CC BY
148
УДК 665.11
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
© С.В. Романцова, С.В. Бодягина, С.А. Кривец
Ключевые слова: биодизельное топливо; плотность; кинематическая вязкость; корреляция; аппроксимация. Исследована взаимосвязь плотности и вязкости биодизельного топлива, полученного из различных видов растительных масел. Установлено, что зависимость плотности биодизельного топлива от температуры носит линейный характер. Зависимость вязкости биодизельного топлива от температуры и плотности является экспоненциальной.
В последнее время в связи с все более широким использованием растительных масел и продуктов их переработки в качестве компонентов смесевых дизельных топлив возрос интерес к исследованию их теплофизических характеристик.
Поскольку чистое растительное масло практически не используется в качестве топлива для дизельных двигателей, больший интерес представляет существование корреляции между вязкостью и плотностью для биодизельного топлива (метиловых эфиров высших алифатических кислот).
Было исследовано биодизельное топливо, полученное из рапсового, льняного, кукурузного, подсолнечного масел и масла редьки. Кинематическую вязкость v (мм2/с) определяли с помощью стеклянного вискозиметра в соответствии с ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94), плотность p (кг/м3) измерялась ареометром по ГОСТ Р ИСО 3675-2007. Обработка опытных данных проведена с помощью пакета MS Excel: построены линии тренда и определены параметры аппроксимационных формул.
Зависимости вязкости и плотности исследуемых биотоплив от температуры приведены на рис. 1 и 2.
Зависимость плотности метиловых эфиров растительных масел от температуры носит линейный характер. Такая же зависимость характерна и для раститель-
ных масел. Абсолютные значения плотности для биодизельного топлива, полученного из разных масел, несколько отличаются, но угол наклона линий тренда практически одинаков. Зависимость плотности нефтяного дизельного топлива от температуры также представляет собой прямую линию с несколько большим углом наклона линии тренда (р = - t + 846).
Зависимость динамической вязкости масел от температуры является экспоненциальной. Наши исследования показали, что для описания зависимости кинематической вязкости биодизельного топлива от температуры также наиболее приемлема экспоненциальная функция. Однако соответствующую зависимость для товарного нефтяного дизельного топлива наилучшим образом отражает степенная функция (величина достоверности аппроксимации Я2 составляет 0,986), несколько ниже эта величина для логарифмической зависимости (Я2 = 0,979) и еще ниже для экспоненты (Я2 = = 0,958). Таким образом, несмотря на большую разницу в абсолютных величинах, вязкостно-температурные свойства метиловых эфиров растительных масел ближе к зависимостям, характерным для растительных масел, чем для нефтяного дизтоплива. Это может быть связано с тем, что и растительные масла, и получаемые из них биотоплива относятся к одному и тому же классу органических соединений - сложным эфирам, в то
Уред 2/с 1 ^ 10,42e0'0iT = 0,997
С / v кукур R2 = 9,300e°'olt = 0,965
а\\
у/ >Уподс = 1С k r2 = c ,41e-°'0it ,988
\'/= 8,514е R2 - 0,98: 0,01t / \Ч
^рап с = 9,992е°'ш R2 = 0,991 1
10
Рис. 1. Экспериментальные зависимости плотности биотоплив от температуры
30
50
70
Т,°С
v
2 ' Pfl /с 1 R2 \ > 10,42e'°'01t ,= 0,997
KVKVP * R2 = 9,300e °'01t = 0,965
/ под с " ^ С R2 = c ,41e-°,01t ,988
vnm 8,514e R2 = 0,98; -o,oit / /
' pan c = 9,992e001 R2 = 0,991 1
10
30
50
70
Т,°С
Рис. 2. Экспериментальные зависимости кинематической вязкости биотоплив от температуры
Рис. 3. Зависимость вязкости биодизельного топлива в полулогарифмических координатах; биодизельное топливо изготовлено из: 1 - льняного масла, 2 - кукурузного масла, 3 - подсолнечного масла; 4 - масла редьки, 5 - рапсового масла
V
кг/м3
Рис. 4. Регрессионные зависимости для биодизельного топлива
время как в состав дизельных топлив преимущественно входят предельные и непредельные углеводороды.
С повышением температуры вязкость биотоплива понижается, но экспоненциальная зависимость неудобна для экстраполяции и для расчетов вязкости. Поэтому кривую зависимости вязкости от температуры строят в полулогарифмических координатах, в которых эта зависимость должна приобрести практически прямолинейный характер.
Однако на кривых зависимости вязкости биодизельного топлива в аррениусовских координатах четко виден перегиб при 303 К, что свидетельствует об изменении коллоидной структуры масла до и после этой температуры.
На рис. 4 полученные экспериментальные данные представлены в координатах вязкость - плотность, что дает наглядное представление о существовании корреляционной зависимости между этими теплофизическими характеристиками для компонентов биодизельного топлива.
Из представленных данных видно, что зависимость экспоненциальная, также как и для необработанных растительных масел.
Наличие регрессионных зависимостей позволяет определять теплофизические характеристики биодизельного топлива при различных температурах.
Поступила в редакцию 21 декабря 2009 г.
Romantsova S.V., Bodjagina S.V., Krivets S.A. Interrelation of density and viscosity of biodiesel fuel.
The interrelation of density and viscosity of the biodiesel fuel received from various kinds of vegetable oils is investigated. It is established that dependence of density of biodiesel fuel on temperature has linear character. Dependence of viscosity biodiesel from temperature and density represents to an exhibitor.
Key words: biodiesel fuel; density; kinematic viscosity; correlation; approximation; регрессионные formulas.
