит к улучшению экономических показателей. Это возможно в слу чае обеспечения оптимальных условий смесеобразования и сгорания.

2.1.5. Цетановое число Для оценки воспламеняемости топлив служит ЦЧ [17]. За ЦЧ топли ва принимают процентное содержание (по объему) цетана С16Н34 в такой его смеси с альфа метилнафталином С11Н10, которая эквивалентна самовос пламеняемости топлива при проведении испытаний в стандартных услови ях.

Цетан и альфа метилнафталином – эталоны: цетан С16Н34 – 100 ед.

(воспламеняемость);

альфа метилнафталином С11Н10 – 0 ед. (невоспламе няемость).

Высокое ЦЧ обеспечивает снижение задержки воспламенения в не обходимых пределах, что обеспечивает нормальную работу двигателя.

Снижение ЦЧ приводит к увеличению задержки воспламенения. За этот период большее количество топлива испаряется и происходит взрывной ха рактер сгорания. Увеличивает жесткость работы двигателя, что приводит к повышенному износу двигателя, росту NO x. Этот параметр сильно влияет на пуск двигателя. Чем он ниже, тем более затруднен запуск двигателя.

Следует отметить отличия по определению этой величины для ДТ и РапМ. Результаты определения ЦЧ РМ на двигателях, предназначенных для исследования ЦЧ ДТ, некорректны. Это объясняется тем, что сопло вые отверстия распылителя этого двигателя в течение испытаний закоксо вываются. Для проведения исследований ЦЧ топлив различной вязкости предложено использовать двигатель фирмы Fueltech AS, (Trondheim, Норве гия). Для БТ эта величина должна превышать 51.

2.1.6. Фракционный состав Для оценки испаряемости топлив получил распространение метод фракционной разгонки [18].

Сущность метода заключается в замере температуры при перегонке определенных объемов топлива. Начало соответствует падению первой ка пли, а затем выкипанию 10, 50, 90 и 96 % объема топлива. Последний объ ем соответствует концу кипения. Если в ДТ много легких углеводородов, низкие температуры выкипания, то нарушается процесс сгорания из-за рез кого повышения давления. Если больше тяжелых фракций, высокие темпе ратуры выкипания, то при распыливании образуются более крупные капли и ухудшаются условия смесеобразования и сгорания, что приводит к уве личению закоксовываемости. Современные дизели надежно работают при конце кипения, соответствующей температуре не выше 340–360оС [4]. Для двигателей с неразделенной КC необходимы топлива более легкого фрак ционного состава. В двигателях с разделенными камерами сгорания полное сгорание может быть получено при топливе более тяжелого фракционного состава.

Добавка РМ в топливо приводит к утяжелению фракционного состава [19]. Результаты фракционного состава представлены в табл. 2.3.

Таблица 2. Фракционный состав ДТ и смесей РМ с ДТ ПМ р : ДТ – ПМ р : ДТ КМ р : ДТ – ДТ ДТ ДТ Фракционный состав, оС «З» «Л» АВТ 10:90 –50:50 50: Начало кипения 160 190 202 174 202 10 % (об.) 200 225 236 216 234 50 % (об.) 250 275 279 274 328 60 % (об.) 90 % (об.) 310 345 341 347 336 – Конец кипения 320 350 360 354 – – Смесь ПМр с ДТ «Л» в соотношении – 10:90 по фракционному составу идентична ДТ «З», что позволяет при близких показателях других характеристик рекомендовать применение на существующих двигателях.

Для смесей состава КМр с ДТ и ПМр с ДТ в соотношении – 50: имеются более существенные отличия по фракционному составу, что требует адаптации КC для таких топлив путем увеличения температуры стенок.

БТ имеет более узкий фракционный состав, который находится между 320 – 350°C, по сравнению с ДТ 180 – 340oC [20].

2.1.7. Температура помутнения Под температурой помутнения ( t пом ) подразумевают температуру, при которой топливо начинает мутнеть вследствие выделения микроскопи ческих капелек воды или микрокристаллов углеводородов [21].

Для его определения существует аппаратура, приведенная на рис. 2.3.

Мешалка Термометр 160- 145- Ф 25- Рис. 2.3. Пробирка для определения t пом Под температурой начала кристаллизации ( t крист ) подразумевают температуру, при которой кристаллы в топливе обнаруживаются невоору женным глазом. Интервал между t пом и t заст для различных топлив колеб лется от 2 до 5оС.

Выделяющиеся из топлив кристаллы забивают топливные фильтры и тонкие трубопроводы, поэтому прокачивание топлива через систему пита ния затрудняется, возникают перебои в его подаче по цилиндрам, а при ин тенсивной кристаллизации возможно полное прекращение подачи топлива.

Наличие воды в топливе значительно повышает его t заст и t пом, по этому в процессе эксплуатации необходимо периодически спускать из ба ков отстоявшуюся воду, грязь и промывать топливные баки чистым топли вом. Данная характеристика является основным сдерживающим критерием, например, для БТ, имеющего температуру помутнения начиная с минус 2оС.

2.1.8. Температура застывания Согласно [22] под температурой текучести понимается самая низкая температура, при которой сохраняется текучесть продукта в охлажденном состоянии при условиях, установленных стандартом.

t заст определяется путем предварительного нагрева образца с после дующим охлаждением с заданной скоростью до температуры, при которой образец остается неподвижным. Это определяется с помощью аппаратуры, приведенной на рис. 2.4.

45о 8- Ф Проверка застывания Рис. 2.4. Пробирка для определения t заст Эти характеристики для ТРП существенно отличаются от ДТ. Неко торые масла имеют t заст при положительной температуре, что определяется повышенным содержанием насыщенных кислот.

Высокие t пом и t заст масел и БТ являются сдерживающим фактором при использовании в зимних условиях. Поэтому в настоящее время интен сивно ведутся работы по апробированию присадок, понижающих t пом.

2.1.9. Предельная температура фильтруемости Это низшая температура, при которой топливо остается жидким и спо собно фильтроваться, осуществляется нормальная подача топлива [23].

За рубежом эта характеристика имеет аббревиатуру CFPP (Cold Filter Plugging Point). Для ДТ без специальных присадок эта величина лежит ниже точки помутнения.

2.1.10. Кислотное число (кислотность) Под кислотным числом нефтепродуктов принимают количество мг КОН, израсходованное на нейтрализацию всех кислых соединений, содер жащихся в 1 г анализируемого продукта. Это число является аналогом ней трализационного числа, которое используют в зарубежных стандартах на ТРП.

Под кислотностью понимают количество мг КОН, которое необходи мо для нейтрализации кислых соединений в 100 мл испытываемого продук та. Для масел и смазок нефтяного происхождения это кислотное число, вы раженное в мг КОН/г [24].

Для определения кислотного числа смазочных и специальных масел существует отдельный стандарт [25].

Кислотное число смазочных масел выражают в мг КОН, израсходо ванного на нейтрализацию всех органических и неорганических кислот, со держащихся в 1 г испытываемого смазочного масла.

Под кислотным числом для растительных масел понимают количество миллиграмм KOH или NaOH, необходимое для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г растительного масла [26, 27].

Для БТ кислотное число не должно превышать 0,5, для рапсового масла 2 мг/КОН на 1 г. Кислотное число определяет кородирующее дейст вие органических кислот, содержащихся в топливе.

2.1.11. Нейтрализационное число Нейтрализационное число определяет содержание свободных жирных кислот и аналогично кислотному числу. Для рапсового масла максимальное значение этой величины составляет 2 мг КОН на 1 г масла.

На него влияют условия хранения семян и масла. Оно зависит частич но от доли свободных жирных кислот в масле и от старения масла из-за ре акции гидролиза. Гидролиз происходит под воздействием микроорганизмов или энзимов и воды и наблюдается уже в семенах.

Хранение масла с высоким содержанием осадка увеличивает это число за счет ферментов из семян, которые находятся в осадке. Летние сорта рап са имеют более низкие значения числа нейтрализации, чем зимние.

2.1.12. Стабильность к окислению Для определения стабильности масла к окислению возможно исполь зовать два метода: определение перекисного числа и определение времени начала окисления. Первый способ не пригоден, поскольку перекисное чис ло при старении масла сначала повышается, а затем уменьшается. Это не позволяет четко выявить критерий стабильности окисления масла.

Второй метод определения стабильности к окислению производится при 100оС. При этой температуре время индукции для рапсового масла увеличивается. Удобно, чтобы эта величина находилась в диапазоне от 5 до 10 часов. Поэтому была принята температура в 110 оС.

На стабильность окисления влияют отрицательно, например, хранение масла при высоких температурах, воздействие световым эффектом на мас ло, водой и каталитическое действие металлов, например, меди. Вследствие этого наступает окисление и полимеризация. Самоокисление – это цепная реакция и протекает очень быстро по истечении периода индукции. При этом возникают гидроперекиси, которые реагируют дальше с альдегидами, кетонами и жирным кислотам.

2.1.13. Йодное число Йодное число характеризует содержание непредельных углеводородов в нефтяных топливах. Метод определения йодного числа в нефтепродуктах заключается в обработке испытываемого продукта спиртовым раствором йода, оттитровывании свободного йода раствором тиосульфата натрия и определении йодного числа в граммах йода, присоединяющегося к 100 г нефтепродукта [28].

Массовую долю непредельных углеводородов определяют по йодному числу и средней молекулярной массе испытываемого нефтепродукта.

Йодное число для растительных масел – это условная величина, харак теризующая содержание в 100 г растительного масла непредельных соеди нений, выраженных в граммах йода, эквивалентного состоящему из галоге нов реагенту, присоединившемуся к маслу [29].

В маслах источником непредельных соединений являются ненасы щенные жирные кислоты. Йодное число описывает среднее количество двойных соединений молекул жирной кислоты. Это число характеризует склонность топлива к окислению [30].

Чем оно выше, тем склонность топлива к окислению больше. Масла с большим содержанием ненасыщенных жирных кислот имеют высокие точ ки плавления. Например, пальмовое масло при 41оС и ниже этой темпера туры находится в твердом состоянии. Сказывается широта, на которой вы ращиваются масличные культуры. На севере масла имеют больше ненасы щенных, а на юге больше насыщенных жирных кислот. БТ с высоким со держанием ненасыщенных кислот должен быстро использоваться, чтобы исключить его окисление и полимеризацию.

В БТ йодное число не должно превышать 120 г I2/100 г, в рапсовом масле находится в диапазоне 95–125 г I2/100 г.

2.1.14. Перекисное число Перекисное число определяет содержание активного кислорода во всех видах РМ и находится в диапазоне 0,1–40 ммоль/кг. Метод основан на окислении йодистого калия перекисями и гидроперекисями, содержа щимися в образце, в растворе уксусной кислоты и хлороформа, и титрова нии выделившегося йода раствором тиосульфата натрия.

2.1.15. Содержание механических примесей Сущность метода заключается в фильтровании испытываемых продук тов с предварительным растворением медленно фильтрующихся продуктов в бензине или толуоле. Промывание осадка на фильтре с растворителем с последующим высушиванием и взвешиванием [31, 32].

Стандарт определяет частицы неорганического происхождения. Ис точником механических частиц в ТРП является пыль, которая попадает вместе с сырьем (семенами) после прессования в масло. Содержание час тиц сказывается на износе топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы.

В БТ и рапсовом масле содержание механических частиц не должно превышать 24 мг/кг.

2.1.16. Содержание серы Сера и сернистые соединения, находящиеся в составе топлива, усили вают коррозионное воздействие на прецизионные пары топливного насоса, цилиндропоршневой группы, тарелок выхлопных клапанов [13].

Учитывая, что при сгорании 1 кг топлива и 14,45 кг воздуха образует ся около 1,2 кг воды, то вода реагирует с соединениями серы с образовани ем серной и сернистой кислот, которые усиливают коррозию деталей дви гателя, особенно при снижении температуры охлаждающей жидкости. Для определения содержания серы в топливе существует стандарт [33].

Масла и БТ существенно выигрывают по этой характеристике перед ДТ [32, 33].

Максимально допускаемые величины содержания серы для ДТ сос тавляют 0,5 % масс. Для БТ и РапМ как топлива содержание серы состав ляет 10 мг на один кг топлива, что соответствует 0,001 % масс. Отличие со ставляет несколько сотен раз.

Сейчас для рапсового масло предельное содержание серы составляет 20 мг/кг, хотя вначале планировалось 10 мг/кг. Это объясняется ожидае мым усилением кислотных дождей, что внесет увеличенное содержание серы в почву [3].

Использование топлив с высоким содержанием серы приводит к сни жению эффективности каталитического слоя в нейтрализаторах. Поэтому использование ТРП с низким содержанием серы удлиняет продолжитель ность работы каталитических нейтрализаторов.

С другой стороны, сера обеспечивает смазывание трущихся деталей двигателя. Но при использовании ТРП обеспечаются улучшенные смазы вающие способности за счет других веществ, например жирных кислот.

Так, при добавлении к топливу 0,01% фракций жирных кислот его из носостойкие свойства значительно улучшаются [34, с. 59].

Исследования РапМ как смазывающего агента показали, что лучшими свойствами обладают масла, которые получены из высокоолеиновых и вы сокоэруковых сортов рапса [30].

Эксперименты показали, что БТ обладает лучшими смазывающими свойствами, чем ДТ, и увеличивает продолжительность работы двигателя и топливного насоса на 60 %.

2.1.17. Содержание фосфора В стандартах на ДТ не указано наличие фосфора. Фосфор находится в маслах и присутствует в составе молекул лецитина, которые известны как хорошие эмульгаторы [30].

Повышенное содержание фосфора в масле при приготовлении БТ приводит к формированию эмульсий, которые необходимо периодически удалять, иначе их наличие может привести к полному эмульгированию в сепараторе и остановке процесса приготовления БТ. Максимальное содер жание фосфора в РапМ составляет 12 мг/кг, в БТ 10 мг/кг.

Содержание фосфора в масле зависит от технологии получения. Высо кое содержание фосфора в масле приводит к образованию отложений в КC, кроме этого фосфор является ядом для катализаторов в нейтрализато ре [3, с. 100].

В настоящее время проводятся исследования по выявлению влияния фосфора в БТ на работу двигателей с каталитическим нейтрализатором [35].

2.1.18. Содержание воды Согласно [36, 37] присутствие воды в ДТ не допускается. Для опреде ления воды в топливе существует стандарт [38].

При наличии воды топливо выбраковывается. В некоторых случаях допускается содержание следов воды.

Вода в камеру сгорания может попадать с топливом и образуется при взаимодействии водорода топлива с кислородом воздуха. При сгорании од ной части водорода (1 кг) образуется 9 частей (9 кг) воды. Для дизельного топлива состава (С=0,87;

Н=0,126 и О=0,004) образуется 1,134 кг воды. Для ТРП состава (С=0,77;

Н=0,12 и О=0,11) образуется 1,08 кг воды. Учитывая, что в БТ максимально допускается содержание воды 500 мг на кг топлива, то суммарное содержание воды составляет 1,0805 кг. На влагу с топливом приходится от общего количества воды 0,04 масс. %.

Увеличение содержания влаги в КC приводит к ухудшению эконо мичности, так как теплота расходуется на ее испарение и удаляется с OГ.

При пониженных температурах возможно забивание фильтров кристаллами воды. В то же время это приводит к снижению средней температуры в ка мере сгорания, что ведет к уменьшению выделения оксидов азота.

Для РапМ содержания воды изменяется, при этом максимальное зна чение составляет 0,075 масс.% (750 мг/кг). Вода в масле зависит от способа обработки семян, хранения и условий перевозки. Она способствует разви тию микроорганизмов, их активизации и ферментативной реакции гидроли за. Растворимость воды в рапсовом масле при 30оС составляет около 0,1%.

2.1.19. Коксуемость Коксуемость нефтяных топлив определяется образованием твердого остатка кокса при нагреве пробы топлива без подачи кислорода при высо кой температуре (800 – 900оС). Этот параметр характеризует содержание углеродосодержащих соединений, которое зависит от очистки топлива от смолисто-асфальтовых веществ. Косвенно по количеству остатка возможно судить о склонности топлив или масел к нагарообразованию на горячих де талях двигателя.

Для его определения используется стандарт [39]. Согласно стандарту навеску топлив помещают в тигель, который закрывается крышкой, чтобы обеспечить легкий выход паров, образующихся при нагреве нефтепродук тов. Нагрев обеспечивают определенное время, а затем рассчитывают кок суемость.

При определении коксуемости топлив с коксуемостью не менее 0,05 % масс. берут 10% остаток топлива, который получают после перегонки [34].

Это делается для повышения точности замера.

Для рапсового масла способ заключается в нагреве пробы определен ное время при температуре 500 оС в токе азота, который удаляет испарив шиеся продукты.

Аббревиатура ССR (Conradson Carbon Residue) расшифровывается как остаток углерода по Конрадсону для 100 и 10% остатков.

Органические нитраты в ТРП способствуют повышению этой вели чины.

Для БТ коксуемость ограничена максимумом 0,3 % масс. для РапМ – 0,4 % масс.

2.1.20. Зольность (содержание золы) Зольность – это показатель, указывающий наличие в нефтепродуктах несгорающих веществ. Нефтепродукты не должны содержать графит, ди сульфид молибдена, металлическую пыль и элементарную серу [40].

Сущность анализа заключается в сжигании массы испытываемого нефтепродукта и прокаливания твердого остатка до постоянной массы.

Зола – это несгораемый остаток (в виде пыли), образующийся из ми неральных примесей топлива при полном сгорании.

Существует метод определения общей золы в РМ [41]. Общей золой называется прокаленный минеральный остаток, образующийся при сжига нии масел. После сжигания навески масла остаток переносится в муфель ную печь, и производят прокаливания при температуре 500–550оС до ис чезновения углеродных частиц. Для РМ содержание золы не должно пре вышать 0,01 % масс.

Кроме этого, для БТ существует ограничение по сульфатам золы, ко торые содержат редкоземельные металлы (Са, Mg, Al и др.), которое не должно превышать 0,02 % масс.

2.1.21. Содержание Na, K, Са и Mg Поскольку при приготовлении БТ используются щелочи NaOH или KOH, то оговаривается содержание Na и K, которое не должно превышать 5 мг/кг. Такое же ограничение существует и на содержание в БТ и Mg. В РапМ содержание Сa и Mg не должно превышать 2 мг/кг.

В сертификате на рафинированное пальмовое, соевое и рапсовое мас ла фирмы Alfred KUHSE GmbH (Германия) указано, что общее содержание Са и Mg не должно превышать 20 мг/кг при содержании Са в составе сма зочной добавки.

2.1.22. Жирные кислоты масел Основные формулы жирных кислот растительных масел представлены в табл. 2.4.

Отличие определяется наличием двойных связей, которые имеют не насыщенные кислоты. Насыщенные кислоты не имеют двойные связи.

Определение массовых долей жирных кислот к их общему содержа нию в триглицеридах масел производится согласно стандарту [42].

Метод определения основан на превращении триглицеридов жирных кислот в метиловые (этиловые) эфиры жирных кислот и газохроматографи ческом анализе последних. Для этой цели рекомендуется использование га зового хроматографа с пламенно-ионизационным детектором. Колонка га зохроматографическая из нержавеющей стали или стеклянная длиной 1,5– м с внутренним диаметром 2–4 мм. На хроматографе ставятся следующие условия анализа масел, не содержащих низкомолекулярные кислоты:

• температура термостата колонок – 180–190оС;

• температура испарителя – 250оС;

• температура детектора – 200оС;

• скорость потока газа-носителя (азот, аргон, гелий) – 30-40 см3/мин;

• объем пробы – около 1 мм3 раствора метиловых (этиловых) эфиров кислот в гексане;

• время выхода не более– 15 минут.

В табл. 2.5 приведены составы масел, полученные методом газожид костной хроматографии на хроматографе «Кристалл–4000». Метод расчета – процентная нормализация по площади пиков.

Таблица 2. Формулы жирных кислот растительных масел Тривиальное Общая Символ Структурная формула название формула кислот Каприновая С 10:0 С10Н20О Лауриновая С 12:0 С12Н24О Миристиновая С 14:0 С14Н28О Пентадекановая С 15:0 С15Н30О Пальмитиновая С 16:0 С16Н32О2 СН3 (СН2)14 СООН Пальмитинолеиновая С 16:1 С16Н30О2 СН3 (СН2)6 СН = СН (СН2)7 СООН Стеариновая С 18:0 С18Н36О2 СН3 (СН2)16 СООН Олеиновая С 18:1 С18Н34О2 СН3 (СН2)7 СН = СН (СН2)7 СООН Линолевая С 18:2 С18Н32О2 СН3 (СН2)4 СН = СН СН2СН = СН (СН2)7 СООН Линоленовая С 18:3 С18Н30О2 СН3 (СН2СН = СН)3 (СН2)7 СООН Арахиновая С 20:0 С20Н40О Гондоиновая С 20:1 С20Н38О2 СН3 (СН2)9 СН = СН (СН2)7 СООН Эйкозадиеновая С 20:2 С20Н36О2 СН3 (СН2)4 СН = СН СН2СН = СН СН2 (СН2)8СООН Генекозаиновая С 21:0 С21Н42О Бегеновая С 22:0 С22Н44О Эруковая С 22:1 С22Н42О2 СН3 (СН2)7 СН = СН (СН2)11 СООН Докозадиеновая С 22:2 С22Н40О Лигноцериновая С 24:0 С24Н48О Нервоновая С 24:1 С24Н46О2 СН3 (СН2)7 СН = СН (СН2)13 СООН Таблица 2. Сравнение составов жирных кислот различных масел Название Символ (04.04) (02.05) (12.04) (12.04) (02.06) (05.04) (01.06) м. э. каприновой к–ты, % С 10:0 0, м. э. лауриновой к–ты, % С 12:0 0,01 0,012 0, м. э. миристиновой к–ты, % С 14:0 0,061 0,065 0,07 0,054 0,068 0,031 0, м. э. пентадекановой к–ты, % С 15:0 – м. э. пальмитиновой к–ты, % С 16:0 3,315 6,198 6,247 4,731 10,65 10,37 7, м. э. пальмитинолеиновой С 16:1 0,18 0,071 0,071 0,226 0,075 0,088 0, к–ты, % м. э. стеариновой к–ты, % С 18:0 1,793 3,803 3,614 1,88 4,322 1,976 4, м. э. олеиновой к–ты, % С 18:1 34,258 23,005 21,484 62,902 24,04 28,51 49, м. э. линолевой к–ты, % С 18:2 26,262 65,226 67,041 19,493 51,17 57,13 17, м. э. линоленовой к–ты, % С 18:3 9,646 0,172 0,137 6,869 8,628 0,905 4, м. э. арахиновой к–ты, % С 20:0 0,762 0,272 0,249 0,657 0,363 0,446 1, м. э. гондоиновой к–ты, % С 20:1 7,338 0,17 0,163 1,622 0,173 0,224 2, м. э. эйкозадиеновой к–ты, % С 20:2 0,568 0,079 0, м. э. бегеновой к–ты, % С 22:0 0,478 0,718 0,655 0,346 0,383 0,13 3, м. э. эруковой к–ты, % С 22:1 13,774 0,027 0,02 0,994 0,004 9, м. э. докозадиеновой к–ты, % С 22:2 0,259 0,014 0, м. э. лигноцериновой к–ты, % С 24:0 0,315 0,273 0,238 0,133 0,123 0,177 0, м. э. нервоновой к–ты, % С 24:1 0,968 – 0, 2.1.23. Содержание глицеридов в жирных ки слотах При изготовлении БТ стандартами оговаривается содержание сво бодного глицерина, мо- ди- и триглицеридов.

Они являются продуктами не полного протекания реакции и приводят к закоксовываемости отверстий распылителей и поверхности камеры сго рания.

Для его определения возможно пользоваться стандартом [43].

Метод предназначен для анализа РапМ, ПМ и СМ и не предназна чен для анализа кокосового и пальмового масел.

Принцип определения основан на анализе проб в газовом хроматогра фе с капиллярной колонкой (длина 10 м, диаметр 0,32 мм, толщина слоя 0, мкм) и применения пламенно-ионизационного детектора. Используются два внутренних стандарта: один для определения свободного глицерина, второй – для моно- ди- и триглицеридов.

На хроматографе устанавливаются следующие условия анализа:

• программирование температуры колонки – от 50 до 370оС;

• температура детектора – 380оС;

• давление газа носителя (водорода или гелия) – 80 кРа;

• объем пробы – 1 мкл;

• время выхода – 30 минут.

В БТ содержание моноглицерина не должно превышать 0,8 % масс., диглицеридов и триглицеридов – 0,2 % масс.

2.1.24. Токоферолы В составе РМ находятся токоферолы (витамины группы E), вещества, которые обладают антиокислительными свойствами. После рафинирования содержание токоферолов на 30–40% уменьшается [44].

Токоферолы – это маслянистые жидкости, застывающие при 0оС. Они хорошо растворимы в жирах и в большинстве органических растворителей.

В воде они не растворимы. В жирах термостабильны и сохраняют свои свойства при 200–220оС. Устойчивы к кислороду воздуха, выдерживают нагревание до 170 оС на воздухе и перегоняются в вакууме при 250оС без потери активности. В ходе омыления масел спиртовыми растворами КОН при температуре 35–40оС они сохраняют активное состояние, локализуясь в неомыляемой части жира.

В табл. 2.6 приведено содержание токоферолов в различных маслах.

Таблица 2. Содержание токоферолов в различных маслах Масла Содержание, мг% Из пшеничных зародышей 180– Подсолнечное 42– Соевое 110– Кукурузное 50– Льняное 60– Хлопковое 81– Кунжутное Пальмовое 2,7– При исследованиях выявлено, что на отличия по накоплению токофе ролов в одинаковых почвенно-климатических условиях значительно влия ют сортовые различия семян. Это выявлено для сои и хлопчатника.

На каждой стадии производственной переработки растительных масел имеет место постепенное уменьшение содержание токоферолов (табл. 2.7).

Таблица 2. Изменение содержания токоферолов в процессе переработки соевого масла Содержание Продукт токоферолов, мг% Масло:

Сырое, полученное экстракцией бензином 129– Гидрированное 127– Рафинированное и отбеленное 100– Дезодорированное 100– Гидрированнное 90– Из продуктов переработки:

Экстрагированное из фосфатидов 195– Экстрагированное из отбельных земель 145– Погоны дезодорации:

Масла 250– Саломаса 115– Более резкое их уменьшение наблюдается при дезодорации масла. Ус тановлено, что снижение доли токоферолов происходит вследствие пере хода их в соответствующие побочные продукты и жиросодержащие отхо ды, а также вследствие разрушения.

2.2. Содержание металлов в маслах К тяжелым металлам относятся Cu, Ni, Co, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg.

На некоторые из них существуют ограничения в пищевых маслах (табл.

2.8) [45, 46].

Таблица 2. Предельное содержание металлов в пищевых маслах Металл Cu Zn Pb Fe As Cd Hg Содержание,мг/кг 0,5 5 0,1 5 0,1 0,05 0, В работе [3, с. 115] исследовалось содержание металлов в пробах раз ных РапМ (табл. 2.9).

Таблица 2. Содержание металлов в различных пробах РапМ Елемент Содержание, мг/кг Содержание, % масс.

Al 1 0, Ba 1 0, Pb 1 0, B 1 0, Ca 4,5–31 0,00045–0, Cr 1 0, Fe 0,5–3,2 0,00005–0, K 1 0, Cu 0,5 0, Mg 1 0, Mo 4 0, Na 0,7–2,6 0,00007–0, Ni 1 0, Sn 4 0, Zn 1 0, Общее количество Около 17 Около 0, металлов В работе отмечается недостаточное количество проб, но даже полу ченные результаты дают представление о количественном и качественном содержании металлов в маслах. Отмечается высокое содержание Mo, Sn и Ca.

Наличие металлов в растениях и затем в маслах определяется их био генным воздействием. Эти элементы входят в состав организмов и выпол няют определенные биологические функции. Важнейшие биогенные эле менты – О (составляет около 70% массы организмов), C (18%), H (10%), N, B, S, Ca, K, Na, Cl необходимы организмам в ничтожных количествах.

Эти элементы называются микроэлементами. В биологии это химиче ские элементы (Al, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Co, I и др.), содержащиеся в орга низмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже) и необходимые для их нормальной жизнедеятельности. В организм расте ний они поступают из почвы и с микроудобрениями. Входят в состав ряда ферментов, витаминов, гормонов, дыхательных пигментов. Влияют на раз множение у растений B, Mn, Cu, Mo. Рассмотрим влияние некоторых мик роэлементов на растения.

Бор – важный микроэлемент, необходимый для нормальной жизне деятельности растений. Недостаток бора останавливает их развитие, вызы вает у культурных растений различные болезни. В основе лежат нарушения окислительных и энергетических процессов в тканях, снижение биосинтеза необходимых веществ. При дефиците бора в почве в сельском хозяйстве применяют борные микроудобрения (борная кислота, бура и другие), по вышающие урожай, улучшающие качество продукции и предотвращающие ряд заболеваний растений.

Железо также необходимо для нормального развития растений, по этому существуют микроудобрения на основе препаратов железа.

Основная роль меди в тканях растений и животных – участие в фер ментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз, катализирую щих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пласто цианин участвует в процессе фотосинтеза.

Магний – биогенный элемент, постоянно присутствующий в тканях всех организмов. Он входит в состав молекулы зеленого пигмента растений – хлорофилла, участвует в минеральном обмене, активирует ферментные процессы в организме, повышает засухоустойчивость растений. С участием ионов Mg+ осуществляется биолюминесценция и ряд других биологических процессов. Широкое практическое применение находят магниевые удобре ния – доломитовая мука, жженая магнезия и др.

Микроколичества Mo необходимы для нормального развития расте ний.

Никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нор мального развития живых организмов. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у растений. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям – у растений появ ляются уродливые формы.

Цинк входит в состав более 40 металлоферментов.

Масла разных культур отличаются по содержанию металлов. Специ альными агрономическими мероприятиями возможно добиться увеличения содержания тех или иных металлов. Поскольку масла и продукты его пере работки, например БТ, не используются в пищевых целях, то повышенное содержание тяжелых металлов не является ограничивающим фактором.

К тому же уровень выделения тяжелых металлов, которые являются продуктами износа двигателя с ОГ, значительно превышает уровень выде ления при работе двигателя на смесях ТРП с дизельным топливом [47].

Более подробно это освещено в разделе 5.1.

В работе [34, с. 68–69] отмечается, что присутствие металлов вызыва ет увеличенное смолообразование и кислотность топлив.

Одной из причин является каталитическое действие металлов. При этом их содержание может быть очень небольшим. Особенно сильным ка тализатором окисления топлив являются металлы переменной валентности, к которым относится Cu. Некоторые металлы при совместном действии оказывают значительно большую каталитическую активность, чем порознь, например, Co и Mg.

В то же время эти металлы положительно влияют на экономичность двигателя и образование вредных веществ [48].

При этом каталитическое воздействие присадок может начинаться с концентрации 0,0001 % масс. [48, с. 267]. Это количество соизмеримо с со держанием отдельных металлов в маслах. Высокая активность этих метал лов может определяться тем, что они находятся в виде ионов.

Действие металлов в двигателях может быть весьма разнообразным [48, с. 267] Противонагарными свойствами обладают органические соли бария, при этом они снижают образование дыма [48, с. 272].

Для улучшения сгорания и нейтрализации агрессивных продуктов сго рания к нефтяным топливам добавляют органические соли магния, каль ция, бария или цинка [48, с. 276].

В качестве противодымных присадок к топливам рекомендуется до бавлять ацетилацетонаты железа, кобальта и меди, а также ферроцен и кар бонилы железа. С целью снижения дымности предлагается вводить в топ ливо растворимые в нем органические соли щелочноземельных металлов, а также сульфонаты кальция, магния или бария [48, с. 280].

Выяснено, что применение бариевой присадки препятствует образова нию сажевых конгламератов и приводит к уменьшению диаметра частиц сажи примерно в 3–4 раза, поскольку небольшие частицы сажи легче сго рают. Этим и объясняется влияние присадки на образование сажи.

Добавление к ДТ соединений кальция в количестве 0,1 % масс. при водит к уменьшению дымности ОГ на 30%. Добавка соединений, содержа щих оксиды марганца, приводят к улучшению сгорания углеводородов.

В работе [49] отмечено, что оксиды меди и цинка являются катализа торами процесса сгорания.

При этом отмечается, что стабильность топлив с присадкой, в состав которой входят соединения металлов, и прежде всего меди, снижается. Оно подвергается окислению с образованием смолистых веществ. Поэтому та кие присадки добавляют непосредственно перед применением топлива. Для снижения дымности используются присадки на бариевой и марганцевой ос нове.

Возможно предположить, что металлы в ТРП могут влиять на эконо мические и экологические показатели двигателя.

2.3. Дисперсность дизельных частиц В настоящее время признано, что распределение частиц сажи по раз мерам, с определением массы частиц конкретных размеров, является более важным показателем, чем общая масса выбросов ТЧ. Поэтому разработка методов определения дисперсных частиц и исследования в этом направле нии являются актуальными.

В устройстве (рис. 2.5) для замера дымности и отбора сажи на фильт ры предусмотрено использование каскадного импактора, устройства, пред назначенного для определения дисперсности сажи [50, 51].

10 9 876 5 4 3 2 Отработавший газ Дымоме р ИДС-3С Рис. 2.5. Схема определения характеристик дымности дизеля Ч 8,5/11:

1 – двигатель 2Ч8,5/11;

2 – термопара для отработавших газов;

3 – дымомер ИДС–3С;

4 – патрон для фильтра;

5 – импактор;

6 – влагоотбойная колба;

7 – ротаметр;

8 – термометр;

9 – регулировочный кран;

10 – вакуумный насос Устройство импактора приведено на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Схема импактора НИИОГаз с плоскими сопловыми решетка:

1 – пробоотборный носик со сменным наконечником;

2 – корпус;

3 – сопловая решетка;

4 – сопло;

5 – выемка в сопловой решетке для подложки;

6 – фильтр;

7 – крышка;

8 – отсосная трубка Прибор имеет плоские сопловые решетки, причем сопловая решетка данного каскада является одновременно подложкой предыдущего (для оса ждения частиц используют участки вокруг одиночного сопла или в центре окружности, образованной несколькими соплами). Конструкция способст вует уменьшению габаритов, но из-за отсутствия сменных подложек весь прибор после отбора каждой пробы приходится отдельно взвешивать.

Принцип действия каскадного импактора основан на инерционной се парации частиц по размерам при пропускании пробы газа через ряд после довательно установленных сопл или сопловых решеток с расположенными под ними осадительными поверхностями (подложками). Сопло и сопловая решетка, и расположенная ниже подложка составляют каскад прибора.

Диаметры одиночных сопл или диаметры и число сопл в сопловых решет ках подбираются так, чтобы размеры частиц, которые могут осесть в дан ном каскаде, были меньше размеров частиц, способных осесть в предыду щем. Для улавливания наиболее мелких частиц на выходе из последнего каскада инерционного осаждения обычно устанавливается фильтр-каскад осаждения методом фильтрации. Таким образом, анализируемые частицы оказываются разделенными на фракции, число которых равно общему чис лу каскадов импактора, включая фильтр.

Особенностью данного импактора является то, что подобраны такие режимы отбора, которые позволяют собирать на подложках осадки частиц в количестве, достаточном для взвешивания на обычных аналитических ве сах. Так, при этих исследованиях использовались лабораторные электрон ные весы серии AN100 фирмы «AXIS» (Польша). Максимальная величина груза – 200 г, минимальная – 0,01 г (дискретность d=0,0001 г=0,1 мг).

Для того чтобы частицы, столкнувшись с подложкой, не покидали ее поверхность в результате упругого отскока и сдувания, на поверхность осаждения наносят специальную липкую смазку или формируют эту по верхность из волокнистого материала. Первоначально были предложены двухфазные липкие смазки. Твердая фаза, которая сообщала смазке густо ту, позволяет противостоять сдувающему действию истекающих из сопл газовых струй, а жидкая фаза обеспечивала удержание оседающих частиц за счет смачивания. Основным недостатком таких смазок является необхо димость внесения довольно грубых поправок на летучесть жидкой фазы.

При высоких температурах любые смазки вообще не применимы. Поэтому, когда выяснилась возможность накопления значительных по массе осадков частиц на подложках с поверхностью, сформированной из волокнистого материала, от смазок отказались.

Поверхность подложки, сформированную из тонковолокнистого мате риала, можно рассматривать как состоящую из множества так называемых «потенциальных ям», т. е. таких точек поверхности, в которых энергия удара частицы гасится деформацией волокон и силы адгезии частиц к во локнам или аутогезии друг к другу превышают силы сдувающего действия потока.

На рис. 2.7 представлены результаты испытаний, проведенных авто ром по влиянию различных топлив на дисперсность сажи [52].

По результатам испытаний импактора выявлено, что дисперсность сажи при работе на БТ ниже, чем при работе на ДТ. При работе на БТ при значениях дисперсности сажи меньше 0,8 мкм доля таких частиц сажи составляет 58%, а при работе на ДТ – 44%. Это является отрицательным фактором, так как мелкие частицы сажи не выводятся из легких человека [53].

Данные выводы коррелируются с результатами, приведенными в ра боте [54]. Так, максимальное содержание частиц сажи при работе на БТ из РапМр приходится на размеры диаметром 10–30 нм, а при работе на ДТ – 30–100 нм.

Рис. 2.7. Зависимость изменения дисперсности сажи ОГ дизеля при работе на ДТ, БТ и БТ после нейтрализатора При использовании БТ возникает необходимость в разработке специ альных мероприятий по коагуляции сажи. Одним из таких мероприятий может быть использование систем нейтрализации OГ. Так, после нейтра лизатора при работе дизеля на БТ дисперсность находиться на уровне ДТ. Это можно объяснить коагуляцией частиц сажи и выгоранием мелких частиц на катализаторе. Перспективно использование электромеханических фильтров, которые без повышения противодавления повышают степень улавливания сажи с 30–40% до 80% [55].

Krahl J. отмечается, что если до недавнего времени масса ТЧ в OГ нормировалась соответствующими стандартами, то сейчас признано, что распределение частиц по размерам, с определением массы частиц конкрет ных размеров, является более важным показателем, чем общая масса ТЧ в выбросах OГ.

2.4. Содержание углеродной фракции в дизельных частицах Учитывая, что дизельные частицы — это сложный комплекс ве ществ органической и неорганической природы с различной степенью токсичности [53], представляет интерес определение доли углеродной фракции в дизельных частицах.

За основу была взята методика определения сажевой фракции в атмо сферном воздухе. Поэтому при использовании данной методики для опре деления углеродной фракции дизельных частицах производились необхо димые разбавления.

В методику не входит процедура взвешивания фильтров для опреде ления углеродной составляющей, поскольку это определение производится по градуировочному графику. Взвешивание фильтров до и после отбора может производиться для определения массовой доли углеродной фракции в массовой доле дизельных частицах.

Дизельные частицы улавливаются на фильтры, материал которых рас творяется в дихлорэтане. Это могут быть фильтры марки АФА – ВП – 20, АФА – ХП – 20.

При обработке фильтров дихлорэтаном материал фильтра (перхлорви нил) и органические вещества растворяются в дихлорэтане, основная высо кодисперсная углеродистая составная часть сажи переходит во взвешенное суспендированное состояние, а минеральная часть оседает на дно. Содер жание углеродной составляющей в суспензии определяют фотометрически.


Для построения градуировочного графика в пробирки с меткой 5 мл помещают чистые фильтры с обрезанными опрессованными краями. На фильтры наносят стандартную суспензию сажи в количестве 0,3;

0,6;

1;

1,5;

2;

3;

4 и 5 мл и доводят дихлорэтаном до объема 5 мл. Приготовленные растворы соответствуют 3;

6;

10;

15;

20;

30;

40 и 50 мкг сажи в 5 мл раство ра. Содержимое пробирок взбалтывают до полного растворения фильтров, выливают в кюветы и фотометрируют. Найденные величины оптической плотности помещают в графики напротив величин содержания сажи (мкг) в анализируемом объеме. Контрольную пробу готовят из чистого фильтра с обрезанными опрессованными краями растворенного в 5 мл дихлорэтана.

Фотометирические измерения заключаются в следующем. Фильтр из влекают из патрона пинцетом и определяют массовое содержание дизель ных частиц. Опрессованные края фильтра обрезают и вкладывают в цен трифужную пробирку с притертой пробкой. В пробирку вливают 3 мл ди хлорэтана, закрывают пробкой и взбалтывают до полного растворения фильтра и получения однородной суспензии. При этом материал фильтра (перхлорвинил) и органические вещества частиц растворяются в дихлорэ тане, основная высокодисперсная углеродистая составная часть сажи пере ходит во взвешенное суспендированное состояние, а минеральная часть частиц оседает на дно пробирки. Через 2–5 мин суспензию декантируют в пробирку с притертой пробкой. После перемешивания всю суспензию в ко личестве 5 мл выливают в кювету толщиной слоя 1 см и фотометрируют при длине волны 400 нм. Количество углеродной составляющей определя ют по градуировочному графику.

В табл. 2.10 представлены результаты определения углеродной фракции в OГ дизеля при работе на различных топливах.

Таблица 2. Содержание углеродной фракции в различных топливах ДТ Евро БИО ЭСТ МЭГЖ Характеристика Б– Углеродная фракция, мг/л 0,088 0,019 0,016 0, Изменение углеродной фракции БТ - 78,6 81,3 54, по отношению к углеродной фракции ДТ, % C, мг/л 0,1308 0,0392 0,0711 0, Изменение C БТ по отношению к C - 70,1 45,6 48, ДТ, % Доля углеродной фракции в C, % 67 51 23 N,% 17,4 10,3 - В OГ БТ наблюдается снижение углеродной фракции по отношении к углеродной фракции ДТ. Следует отметить, что содержание углеродной фракции зависит от состава и технологии приготовления БТ.

Данные результаты коррелируются с данными из работы [54]. В ней отмечено, что твердая фракция БТ составляет почти 30 % от общего коли чества ТЧ. А ТЧ БТ составляют 30 % от общего количества ТЧ ДТ.

Данные результаты возможно объяснить тем, что содержание углеро да в ДТ составляет 87 % масс., а в БТ – 77 % масс. Кроме этого БТ имеет в своем составе 10 % масс. кислорода, который обеспечивает выгорание час тиц сажи.

В табл. 2.11 представлено изменение содержания углеродной фракции в OГ до и после нейтрализатора (режим работы нейтрализатора приведен в табл. 1.13).

Таблица 2. Влияние нейтрализатора на содержание углеродной фракции в OГ ДТ ДТ Отличие, % до нейтрализатора после нейтрализатора Углеродная фракция, 0,046 0,025 мг/л После нейтрализатора содержание углеродной фракции в OГ умень шается на 46 %, что возможно объяснить выгоранием этой фракции на ка тализаторе.

Выводы При увеличении плотности топлива объемное потребление падает, но растет дальнобойность топливного факела, что приводит к увеличению до ли пристеночного смесеобразования и в КC с объемным смесеобразовани ем является отрицательным фактором.

При увеличении вязкости уменьшаются утечки в плунжерных парах, что улучшает пуск двигателя и позволяет увеличить срок работы двигателя.

В то же время это приводит к увеличению размера капель топлива, дально бойности, что обычно ухудшает смесеобразование и приводит к увеличе нию дымности при использовании ДТ. В ТРП это может быть компенси ровано содержащимся в составе топлива кислородом.

зт t всп в основном определяется долей легких фракций в топливе, кото рые могут быть в ограниченном количестве.

При использовании ТРП при максимальной подаче топлива (рейка топливного насоса выведена до упора) по сравнению с использованием ДТ, мощность двигателя падает. Это объясняется тем, что при одинаковом объеме впрыснутого топлива в случае использования ТРП его энергоем кость меньше. На частичных режимах работы двигателя такой проблемы не возникает, поскольку регулятор автоматически увеличивает подачу топли ва до поддержания необходимой мощности двигателя. Для номинального режима при использовании ТРП необходимо обеспечить соответствующее увеличение подачи топлива.

Существуют отличия по методике определения ЦЧ для ДТ и РМ.

Результаты определения ЦЧ РМ на двигателях, предназначенных для ис следования ЦЧ ДТ, некорректны, так как в процессе испытаний сопла распылителя закоксовываются. Для этой цели должны использоваться спе циальные двигатели.

У РМ и ДТ существенные отличия по фракционному составу, что требует адаптации двигателей при работе на РМ путем увеличения темпе ратуры стенок КC.

Наличие воды в топливе значительно повышает его температуру за стывания и помутнения, поэтому в процессе эксплуатации необходимо пе риодически спускать из баков отстоявшуюся воду, грязь и промывать топ ливные баки чистым топливом. Данная характеристика является основным сдерживающим критерием, например для БТ, имеющих температуру по мутнения, начиная с минус 2оС.

В маслах источником непредельных соединений являются ненасы щенные жирные кислоты. Йодное число описывает среднее количество двойных соединений молекул жирной кислоты. В БТ йодное число не должно превышать 120 г I2/100 г, в рапсовом масле находится в диапазоне 95–125 г I2/100 г.

В маслах и БТ меньше содержание серы, чем в ДТ. Предполагаемое ухудшение смазывающей способности компенсируется наличием жирных кислот, обладающих смазывающими свойства, что увеличивает продолжи тельность работы двигателя и топливного насоса.

В то же время в ТРП находятся повышенные концентрации фосфора по сравнению с ДТ, который приводит к образованию отложений в КC и является ядом для катализаторов в нейтрализаторе. Его снижение возмож но осуществить подбором технологии получения масла.

Учитывая, что содержание в ТРП тяжелых металлов не лимитирует ся, то открываются возможности воздействия на показатели двигателя пу тем применения каталитически активных веществ, которые могут вводить ся в масла через удобрения.

В OГ БТ наблюдается снижение углеродной фракции по отношении к углеродной фракции ДТ. После нейтрализатора содержание углеродной фракции в OГ также уменьшается, что возможно объяснить выгоранием этой фракции на катализаторе.

Новые направления подавления вредных выбросов могут привести к не предсказуемым последствиям в отношении изменения характеристик ОГ, в ча стности частиц сажи, дисперсность которых может резко уменьшаться, что увеличивает вредное воздействие на человеке. Это позволяет считать более важным не массовый выбросы ТЧ, а распределение частиц по размерам. По этому новые направления снижения выбросов должны сопровождаться всесто ронним анализом, чтобы проконтролировать возможное усиление этого вред ного воздействия, что особенно важно для выбросов частиц сажи.

Литература к главе 1. Справочник нефтепереработчика: справочник / Под ред. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радченко и М.Г. Рудина. – Л. Химия, 1986.– 648 с.

2. ГОСТ 26098–84. Нефтепродукты. Термины и определения. Введ. 01.07.84. – М.:

Изд-во стандартов, 1984. – С. 78 – 86.

3. Widmann B., Remmele E., Thuneke K., Wilharm T. Begleitforschung zur Standardi sierung von Rapsl als Kraftstoff fr pflanzenltaugliche Dieselmotoren in Fahr zeugen und BHKW // Technische Universitt Mnchen Bayerische Landesanstalt fr Landtechnik. 2000. – 219 S.

4. Remmele E. Standardisierung von Rapsl als Kraftstoff – Untersuchungen zu Kenn gren, Prfverfahren und Grenzwerten: Dissertation Doktors der Agrarwissen schaften: Fakultt Wissenschaftszentrum Weihenstephan fr Ernhrung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universitt Mnchen – Department fr Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung, Freising–Weihenstephan, VDIMEG– Schrift Nr. 400. – 2002. – 194 S.

5. ГОСТ 3900–85. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. – Взамен ГОСТ 3900–47;

Введ. 01.01.87. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 36 с.

6. Гуреев А.А., Фус И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология. – М.: Химия, 1986. – 368 с.

7. ГОСТ 33–82 (СТ СЭВ 1494–79). Нефтепродукты. Метод определения кинемати ческой и расчет динамической вязкости. – Взамен ГОСТ 33–66;

Введ. 01.01.83. – М.: Изд–во стандартов, 1982. – 12 с.

8. ДСТУ 33–2003 (ИСО 3104–94). Нафтопродукти. Прозорі і непрозорі рідини.

Визначення кінематическої в’язкості і розрахунок динамічної в’язкості. – За мість ГОСТ 33–82;

Введ. 22.01.03. – К.: Держкомітет з питань технічного регу лювання та споживчої політики, 2003. – 19 с.

9. ГОСТ 4333–87 (СТ СЭВ 5469–86). Нефтепродукты. Методы определения тем пературы вспышки и воспламенения в открытом тигле. – Взамен ГОСТ 4333– 48;

Введ. 01.07.88. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 8 с.

10. ГОСТ 6356–75. Нефтепродукты. Продукты химические органические. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле. – Взамен ГОСТ 6356–52;

Введ. 01.01.77. – М.: Изд-во стандартов, 1977. – 6 с.

11. ГОСТ 9287–59. Масла растительные. Метод определения температуры вспыш ки в закрытом тигле. – Введен впервые;

Введ. 01.07.60. – М.: Изд-во стандар тов, 1981. – 3 с.

12. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. – М.: Химия, 1972. – 416 с.

13. Итинская Н.И., Кузнецов Н.А. Топливо, масла и технические жидкости: Спра вочник. – 2-е изд., пераб. и доп. – Агропромиздат, 1989.– 304 с.

14. Корольченко А.В. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средств их тушения: Справочник. Ч. 1. – М.: Асс. Пожнаука, 2000.–709 c.


15. Петренко А.Е., Корчанова Ю.А., Скороход Л.А., Васильев И.П. Определение закономерностей изменения температуры вспышки растительных топлив из смесей различных масел // Збірник наукових прац Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: ЛДАУ, 2006. – № (87). – С. 208–213.

16. ГОСТ 21261––75. Нефтепродукты. Метод определения удельной теплоты сго рания. – Взамен ГОСТ 5080–55, ГОСТ 6712–53;

Введ. 01.08.81. – М.: Изд-во стандартов, 1984. – С. 190–216.

17. ГОСТ 3122—67 (CТ СЭВ 2877–81). Топлива дизельные. Метод определения цетанового числа;

Введ. 01.01.68. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 19 с.

18. ГОСТ 2177–99 (CТ СЭВ 73405–88). Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава. Введ. 01.01.83. – К.: Госстандарт Украины, 2001. – 24 с.

19. Петренко А. Е., Корчанова Ю. А., Васильев И. П. Влияние содержания расти тельных масел в топливных смесях на фракционный состав // Збірник наукових прац Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки.

– Луганськ: ЛДАУ, 2006. – № 64 (87). – С. 214–217.

20. Werner Korbitz. Status and Development of Biodiesel Production and Projects in Europe // SAE Techn. Pap. Ser. – 1995. – № 952768.– pp. 249–254.

21. ГОСТ 5066–91 (СТ СЭВ 3655–82). Топлива моторные. Методы определения температуры помутнения, начала кристаллизации и кристаллизации. – Взамен ГОСТ 5066–56;

Введ. 01.01.93. – М.: Изд-во стандартов, 1983. – 13 с.

22. ГОСТ 20287–91. Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застывания. – Введ. 01.01.92. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 10 с.

23. ГОСТ 22254–76. Топливо дизельное. Метод определения предельной темпера туры фильтруемости. – Введ. 01.01.78. – М.: Изд-во стандартов, 1976. – 6 с.

24. ГОСТ 5985–79 (CТ СЭВ 3963–83). Нефтепродукты. Метод определения ки слотности и кислотного числа. – Взамен ГОСТ 5985–59;

Введ. 01.01.80. – М.:

Изд-во стандартов, 1985. – 7 с.

25. ГОСТ 13243–67. Масла смазочные и специальные. Метод определения кислот ного числа и водорастворимых кислот. – Введен впервые;

Введ. 01.07.67. – М.:

Изд-во стандартов, 1967. – 4 с.

26. ГОСТ 5476–80. Масла растительные. Методы определения кислотного числа. – Взамен ГОСТ 5476–64;

Введ. 01.07.81. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 9 с.

27. ГОСТ 26597–89. Подсолнечник. Метод определения кислотного числа масла с применением рН–метрии. – Введ. 01.07.90. –М.: Изд-во стандартов, 1989. – 9 с.

28. ГОСТ 2070–82 (СТ СЭВ 2384–80). Нефтепродукты светлые. Методы определе ния йодных чисел и содержания непредельных углеводородов. – Взамен ГОСТ 2070–55;

Введ. 01.07.83. – М.: Изд-во стандартов, 1982. – 6 с.

29. ГОСТ 5475–69. Масла растительные. Методы определения йодного числа. – Взамен ГОСТ 5475–59;

Введ. 01.01.70. –М.: Изд-во стандартов, 1988. – 9 с.

30. Производство и применение биодизеля: справочное пособие / А.Р. Аблаев, Ф.М. Гумеров, И.Ф. Левин, О.А. Матвеева, Т Н. Митусова, В.Г. Намакштан ский, В.Г. Семенов, Д.В. Хайбуллин, Р.С. Яруллин. – М.: АПК и ППРО, 2006. – 80 с.

31. ГОСТ 6370–83 (СТ СЭВ 2876–61). Нефть, нефтепродукты и присадки. Метод определения механических примесей. – Взамен ГОСТ 6370–59;

Введ. 01.01.82.

– М.: Изд-во стандартов, 1986. – 6 с.

32. ГОСТ 10577–78. Нефтепродукты. Методы определения содержания механиче ских примесей. – Взамен ГОСТ 10577–63;

Введ. 01.01.80. – М.: Изд-во стандар тов, 1984. – С. 343–352.

33. ГОСТ 17323–71 (СТ СЭВ 756–77). Топливо для двигателей. Метод определения меркаптановой и сероводородной серы потенциометрическим титрованием. – Введ. 01.01.73. – М.: Изд-во стандартов, 1972. –13 с.

34. Обельницкий А.М. Топливо и смазочные материалы: учебник для втузов. – М.:

Высшая школа, 1982. – 208 с.

35. Krahl J., Munack A., Ruschel Y., Schrder O., Schwarz S., Hofmann L., Bnger J.

Influence of the phosphorus content in rapeseed oil methyl esters during a 1000 hours endurance test on the function of a SCR system measured by exhaust gas emissions and health effects. 2006. – SAE Paper 2006–01–3282.

36. ГОСТ 305–82. Топливо дизельное. Технические условия. – Взамен ГОСТ 305– 73 и ГОСТ 4749–73;

Введ. 01.01.83. – М.: Изд-во стандартов, 1982. – 8 с.

37. ДСТУ 3868–99 Паливо дизельне. Технічні умови;

Введ. 02.10.06. – К.: Держс тандарт України, 1999. – 10 с.

38. ГОСТ 2477–65 (СТ СЭВ 2382–80). Нефтепродукты. Метод определения содер жания воды. – Взамен ГОСТ 1044–41;

Введ. 01.01.66. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 7 с.

39. ГОСТ 19932–74 (СТ СЭВ 3966–83). Нефтепродукты. Метод определения кок суемости по Конрадсону. – Взамен ГОСТ 5061–49 и ГОСТ–5987–51;

Введ.

01.07.75. – М.: Изд-во стандартов, 1984. – С. 274–278.

40. ГОСТ 1461–75. Нефть и нефтепродукты. Метод определения зольности. – Вза мен ГОСТ 1461–59;

Введ. 01.07.76. – М.: Изд-во стандартов, 1985. – 7 с.

41. ГОСТ 5474–66. Масла растительные. Метод определения золы. – Взамен ГОСТ 5474–50;

Введ. 01.07.68. –М.: Изд-во стандартов, 1988. – 2 с.

42. ГОСТ 30418–96 Межгосударственный стандарт. Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава. Введ. 01.01.99. – К.: ГОССТАНДАРТ Украины, 1998. – 9 с.

43. EN 14105:2003 Europsche Norm. Erzeignisse aus pflazlichen und tierischen Fetten und len Fettsure–Methylester (FAME) – Bestimmung des Gehaltes an freiem Gesamtglycerin und Mono–, Di– und Triglyceriden (Referenzmethode) – April 2003.

–Management–Zetrum: rue de Stassart, 36, B–1050 Brssel, 2003. – (18 Seite).

44. Надиров Н.К. Токоферолы (витамины группы Е) – биологические активные ве щества. – М.: Знание, 1981. – 64 с.

45. ГОСТ 1129–93. Межгосударственный стандарт. Масло подсолнечное. Техниче ские условия. – Взамен ГОСТ 1129–73;

Введ. 01.01.97. – К.: Госстандарт Украи ны, 1996. – 17 с.

46. ГОСТ 8988–77. Масло рапсовое. Технические условия. – Взамен ГОСТ 8988–59;

Введ. 01.07.78. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 20 с.

47. Олейник Н.В., Зубова Л.Г., Васильев И.П. Влияние содержания тяжелых метал лов в топливах растительного происхождения на вредные выбросы с отрабо тавшими газами дизелей / Вісн. Східноукр. нац. ун-ту імені Володимира Даля. – 2007. – Ч. 1.– № 8 (114). – С. 161–165.

48. Кулиев А.М. Химия и технология присадок к маслам и топливам.–2-е изд., пе рераб.–Л.: Химия, 1985. – 312 с.

49. Зарубежные топлива, масла и присадки / Под ред. И.В. Рожкова, Б.В. Лосикова.

– М.: Химия, 1971. – 327 с.

50. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др.;

Под общ. ред. А.А. Русанова. – 2–е изд., перераб. и доп. – М.:

Энергоатомиздат. 1983. – 312 с.

51. Звонов В.А., Корнилов Г.С., Козлов А.В., Симонова Е.А. Оценка и контроль вы бросов дисперсных частиц с отработавшими газами дизелей. – М.: Изд-во При ма–Пресс–М, 2005. – 312 с.

52. Васильев И.П. Методика определения дымности и дисперсности сажевых час тиц отработавших газов дизеля при работе на биодизеле // Приоритетные на правления науки и техники, прорывные и критические технологии: «Энергети ческие, экологические и технологические проблемы экономики» – (ЭЭТПЭ– 2007) Материалы Всероссийской научно-практической конференции с между народным участием / Под ред. Д.Д. Матиевского, П.К. Сеначина / Алт. гос. техн.

ун–т им. И.И. Ползунова, г. Барнаул, 17–20 октября 2007 г. – Барнаул: ОАО «Алтайский дом печати», 2007. – С. 62–63.

53. Звонов В.А., Симонова Е.А., Шеховцов Ю.И. Физико-химические и токсиколо гические характеристики частиц, выбрасываемых дизельными двигателями в окружающую среду (обзор) // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2005. – №2. – С. 37–47.

54. Krahl J., Munack A., Schrder O., Stein H., Hassaneen A. Fuel economy and envi ronmental characteristics of biodiesel and low sulfur fuels in diesel engines // Land bauforschung Vlkenrode. – 2005. – 2 (55). – S. 99–106.

55. Звонов В.А., Заиграев Л.С., Васильев И.П., Бодров Ю.К. Результаты исследова ний электромеханического фильтра для улавливания твердых частиц из отрабо тавших газов дизеля // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 1996. – № 4. – С.

59–64.

Глава БИОДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО И ЕГО СМЕСИ С ДРУГИМИ ТОПЛИВАМИ В Европе в качестве топлив растительного происхождения широко используется БТ из рапса ( RME ) [1]. В США ведутся работы по примене нию БТ из СМ ( HySEE ) [2].

Из-за подорожания ДТ в Украине интенсивно налаживается произ водство БТ. Следует отметить, что решением этой проблемы начинают за ниматься наиболее эффективно не крупные государственные предприятия, а мелкий бизнес, представители которого еще обладают достаточным уров нем знаний и способностью к ее технической реализации. При этом они сталкиваются с проблемой определения качества БТ.

Возрастает интерес к этому топливу и в России [3].

Если за рубежом уже существует технология получения качественного БТ и разработаны на него стандарты, то в СНГ это только налаживается.

Поэтому представляет интерес оценить БТ украинского производства по характеристикам и влиянию на экономические показатели двигателя.

Следует отметить, что переход на ТРП связан с определенными пси хологическими проблемами. Поэтому предлагается постепенный переход на такие топлива путем смешивания их с ДТ, с увеличением концентра ции, и в конечном счете применение только ТРП.

Учитывая, что автотракторный парк стран СНГ состоит в основном из дизельных двигателей, работоспособность которых определяется техниче ским состоянием топливной аппаратуры, которая достаточно изношена, пе реход на ТРП с более высокой вязкостью позволяет продлить срок работы этих двигателей даже в условиях запредельного износа плунжерных пар то пливного насоса [4].

Ведутся также исследования по улучшению показателей двигателей при работе на ТРП [5].

При этом наблюдается улучшение показателей двигателя, что объяс няется повышенным содержанием кислорода в БТ [6].

Основные направления применения смесей БТ возможно разделить следующим образом:

• БТ с ДТ ;

• БТ с метанолом.

При испытаниях двигателя на разных топливах некорректно использо вать удельный расход топлива, поскольку теплота сгорания топлив разная.

В работе [7] вводиться понятие приведенного удельного расхода топлива ( g прив ), учитывающего различную теплоту сгорания топлив. Поскольку e этот параметр является аналогом КПД двигателя, то в тексте приводится КПД двигателя.

В работе [8] приводятся результаты испытаний дизеля СМ – 31 на МЭРМ. Проанализировано изменение параметров смесеобразования. Вы явлено, что средний диаметр капель топлива увеличился на 9%, угол рас крытия струи топлива уменьшился на 9% при увеличении дальнобойности струи топлива. Это приводит к увеличению доли пристеночного смесеобра зования.

Эти факторы должны ухудшать экономичность двигателя при работе на БТ, но в некоторых случаях, наоборот, наблюдается улучшение КПД двигателя. Можно предположить, что это влияние сложное и зависит от многих факторов: сырья для приготовления БТ, технологии его получения, характеристик БТ и режимов испытания на двигателе и т. д.

3.1. Технология получения БТ В состав растительных масел и жиров входят глицериды. Это эфиры жирных кислот и глицерина. Они встречаются в виде трех соединений мо но- ди- и триглицеридов [9, раздел 1.9].

Моноглицериды – это моноэфиры глицерина и жирных кислот, они существуют в двух изомерных формах (рис. 3.1):

СН2 OH СН2 - O - CО - R CН - О - CO - R HO - C - Н СH2 - OН СH2 - OН Рис. 3.1. Изомерные формулы моноглицеридов Диглицериды – это диэфиры глицерина и жирных кислот, также суще ствуют в двух изомерных формах (рис. 3.2):

СН2 OH СН2 - O - CО - R CН - О - CO - R HO - C - Н СH2 - O - CO - R СH - O - СО - R Рис. 3.2. Изомерные формулы диглицеридов Триглицериды представляют собой триэфиры глицерина и жирных ки слот, причем входящие в состав триглицеридов кислоты могут быть одина ковыми и различными: природные триглицериды имеют асимметричный атом углерода (рис. 3.3).

СН2 - O - CО - R H - C - О -CO - R СH2 - O -CO - R Рис. 3.3. Формула триглицерида:

R, R1, R 2 R и – насыщенные и ненасыщенные углеводородные остатки Содержание остаточных глицеридов в БТ оговаривается стандартами.

По некоторым предположениям повышенное содержание некоторых гли церидов может отрицательного влиять на экономические показатели двига теля.

Масла содержат как насыщенные, так и ненасыщенные жирные кисло ты. Триглицериды предельных кислот, довольно инертные вещества, спо собные лишь к ограниченному числу превращений. В то же время тригли цериды, содержащие непредельные кислоты, способны вступать в реакции, характерные для соединений с двойной связью [10].

Ниже приведены образцы таких кислот. На рис. 3.4 предельная кислота (пальмитиновая) и на рис. 3.5 – непредельная кислота (олеиновая), содер жащая одну двойную связь [9].

CH3 - (CH2) 14 - COOH Рис. 3.4. Пальмитиновая кислота CH3 - (CH2)7 - СH = CH - (CH2)7 - COOH Рис. 3.5. Олеиновая кислота Реакции кислот со спиртами, ведущие к образованию сложных эфиров, называются реакциями этерификации. В общем виде получение таких эфи ров может быть выражено уравнением, приведенном на рис. 3.6:

O O + H2O +H O - R1 R-C R-C O - R OH Эфир Вода Кислота Спирт Рис. 3.6. Реакция этерификации При данной реакции от молекулы спирта отделяется атом водорода, а гидроксильная группа отделяется от молекулы кислоты.

Существует несколько классических способов получения эфиров жир ных кислот [11].

Для этого жирные кислоты растворяют в безводном спирте и прибав ляют катализатор. Может использоваться в качестве спирта этанол или ме танол, а в качестве катализатора – кислота или щелочь. Например, при ис пользовании этанола необходимо использовать его удвоенный объем по от ношению к объему жирных кислот, а в качестве катализатора использовать 1–3% концентрированной серной кислоты. Реакцию производят при темпе ратуре кипения кислот в течение 12 часов до полного связывания жирных кислот. Для проверки конца этерификации пробу смеси промывают водой, а затем титруют. При достаточной полноте этерификации в пробе не долж но оставаться свободных жирных кислот или только незначительное коли чество их. По окончании этерификации кислоту, применявшуюся для уско рения этерификации, нейтрализуют раствором щелочи, остаток спирта от гоняют, промывают эфиры водой и перегоняют в вакууме.

Но быстрее метиловые эфиры жирных кислот из жиров можно полу чить прямой переэтерификацией триглицеридов жиров с метанолом в при сутствии KOH или NaOH. Для этой цели в высушенный и нагретый до о С жир приливают 0,8–0,9 нормальный раствор КOH или NaOH в абсолют ном метиловом спирте (обезвоженном). На 100 г жира при этом расходует ся около 20 г безводного метанола и 0,8 г NaOH. Смесь перемешивают и дают отстояться. Через 5–10 минут происходит разделение смеси на глице рин и метиловые эфиры жирных кислот. Полученные эфиры промывают водой для отделения мыла, сушат и перегоняют в вакууме. Таким путем за одну обработку можно превратить около 95% глицеридов.

Следует отметить, что готовить эфиры при использовании этанола и щелочи нерационально, поскольку при таком соотношении реагентов в эфиры превращаются всего около 35% глицеридов.

В работе [12] также указывается, что процесс переэтерификации в присутствии кислот идет при высокой температуре и в течение многих ча сов. В то же время щелочные катализаторы более эффективны и при со блюдении необходимых условий процесс протекает достаточно интенсивно при невысокой температуре за 1–2 часа с 98–100% выходом эфиров.

Для получения метиловых эфиров жирных кислот растительных ма сел, в дальнейшем БТ, используют РМ, спирт и щелочь.

Существуют определенные требования по качеству сырья для приго товления БТ. Хотя БТ получается при использовании как рафинированных, так и нерафинированных РМ, но в случае использования нерафинирован ных масел осложняются процессы разделения продуктов реакции. Поэтому желательно проведение рафинирования масел. РМ после долгого хранения с высоким кислотным числом также требуют дополнительной предвари тельной переработки.

Реакция этерификации с участием этанола [13] выглядит следующим образом (рис. 3.7):

Чаще используют более дешевые ингредиенты, например, не этило вый, а метиловый спирт, не NaOH, а KOH. Ниже приведена реакция с уча стием метанола [14] (рис. 3.8):

O O H2С - O - C - R1 H2С - O - H H5С2 - O - C - R O O HС - O - C - R2 + 3C H OH HС - O - H + H5 С2 - O - C - R O O H2С - O - H H5С2 - O - C - R H2С - O - C - R 3 молекулы 1 молекула + 3 молекулы 1 молекула + этилового триглицерида этанола глицерина эфира жирных кислот Рис. 3.7. Реакция этерификации с участием этанола O O H 2С - O - C - R1 H 2С - O - H H3С - O - C - R O O HС - O - C - R2 + 3CH 3O H HС - O - H + H3С - O - C - R O O H 2С - O - H H 3С - O - C - R H 2С - O - C - R 3 молекулы 1 м ол екула 3 молекулы 1 молеку ла + + м етилового триглицерид а метанол глицерина эфира жирных кисл от Рис.3.8. Реакция этерификации с участием метанола Реакция протекает в три стадии с образованием диацилглицеридов, за тем моноацилглицеридов и, наконец, с расщеплением последних – образо ванием метиловых эфиров жирных кислот и глицерина.

Иногда под получением БТ из растительного масла употребляют тер мин переэтерификация (transesterification). Под этой реакцией понимается взаимный обмен кислотными остатками между двумя сложными эфирами.

Переэтерификация может происходить между различными триглице ридами, между триглицеридом и какимлибо другим сложным эфиром, а также внутри молекулы одного и того же триглицерида [10].

Пример такой реакции приведен на рис. 3.9:

O O H2С - O - C - R1 H2С - O - C - R O O HС - O - C - R2 HС - O - C - R O O H2С - O - C - R3 H2С - O - C - R Рис. 3.9. Реакция переэтерификации внутри триглицерида Эта реакция широко используется в лабораторной практике для хро матографического анализа состава растительных масел жирных кислот в виде метиловых эфиров [15].

3.1.1. Схемы получения БТ В мире существует большое число способов приготовления БТ, на чиная от самого примитивного, в кухонной «кастрюле», и кончая заводом по производству БТ.

В общем виде процесс получения БТ приведен на рис. 3.10.

Топливный с евооборот О О СО Чер ный па р Сем ена Жмы х Р ас тите льное м ас ло Спирты Катализаторы (этанол или (КОН или метанол) NaОН) Реактор Биодизе ль СО О Глице рин Рис. 3.10. Общая схема получения БТ из масличных культур с использованием специального севооборота Существуют некоторые особенности получения БТ. Например, в рас тительное масло добавляется уже смесь спирта с катализатором, а далее ре акция идет по отработанной схеме (рис. 3.11).

Р астительное М етанол Катализатор масло Смесь метанола с катализа тором Реакция этерификации Глицерин Метиловые эфиры жирных кислот растительных масел Рис. 3.11. Схема получения БТ с добавкой смеси спирта с катализатором Наиболее полная схема получения БТ приведена в работе [16] (рис.

3.12).

Согласно этой схеме сначала происходит смешивание метанола со ще лочью, а затем в отдельной емкость происходит перемешивание с расти тельным маслом. После реакции к реагентам добавляется кислота для ней трализации избытка щелочи. Затем смесь поступает в разделительную ко лонну, из которой извлекаются неочищенные БТ и глицерин. БТ подвер гается ректификации и из него отгоняется метанол, который поступает сно ва для обеспечения реакции. В конце производится контроль качества БТ.

Из неочищенного глицерина отгоняется метанол и производится его очист ка.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.