CC BY
130
РАСТИТЕЛЬНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГСМ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РЕСПУБЛИКИ МОЛДОВА
Г. ДУКА, академик АНМ, А. КРАЧУН, д.т.н.
Academia de §tiinte a Moldovei Bd. §tefan cel Mare §i Sfant, 1, MD 2012, Chisinau Republica Moldova Тел.( 0 373 22) 271478, e-mail: [email protected]
Аннотация
Рассматривается проблема повышения энергетической безопасности Республики Молдова за счет использования собственных биоэнергетических ресурсов. Применение биодизеля, биоэтанола в смесях с традиционными видами топлива (дизельным топливом и бензином) возможно без модификации конструкции существующих двигателей внутреннего сгорания и может быть экономически выгодным для сельского хозяйства и на транспорте. Приведены результаты экспериментов по определение износоустойчивости смазочных материалов полученных из растительного сырья местного производства. Использование биоэтанола в качестве добавки к бензину снизит его стоимость, сократит на 1520% потребление бензина и позволит значительно сократить вредные выбросы в атмосферу, повысится экологическая безопасность, что благоприятно отразится на здоровье населения. Производство смазочных материалов с использованием рапсового масла также позволит получить серьезный экономический эффект.
Ключевые слова: энергетическая безопасность, энергетические культуры,
биодизель, биоэтанол
MATERIE PRIMARA VEGETALA PENTRU OBTINEREA PRODUSELOR PETROLIERE §I SECURITATEA ENERGETICA A REPUBLICII MOLDOVA Rezumat
Se abordeaza problema sporirii securitatii energetice a Republicii Moldova ca urmare a utilizarii resurselor bioenergetice autohtone. Utilizarea biodiselului, bioetanolului in amestecuri cu combustibili traditionali (motorina §i benzina) este posibila fara a efectua modificari in constructia motoarelor de ardere interna existente §i se prezinta economic eficienta pentru agricultura §i transport. Sunt prezentate rezultatele cercetarilor experimentale privind evaluarea competitivitatii materialelor de ungere obtinute din produse vegetale autohtone. Utilizarea bioetanolului in amestec cu benzina con duce la diminuarea costului combustibilului , mic§orarea cu 15-20% a consumului de benzina pura §i a poluarii atmosferei. Producerea componentelor uleioase de ungere din ulei de rapita, alte uleiuri vegetale poate asigura un efect economic vizibil pentru Republica Moldova.
Cuvinte cheie: securitatea energetica, culturi energetice, biodisel, bioetanol.
VEGETATIVE RAW MATERIAL FOR RECEPTION OF THE PETROLEUM PRODUCTS AND ENERGY SECURITY OF REPUBLIC OF MOLDOVA
Abstract
The problem of increase of energy security of Republic Moldova is examined due to use of own power resources. Application of a biodiesel engine, bioethanol in mixes with traditional kinds of fuel (diesel fuel and gasoline) is possible without updating a design of existing engines of internal combustion and can be economic for agriculture and on transport. Results of experiments on definition износоустойчивости lubricants received of vegetative raw material of local manufacture are resulted. Use of bioethanol as the additive to gasoline will lower his{its} cost, will reduce consumption of gasoline to 1520 % and will allow to reduce considerably harmful emissions in an atmosphere, ecological safety that will favorably be reflected on health of the population will be
raised. Manufacture of lubricants with use рапсового oils also will allow to receive serious economic benefit.
Key words: energy security, power cultures, biodiesel engine, bioethanol
Основными источниками энергии в настоящее время являются: нефть, природный газ и уголь. Однако, цены на них постоянно растут. Кроме того, при их сжигании, в атмосферу выбрасывается большое количество опасных соединений. Поэтому все большее внимание привлекают альтернативные виды топлив, ресурсы для получения которых не иссякают.
Один из факторов, который оказал влияние на интенсивность проведения исследований возможностей получения топлив растительного происхождения - цены на энергоносители, влияющие на энергетическую безопасность ряда государств. Основные запасы нефти в мире находятся в распоряжении стран ОПЕК, которые диктуют мировые цены на энергоносители. Следовательно, обделенные нефтью государства попадают в зависимость от стран, добывающих и реализующих нефть.
Возрастающая топливная рентабельность таких культур, как растительные масла (рапсовое и др.), сахарный тростник и др., вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственные сельскохозяйственные культуры.
Кроме того, начиная с 70-х годов прошлого века, экологи, обеспокоенные возможностью наступления экологического кризиса на Земле, занялись поиском альтернативных источников энергии, в тои числе и таких веществ, которые при сгорании выделяли бы в атмосферу меньше вредных соединений. Результатом этих поисков стало установление двух путей применения растительных масел для дизельных двигателей: один предполагал получение биодизельного топлива путем этерификации (эфиризации) масел до кондиций минерального дизельного топлива, а второй - использование растительных масел взамен обычного дизельного топлива. Первый путь получил более широкое распространение
В связи с тенденцией роста цен на ископаемое (минеральное) топливо производство биодизеля на основе растительных масел (в том числе и рапсового) становится все более привлекательным.
По данным продовольственной и сельскохозяйственной организаций ООН в сезоне 2003-2004 годов было собрано 36 млн.тонн семян рапса, а в 2004-2005 - 46 млн.тонн.
Первые сведения о рапсе относятся к глубокой древности: рапс возделывали на семена в Индии примерно 4000 лет назад, в Китае и Японии - 2000 лет назад. В Азии и Средиземноморье рапсовое масло использовали для освещения в связи с тем, что оно давало бездымное пламя. В Европе рапс выращивали еще в XIII столетии, а рапсовое масло использовали как для приготовления пищи, так и для освещения.
В дальнейшем было установлено, что на металлических поверхностях рабочих органов машин в присутствии паров воды, рапсовое масло удерживается лучше других, вследствие чего его стали применять как основу смазочных сред для паровых и других машин. Рапсовое масло используют в часовой промышленности на операциях штамповки зубчатых колес часовых механизмов [1].
Культивируемые в настоящее время сорта рапса могут иметь урожайность до 30 ц/га. В настоящее время, особенно в связи с появлением безэруковых сортов рапса, по сбору семян и производству рапсового масла оно вышло на пятое место в мире: примерно 10% от общего объема производства всех масличных растений [2].
У рапсового масла одно и, очень важное, преимущество - оно служит исходным сырьем для получения биодизельного топлива, которое в странах Европы постепенно расширяет свое присутствие на рынке топлив. Впрочем, биодизельное топливо можно получать и из других растительных масел: пальмового, соевого, из семян винограда и
cемян хлопка. Из всех производимых растительных масел - рапсовое наиболее дешевое. Как известно, первый дизельный двигатель работал на арахисовом масле, а полученное затем дизельное топливо из нефти было дешевле и вытеснило растительное масло из употребления в качестве топлива для дизельных двигателей. По экологическим параметрам биодизельное топливо (биодизель) значительно превосходит обычное (в обиходе называемое соляркой - соляровым маслом).
По этой причине, страны ЕС согласно Директиве Европарламента обязаны производить и использовать биодизельное топливо, доля которого на рынке к 2010 году должна составлять примерно 6,0 % (в настоящее врем около 2%), что по объему должно составлять примерно 13 млн. тонн. В настоящее время в Германии производится порядка 1,3 млн. тонн биодизеля и она является лидером среди стран ЕС. Причем продажная цена биодизеля на 10-15% ниже, чем у дизельного топлива.
В Молдове, в Бриченском районе, в настоящее время совместно с германскими фирмами строится завод по производству рапсового масла с выделением пахотной земли для возделывания рапса по технологии и с использованием их набора сельскохозяйственных машин.
В Молдове сырьем для получения биодизеля может служить масло, получаемое как из семян винограда, так и из виноградных выжимок, которые являются отходами винодельческих и сокоэкстракционных производств, перерабатывающих ягоды винограда. Выжимки содержат до 25% семян.
Как показала практика возделывания рапса, эта белково-масличная культура обладает рядом бесспорных преимуществ [2]:
- высокая урожайность: с каждого гектара посевов может быть получено по 1000-1100 кг масла ( в сравнении с 600-700 кг при выращивании подсолнечника) и более 1000 кг белка;
- широкий ареал возделывания и малая зависимость урожаев от климата;
- высокая масличность семян (до 43-45%) и биологическая ценность белков рапса (80%);
- зеленая масса растений рапса успешно может использоваться в силосовании, так как богата белком (16-31% на абсолютно сухое вещество), аскорбиновой кислотой (100 мг и выше на 100 г.), каротином (4-7 мг на 100 г. сырого вещества);
- такие масличные растения, как подсолнечник, рапс и др. улучшают структурный и химический состав почв в системах севооборота.
Каковы же преимущества биодизельного топлива (иногда называемого биодизелином)?
Основные из них:
- экологичность: он сгорает практически без токсичных отходов и, что очень важно, количество сажи (твердых частиц) в продуктах сгорания уменьшается наполовину в сравнении с минеральным дизельным топливом, а сажа, как известно, является носителем канцерогенных соединений, которые вызывают раковые заболевания у людей; попадая в почву биодизельное топливо в течение 28 дней практически полностью (на 90 - 99%) разлагается микроорганизмами, содержащимися в почве; при сжигании биодизеля уменьшается количество углекислоты в продуктах сгорания, что снижает интенсивность возникновения парникового эффекта. При сгорании биодизеля выделяется ровно столько же углекислого газа, сколько было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла. Дымность выхлопных газов снижается на 50-60%. Следовательно, называть биодизель экологически чистым топливом неверно. Он дает меньшее количество выбросов углекислого газа в атмосферу, но не сводит их
полностью. Биодизель, как показывают опыты, при попадании в воду не причиняет вреда ни флоре, ни фауне;
- биодизель может быть использован в машинах, техническое состояние которых не позволяет их дальнейшую эксплуатацию, используя минеральное дизельное топливо. Биодизель из рапсового масла отличается и большим количеством кислорода, по сравнению с обычным дизтопливом (10,8 %), поэтому он лучше сгорает в двигателе;
- низкая сернистость, повышающая срок службы катализаторов, которые минимизируют вредные выбросы с помощью оксиката, превращающего углеводороды и окись углерода в воду, и углекислый газ. Оксикат чувствителен к присутствию в топливе серы, "отравляющей" катализатор на длительное время и приводящей к увеличению выброса остаточных частиц. Поэтому особенно важно, что биодизель в сравнении с минеральным дизтопливом почти не содержит серы (<
0,001% против - < 0,2 %). По требованиям Евростандарта, начиная с 2005 года, дизельное топливо должно содержать не более 50 ppm (0,05%) серы;
- хорошие смазочные и противоизносные характеристики. Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные свойства. Биодизель, несмотря на практически полное отсутствие серы, характеризуется хорошими смазочными показателями, что обусловлено его химическим составом и наличием в нем кислорода;
- при использовании биодизеля, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%, что весьма существенно, так как топливный насос является достаточно дорогим узлом в дизельном двигателе;
- температура вспышки в открытом тигле для биодизеля 120 °С (у дизельного топлива
55оС), что позволяет назвать его пожаробезопасным топливом, которое можно использовать на стационарных установках в закрытых помещениях и на транспортных средствах для перевозки пожароопасных веществ и людей.
Каковы же недостатки биодизельного топлива?
Во-первых, биодизель интенсифицирует химическое изнашивание деталей дизельного двигателя, так как является более агрессивным, чем обычное дизельное топливо. Агрессивность проявляется и в лучших моющих свойствах биодизеля, которые способствуют удалению различных нефтепродуктов и их производных с деталей, образующихся в процессе работы дизельного двигателя. Биодизель относительно агрессивен по отношению к резиновым деталям. Проведенные исследования показали, что при использовании смеси биодизеля и минерального дизтоплива в пропорции 30:70 отрицательное воздействие на резину не является таким явным и смесь можно использовать в обычных двигателях, не изменяя их конструкции и требований к эксплуатации.
Во-вторых, в отличие от Европы, где зимы мягче чем в Молдове, в холодное время года эффективность биодизеля в наших условиях будет сравнительно ниже.
В-третьих, при работе дизельного двигателя на биодизеле его мощность может снизиться примепрно на 10%, а расход топлива повыситься также примерно на 10%.
Какова же технология получения биодизеля?
Рапсовое масло по технологии получения практически ничем не отличается от получения подсолнечного масла и других растительных масел. Она не является сложной, так как может быть реализована как на стационарных (заводских), так и на
передвижных установках. Отличие заключается в себестоимости продукта: при производстве на заводе - биодизель дешевле.
Биодизель - это не что иное, как метиловый эфир, обладающий свойствами горючего материала. Eсли биодизель получен из рапсового масла, то в этом случае необходимо указывать что метиловый эфир является рапсовым или рапсовый метиловый эфир (РМЭ).
Процесс получения биодизельного топлива представлен на рис.1.
Рзпсовое масло Метанол Катализатор
1 Г =50„ Г 00 °С
Реакция зтерификации
Разделение
Очистка Очистка
V ' *
биодизель Глицерин
Рис.1. Процесс получения биодизеля и глицерина.
Сырье для получения рапсового масла - семена рапса должны соответствовать ГОСТ 10583-76, который делит их на два типа: тип I - cемена озимого рапса; тип II -семена ярового рапса. Влажность семян не должна превышать 15% (при базисной норме 12%).Они не должны быть заражены вредителями хлебных запасов. Наличие семян клещевины в семенах рапса не допускается [1]. До 1990 года рапс высевался главным образом в Украине.
Как известно, молекулы жира состоят из так называемых триглицеридов: соединений трехвалентного спирта глицерина с тремя жирными кислотами. Для получения метилового эфира необходимо к девяти массовым частям растительного масла добавить одну массовую единицу метанола, а также небольшое количество щелочного катализатора. Ингридиенты перемешивают в специальных реакторах при воздействии температуры 50-80°С и нормальном атмосферном давлении. После отстоя и охлаждения жидкость расслаивается на фракции: глицерин (тяжелая) и метиловый эфир (легкая). Эти два продукта образуются в результате химической реакции этерификации или эфиризации. Побочный продукт глицерин можно использовать в фармацевтике и лакокрасочной промышленности.
Метиловый эфир обладает хорошей воспламеняемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом, которое равно 56-58% и определяется содержанием цетана
(С16Н34) в его составе. В минеральном дизтопливе доля цетана составляет 50-52%. Чем больше цетановое число, тем быстрее топливо воспламеняется, что позволяет легче запустить двигатель, что особенно актуально для зимнего периода. Двигатель работает с меньшим уровнем шума и меньше изнашивается. Благодаря такому свойству метиловый эфир, получаемый из растительных масел и жиров, и был назван биодизелем, так как по своему молекулярному составу почти идентичен минеральному дизельному топливу.
Плотность биодизеля при температуре150С равна 0,875-0,890 г/мл. Кинематическая вязкость дизтоплива при температуре 40° С составляет 4,5 мм2/с, а для биодизеля - 3,5-5,0 мм2/с. При этом он легче фильтруется через очистительные фильтры, его текучесть лучше, но более вязкое топливо обладает лучшими герметизирующими свойства.
Например, дизтопливо производимое на Комратском нефтеперерабатывающем заводе из нефти добываемой в Молдове, обладает очень низким цетановым числом <40, Введение в его состав биодизеля при определенном соотношении ингредиентов, позволит поднять его цетановое число до величины, обеспечивающей нормальную работу дизельного двигателя и при выполнении требований Евростандарта 2000 года на параметр цетановое число, т.е. при доли цетана не менее 51% .
Как использовать биодизельное топливо?
Использовать в чистом виде, как отдельный тип топлива которое состоит на 100% из метилового эфира.(марка BD-100) или в качестве добавки к минеральному дизтопливу при соотношении ингредиентов от 5 до 35 % ? В США наиболее распространена марка BD-20. Оптимальная смесь биологического дизельного топлива получается для 35 % биодизеля и 65 % обычного дизельного топлива. Соотношение компонентов топлива можно увеличить до 50%. Добавка биодизеля в минеральное дизтопливо, не приводит к необходимости выполнения модификации дизельного двигателя.
Установлено, что чем севернее произрастает рапс, тем менее экологичнее топливо из него. Дополнительная очистка и кондиционирование приводят к повышению себестоимости топлива из него. Использование рапсового масла в качестве 10%-й добавки к дизельному топливу (аналогично кислородсодержащим добавкам к бензину) хорошо зарекомендовало себя только в жарких и теплых климатических условиях. При использовании таких добавок в холодных климатических условиях в выхлопных газах дизельных двигателей наблюдается увеличение выброса загрязняющих веществ.
Почему нельзя использовать растительные масла в «чистом» виде в качестве топлива?
В двадцатые годы прошлого века в Германии был разработан и изготовлен небольшой трактор "Ланц-Бульдог", двигатель которого одинаково хорошо работал на минеральном дизтопливе, бензине, растительном масле.
При использовании растительных масел вместо дизтоплива возникают проблемы: масла не могут длительно применяться в обычных двигателях с
непосредственным впрыском, так как сгорают не полностью. Это приводит не только к их смешению с моторным маслом, но и к отложению продуктов коксования на форсунках, деталях цилиндро - поршневой группы. Причина - вязкость масел, которую можно понизить нагреванием или разжижением минеральным дизтопливом. Например,
рапсовое масло имеет температуру застывания от - 4 до -10оС (табл.2) . То есть, в зимнее время возникает проблема его прокачки из топливного бака к топливному насосу и далее к форсункам. В моторах с предкамерой и вихрекамерой масло дополнительно подогревается перед воспламенением, и таким образом обеспечивается его лучшее смешение с воздухом и более полное сгорание. Существуют, так называемые, всеядные двигатели внутреннего сгорания, которые могут работать на дизтопливе, бензине, авиационном керосине, растительном масле. Такие двигатели отличаются очень высокой ценой и используются на армейских самоходных средствах: танках, бронетранспортерах, боевых машинах и армейских грузовиках. Так что, использование биодизеля пока выгоднее растительного масла.
В настоящее время потребности транспорта, промышленности и сельского хозяйства Молдовы в энергоносителях практически на 100 % удовлетворяются углеводородными видами топлива - углем, минеральным дизельным топливом, бензином а также природным газом. Одна из причин ухудшения финансового положения аграрного сектора страны - постоянно возрастающие цены на ГСМ. В связи с этим есть необходимость задуматься о возможностях производства и использования различных видов топлив, которые можно производить из возобновляемых источников сырья растительного происхождения: биодизеля и этанола. Производством рапсового масла могут заняться производители сельхозпродукции и использовать его в качестве базового ингредиента, к которому добавляют минеральное дизельное топливо. Такой «коктейль» можно использовать только в период плюсовых температур воздуха. Этот способ практикуется фермерами в США и Южной Америке. Полезный опыт в этом имеется и в России. Кабардино-Балкарской сельскохозяйственной академией с 1995 года проводились испытания по использованию рапсового масла на экспериментальных двигателях Д-240 и ГАЗ-52. Для двигателя Д-240, согласно опытным данным, рекомендуется следующий состав топлива: 75 % рапсового масла и 25 % минерального дизельного топлива. Той же академией были выполнены расчеты производства и использования рапсового масла для фермерского хозяйства с общей посевной площадью 100га.: если на 20 га будет возделываться озимый рапс, то при урожайности в 25 ц/га с этой площади можно собрать 50 тонн маслосемян, а из них получить 16 т масла. При пятипольном севообороте на выполнение всех работ потребуется 10,8 т. моторного топлива в год, соответственно, необходимо 8,1 рапсового масла. Его остаток можно продать или использовать для других целей.
В таблице 1 приведены величины издержек при производстве биодизеля
Таблица 1
Издержки при производстве биодизеля в зависимости от мощности установки (на примере Германии)
Мощность установки, тонн/год 2.000 15.000 75.000 80.000 125.000
Инвестиции, млн. евро 1.5 10.0 12.5 10.0 25.0
Производственные издержки, евро/тонна 288 196 76 64 87
Следовательно, используя рапсовое масло для производства биодизеля и используя его в сочетание с минеральным дизельным топливом, Республика Молдова может решить проблему обеспечения машин для сельскохозяйственного производства
и транспортных средств моторным топливом для дизельныхо двигателей и при этом значительно оздоровить воздушный бассейн.
Есть еще один способ снижения вредных выбросов в атмосферу с одновременной экономией углеводородного топлива - бензина. Суть его состоит в добавлении в бензин биоэтанола - этилового спирта, который можно получать из растительного сырья.
В США в настоящее время производится порядка 60 миллиардов литров биоэтанола, являющегося побочным продуктом глубокой переработки зерна кукурузы. К 2012 году эту цифру планируется удвоить, на что фермерам будет выделено 7 млрд. долларов.
Добавка этанола в бензин удешевляет его, а выхлопные газы становятся практически безвредными. В настоящее время соотношение бензина и этанола: 90 и 10% или 85 и 15%. Для существенного снижения стоимости бензина это соотношение необходимо довести до 80 и 20%. То есть, экономия бензина может составить 20% при серьезном экологическом эффекте. Этанол можно получать из картофеля, ржи, ячменя, рапса и пр. Следовательно, Республика Молдова в состоянии значительно сократить потребление бензина.
В настоящее время существует еще один путь - использование экологически чистого моторного топлива нового поколения - диметилового эфира (ДМЭ). Диметиловый эфир:СН3-О-СН3 является достаточно инертным газом и разделяется только при красном калении. Его можно получать из диметилсульфата нагреванием с окисью меди или из метанола с помощью серной кислоты:
t < 100^
СН3ОН + Н2SO4-----------------^ CHзOSO2OH + H2O
t = 130-140^
CHзOSO2OH + CHзOH------------^ CHзOCH2 + H2O
-----------^ CHзOSO2CHз + H2O [ 3 ]/
В мире уже есть три минизавода, производящих ДМЭ: в ФРГ, Англии и России.
При сгорании ДМЭ образуется вода и углекислый газ:
СН3ОСН3 + 3 О2 = 2СО2 + 3Н2О
Немаловажно и то, что производство ДМЭ гораздо дешевле, чем того же дизельного топлива и тем более бензина. Для работы на ДМЭ двигатель внутреннего сгорания требует некоторой переделки. Испытания нового топлива в Российской Федерации на автомобиле ЗИЛ-5301 прошли успешно.
Еще одна область, где с успехом может быть использовано рапсовое масло - это производство пластичных смазочных материалов, в которых в качестве дисперсионной среды взамен минерального масла используется рапсовое масло, что делает такие смазки значительно экологичнее.
Растительные масла обладают высокой молекулярной массой (порядка 900) [1], определяющей их низкую летучесть при значительном вакууме, что позволяет использовать их как в качестве самостоятельных смазочных сред, так и в качестве дисперсионных сред при изготовлении высокоэффективных пластичных смазочных материалов для работы в обычных условиях и в условиях вакуума: в высотной авиации и на космических объектах. Организация производства пластичных смазок на основе рапсового масла позволит Молдове значительно сократить ввоз пластичных смазок
необходимых для промышленного и сельскохозяйственного производства, транспорта, а часть их экспортировать.
Нами исследовались противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства таких растительных масел как касторовое, масел из семян: винограда, томатов, рапса, арахиса, кукурузы, подсолнечника и оливкового масла [4] (табл. 2).
Цель исследования состояла в определении растительного масла, обладающего наилучшими смазочными и антифрикционными свойствами.
Основные показатели растительных масел приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Основные показатели растительных масел.
показатель Наименование масла
Касторо- вое Из семян винограда, РСТ УССР 19-1946-84 Из семян томатов, РСТ УССР 1544-79 Из семян рапса, ГОСТ 8988-77 Из семян арахиса, ГОСТ 7981-73 Кукурузное, ГОСТ 8808-73 Подсолнечное, ГОСТ 1129-73
Плотность при 15°С, г/см3 0,962 0,909.0,956 0,920.0,929 0,911. 0,918 0,911. 0,929 0,924 0,924
Температура застывания, °С -18...-10 -20.-10 -12.-7 -10.-4 -3.+3 -15.-10 40 - 9 -
Температура деструкции , оС 240...250
Молекулярная масса 850.940
Йодное число 84.88 - - 94.106 8 0 3 8 - 6 СО 1> 2
Дистилляц иионное число 33,5 - - 36,5 53 - 25
Трибологические исследования растительных масел проводились на четырехшариковой машине трения по методике ( ГОСТ 9490-75): частота вращения верхнего шара 1460 мин-1; ступенчатое повышение осевой нагрузки до наступления сваривания шаров; продолжительность каждого испытания 10 с.; идентификация нагрузки заедания -Рлр. осуществлялась по резкому возрастанию диаметра пятна изнашивания на нижних шарах; на каждой осевой нагрузке проводилось три эксперимента с поворотом шаров после каждого эксперимента, но без их извлечения, и с добавлением новой порции масла перед очередным экспериментом. Шары из стали ШХ9, твердостью НКС 60...62. Температура масла 292...294 К. Оценочными показателями противоизносных свойств масел служили величины диаметров пятен изнашивания - ё из.ср. измеренные после окончания испытаний. В конце каждого эксперимента измеряли величину силы трения, возникающей в зоне контакта шаров (с помощью тензометрического динамометра, связанного с нижней чашкой машины трения), усилителя ТА-5 и стрелочного микроамперметра М266М. Затем силу трения пересчитывали в величину коэффициента трения - Г, служившего оценочным показателем антифрикционных свойств масел.
Противозадирные свойства масел оценивались по величинам критической нагрузки, нагрузки сваривания и индекса задира.
Результаты испытаний растительных масел представлены в табл. 3. По данным таблицы, в соответствии с ГОСТ 9490-75, определяли величины индекса задира Из; критической нагрузки Ркр., которые совместно с величинами нагрузки сваривания Рс приведены в табл. 4.
Все растительные масла проявили сравнительно высокие противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства. По-видимому, это связано с тем, что основу всех масел составляют триацилглицерины, которые в процессе трения под воздействием повышенных температур в зоне контакта трущихся поверхностей, а также, окисляясь кислородом воздуха, образуют перекисные соединения, оксикислоты и продукты полимеризации.
Исходя из величин йодного и дистилляционного чисел (табл.2) можно сделать вывод о том, что рапсовое масло обладает удовлетворительной склонностью к загустению и полимеризации.
Анализ результатов испытаний (табл. 3 и 4) позволил сделать вывод о том, что рапсовое масло является наиболее пригодным для использования в качестве дисперсионной среды при изготовлении пластичных смазок.
Разработанные нами пластичные смазки [5-8] содержат в себе в качестве дисперсионной среды рапсовое масло, а в качестве дисперсионной фазы - литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты, а также вязкостную и антиокислительную добавки
- пластичная смазка многоцелевого назначения
Таблица 3.
Триботехнические характеристики растительных масел (ёиз.ср./ 1).
Осевая нагрузка, Рос, Н Касторовое Из семян арахиса Из семян томатов Из семян винограда Из семян рапса Подсолнечное е о н р урк у К
0,39 0,38 0,36 0,44 0,31 0,37 0,37
200
0,070 0,099 0,099 0,110 0,099 0,100 0,099
0,40 0,41 0,36 0,46 0,35 0,39 0,39
250
0,070 0,087 0,095 0,100 0,095 0,100 0,088
0,43 0,45 0,38 0,46 0,35 0,40 0,42
320
0,070 0,093 0,098 0,090 0,093 0,110 0,083
0,45 0,46 0,38 0,47 0,40 0,43 0,43
400
0,070 0,099 0,099 0,090 0,084 0,099 0,075
0,47 0,46 0,57 0,48 0,43 0,45 0,44
500
0,070 0,079 0,130 0,120 0,075 0,099 0,099
0,61 0,47 0,85 0,51 0,50 0,059 0,64
630
0,070 0,079 0,140 0,140 0,074 0,130 0,130
0,66 0,77 0,86 0,76 0,77 0,73 0,75
790
0,070 0,109 0,130 0,120 0,073 0,110 0,105
0,83 0,84 0,92 0,82 0,78 0,89 0,82
1000
0,070 0,099 0,120 0,120 0,074 0,099 0,100
0,94 0,89 0,92 0,85 0,84 0,90 0,89
1120
0,070 0,110 0,110 0,110 0,079 0,110 0,090
0,98 Сваривание 0,93 1,10 0,87 1,07 0,99
1260 шаров
0,070 0,110 0,099 0,780 0,100 0,090
Сварива- Сваривание Сварива- 1,00 1,30 Сваривание
1410 ние шаров шаров ние шаров шаров
0,085 0,090
1580
1780
2000
1,10
0,100
1,41
0,120
Сваривание шаров
Сваривание шаров
Таблица 4.
Показатели смазочных свойств растительных масел.
Наименование масла Индекс задира Из Критическая нагрузка Ркр, Н Нагрузка сваривания Рсв, Н
Из семян рапса 43,5 790 2000
Подсолнечное 35,4 790 1580
Кукурузное 35,0 790 1410
Из семян томатов 34,8 790 1410
Касторовое 34,7 630 1410
Из семян винограда 33,2 790 1410
Из семян арахиса 32,0 790 1410
На ее основе разработаны: смазка для холодной штамповки металлов и сплавов, смазка для шарниров равных угловых скоростей, электропроводная смазка.
Все смазки по своим реологическим и смазочным свойствам находятся на уровне лучших образцов производимых в Европе, а смазка многоцелевого назначения превосходит одну из лучших смазок в Европе - смазку Литол-24, производимую в Украине и России.
Выводы.
1. Получаемое из рапсового масла биодизельное топливо, а также использование биоэтанола в качестве добавки к бензину в значительной мере могут повысить энергетическую безопасность Республики Молдова.
2. Использование биоэтанола в качестве добавки к бензину снизит его стоимость, сократит на 15-20% его потребление и позволит значительно сократить вредные выбросы в атмосферу.
3. Экономический эффект от использования биодизеля и биоэтанола может составить внушительную сумму.
4. Производство смазочных материалов с использованием рапсового масла также позволит получить серьезный экономический эффект.
5. С использованием биодизеля и этанола существенно оздоровится воздушный бассейн Республики Молдова - повысится и экологическая безопасность, что благоприятно отразится на здоровье населения.
Литература
1. В.Г.Щербаков. Биохимия и товароведение масличного сырья. М., Изд-во «Пищевая промышленность», 1979. 336 с.
2. В.Д.Надыкта, М.К.Муртазалиева. Теоретические аспекты и практические рекомендации по хранению семян рапса. Серия 20. Масложировая промышленность. Обзорная информация. М. АгроНИИТЭИПП. 1988.
3. Краткая Химическая Энциклопедия, М.; Изд-во «Советская Энциклопедия», т. I, с. 1121-1122.
4. А.Т.Крачун, В.У.Морарь, С.В.Крачун. Исследование смазочных свойств некоторых растительных масел. Минск, 1990. Изд-0во «Навука и тэхника». Журнал «Трение и износ» Т.11, №5. С.929-932.
5. Patent Nr. 778 (MD). Plastic grease. A.Craciun, V.Moraru, S.Craciun. B.O.P.I. Nr. 7, 1997, p.30- 31.
6. Patent Nr. 1029 (MD). Lubricant for metals cold processing under pression. A.Craciun, V.Moraru, S.Craciun. B.O.P.I. Nr. 9, 1998, p.24.
7. Patent Nr. 1065 (MD). Lubricant for angular velocities hinges. . A.Craciun, V.Moraru,
S.Craciun. B.O.P.I. Nr. 10, 1998, p.34-35.
8. Patent No. 2148 (MD). Electrically conducting lubricant. A.Craciun, , S.Craciun, T.Sajin. B.0.P.I.No.4/2003, p.26
