Получение метил рапсовых эфиров, технологические схемы, балансы, условия, катализаторы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Казанский национальный исследовательский технологический университет"

Институт нефти, химии и нанотехнологий

Кафедра технологии основного органического и нефтехимического синтеза

Реферат

Получение метил рапсовых эфиров, технологические схемы, балансы, условия, катализаторы

Выполнил:

Мухамедьянова К.

Гр. 415-М11

Проверил: д.т.н.

Хуснутдинов И.Ш.

Казань, 2016



Введение

Развитие российской энергетики связано с диверсификацией топливного баланса. Однако разработка новых технологий атомной, термоядерной и водородной энергетики, высокотемпературной сверхпроводимости находится на стадии научных исследований, завершение которых требует значительных финансовых средств. Широкомасштабная реализация этих технологий возможна только в долгосрочной перспективе.

Расширение использования возобновляемых источников энергии -- приливов, ветра, солнца, волн водных объектов, геотермальных вод, биомассы, включая органические отходы, а также альтернативных видов моторного топлива уже сегодня является актуальной задачей. Ее решение в перспективе будет способствовать улучшению качества топлив, сокращению расходов на энергообеспечение в Российской Федерации, снижению уровня антропогенного воздействия на окружающую среду и климат, а также развитию экспорта инновационных технологий и оборудования.

Очевидно, что Российская Федерация должна обладать собственными технологиями получения энергоносителей, в том числе моторных топлив из возобновляемого сырья растительного происхождения. Наибольшее распространение получили биотоплива двух типов: биоэтанол, получаемый по традиционной технологии сбраживания сахаров, и биодизель, который получают в основном из рапсового, пальмового и соевого масел путем переэтерификации метанолом соответствующих триглицеридов жирных кислот.

Технология получения биодизельного топлива предусматривает использование гомогенных кислотных или щелочных катализаторов: серной кислоты, едкого натра, метилата натрия и др. Эти катализаторы позволяют проводить процесс в мягких условиях (температура -- 60-90°С, давление -- 0,1 МПа), однако необходимость их нейтрализации приводит к образованию большого количества стоков. Получаемый при этом побочный продукт - глицерин из-за значительного содержания в нем хлорида натрия не имеет коммерческого применения. В связи с этим во многих странах ведется разработка технологии с использованием гетерогенных катализаторов переэтерификации, обеспечивающей получение чистых продуктов: биодизеля -- метиловых эфиров жирных кислот (МЭЖК) и глицерина.[1]

На основании научных исследований установлено, что перспективным альтернативным топливом ДВС является топливо, которое получают путем смешивания жидких углеводородных топлив и производных рапсового масла (РМ) - метиловых эфиров РМ (МЭРМ). В табл. 1 приведены физико-химические показатели ДТ и МЭРМ.

Показатель	Значение показателя
	ДТ	МЭРМ
Плотность, кг/м3 при t = 20°С	826	877
Кинематическая вязкость, мм2/с при 20°С	3,83	8,0
Поверхностное натяжение, Н/м при 20°С	27,1х103	30,7х103
Цетанове число, не менее	45	48
Температура возгорания °С, не менее	60	56
Температура застывания °С, не более	-10	8
Коксуемость 10% остатка, %, не более	0,5	0,3
Испытание на медную пластину	выдерживает	не выдерживает
Кислотное число, мг КОН/г	0,06	0,5
Содержание серы, %, не более	0,2	0,02
Содержание золы, %, не более	0,02	0,02
Содержание воды, %	отсутствует	отсутствует
Суммарное содержание глицерина, %, не более	-	0,3
Нижняя теплота сгорания, МДж/кг	42,5	37,1

В странах Западной Европы, в Германии, Франции, Австрии и Италии отдают предпочтение метилированному рапсовому маслу. Например, в Германии уже более чем на 1000 станциях заправляют автомобили биодизельным топливом.

При урожае семян рапса 30 ц/га можно производить около 1200 л биодизельного топлива (БДТ).

Стоимость БДТ на основе смеси рапсового масла, как правило, ниже рыночной цены нефтяного дизтоплива. Но даже при условии равной цены целесообразность использования БДТ диктуется высокими ценами на нефть, требованиями экологии. Положительные результаты по производству БДТ получены за рубежом. За последние 10 лет спрос на БДТ вырос до 2 млн. тонн. Половина этого объема потребляется в Германии, где БДТ не облагается налогом и стоит на 0,25 евро/л дешевле дизельного топлива нефтяного происхождения. [2]



1. Производство биодизеля

1.1 Сырье. Почему именно рапс

Для производства биодизеля подходят любые растительные масла, твердые масла животного происхождения, отходы масложирового производства или скотобоен.

В качестве растительных масел могут использоваться подсолнечное, рапсовое, льняное и др. В зависимости от используемого сырья качественные показатели биотоплива разнятся. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но быстро замерзает при относительно высоких температурах. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод.

Таблица 2. Объем производства растительного масла с 1 га некоторых сельхозкультур

Оптимальным сырьем для производства биодизеля служит рапс. Процент выхода дизельного топлива из 1 т рапсового масла - 96%.

По удельному весу в мировом производстве масличных культур рапс занимает третье место после сои и хлопка, опередив подсолнечник.

Различают двух сортов рапс - озимый и яровой с несколько различными показателями урожайности и масличности. Урожайность маслосемян сортов озимого рапса может достигать 60 ц с га, а яровых сортов - 45 ц с га. Среднее содержание масла в семенях - 40-50%.

Рапс является отличной культурой для севооборота с пшеницей. Он хорошо структурирует почву, в результате повышение урожайности зерновых, посеянных после рапса, составляет до 10-15 ц с га.

1.2 Получение рапсового масла

На мировом рынке предложен большой спектр комплектов оборудования по производству растительных масел, некоторые из них без особых проблем можно переоборудовать в минизаводы для получения биотоплива. Высокая стоимость предлагаемых комплектов оборудования связана с наличием ряда машин для подготовки семян перед извлечением из них масла, но учитывая, что такое оборудование имеется практически в каждом хозяйстве, появляется возможность снизить цену на минимаслозавод и включить в линию машины по производству биотоплива, такие как: пресс- фильтр, нейтрализатор-смеситель и дополнительные ёмкости под сопутствующее сырьё.

Более доступным и апробированным в условиях АПК является прессовый способ прессования шнековыми прессами. Поскольку выход прессового масла более 30% приведёт снижению его качества, в технологической линии по производству биотоплива исключают двойной отжим. Для получения 300 - 500 т. в год биотоплива на основе рапсового масла, производительность линии (по семенам) составляет 200 - 250 кг/ч.

Достижение желаемых свойств биотоплива определяется необходимыми требованиями к сырью и техническими условиями каждой стадии производства. Основные требования, предъявляемые к семенному материалу: влажность семян перед прессованием должна составлять не более 7 %, вес 1000 семян 3 - 4 г, степень очистки 95 - 99 %, кислотное число масла в семенах - не более 5 мг КОН.

Соответствующие требованиям семена рапса из засыпной ямы винтовой конвейером подаются к шнековому прессу под углом 30 градусов. Жмых перемещается ленточным транспортёром в бункер. Масло из поддона пресса перекачивается центробежным насосом в свободный отстойник, где производится восьмичасовое горячее отстаивание.

1.3 Технологическая схема

Условные обозначения: К - краны шаровые не управляемые; КУ - краны шаровые управляемые; ППМ - проточный маслонагреватель; Ф - фильтр сетчатый; Н - насос; R - расходомер (ротаметр); ВР - вентиль регулирующий; КО - клапан обратный; См - смеситель гидродинамический; НК - смеситель гидромеханический; Р - датчики давления; t0 - датчик температуры; ДУ - датчик уровня.

Технологический процесс следующий. Растительное масло из емкости 1 через сетчатый фильтр F1 и потоковый нагреватель, PPМ подается в гидродинамический смеситель СGD насосом H1. Поток масла контролируется расходомером P1. Предварительно смешанный раствор катализатора в метаноле подается из емкости 3 в вакуумную камеру гидродинамического смесителя через регулятор BP и расходомер P2. Смешивание раствора выполняется насосом H2. Раствор берется поочередно из емкостей 3.

Первая стадия перэтерификации производится в гидродинамическом смесителе. Финальная стадия реакции происходит в насосе-смесителе HK. Интенсивный кавитационный процесс в гидродинамическом смесителе и насосе-смесителе приводит к разрыву молекул жирных кислот, что значительно ускоряет реакцию и улучшает качество топлива. После насоса-смесителя, смесь попадает в колонны 4, где разделяется на биодизель и водно-глицериновую смесь. Топливо затем проходит через фильтр - влагоотделитель FВО и насос H3.

Одним из важнейших условий получения качественного биодизельного топлива является суровое соблюдение технологии и регламента производства. Полный технологический процесс переработки масличных семян в биодизель можно разбить на три этапа: 1) прием масличного сырья, хранение и операции по подготовке семян к извлечению масла; 2) извлечение масла, его очистка, нейтрализация, вымораживание, другие подготовительные к этерификации операции, хранение и подача к участку производства метиловых эфиров жирных кислот; 3) производство биодизельного топлива из масла на линии этерификации, добавление присадок, его хранение, смешивание и отправка.

Первый и второй этап являются традиционными для линий производства растительного масла - как пищевого, так и технического целевого назначения. Подогревание масличных семян выше температуры 60°С отрицательно влияет на качество сырья для производства биодизеля. При "холодном" методе отжима температура масла не превышает 50-60°С. Данный метод, в отличие от экстракции, полностью нейтральный для окружающей среды, а жмых после холодного прессования является ценным кормом для всех видов животных (при соответствующих пропорциях в кормовых смесях). Добычу масла шнековыми прессами "холодным" методом возможно и целесообразно внедрять как на малых фермерских, так и на больших сельскохозяйственных предприятиях.

С химической точки зрения растительное масло состоит из смеси триглицеридов высших жирных кислот (94-96%), сопутствующих жирорастворимых веществ, свободных жирных кислот, воды и нерастворимых в жирах примесей. Из этих веществ лишь триглицериды жирных кислот и свободные жирные кислоты в процессе производства биодизеля можно превратить в метиловые эфиры жирных кислот.

Другие ухудшают качество конечного продукта, а в худшем случае еще и отрицательно влияют на процесс получения и выход биодизельного топлива. Поэтому растительное масло следует подвергнуть операции очистки триглициридов, при наличии восков необходимо вымораживание.

Требования к качеству рапсового масла, которое следует использовать в процессе производства метиловых эфиров жирных кислот для дизельных двигателей, приведены в таблице 2. На третьем этапе производства биодизеля, в зависимости от принципа организации процесса производства, выделяют две технологии получения биотоплива: - периодическую, при которой процесс получения биодизеля проходит в разное время последовательно в несколько отдельных стадий, имеет широкую гамму относительно простого и дешевого оборудования для разных масштабов производства; - непрерывную, когда все отдельные стадии производства биодизеля происходят одновременно и параллельно (в потоке). Преимущество данной технологии в меньших размерах оборудования, но она сложнее.

Контролировать качество биодизеля труднее, чем при периодическом процессе.



1.4 Химизм процесса

Метиловые эфиры жирных кислот для дизельных двигателей получают из триглицеридов масел реакцией алкоголиза (ее еще называют трансэстерификацией), а из свободных жирных кислот - этерификацией. Если кислотное число растительного масла меньше 2 (табл. 1), технологический процесс производства биодизельного топлива упрощается, необходима только реакция трансэстерификации. В другом случае, чтобы не усложнять производственный процесс дополнительной операцией, масло нейтрализуют. Поэтому алкоголиз является ключевой операцией производства биодизельного топлива.



Алкоголиз - это химическая реакция взаимодействия триглицеридов с низкомолекулярными спиртами с образованием эфиров соответствующих кислот и глицерина. Этот процесс широко используется для промышленного и лабораторного получения сложных эфиров жирных кислот. Если в этом процессе используется метанол, то реакция называется метанолиз. Наличие катализатора и нагрев реактора ускоряют процесс и повышают полноту преобразования триглицеридов в метиловые эфиры жирных кислот.

Периодический процесс метанолиза со щелочным катализатором в реакторах с перемешива щим и нагревающим устройствами - простейший и наиболее распространенный вариант производства биодизеля. Он дает высокий выход метиловых эфиров жирных кислот (до 95%), а если проводить трансэстерификацию в два этапа, то можно достичь выхода 98% при относительно небольших затратах времени. После проведения очистки качество биодизеля, полученного по данной технологии, отвечает требованиям европейского стандарта EN14214 и отраслевого - СОУ24.14-37-561:2007.



2. Материальный баланс

Составлен для переработки 1000 кг рапсового масла. Распределение жирных кислот, входящих в состав триглицеридов рапсового масла, приведено в табл. 3.

Таблица 3.

С учетом этого распределения усредненная формула жирных кислот имеет вид HOCOR, где R = CxHy, x = = 17,033, y = 32,336. Усредненные формулы триглицерида и метилового эфира жирных кислот имеют вид соответственно С3H5(OCOR)3 и CH3OCOR. Распределение жидких алканов в продуктах гидрооблагораживания приведено в табл. 4.

Таблица 4.

Усредненная формула жидких алканов, полученная на основе их распределения в продуктах гидрооблагораживания, имеет вид СuHv, где u = 16,457, v = 34,914. Средние молекулярные массы триглицеридов, метиловых эфиров и алканов приведены в табл. 5.

Таблица 5.

Переэтерификация триглицерида метанолом происходит по реакции

С3H5(OCOR)3 + 3CH3OH = С3H5(OH)3 + 3CH3OCOR.

Мольное отношение метанола к триглицеридам на входе в реактор переэтерификации принято равным 9:1. Ниже приведен материальный баланс в реакторе переэтерификации (количество рапсового масла на входе в реактор задано с учетом рециркулирующего масла):

Поступило, кг

Рапсовое масло 1250

Метанол 407

Получено, кг

Метиловые эфиры 1004

Глицерин 104

Рапсовое масло 250

Метанол 299

Таблица 6. Материальный баланс

	Приход, кг		Расход, кг
Рапсовое масло	1250	Рапсовое масло	250
Метанол	407	Метанол	299
		Метиловые эфиры	1004
		Глицерин	104
Итого	1657		1657



3. Преимущества и недостатки

3.1 Преимущества использования биодизеля по сравнению с обычным дизтопливом

Главное преимущество биодизеля - это то, что его производят из ресурсов, которые быстро восстанавливаются (запасы нефти, например, практически невосстановимы). К примеру, данный вопрос является очень актуальным для коллективных хозяйств, которые занимаются переработкой масла, у всех встает больной вопрос, где взять солярку к началу сезона. Ответ прост, сделать биодизель из своего же сырья и быть полностью автономными в потреблении топлива.

Растительное происхождение. Подчеркнем, что биодизель не обладает бензоловым запахом и изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения, улучшающие структурный и химический состав почв в системах севооборота. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: подсолнечное, рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, хлопковое, льняное, кокосовое, кукурузное, горчичное, касторовое, конопляное, кунжутное, отработанные масла (использованные, например, при приготовлении пищи), а также животные жиры.

Экология. Сильной стороной биодизеля так же является то, что он при сгорании выбрасывает в атмосферу гораздо меньше вредных газов (биодизель в сравнении с минеральным аналогом почти не содержит серы (< 0,001 %, тогда как минеральное дизтопливо < 0,2 %)). В мировой практике лимитируется ряд компонентов выхлопных газов, среди них: монооксид углерода СО, несгоревшие углеводороды, окислы азота NOX и сажа. Очевидны преимущества биодизеля по показателям продуктов сгорания: монооксида углерода, углеводородов, остаточных частиц и сажи. В ЕС производство биодизеля давно получило поддержку правительства, так как рассматривается как стратегическое направление развития топливной отрасли.

Биологическая безвредность. По сравнению с минеральным маслом, 1 литр которого способен загрязнить 1 млн литров питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны, биодизель, как показывают опыты, при попадании в воду не причиняет вреда ни растениям, ни животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за месяц перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на альтернативное топливо.

Меньше выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни. Тем не менее, следует заметить, что назвать биодизель экологически чистым топливом было бы неверно. Он дает меньшее количество выбросов углекислого газа в атмосферу, чем обычное дизтопливо, но все-таки это не нулевой выброс.

Хорошие смазочные характеристики. Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель же, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами. Это обуславливается его химическим составом и содержанием в нем кислорода.

Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%. Важно отметить, что нет необходимости модернизировать двигатель.

Высокая температура воспламенения. Еще один технический показатель, интересный для организаций, хранящих и транспортирующих ГСМ: точка воспламенения. Для биодизеля, ее значение превышает 150°С, что позволяет назвать биогорючее относительно безопасным веществом. Тем не менее, это не означает, что к нему можно относиться с халатностью.

3.2 Недостатки биотоплива

Ограничения региональной пригодности. Растительное сырье для биотоплива, вероятнее всего, будет выращиваться в определенных регионах. Это связано с рядом причин, главная из которых - это то, что некоторые культуры просто лучше растут в одних местах и хуже в других. При выборе региона для производства растительного сырья надо учитывать:

Водопользование - чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом. Особенно это критично в более засушливых местах.

Инвазивность - урожай, который убивает местные растения и который трудно контролировать, может поставить под угрозу биоразнообразие и серьезно повредить экосистему региона.

Удобрения - необходимые для растений питательные вещества. Некоторые растения требуют меньше органических ресурсов, чем другие.

Климат - в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом.

Продовольственная безопасность. Проблема с выращиванием сельскохозяйственных культур для топлива заключается в том, что они займут землю, которую можно было бы использовать для выращивания продуктов питания. В мире с постоянно растущим населением проблема наличия земли для сельскохозяйственных целей становится все более острой.

Ограничение на изменение землепользования. При очистке земли от местной растительности для выращивания сырья удар по экологии наносится с трех сторон.

Разрушается среда обитания животных и микроэкосистемы.

Для очистки территории от местной растительности требуется энергия. Так что производство получается очень энергоемким и связано с большим количеством выбросов загрязняющих веществ в процессе обработки.

Для производства культур потребуются удобрения, которые будут загрязнять почву, а через нее водные пути и всю окружающую среду.

Изменения в землепользовании для производства биотоплива имеет значительные недостатки. Поэтому для производства биотоплива лучшим решением является использование существующей земли, но это уменьшает количество земли для продовольственных целей.

Проблемы, связанные с выращивание монокультуры. Конечно, для получения большого количества урожая легче вырастить один вид культуры. Такая практика выращивания одной культуры называется монокультурой. Примеры монокультур можно найти по всему миру, выращивание одного вида стало более распространенным в последние 20-30 лет. Выращивание одного вида урожая изменяет окружающую среду с точки зрения доступной для вредителей пищи.

Например, если урожай картофеля поедается определенным вредителем, который может мигрировать только на несколько сотен метров, а картофельные поля разделены кукурузными полями, то появление вредителей на одном картофельном поле не станет проблемой, поскольку они не смогут переместиться за пределы одного поля. Однако без кукурузных полей вредитель может легко уничтожить весь урожай. Использование же пестицидов при выращивании монокультуры для борьбы с вредителями неизбежно ведет к выработке у вредителя устойчивости к этим средствам. Как следствие, урожай будет страдать. Ключ к здоровью культур по всему миру заключается в биоразнообразии, которое означает просто наличие большого количества различных видов растений и животных. Таким образом, если один сорт картофеля приходит в упадок, то существует другой сорт картофеля, который его может заменить. Это особенно важно, когда речь идет о продовольственных культурах.



3.3 Недостатки биодизеля в качестве топлива для двигателей

Хранение, погрузка и транспортировка биодизеля требуют специальной организации.

При сгорании биодизеля выделяется больше закиси азота, чем при сгорании того же количества нефтяного дизельного топлива.

Существует мнение, что поскольку часть биодизельного топлива производится из соевых бобов, являющихся хорошим источником протеина так же, как и масла, то широкое распространение биодизельного топлива косвенно скажется на увеличении голода в масштабах планеты.

Биодизель имеет свойства растворителя, что может вызвать проблемы в старых дизельных двигателях. Фильтры системы подачи топлива могут засориться субстанциями, образовавшимися при растворении. Могут также пострадать детали из резины.

В большинстве применений существует незначительное ухудшение основных параметров и пробега транспортного средства при использовании биодизеля вместо нефтяного дизельного топлива.



4. Производство биодизеля в мире

4.1 Перспективы в России

В России пока не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива. Минсельхоз России разработал законопроект, согласно которому в России будут созданы условия для развития сектора биоиндустрии.

В ведомстве полагают, что потенциально в России можно ежегодно производить до 5,5 миллиона тонн рапсового масла:

- 0,5 миллиона тонн можно направлять для продовольственных нужд; - около 2 миллионов тонн поставлять на экспорт в виде метилэфира; - 2,5 миллиона тонн использовать внутри страны как биотопливо.

Согласно планам министерства, в 2020 году в России биотопливо должно увеличить свою долю на рынке с нуля до 8 % и составить 6-6,5 млн тонн. Препятствием на пути развития нового продукта может стать не решённый вопрос с акцизами, которыми в России облагается биоэтанол. Литр спирта в нашей стране облагается акцизом в размере 59 рублей, что пока лишает смысла инвестировать средства в производство такого вида топлива.

4.2 На сегодняшний день зарубежом

В странах Западной Европы, в Германии, Франции, Австрии и Италии отдают предпочтение метилированному рапсовому маслу. Например, в Германии уже более чем на 1000 станциях заправляют автомобили биодизельным топливом.

При урожае семян рапса 30 ц/га можно производить около 1300 л биодизельного топлива (БДТ).

Стоимость БДТ на основе смеси рапсового масла, как правило, ниже рыночной цены нефтяного дизтоплива. Но даже при условии равной цены целесообразность использования БДТ диктуется высокими ценами на нефть, требованиями экологии. Положительные результаты по производству БДТ получены за рубежом. За последние 10 лет спрос на БДТ вырос до 2 млн. тонн. Половина этого объема потребляется в Германии, где БДТ не облагается налогом и стоит на 0,25 евро/л дешевле дизельного топлива нефтяного происхождения. К концу 2005 г. потребность Евросоюза в БДТ составляла около 5 млн. тонн, а до 2010 г. прогнозируется 12 млн. тонн, что вызовет рост спроса на рапсовые масла на 20-25%.

В США ежегодно экономится 1,5 млрд. долл., причем налоговая скидка на 1 л биодизтоплива составляет 0,25 долл.

Согласно этой технологии, реакция переэтерификации осуществляется в проточном трехфазном реакторе с использованием гетерогенного катализатора. Последний представляет собой смесь оксидов цинка и алюминия. Реакция протекает при более высоких температуре (250°С) и давлении (2,5 МПа), а также при большем отношении метанол:масло, чем в гомогенном процессе. Избыток метанола удаляется испарением и возвращается в процесс. Требуемое качество биодизеля достигается после двух последовательных стадий переэтерификации с промежуточным выделением глицерина для смещения равновесия целевой реакции.



Принципиальная схема предлагаемого процесса приведена на рис. 5. Рапсовое масло с метанолом поступают в каталитический реактор R1 переэтерификации, в котором поддерживается температура 200°С и давление 2 МПа. Метанол подается в избытке по отношению к стехиометрическому количеству. Конверсия рапсового масла составляет 80%. После реактора смесь для отгонки непрореагировавшего метанола поступает в испаритель, откуда метанол возвращается по рециркуляционному контуру в реактор переэтерификации, а смесь МЭЖК, рапсового масла и глицерина -- в сепаратор для отделения глицерина.

Из сепаратора смесь МЭЖК и непрореагировавшего рапсового масла поступает в ректификационную колонну для разделения. Рапсовое масло по рециркуляционному контуру возвращается в реактор R1. МЭЖК в количестве 50% от теоретически возможного (при 100%-ной конверсии рапсового масла) отделяется в качестве конечного продукта (биодизеля), а оставшаяся часть направляется в каталитический реактор гидрооблагораживания (R2) для получения алканов.

Условия проведения процесса в реакторе гидрооблагораживания: температура 300°С, давление 2 МПа. Водород в реактор R2 подается в избытке по отношению к стехиометрическому количеству. Продуктами гидрооблагораживания являются алканы С12-С17, метан и вода. Из реактора гидрооблагораживания смесь поступает в сепараторы для разделения жидких алканов, воды, метана и избытка водорода. Последний направляется по рециркуляционному контуру в реактор гидрооблагораживания. [3]

4.3 Материальный баланс

Составлен для переработки 1000 кг рапсового масла. Распределение жирных кислот, входящих в состав триглицеридов рапсового масла, приведено в табл. 1. С учетом этого распределения усредненная формула жирных кислот имеет вид HOCOR, где R = CxHy, x = 17,033, y = 32,336. Усредненные формулы триглицерида и метилового эфира жирных кислот имеют вид соответственно С3H5(OCOR)3 и CH3OCOR.

Распределение жидких алканов в продуктах гидрооблагораживания приведено в табл. 2. Усредненная формула жидких алканов, полученная на основе их распределения в продуктах гидрооблагораживания, имеет вид СuHv, где u = 16,457, v = 34,914.

Средние молекулярные массы триглицеридов, метиловых эфиров и алканов приведены в табл. 3. Переэтерификация триглицерида метанолом происходит по реакции

С3H5(OCOR)3 + 3CH3OH = С3H5(OH)3 + 3CH3OCOR.

Мольное отношение метанола к триглицеридам на входе в реактор переэтерификации принято равным 9:1. Ниже приведен материальный баланс в реакторе переэтерификации (количество рапсового масла на входе в реактор задано с учетом рециркулирующего масла):

Таблица 6. Материальный баланс в реакторе переэтерификации.

	Приход, кг		Расход, кг
Рапсовое масло	1250	Рапсовое масло	250
Метанол	407	Метанол	299
		Метиловые эфиры	1004
		Глицерин	104
Итого	1657		1657

В реакторе гидрооблагораживания протекает следующая реакция:

CH3OCOCx Hy + бН2 = вСuHv + + 2СН4 + 2Н2О,

где б, в -- стехиометрические коэффициенты, определяемые по формулам:

Мольное отношение водорода к метиловым эфирам на входе в реактор гидрооблагораживания задано 12:1. Ниже приведен материальный баланс в реакторе гидрооблагораживания:



Таблица 7. Материальный баланс в реакторе гидрооблагораживания.

	Приход, кг		Расход, кг
Метиловые эфиры	377	Алканы, С12-С17	307
Водород	31	Метан	41
		Вода	46
		Водород	14
Итого	408		408



Список литературы

1. Статья "Энергетическая стратегия России на период до 2030 года" [Электронный ресурс]: Официальный сайт Министерства энергетики Российской Федерации. Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-32622 от 22 июля 2008 года. http://minenergo.gov.ru/node/1026

2. С.Г. Заварухин, В.А. Яковлев, В.Н. Пармон, В.Г. Систер, Е.М. Иванникова, О.А. Елисеева Статья: "Разработка процесса переработки рапсового масла в биодизель и высокоцетановые компоненты дизельного топлива" М.: Издательство "Техника", 2002. -- 334 с.

3. Рапсовое масло: перспективные направления использования. [Электронный ресурс]: http://www.apkinform.com/ru/oilprocessing/59028

4. Особенности производства биодизеля. [Эдектронный ресурс]: http://www.cleandex.ru/articles/2016/01/23/biodiesel-production

5. Техника и технологии производства и переработки растительных масел: учебное пособие / С.А. Нагорнов, Д.С. Дворецкий, С.В. Романцова, В.П. Таров. - Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. - 96 с. - 100 экз. - ISBN 978-5-8265-0964-7.

6. В. А. Дубровин, С. В. Драгнев, асп. "Технология и технические средства производства биодизельного топлива из растительного масла"

7. Биодизель и его производство - это одно из самых перспективных и выгодных направлений для малого бизнеса. [Электронный ресурс]: http://www.ya-fermer.ru/biodizel-i-ego-proizvodstvo-eto-odno-iz-samyh-perspektivnyh-i-vygodnyh-napravleniy-dlya-malogo

Размещено на Allbest.ru

...