При стабилизации температуры в калориметрическом сосуде производят замер температуры (нулевой отсчет) с погрешностью не более ±0.001 деления по шкале метастатического термометра (±1 мВ по шкале цифрового вольтметра).
При сжигании топлива калориметрическое испытание условно подразделяется на три периода:
начальный— предшествующий сжиганию навески и служащий для учёта теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях на-1альной температуры испытания;
главный — в течение, которого происходит сгорание навески вещества, передача выделившейся теплоты калориметрической системе и выравнивание температуры всех ее частей;
конечный — служащий для учета теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях конечной температуры испытания.
Показания термометра снимают по сигналу зуммера или по секундомеру.
По окончании испытания выключают электродвигатель. Низшую удельную теплоту сгорания вычисляют по формуле:
QHa = QBa – γ*(9*Ha + Wa);
Где γ– коэффициент, учитывающий теплоту парообразования и охлаждения воды, выделившейся при сгорании топлива в калориметрической бомбе, численно равный 25 кДж/кг на 1% или на 1 кг выделившей воды;
9 – коэффициент пересчёта содержания водорода в воду;
Ha– содержание водорода в испытуемом топливе, масс %
Wa– содержание воды в пробе испытуемого топлива, масс %
Полученные значения теплоты сгорания для композиций Ф5 и Топочный 100 с сивушным маслом занесены в таблицу 14. Как и ожидалось, этот параметр снизился не на много, что благоприятно скажется на теплотворной способности.
Как видно из таблицы 14, температура вспышки в закрытом тигле очень низка, и не отвечает нормативам хранения и эксплуатации таких топлив, без специальных внедрений для обеспечения безопасности. Чтобы выяснить причину такого низкого показателя, был проведён анализ сивушного масла и его компонентов. Результаты сведены в таблицу 15 и 16.
Таблица 15 – Фракционный состав сивушного масла
| Объём жидкости, % | Температура выкипания, 0С |
| Начало кипения | 83 |
| 5% перегоняется при температуре, 0С | 91 |
| 10% то же | 100 |
| 20% – '' – | 112 |
| 30% – '' – | 120 |
| 40% – '' – | 125 |
| 50% – '' – | 128 |
| 60% – '' – | 129 |
| 70% – '' – | 130 |
| 80% – '' – | 130,5 |
| 85% – '' – | 131 |
| 90% – '' – | 131,5 |
| Конец кипения | 132 |
| Выход, % | 98 |
Как видно из таблицы 15, в составе сивушного масла содержатся довольно таки лёгкие компоненты, а 50% этого модификатора выкипает в очень узком диапазоне. Судя по этим данным, можно предположить, что причина низкой температуры вспышки в лёгких компонентах сивушного масла
Определив наименьшую температуру вспышки компонентов сивушного масла (таблица 1), было выявлено, что причиной этого низкого показателя является влияние компонента с низкой температурой кипения сивушного масла – пропанола (н-пропиловый спирт). Измеренная температура вспышки внесена в таблицу 16.
Таблица 16 – Температура вспышки компонентов сивушного масла
| Наименование показателя | Компонент сивушного масла | ||
| изоамиловый спирт | изобутиловый спирт | н-пропиловый спирт | |
| Температура вспышки в закрытом тигле, 0С | 47 | 35 | 25 |
Установив первопричину такого низкого показателя, можно предложить несколько способов решения данной проблемы. Одним из них является смешение сивушного масла и котельного топлива при температуре кипения пропанола (830С), с перемешиванием этой композиции в течение примерно 2х часов, поддерживая заданную температуру. Способствуя, таким образом, испарению вредного компонента - пропанола. В этом случае, полученные композиции, можно, будет хранить в товарных парках или использовать по назначению без опасения. Другим способом является введение в полученное композиционное топливо специальной присадки, увеличивающей температуру вспышки. Её введение, по заявлению изготовителя, повышает температуру вспышки на 150С. Кроме этого можно непосредственно вводить сивушное масло, перед сжиганием на форсунках, с помощью коллоидных мельниц, исключив, таким образом, этапы хранения полученных модифицированных топлив.
4. Результаты и обсуждения
В этой работе был сделан технический анализ модифицированных котельных топлив, на предмет возможности использования в качестве модификатора, отход производства этилового спирта - сивушное масло. Для смесей было проведено определение содержания серы, коксуемости, вязкости, фракционный состав, температура вспышки, смешиваемость. Было установлено, что введение 20% сивушного масла заметно улучшает выше перечисленные показатели, кроме температуры вспышки.
Чтобы выяснить причину такого явления, нами было сделано несколько композиций, с разными марками топлива для сравнения. Для них тоже был произведён технический анализ. Оказалось, что температура вспышки не отвечает требованиям техники безопасности (350С для Ф5) при хранении, и без специального оборудования не рекомендуется использовать такую композицию в южных широтах. Причина была найдена при изучении отдельных компонентов сивушного масла. В нём содержаться компоненты, имеющие очень большую летучесть и низкую температуру вспышки (порядка 250С). Попадая в топливо, они при значительном нагревании создают легковоспламеняющуюся смесь. Судя по полученным данным, можно говорить о том, что причиной такого низкого показателя является пропанол.
В результате проведенных исследований были получены компонентные составы котельного топлива с содержанием серы от 0,5 и до 1,5 %(масс.), позволяющие не только утилизировать отход производства этилового спирта – сивушное масло, но и расширить ресурсы сырья для производства котельных топлив, в том числе и для малооборотных дизельных топлив, а так же расширить рынок их сбыта.
5. Выводы
В результате проведенной работы были исследованы физико-химические свойства тяжёлых и лёгких котельных топлив, сивушного масла, с целью их рационального использования в составе модифицированного топлива.
Установлено, что улучшается ряд характеристик топлива: уменьшается содержание серы, уменьшается коксуемость, вязкость и температура застывания. Так же, обнаружено негативное влияние сивушного масла: уменьшаются показатели температуры вспышки и теплотворной способности топлива.
Разработана технология модификации топлива с образованием устойчивой системы котельное топливо - сивушное масло. Причём смешение компонентов следует проводить при температуре не менее 830С для увеличения температуры вспышки модифицированного топлива.
В итоге, модификацию топлив можно рекомендовать для уменьшения таких показателей, как содержание серы, коксуемости и вязкости. А необходимое соотношение компонентов может варьироваться в зависимости от требований потребителя.
Список использованных источников
1. Леффлер, У. Л. Переработка нефти / Пер. с англ., У. Л. Леффлер. — М.: ЗАО «Олимп—Бизнес», 1999. — 224 с.
2. Волковыский, Е. Г. Экономия топлива в котельных установках/ Е. Г. Волковыский, А. Г. Шустер. - М.: «Энергия», 1973. - 304 с.
3. Яровенко, В. Л. Справочник по производству спирта. Сырье, технология и технохимконтроль/В. Л. Яровенко и др.— М.: «Легкая и пищевая промышленность», 1981. — 336 с.
4. Глухов И.В., Кондрашев Д.О., Вильданов С.Г. Разработка компонентного состава судового маловязкого топлива/ И.В. Глухов, Д.О. Кондрашев, С.Г. Вильданов – Тезисы доклада 52-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. – Уфа, 2001. – с. 101-102.
5. Кондрашева, Н.К. Судовые топлива/ Н.К. Кондрашева, А.Ф. Ахметов. – Уфа.: Гилем, 2001. - 143с.
6. Пальгунов, П.П. Утилизация промышленных отходов/ П.П. Пальгунов, М.В. Сумароков — М.: Стройиздат, 1990. -352с.
7. Иванов, В. М. Парогазовые процессы их применение в народном хозяйстве/ В. М. Иванов. – М.: Изд-во «Наука», 1970.—320с.
8. Папок, К.К. Моторные, реактивные и ракетные топлива/ К.К. Папок. – М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1962. – 743с.
9. Лосиков, Б.В. Нефтепродукты свойства, качество, применение: справочник/ Б.В. Лосиков. – М.: изд. «Химия», 1966. – 777с.
10. Торочешников, Н.С. Техника защиты окружающей среды: учебное пособие для вузов/ Н.С. Торочеижиков и др. — М.: Химия, 1981. — 368 с.
11. Десяткин, А.А. Разработка технологии утилизации нефтяных шламов: автореферат/ А.А. Десяткин; Уфимский государственный нефтяной технический университет. - «Институт нефтехимии и катализа», 2004.- 24с.
12. Немченко, А.Г. Обезвреживание и переработка нефтяных шламов/ А.Г. Немченко и др. – М.: ЦНИИТ Энефтехим, 1974. – 40с.
13. Стабников, В.Н. Этиловый спирт/ В.Н. Стабников. – М.: «Пищевая промышленность», 1976.-273с.
14. Грязнов, В.П. Практическое руководство по ректификации спирта/ В.П. Грязнов. – М.: «Пищевая промышленность» 1968.-193с.
15. Кондрашева Н.К. Разработка и внедрение новых технологий производства унифицированных видов судовых топлив и осевых масел. Дисс…докт.техн.наук. – Уфа: 1996. – 436 с.
16. Исследование и разработка топлива печного композиционного/Доценко С.П, О.Н. Третьякова, Н.Я. Губанова // Научный журнал КубГАУ.- 2007. - №25.
17. ГОСТ 17071-91. Масло сивушное. Технические условия. – Введ. 1992-01-01.- М.: Изд–во стандартов, 1991. – 14 с.
18. ГОСТ 1667-68. Топливо моторное для среднеоборотных и малооборотных дизелей. Технические условия. – Введ. 1968-01-07.-М.: Изд–во стандартов, 2003. -20с.
19. ГОСТ 10585-99. Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия. – Введ. 2001-01-01. – М.: Изд–во стандартов, 2005. – 18с.