CC BY
14
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни
2. Шаповалов В.М., Барсуков В.Г., Купчинов Б.И. Технология переработки высоко-наполненных композитов / под ред. чл.-корр. НАНБ Ю.М. Плескачевского. - Гомель: ИММС НАНБ, 2000. - 260 с.
3. Суберляк О.В., Баштанник П.1. Технологiя перероблення пол1мерних та компози-цшних матер1ал1в : пщручник. - Льв1в : Вид-во "Растр-7", 2007. - 376 с.
4. Купчинов Б.И., Немогай Н.В., Мельников С.Ф. Технология конструкционных материалов и изделий на основе измельченных отходов древесины / под ред. В. А. Белого. -Минск : Наука и техника, 1992. - 199 с.
5. Белый В.А., Врублевская В.И., Купчинов Б.И. Древесно-полимерные конструкционные материалы и изделия. - Минск : Наука и техника. 1980. - 279 с.
6. Любешкина Е.Г. Вторичное использование полимерных материалов. - Л. : Химия,
1985.
УДК66.097, 662.754:547.27 Доц. Т.В. Чайшвський, канд. техн. наук;
мол. наук. ствроб. €.Ю. НМт1шин, канд. техн. наук; ст. наук. ствроб. В.В. 1ваав, канд. техн. наук; магктрант О.Я. Сарабун - НУ "Львiвська полiтехнiка"
ОДЕРЖАННЯ Б1ОПАЛИВА 13 СОНЯШНИКОВО1 ОЛП ТА ЕТИЛОВОГО СПИРТУ
Запропоновано та описано метод одержання бюлопчного дизельного палива на 0CH0Bi рослинно1 олп та етилового спирту на геретогенних каталiзаторах. Хiмiчними та фiзичними методами аналiзiв показано 3Mi^ властивостей олп в процес переете-рифшацп та показано ефектившсть рiзних гетерогенних каталiзаторiв.
Assoc. prof. T.V. Chaykivsky; junior research officer Ye.Yu. Nikitishyn;
senior research officer V.V. Ivasiv; undergraduate O.Ya. Sarabun -NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
A receipt of biopropellant is from sunflower-seed oil and ethyl spirit
Is proposed and described the method of obtaining of biological diesel fuel on the basis of vegetable oil and ethyl alcohol on the heterogeneous catalysts. Changes in the properties of oil in the process of ester exchange are shown by the chemical and physical methods of analysis and the effectiveness of the different heterogeneous catalysts is shown
Вщновлювальна енергетика - один з найперспектившших напрямюв розвитку енергетичного сектора Украши. Стр1мке зростання цш на газ, неста-бшьтсть цш на нафту та неминуче вичерпання ii запашв у майбутньому стали поштовхом до розробок технологш одержання палив 1з вщновлюваних джерел у цшому свт. Одним 1з важливих шлях1в розвитку сучасного бюенергетично-го сектора е одержання бюдизелю. Для цього використовують здебшьшого оли рослинного походження (ршакова, соняшникова, пальмова), хоча можливе використання i тваринних жир1в. В Украш, зважаючи на традици сшьського господарства, з щею метою переважно використовують ршакову олда.
Бюдизель - це продукт перероблення оли у виглядi метилового або етилового ефiрiв ix жирних кислот. Бюдизель може використовуватись са-мостшно або в сумiшi зi звичайним дизельним паливом. Сам процес одержання бюдизельного палива е досить простим, для цього необхщно зменши-ти в'язюсть олп. Рослинна олiя - це сумш триглiцеридiв, ефiрiв, сполучених з молекулою глщерину. Саме глiцерин надае в'язкост i густини олп. Основне
114
Збiрник науково-технiчних праць
Науковий вкиик НЛТУ УкраТни. - 2009. - Вип. 19.2
завдання при одержанш бюдизелю - видалити глщерин, замiнивши його на спирт. Цей процес називають переетерифжащею. Недолiки сучасних техно-логiй виробництва бiодизелю переетерифжащею пов,язанi з використанням гомогенних лужних каталiзаторiв. Цi технологи е перюдичними, багатоста-дiйними та енергозатратними, i пов,язанi з нагромадженням вiдходiв, зокрема глщерину, який не пiддаеться етерифжаци в цих умовах. Останнiм часом розробляються способи одержання бiодизелю з використанням гетерогенних твердокислотних каталiзаторiв, як дадуть змогу уникнути цих недолтв. На пiдставi аналiзу лiтературних даних можна зробити висновок, що при вирь шеннi зазначених проблем твердi кислоти, як каталiзатори, мають велику перспективу. Серед твердих кислот найбшьше практичне застосування знахо-дять цеол^и, iндивiдуальнi та змiшанi оксиди, активоваш глини, органiчнi сульфокатiонiти.
Використання твердих гетерогенних каталiзаторiв вiдкривае перспективу створення одностадшних енергозберiгаючих процеЫв переетерифжаци олiй та жирiв та етерифшащю глiцерину навiть iз застосуванням етанолу, який виробляють у достатнш кшькосп в Укршт. Встановлено, що в присут-ностi каталiзаторiв переетерифшаци з етанолом пiддаються не тшьки жирнi кислоти, а й глщерин, що виршуе проблему уташзаци останнього та створюе передумови розробки безвiдходноl технологи виробництва бюдизелю.
На кафедрi технолопя органiчних продуктiв iнституту хiмil та хiмiч-них технологiй Нацюнального унiверситету мЛьвiвська полiтехнiкам викона-но дослщження процесу одержання бiодизелю iз використанням рiзних гетерогенних каталiзаторiв. Застосування гетерогенних кислотних каталiзаторiв не призводить до утворення мила, тому в процес одержання бюдизелю не важливо, скшьки води мiститься у оли та скiльки у етиловому спирт^ що дае змогу спростити технологш i пiдвищити И економiчнiсть.
Як рослинну олiю використовували соняшникову олiю, оскiльки вона виробляеться промисловютю в значних масштабах. Дослiдження одержання бюдизелю проводили в чотириголовому реактор^ оснащеному зворотнiм холодильником, мшалкою, термометром i дiлильною лiйкою. На^вання реактора здiйснювали за допомогою колбона^вача. В реактор завантажували соняшникову олда та каталiзатор, вмикали нагрiв i мiшалку. При досягненш температури 371-381К i при постшному перемiшуваннi реакцшно! маси подавали через дшильну лiйку етиловий спирт з швидюстю 1 мл за 1 хв. Процес проводили протягом 60 хв. Яюсть одержаного продукту визначали перевiр-кою рН. Кислотшсть можна перевiрити за допомогою лакмусового паперу чи звичайним лабораторним цифровим рН-метром. Кислотшсть повинна бути нейтральною - 7,0. На вигляд бюдизель не повинен вiдрiзнятись вщ чисто! оли, з яко! його отримали. Не допускаеться наявнiсть жодних домшок, завис-лих частинок чи помутншня. Мутнiсть означае те, що у бiодизелi мiститься вода, яку вщдшяемо нагрiванням. При наявностi завислих частинок !х необ-хiдно вiдфiльтрувати через 5 мiкронний фiльтр. Також застосовували iншi аналiзи, якими комплексно характеризували вихiдну сировину та синтезованi продукти: хiмiчнi - використовували титрометричнi методи для визначення функцюнальних чисел (кислотного, йодного, омилення, ефiрного), а також
3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств
115
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТ'ни
визначення вмюту глiцерину, фiзичнi - визначення: густини, в'язкост^ темпе-ратури замерзання.
Як гетерогеннi каташзатори використовували: MgO; А1203; ТЮ2; Ка1 119 (СаО i 7п0 нанесет на аеросил); селжагель (формула пБю2 тН20 де=1-2, т=1-2); цеолiт - клиноптилолгг (формула (Ка, К)4 Са А16 Б130 • 24Н20)
Було виконано синтез бюдизелю на вказаних вище каталiзаторах та здiйснено аналiз його властивостей, якi наведено в табл.
Табл. Порiвняльна таблиця хiмiчних властивостей бюдизелю, одержаного за
допомогою рiзних гетерогенних каталiзаторiв
Дослвджувана ол1я Х1м1чт властивост1
Кислотне число Йодне Число г12/100 г Число омилення Еф1рне число Вм1ст глще-рину % мас
Соняшникова 0,1007 3,1750 262,6400 262,5477 14,3600
Соняшникова випарена 3,0023 5,4351 155,3858 152,3835 8,3353
Переетерифшована ол1я за допомогою катал1затор1в
Mg0 0,0215 3,5891 225,4966 225,5181 12,3358
А12О3 0,0432 3,8190 206,7707 206,7275 11,3079
Ка1 119 0,0178 5,2079 174,5670 174,5492 9,5478
КаШ9+ТЮ2 (1:1) 0,0175 6,3132 161,0032 160,9857 8,8059
ТЮ2 0,1084 15,9080 172,3657 172,2574 9,4225
Селшагель (1р=150°С) 1,4378 24,7609 104,0075 102,5697 5,6106
Селшагель (1р=100°С) 1,4263 29,3298 136,0043 134,6167 7,3635
Цеол1т (1р=200°С) 0,4279 30,6070 67,2120 66,7841 3,6530
Цеолгг (1р=150°С) 0,4203 26,1490 67,1336 67,5539 3,6952
Цеол1т (1р=100°С) 0,4201 25,3594 69,3621 68,9420 3,7711
Цеол1т (1р=80°С) 0,3494 18,0165 138,7503 138,4009 7,5705
Число омилення, як видно, моно- i диглiцеридiв (простих ефiрiв) ниж-че числа омилення триглiцеридiв (складних ефiрiв). До того ж, збшьшення кiлькостi моно- i диглiцеридiв призводить до зниження числа омилення. У випадку переетерифшаци це свiдчить про повноту переб^у реакци до утво-рення етилового ефiру. Якщо порiвняти отриманi результати вмюту глщери-ну у % мас., що утворився при омиленш переетерифiковано! оли, одержано! за допомогою гетерогенних каталiзаторiв, то видно, що при синтезi бюдизе-лю за допомогою каталiзатора цеолiту досягаеться найнижчий вмют глщери-ну, в середньому 3,7 % мас при певних температурах, що свщчить про роз-клад триглiцериду на простi ефiри. Також аналiзуючи значення Й.Ч. можна судити про вмют ненасичених жирних кислот: чим вища ненасиченiсть, тим вище йодне число, краща розчиншсть, але нижча стабiльнiсть. 1з табл. видно, що одержаний бюдизель за допомогою цеолггу i силiкагелю мае найбiльшi значення йодного числа, що сильно впливае на його фiзичнi властивостг гус-тину, в,язкiсть i температуру замерзання. Крiм цього, було встановлено, що
116
Збiрник науково-техшчних праць
Науковий вкник НЛТУ УкраТни. - 2009. - Вип. 19.2
катал1тична активнють застосовуваних гетерогенних катал1затор1в не змшю-валась нав1ть у момент п'ятикратного використання.
Оскшьки дуже важливими експлуатацшними характеристиками бю-дизелю е його густина та в'язюсть, було виконано низку дослщжень для вста-новлення часу та температури, за яких досягаються м1тмальт щ показники. Результати дослщжень у граф1чному вигляд1 наведено на рис. 1 та 2.
Рис. 1. Залежшсть густини переетерифжованог соняшниково'1 оли eid тривалостi процесу за рЬних температур
Рис. 2. Залежшсть в'язкостi переетерифЫованог оли eid температури проведення процесу (тривалкть процесу 60 хв)
Як видно Ï3 наведених графiчних залежностей, оптимальш експлуата-цшт властивост (густина та в'язюсть) переетерифжованих олш досягаються вже за температури проведення процесу вище 100°С та тривалостi процесу 60 хв. Таким чином, тдвищення температури процесу вище 100°С може бути недоцшьним i вести лише до збшьшення ступеня перетворення олiï без ютот-ного покращення фiзичних характеристик бюдизелю, а досягнутi показники в,язкостi та густини близью до вимог стандарту EN 14214.
Лггература
1. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. - М. : Химия. - 1973. - 224 с.
2. Арутюнян Н.С., Аришева Е.А. Лабораторный практикум по химии жиров. - М. : Пищевая пром-сть, 1979. - 176 с.
3. Технология та устаткування деревообробних шдприемств
117
