CC BY
30
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.3-6:621.89
ИЗМЕНЕНИЕ ЖИРНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ ПРИ ДОБАВКЕ К НИМ МИНЕРАЛЬНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА
Е. Д. Година, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Дальневосточный ГАУ», e-mail: godina-elena@mail.ru
Д. С. Шеменев, соискатель; А. П. Уханов, доктор техн. наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», e-mail: dspgsha@mail.ru
Перспективным альтернативным видом биологического компонента дизельного смесевого топлива (ДСТ), кроме широко известных рапсового и рыжикового масел, являются горчичное и редьковое масла. Для оценки целесообразности использования этих масел в качестве биокомпонента ДСТ исследованы жирнокислотный состав натуральных и обработанных ультразвуком горчичного и редькового масел, а также ДСТ в объемном соотношении с минеральным дизельным топливом 25:75, 50:50, 75:25, 90:10. Результаты исследований показывают, что добавка к растительным маслам минерального дизельного топлива в различном объемном соотношении и при воздействии на полученное смесевое топливо ультразвука с частотой 44 кГц позволяет изменить процентный состав жирных кислот и получить однородную и мелкодисперсную эмульсию растительно-минерального топлива.
Ключевые слова: растительные масла, минеральное топливо, жирные кислоты, ультразвук.
В настоящее время в качестве одного из видов моторного топлива используется смесевое растительно-минеральное топливо, приготавливаемое путем смешивания растительного масла и минерального дизельного топлива.
Растительные масла - жирные продукты, извлекаемые из растительного сырья. Основной источник растительных масел -масличные культуры (рапс, сурепица, горчица, редька и др.). Содержание масла в семенах растений и его качество для технических нужд зависят от сорта культуры, условий произрастания, степени зрелости семян и пр. Растительные масла на 9496 % состоят из смесей триглицеридов высших жирных кислот. Оставшуюся часть составляют вещества близкие к жирам (к примеру, фосфолипиды), свободные жир-
ные кислоты и другие компоненты. Плотность растительных масел составляет 870... 980 кг/м3. Абсолютное большинство из них растворимы в минеральном углеводородном топливе [1-10].
Целью исследований явилась количественная оценка изменения жирнокислот-ного состава растительных масел при добавке к ним в разном процентном соотношении минерального дизельного топлива и при воздействии на них ультразвука.
Объектом исследований являются горчичное и редьковое масла, а также смесе-вые топлива в объемном соотношении биокомпонента и минерального топлива 25:75, 50:50, 75:25, 90:10.
Задачи исследований включали в себя определение процентного содержания каждой кислоты в исходном растительном
Таблица 1
Результаты хроматографического анализа натурального горчичного масла и смесевого горчично-минерального топлива
Кислота 100 % ГорМ 90 % ГорМ+ 10 % ДТ 75 % ГорМ+ 25 % ДТ 50 % ГорМ+ 50 % ДТ 25 % ГорМ+ 75 % ДТ
Миристиновая 0,05 0,045 0,03 0,02 0,02
Пентадекановая 0,02 0,015 0,14 1,04 0,85
Пальмитиновая 2,96 2,945 2,87 2,94 2,86
Пальмитоолеиновая 0,11 0,107 0,11 0,18 0,16
Стеариновая 1,45 1,467 1,44 1,38 1,36
Олеиновая 36,60 36,127 36,47 35,34 35,64
Линолевая 13,00 13,334 12,99 13,48 13,48
У-линоленовая 0,02 0,001 0,03 0,10 0,07
А-линоленовая 12,26 12,526 12,27 12,30 12,52
Арахиновая 0,64 0,650 0,65 0,66 0,66
Гондоиновая 10,11 10,338 10,07 10,15 10,03
Эйкозадиеновая 0,24 0,209 0,26 0,39 0,35
Арахидоновая 0,11 0,125 0,12 0,15 0,15
Бегеновая 0,37 0,379 0,38 0,42 0,42
Эруковая 20,27 19,928 20,34 19,74 19,72
Докозадиеновая 0,14 0,018 0,13 0,10 0,10
Докозатриеновая 0,33 0,064 0,33 0,34 0,33
Лигноцериновая 1,31 0,256 1,34 1,29 1,30
Нервоновая 0,04 1,471 0,00 0,00 0,00
масле и в смесевых растительно-минеральных топливах методом хроматографического анализа; оценку изменения жирно-кислотного состава растительных масел и смесевых топлив, а также качество смешивания компонентов растительно-минерального топлива при воздействии ультразвука с частотой излучения 44 кГц.
Процентное содержание каждой кислоты в том или ином растительном масле, а
также в натуральных и озвученных ультразвуком смесевых топливах определяли опытным путём с помощью хроматографа «Кристалл -5000.1».
Результаты хроматографического анализа натуральных горчичного и редькового масел, смесевых топлив приведены в таблицах 1 и 2.
Анализ данных табл. 1 показывает, что в зависимости от процентного содержания
Таблица 2
Результаты хроматографического анализа натурального редькового масла и смесевого редьково-минерального топлива
Кислота 100 % РедькМ 90 % РедькМ + 10 % ДТ 75 % РедькМ + 25 % ДТ 50 % РедькМ + 50 % ДТ 25 % РедькМ + 75 % ДТ
Миристиновая 0,04 0,041 0,03 0,02 0,02
Пентадекановая 0,02 0,013 0,33 0,98 1,97
Пальмитиновая 5,10 5,051 5,06 5,07 5,08
Пальмитоолеиновая 0,11 0,121 0,14 0,19 0,27
Стеариновая 2,46 2,411 2,40 2,29 2,18
Олеиновая 32,16 31,230 32,02 30,94 31,17
Линолевая 21,99 22,738 21,92 22,15 21,38
У-линоленовая 0,00 0,009 0,06 0,14 0,23
А-линоленовая 12,82 13,145 12,77 12,89 12,39
Арахиновая 0,89 0,914 0,91 0,91 0,88
Гондоиновая 9,14 8,927 9,08 8,91 8,85
Эйкозадиеновая 0,42 0,401 0,47 0,61 0,63
Арахидоновая 0,12 0,139 0,11 0,15 0,12
Бегеновая 0,40 0,396 0,42 0,46 0,50
Эруковая 12,50 12,763 12,50 12,41 12,54
Докозадиеновая 0,15 0,027 0,05 0,04 0,07
Докозатриеновая 0,68 0,036 0,64 0,72 0,64
Лигноцериновая 1,03 0,429 1,08 1,07 1,08
Нервоновая 0,00 1,213 0,00 0,00 0,00
Нива Поволжья № 4 (25) 2012 39
Таблица 3
Результаты хроматографического анализа натурального горчичного масла и смесевого горчично-минерального топлива, обработанных ультразвуком
Кислота 100 % ГорМ 90 % ГорМ+ 10 % ДТ 75 % ГорМ+ 25 % ДТ 50 % ГорМ+ 50 % ДТ 25 % ГорМ+ 75 % ДТ
Миристиновая 0,04 0,05 0,07 0,02 0,02
Пентадекановая 0,02 0,02 0,02 0,07 0,04
Пальмитиновая 2,96 2,95 2,99 3,36 3,20
Пальмитоолеиновая 0,11 0,11 0,11 0,20 0,18
Стеариновая 1,46 1,47 1,52 1,36 1,27
Олеиновая 36,05 36,13 35,93 35,97 35,54
Линолевая 13,27 13,33 13,63 14,56 14,46
У-линоленовая 0,001 0,001 0,008 0,01 0,03
А-линоленовая 12,58 12,526 12,50 12,21 12,08
Арахиновая 0,65 0,65 0,64 0,53 0,56
Гондоиновая 10,31 10,34 10,01 9,72 9,88
Эйкозадиеновая 0,22 0,21 0,21 0,17 0,23
Арахидоновая 0,13 0,13 0,13 0,10 0,15
Бегеновая 0,38 0,38 0,39 0,49 0,50
Эруковая 20,01 19,93 20,07 19,65 20,23
Докозадиеновая 0,02 0,02 0,02 0,09 0,06
Докозатриеновая 0,06 0,06 0,06 0,03 0,02
Лигноцериновая 0,26 0,26 0,25 0,12 0,18
Нервоновая 1,49 1,47 1,48 1,37 1,41
горчичного масла и минерального дизельного топлива в смесевых топливах происходит незначительное изменение процентного состава некоторых жирных кислот по отношению друг к другу. Так, например, уменьшилось содержание миристиновой кислоты от 0,05 до 0,02 %, пальмитиновой - с 2,96 до 2,86 %, олеиновой - с 36,60 до 35,64 %, увеличилось содержание пента-декановой кислоты с 0,02 до 0,85 %, ли-нолевой - с 13,00 до 13,48 %.
При добавлении в масло редьки масличной минерального дизельного топлива (табл. 2) наблюдается незначительное уменьшение процентного содержания миристи-новой кислоты на 0,02 %, стеариновой на 0,28 %, олеиновой - на 0,99 % и происходит увеличение пентадекановой кислоты на 1,95 %, эйкозадеиновой - на 0,21 %.
Ультразвуковая обработка низкочастотным диспергатором УЗДН-2Т с магнитост-рикционными излучателями на 44 кГц из-
Таблица 4
Результаты хроматографического анализа натурального редькового масла и смесевого редьково-минерального топлива, обработанных ультразвуком
Кислота 100 % РедькМ 90 % РедькМ + 10 % ДТ 75 % РедькМ + 25 % ДТ 50 % РедькМ +50 % ДТ 25 % РедькМ + 75 % ДТ
Миристиновая 0,04 0,04 0,04 0,02 0,02
Пентадекановая 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03
Пальмитиновая 5,03 5,05 5,10 5,09 5,17
Пальмитоолеиновая 0,12 0,12 0,13 0,13 0,14
Стеариновая 2,43 2,41 2,40 2,35 2,27
Олеиновая 31,34 31,23 31,45 31,42 31,22
Линолевая 22,76 22,74 22,72 22,97 23,06
У-линоленовая 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
А-линоленовая 13,07 13,15 13,07 13,14 13,02
Арахиновая 0,91 0,91 0,89 0,90 0,84
Годоиновая 8,95 8,93 8,94 8,88 8,89
Эйкозадиеновая 0,40 0,40 0,37 0,38 0,36
Арахидоновая 0,14 0,14 0,13 0,14 0,130
Бегеновая 0,42 0,40 0,42 0,41 0,48
Эруковая 12,58 12,76 12,55 12,45 12,69
Докозадиеновая 0,03 0,03 0,03 0,02 0,01
Докозатриеновая 0,04 0,04 0,03 0,02 0,02
Лигноцериновая 0,51 0,43 0,50 0,48 0,45
Нервоновая 1,22 1,21 1,22 1,20 1,19
менила содержание жирнокислотного состава исследуемых масел и смесевых топлив (табл. 3 и 4).
После воздействия ультразвука содержание кислот в натуральном горчичном масле (табл. 3) составило: миристиновой -0,04 %, олеиновой - 36,05 %, линолевой -13,27 %. В результате обработки ультразвуком смесевого топлива, например, состава 90 % ГорМ + 10 % ДТ, содержание миристиновой кислоты увеличилось до 0,05 %, пентадекановой - до 0,02 %, олеиновой -до 36,13 %, а содержание линолевой и нервоновой кислот уменьшилось соответственно до 13,33 % и 1,47 %.
После озвучивания масла редьки масличной (табл. 4) содержание жирных кислот составило: пентадекановой - 0,01 %, пальмитиновой - 5,03 %, олеиновой - 31,34 % и эруковой - 12,58 %. В результате обработки ультразвуком смесевого топлива, например, состава 90 % РедькМ + 10 % ДТ, содержание миристиновой кислоты увеличилось до 0,041 %, линолевой - до 22,74 %, докозадиеновой - до 0,03 %, а содержание пальмитиновой кислоты уменьшилось до 5,05 %.
Воздействие ультразвука на растительно-минеральное топливо способствует образованию в смеси пульсирующих пузырьков, заполненных газом (эффект акустической кавитации) и пустых полостей. В отдельных объемах смесевого топлива после кратковременного существования часть пузырьков захлопывается, при этом наблюдается локальное мгновенное повышение давления и температуры. Сочетание разнородных физических процессов (химических реакций, интенсивных микропотоков, ударных волн, ультразвукового свечения и др.), воздействующих одновременно на обрабатываемое топливо, способствует интенсивному перемешиванию и получению однородной и мелкодисперсной эмульсии, а также приводит к изменению процентного содержания жирных кислот по отношению друг к другу за счет ускорения одних химических реакций и инициирования других. Кроме того, вследствие концентрирования энергии в очень малых объемах смесевого топлива ультразвук вызывает разрыв химических связей макромолекул [11-15].
Таким образом, в результате хромато-графического анализа установлено, что при добавке минерального топлива к горчичному и редьковому маслам происходит незначительное изменение процентного содержания каждой кислоты в растительных маслах и смесевых растительно-минераль-
ных топливах. Обработка ультразвуком горчичного и редькового масел, а также растительно-минеральных топлив позволила не только изменить процентный состав жирных кислот, но и по физическому составу получить однородную и мелкодисперсную эмульсию.
Литература
1. Паронян, В. Х. Растительные масла / В. Х. Паронян // Химическая энциклопедия.
- М., 2008. - С. 298.
2. Федоренко, В. Ф. Состояние и развитие производства биотоплива: науч. ана-лит. обзор / В. Ф. Федоренко, Ю. Л. Колчин-ский, Е. П. Шилова. - М.: ФГНУ «Росин-формагротех», 2007. - 130 с.
3. Использование биологических добавок в дизельное топливо / В. Ф. Федоренко, Д. С. Буклагин, С. А. Нагорнов и др. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. - 52 с.
4. Савельев, Г. С. Применение газомоторного и биодизельного топлив в автотракторной технике: монография / Г. С. Савельев. - М.: ГНУ ВИМ Россельхозакаде-мии, 2009. - 216 с.
5. Девянин, С. Н. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей / С. Н. Девянин, В. А. Марков, В. Г. Семенов. - М.: Изд-во МГАУ им. В. П. Го-рячкина, 2007. - 400 с.
6. Работа дизелей на нетрадиционных топливах / В. А. Марков, А. И. Гайворон-ский, А. И. Грехов, Н. А. Иващенко. - М.: Изд-во «Легион-автодата», 2008. - 464 с.
7. Kampman, H. J. Dieselmotor mit Direkteinspritzung fur Pflanzenol / H. J. Kampman // MTZ. - 1993. - Jg. 54, № 7/8. - P. 378-383.
8. Niemi, S. A. Results from a Durability Test of a Mustard Seed Oil Driven Tractor Engine / S. A. Niemi, T. Hatonen, V. O. K. Lai-ho // SAE Technical Paper Series. - 1998. -№ 982528. - P. 1-15.
9. Exhaust Particulate Emissione of a Mustard Seed Oil Driven Tractor Engine / S. A. Niemi, T. T. Murtonen, M. J. Lauren et al. // SAE Technical Paper Series. - 2002. -№ 2002 - 01 - 0866. - Р.1-12.
10. Результаты моторных исследований горчичного биотоплива / А. П. Уханов, В. А. Голубев, Р. К. Сафаров, Д. С. Шеменев // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 5.
- С. 7-10.
11. Влияние ультразвуковой обработки биотоплива на показатели работы тракторного дизеля / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, В. А. Рач-кин и др. // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. материалов Всероссийской НПК молодых ученых. -Пенза: РИО ПГСХА, 2009. - С. 11-13.
Нива Поволжья № 4 (25) 2012 41
12. Фридман, В. М. Ультразвук / В. М. Фридман. - М.: Энергия, 1960. - 204 с.
13. Эльпинер, И. Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие / И. Е. Эльпинер. - М., 1963. - 420 с.
14. Основы физики и техники ультразвука. - М.: Высш. шк., 1987. - 348 с.
15. Загородских Б. П. Улучшение показателей тракторного дизеля при работе на биодизельном топливе, обработанном ультразвуком / Б. П. Загородских, С. А. Фадеев, А. П. Уханов // Тракторы и с.-х. машины. -2009. - № 12. - С. 4-6.
