Товарознавча оцінка біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 620.2:62-63

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ТОВАРОЗНАВЧА ОЦІНКА БІОДИЗЕЛЬНОГО ПАЛИВА НА ОСНОВІ РІПАКОВОЇ ОЛІЇ ТА ІЗОПРОПІЛОВОГО СПИРТУ

Спеціальність 05.18.15 - товарознавство

ТКАЧУК ВАЛЕНТИНА ВІТАЛІЇВНА

Луцьк - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому національному технічному університеті Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор Фабуляк Федір Григорович, Національний авіаційний університет МОН України, професор кафедри хімії і хімічної технології (м. Київ).

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Мережко Ніна Василівна, Київський національний торговельно-економічний університет МОН України, професор кафедри товарознавства та експертизи непродовольчих товарів;

доктор хімічних наук, професор Патриляк Казимир Іванович, Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, завідувач відділу каталітичного синтезу (м. Київ).

Захист відбудеться "26" березня 2010 р. о 14.00 на засіданні спеціалізованої вченої ради К 32.075.04 у Луцькому національному технічному університеті МОН України за адресою: 43018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Луцького національного технічного університету МОН України за адресою: 43018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75.

Автореферат розісланий 23 лютого 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С.В. Ягелюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. На сучасному етапі розвитку економіки в Україні стрімко зростають потреби в біодизельних паливах, використання яких дозволить підвищити незалежність України від імпорту енергоносіїв. Такі біодизельні палива мають хороші експлуатаційні властивості та покращують екологічну ситуацію довкілля. Особливого поширення набувають біодизельні палива на основі ріпакової олії. В Україні спостерігається тенденція зміни структури виробництва олійних культур у бік щорічного збільшення посівів ріпака. Асортимент вітчизняних біодизельних палив представлений біопаливами на основі ріпакової олії і метилового та етилового спиртів. Проте метиловий спирт високотоксичний, що є суттєвим негативним чинником з погляду безпечності його виробництва та використання, а етиловий спирт досить дорогий. Крім того, згадані біодизельні палива знижують роботоздатність транспортних засобів у зимовий період через високу температуру застигання.

Одним із шляхів вирішення цих проблем є розробка біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту з покращеними експлуатаційними властивостями і підвищеною безпечністю. Одержання такого біодизельного палива дозволяє розширити сучасний асортимент біопалив.

Отже, актуальність теми визначається необхідністю створення конкурентоспроможного біодизельного палива за рахунок розробки композиції для його одержання на основі екологічно чистих складників та покращення його низькотемпературних властивостей.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно з програмою науково-дослідних робіт Луцького національного технічного університету за темою: «Дослідження якості та споживних властивостей товарів, матеріалів та сировини, аналіз асортименту та шляхи його вдосконалення» № 89-09К. Особистий внесок автора полягає у проведенні теоретичних та експериментальних досліджень у лабораторних і виробничих умовах з виробництва біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту і вивченню його властивостей.

Матеріали дисертаційної роботи взяті як вихідні дані до держбюджетної теми на період 2010-2011 р. ”Технологія отримання та ефективність використання моторного біопалива з покращеними експлуатаційними властивостями“ (ДР № 0110U002223).

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення експлуатаційних властивостей біодизельного палива за рахунок розробки нової композиції на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту.

Для досягнення мети роботи необхідно було вирішити такі задачі:

- проаналізувати експлуатаційні властивості існуючих композицій для одержання біодизельних палив на основі ріпакової олії;

- обґрунтувати доцільність введення до складу композиції для одержання біодизельного палива ізопропілового спирту;

- сформувати математичну модель оптимізації температури застигання біодизельного палива від співвідношення його компонентів;

- вивчити вплив ізопропілового спирту на властивості ізопропілових естерів ріпакової олії;

- дослідити експлуатаційні властивості та безпечність біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту;

- здійснити комплексну оцінку якості запропонованого біодизельного палива та розрахувати його інтегральний показник конкурентоспроможності;

- розробити нормативну документацію на біодизельне паливо на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту;

- здійснити промислову апробацію запропонованого біодизельного палива та визначити економічну ефективність його впровадження.

Об'єкт дослідження - біодизельні палива на основі ріпакової олії.

Предмет дослідження - комплекс властивостей розробленого біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту.

Методи дослідження. Вирішення поставлених у дисертаційній роботі задач виконано з використанням стандартних методів дослідження технологічних, реологічних та експлуатаційних властивостей біодизельних палив, сучасних методів фізико-хімічного аналізу (діелектричний, ІЧ-спектроскопії, оптичної мікроскопії), для встановлення ступеня екологічної безпечності використані методи токсиколого-гігієнічних досліджень. При проведенні досліджень також застосовувались методи математичного планування і обробки експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше встановлена ефективність застосування композиції для одержання біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту;

- вперше визначено склад композиції з оптимальним співвідношенням компонентів для одержання біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту;

- вперше отримано закономірності впливу ізопропілового спирту на властивості одержаного продукту;

- вперше здійснено комплексну товарознавчу оцінку отриманого нового біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту;

- удосконалено методологічний підхід до оцінки конкурентоспроможності запропонованого біодизельного палива, що дозволяє оцінити дану продукцію як на внутрішньому, так і зовнішньому ринках.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено нову композицію для одержання біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту з покращеними експлуатаційними властивостями, яке забезпечує надійну роботу транспортних дизельних засобів у зимовий період за рахунок зниженої температури його застигання, є безпечним для людини під час виробництва та використання (токсиколого-гігієнічний паспорт «Біодизельне паливо на основі ізопропілових естерів ріпакової олії» № 6120). Розроблена та затверджена нормативна документація (ТУ У 23.2-22340203-041:2010 Біодизельне паливо на основі ізопропілових естерів ріпакової олії. Технічні умови). Здійснено промислову апробацію запропонованого біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту на

ПП ”Лімекс Інвест“ (м. Луцьк, акт виробничих випробувань від 15.11.09 р.).

Результати роботи використовуються у навчальному процесі ЛНТУ для підготовки фахівців за напрямом ”Товарознавство і торговельне підприємництво“ та ”Автомобільний транспорт“ (довідки від 13.10.09 р. та 16.10.09 р.).

Особистий внесок автора в роботу. Основні результати дисертації отримані автором особисто. Результати досліджень, виконані у співавторстві, одержані при безпосередній участі автора на всіх етапах роботи. Особистий внесок автора полягає в аналізі літературних джерел за темою досліджень, формуванні задач, виборі методик і об'єктів досліджень [5], у проведенні експериментальних досліджень у лабораторних умовах [6, 7], визначенні показників експлуатаційних властивостей біодизельних палив [13], в узагальненні та інтерпретації одержаних результатів, у формулюванні висновків дисертаційної роботи в цілому та впровадженні результатів роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення результатів дисертаційної роботи доповідалися, обговорювалися та отримали позитивну оцінку на наукових конференціях: ЙЙ Міжнародній науково-практичній конференції ”Сучасні наукові дослідження - 2006“ (м. Дніпропетровськ, лютий 2006 р.); Й Міжнародній науково-практичній конференції ”Європейська наука ЧЧЙ століття: стратегія і перспективи розвитку - 2006“ (м. Дніпропетровськ, травень 2006 р.); ЙЙ Міжнародній науково-практичній конференції ”Проблеми і механізми відтворення ресурсного потенціалу в контексті євроінтеграції“ (м. Рівне, Національний університет водного господарства та природокористування, жовтень 2006 р.); Міжнародній науково-практичній конференції ”Перспективи та пріоритети розвитку економіки України“ (м. Луцьк, Луцький державний технічний університет, жовтень 2006 р.); ЙV Науково-технічній конференції ”Еколого-економічні проблеми Карпатського Єврорегіону ”ЕЕПКЄ - 2007“ (м. Івано-Франківськ, Інститут менеджменту і економіки «Галицька академія», травень 2007 р.); ЙV Науково-технічній конференції ”Поступ у нафтогазопереробній та нафтохімічній промисловості“ (м. Львів, Національний університет «Львівська політехніка», вересень 2007 р.); XXXIII Науково-технічна конференція «Актуальні проблеми та перспективи науки і виробництва» (м. Луцьк, Луцький національний технічний університет, листопад 2008 р.).

Публікації. За результатами проведених досліджень автором опубліковано 13 наукових праць загальним обсягом, з них 5 у фахових виданнях, у тому числі 6 статей опубліковано без співавторів, 3 тези доповідей на наукових конференціях, отримано 1 патент на винахід та 1 патент на корисну модель. Загальний обсяг публікакацій становить 6,1 д.а, з них 4,4 д.а. належить особисто автору.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'ятьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Повний обсяг дисертації становить 162 сторінки комп'ютерного набору, що містить 43 таблиці та 18 рисунків; список використаних джерел із 135 найменувань та 6 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дослідження, показано наукову новизну та практичну цінність роботи.

У першому розділі ”Передумови формування властивостей біодизельних палив“ розглянуті властивості ріпакової олії та виконано аналіз шляхів використання ріпака для виробництва біодизельного палива. Встановлено, що біодизельні палива мають хороші експлуатаційні властивості, можуть використовуватись як у чистому вигляді, так і у сумішах з дизельним паливом. Показано переваги таких біопалив, перспективи їхнього використання, проаналізовано асортимент біодизельних палив на основі ріпакової олії, зазначено їх недоліки. Окреслено переваги використання ізопропілового спирту при виробництві біодизельного палива. Аналіз літературних джерел і науково-практичних розробок свідчить, що товарознавчі аспекти виробництва біодизельних палив залишаються не розкритими, і вимагають пошуку нових, науково обґрунтованих методологічних, а також практичних підходів їхнього вирішення, що відкриває широкі можливості для проведення досліджень з метою розробки композиції для одержання нового безпечного біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізпропілового спирту з підвищеними експлуатаційними властивостями.

У другому розділі ”Характеристика об'єктів та методів досліджень“ сформульовані організаційні та експериментальні напрями реалізації програми досліджень (рис. 1). Для досліджень обрано біодизельні палива на основі ріпакової олії - ізопропілестери ріпакової олії (ІЕРО), метилестери ріпакової олії (МЕРО) та ріпакову олію. Такий вибір зумовлений тим, що в Україні є сировинна база та умови для виробництва цих перспективних палив.

Для досліджень молекулярної рухливості біодизельних палив використовували метод діелектричної релаксації, для оцінки впливу природи спирту на зміну смуг поглинання біодизельних палив застосовували метод ІЧ-спектроскопії. Методом оптичної мікроскопії досліджено структуру біодизельних палив. Токсиколого-гігієнічні дослідження дали можливість встановити клас небезпеки ІЕРО, його гранично допустиму концентрацію (ГДК) та орієнтовно безпечний рівень впливу (ОБРВ). На основі одержаних результатів зроблено висновки про споживні властивості об'єктів дослідження. Для обробки результатів експериментів застосовувались методи математичної оптимізації, розрахунки на ЕОМ проводились за допомогою програми MathCAD 13.

Експериментальні дослідження здійснювалися на базі Луцького національного технічного університету. Визначення показників експлуатаційних властивостей нового біодизельного палива проводилось у центральній лабораторії НПК ”Галичина“ (м. Дрогобич) за стандартними методиками. Токсиколого-гігієнічні дослідження було виконано разом з науковцями науково - дослідного ”Центру профілактичної і клінічної токсикології“ м. Львова.

У третьому розділі ”Дослідження впливу ізопропілового спирту на властивості нового біодизельного палива“ визначено оптимальне співвідношення компонентів композиції для його одержання, описано метод одержання біодизельного палива, а також викладено результати експериментальних досліджень, на основі яких можна стверджувати про покращення споживних властивостей нового продукту.

Шляхом математичного моделювання визначено оптимальне співвідношення компонентів для одержання біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту. Пошук оптимальних параметрів здійснювали, використовуючи трьохфакторний експеримент.

Нами були визначені варіативні фактори - складники композиції (мас. %): вміст ріпакової олії, ізопропілового спирту, каталізатора і встановлено межі їх відхилення. Як досліджуваний параметр обрано температуру застигання.

За допомогою програми MathCAD 13 отримали математичну модель, що описує залежність температури застигання ІЕРО від трьох факторів - вмісту ріпакової олії, ізопропілового спирту та каталізатора.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Загальна схема досліджень

Модель має наступний вигляд:

Залежність температури застигання ІЕРО від вмісту ріпакової олії та ізопропілового спирту зображена на рис. 2.

Таким чином, встановлено, що найнижча температура застигання (-22,2 ?С) досягається при наступному співвідношенні компонентів композиції для одержання ІЕРО (мас. %): ріпакова олія - 87,43-87,75; ізопропіловий спирт - 12,50-12,00; каталізатор - 0,07-0,25.

Нове біодизельне паливо одержували шляхом переестерифікації ріпакової олії ізопропіловим спиртом. Для синтезу ІЕРО реакційна суміш: ріпакова олія, ізопропіловий спирт та каталізатор перемішувалась у скляному реакторі мішалкою за допомогою електродвигуна при температурі 60 °С до розділення реакційної суміші на естери ріпакової олії та технічний гліцерин. Температуру підтримували на водяній бані.

Для прогнозування споживних властивостей проведено дослідження діелектричних втрат. Вони показали існування змін відповідних значень для вихідної ріпакової олії, ІЕРО, МЕРО. Проведено аналіз зміни діелектричної проникності, яка взаємопов'язана з діелектричними втратами. Діелектрична проникність для сумішей естерів, одержаних переестерифікацією метиловим спиртом у 1,95 разів менша, ніж при переестерифікації ізопропіловим спиртом.

Результати досліджень діелектричних втрат та діелектричної проникності вказують на суттєве збільшення моле- кулярної рухливості в сумішевій естерній системі, одержаній переестерифікацією ріпакової олії ізопропіловим спиртом, що передбачає високі технологічні та експлуатаційні властивості нового продукту. Базуючись на суттєвому збільшенні молекулярної рухливості в ізопропіл- естерах, зроблено висновок про перспективність їх використання для експлуатації як палива у дизельних транспортних засобах у зимовий період.

Дослідження інфрачервоною спектроскопією гліцериду ріпакової олії, метилестерів та ізопропілестерів показали наявність змін у валентних коливаннях, в групах -СН₂ та -СН₃, а також смуг поглинання в (С - О - С), що дає підстави зробити висновок про різний складний вплив ізопропілового та метилового спиртів на структуру та властивості одержаних сумішевих естерів. Результати досліджень також показали, що наявність двох -СН₃ груп в ізопропіловому спирті структурують ізопропілестери з більш низькою температурою застигання, завдяки створенню більшої квазіеластичності, обумовленої міжмолекулярними взаємодіями ліофобних та ліофільних груп та їхньою енергетичною перебудовою.

Для визначення структурно-механічних властивостей біодизельних палив використовували реологічні дослідження. Ефективність моторного палива залежить від його здатності проявляти себе в ньютонівську течію. Одержані результати реологічних досліджень ріпакової олії, ізопропілового і метилового ріпакового біопалива показали, що в усіх досліджуваних зразках має місце прояв ньютонівських реологічних течій, тобто проходить руйнування міжмолекулярних взаємодій.

Із графічної залежності ефективної в'язкості від швидкості зсуву видно, що ізопропілріпакове біопаливо ньютонівську течію проявляє при швидкості зсуву г_і = 25 с^-1, а метилріпакове біопаливо аж при г_м = 80 с^-1. Це вказує на те, що в метилріпаковому паливі існує загальмованість у руйнуванні фізичної структури, а, отже, в розрідженні палива при підготовці до згоряння. Викладені результати показують, що ізопропілріпакове паливо у 3,2 рази ефективніше за метилріпакове біопаливо у стартовому режимі двигуна.

Аналіз граничних напруг зсуву вказує, що для ізопропілріпакового біопалива (крива 1) гранична напруга зсуву є більшою, ніж для метилового (крива 2). При цьому ф_г для метилових естерів ріпакової олії залишається постійною до швидкості зсуву 50с^-1, що у два рази більша, ніж для ІЕРО.

1 Це вказує на те, що МЕРО погано розріджується, має гірші споживні властивості і тому замерзає при вищій температурі порівняно з біодизельним паливом на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту.

Результати досліджень дали можливість показати переваги ІЕРО над МЕРО більшою ефективною в'язкістю, реологічною міцністю і еластичністю, що створює умови для застигання біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту при більш низьких температурах. Проведені дослідження методом оптичної мікроскопії структури естерів кислот різної хімічної будови показали, що вона суттєво залежить від природи спирту. Встановлено існування кристалічного не щільно упорядкованого стану продуктів переестерифікації ріпакової олії з мезофазними межами розділу.

Це свідчить про те, що збільшення їх нещільно упорядкованих кристалів у ізопропілових естерах кислот ріпакової олії приводить до зниження температури застигання, що суттєво сприяє більшому застосуванню при експлуатації біопалива в зимовий період.

У четвертому розділі ”Товарознавча оцінка якості біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту“ викладено результати досліджень експлуатаційних властивостей, їх безпечності, розраховано комплексний показник якості біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту порівняно з еталоном (МЕРО), а також інтегральний показник конкурентоспроможності запропонованого продукту.

Експериментальні значення експлуатаційних властивостей біодизельних палив порівнювались із вимогами ДСТУ для дизельного палива марки «Л» (табл. 1).

Таблиця 1 Порівняльна характеристика показників експлуатаційних властивостей біодизельних палив та дизельного палива

№ з/п	Найменування показників	Метод випробування	Норми за ДСТУ 3868-99	Дизельне паливо	Біодизельні палива
					ІЕРО	МЕРО
1.	Цетанове число	ДСТУ 3868-99	Не нижче 45	47	49	48
2.	Густина, г/см3 при 15 °С	ГОСТ 3900-99	Не більше 0,860	0,84	0,88	0,88
3.	Фракційний склад: 50% вик., °С 96% вик., °С	ГОСТ 2177-99	Не вище 280 Не вище 360	274 360	260 322	250 367
4.	В'язкість кінематична при 40 °С, сСт	ДСТУ 33-00	3,0-6,0 при 20 °С	5,4	16,1	5,6
5.	Масова частка сірки, %	ГОСТ 13380-81	Не більше 0,5%	0,540	0,009	0,007
6.	Кислотність, мг КОН на 100 см3 палива	ГОСТ 5985-79	Не більше 5,0	2,7	Відс.	Відс.
7.	Температура застигання, °С	ГОСТ 20287-91	Не вище -10	-14	-22	-12
8.	Коефіцієнт фільтрованості	ГОСТ 19006-73	Не більше 3,0	2,3	1,3	1,3
9.	Гранична темп. фільтрованості, °С	ГОСТ 22254-92	Не вище -5	-5	-1	-2
10	Зольність, %	ГОСТ 1461-75	Не більше 0,01	0,002	0,012	0,011

З таблиці видно, що цетанове число запропонованого біопалива вище, ніж відповідне значення еталону. Це забезпечить легкий пуск двигуна і режим ”м'якої“ роботи: потрібну потужність, спрацювання і екологічні показники двигуна. В'язкість нового біодизельного палива значно вища у порівнянні із відповідним значенням нормативних вимог, що утруднює подачу палива та сумішоутворення. Це є недоліком ІЕРО. Проте підвищена в'язкість забезпечить добре змащування поверхонь тертя двигуна, попереджаючи спрацювання дорогих високоточних деталей паливної апаратури.

Температура застигання ІЕРО удвічі нижча, ніж у відомого МЕРО, і у 2,2 рази нижча, ніж вимагає ДСТУ для нафтового дизельного палива марки ”Л“. Це важлива перевага нового продукту над існуючими аналогами, адже вона дає можливість використовувати таке біодизельне паливо в зимовий період до -22 ?С, тоді як еталонне - до -12 ?С.

Обидва біопалива мають достатньо високий показник коефіцієнта фільтрованості в межах норми.

Кислотність у біодизельних паливах відсутня, тобто вони не є корозійно активними. Зольність ІЕРО, як і МЕРО в межах норми, що свідчить про низький вміст у біодизельних паливах мінеральної золи.

Таким чином, нове біодизельне паливо можна рекомендувати для експлуатації в чистому вигляді або, як і МЕРО, в суміші з дизельним паливом.

Для порівняння теплоенергетичних властивостей біодизельних палив, що відрізняються між собою за хімічним складом, розраховані основні ефективні показники дизеля за елементним складом палива (табл. 2).

біодизельний паливо ріпаковий спирт

Таблиця 2 Вихідні дані для розрахунку робочого процесу дизельного двигуна Д-240

№ з/п	Показник	Паливо
		ДП	МЕРО	ЕЕРО	ІЕРО
1	Вміст за масою, % С Н О	87,00 12,60 0,40	77,50 12,00 10,50	77,54 12,04 10,42	76,28 13,16 10,05
2	Теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння 1 кг палива, кг	14,45	12,70	12,73	12,98
3	Нижча теплота згоряння, МДж/кг	42,44	37,50	37,56	38,33

Як видно з розрахунків, при однаковому ефективному тиску p_e, серед біодизельних палив найбільша теплота згоряння та найменша витрата палива у ІЕРО, що вигідно відрізняє його від МЕРО та етилових естерів ріпакової олії (ЕЕРО) (табл. 3).

Наявність кисню в молекулах біодизельних палив дозволяє інтенсифікувати процес згоряння. Цим пояснюється деяке збільшення потужності дизельного двигуна при роботі на біодизельних паливах. Інші ефективні показники двигуна за умови збільшення питомої ефективної витрати палива є однаковими.

Таблиця 3 Розрахункові ефективні показники дизельного двигуна Д-240

№ з/п	Показник	Паливо
		ДП	МЕРО	ЕЕРО	ІЕРО
1	Ефективна потужність, кВт	60,43	60,39	60,39	60,51
2	Питома ефективна витрата палива gе, г/кВт·год	242,63	274,41	273,93	267,92
3	Середній ефективний тиск ре, МПа	0,694	0,694	0,694	0,695
4	Ефективний ККД зе	0,350	0,350	0,350	0,351
5	Максимальний тиск циклу рz, МПа	8,60	8,6	8,6	8,6
6	Коефіцієнт надлишку повітря б	1,50	1,51	1,51	1,51
7	Вміст двоокису вуглецю СО2 у відпрацьованих газах, кмоль/кг палива	0,0725	0,0646	0,0646	0,0636

Вміст двоокису вуглецю СО₂ у відпрацьованих газах дизельного двигуна найменший при роботі на ІЕРО, що сприятиме зменшенню парникового ефекту та покращенню екологічної ситуації довкілля.

Дослідження токсичності нового біодизельного палива на основі ізопропілових естерів ріпакової олії показало, що 2-годинне статичне інгаляційне отруєння білих мишей парами летких компонентів, які виділялись із препарату за нормальних умов, загибелі тварин не викликало. Стан тварин нормалізувався через 24 години після закінчення експерименту, що відповідає 3 класу небезпеки.

Пероральне введення нового біодизельного палива білим щурам і білим мишам у кількості від 6000 мг/кг загибелі тварин не викликало. Стан тварин нормалізувався впродовж 24 годин після введення нового біопалива. Такі результати відповідають 4 класу небезпеки.

Коефіцієнт кумуляції за показником ”загибель тварин“, встановлений у тесті субхронічної токсичності за методикою Ліма та співавторів, становить 12,8, що вказує на слабку кумулятивну активність.

Проведені токсиколого-гігієнічні дослідження дозволяють зробити висновок, що нове біодизельне паливо на основі ізопропілових естерів ріпакової олії належить в цілому до 4 класу небезпеки (табл. 4).

ОБРВ біодизельного палива в повітрі робочої зони становить 30 мг/м³, ГДК біодизельного палива у воді становить 16 мг/дм³. Отже, воно є цілком безпечне при виробництві та використанні людиною в дизельних транспортних засобах.

Таблиця 4 Оцінка класу небезпеки біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту

Вид впливу	Клас небезпеки
Інгаляційний	3
При введенні в шлунок	4
При нанесенні на шкіру	4
В цілому	4

В якості базових значень для розрахунку комплексного показника якості біопалив обрано вимоги вітчизняного ДСТУ 3868-99 та міжнародного EN 14214. Встановлено, що комплексний показник запропонованого біопалива у першому випадку становить 1,98, а еталону - 1,83, у другому - відповідно 1,53 та 1,38. Це дає можливість стверджувати про кращі експлуатаційні властивості нового продукту, а значить, доцільність його використання в дизельних транспортних засобах.

На основі розрахунку групових показників експлуатаційних властивостей комплексного показника якості ІЕРО, МЕРО та ДП (самозаймання КА₀, низькотемпературні властивості КВ₀, змащувальні властивості КС₀ та корозійна здатність КD₀), ціни згаданих продуктів (Ц) та інтегрального показника конкурентоспроможності (J_kt), було побудовано багатокутник конкурентоспроможності біодизельних палив та дизельного палива (рис. 5). З наведеного рисунка видно, що за груповими показниками ІЕРО має кращі значення порівняно з МЕРО, за винятком властивостей самозаймання.

Таким чином, проведені розрахунки інтегрального показника конкурентоспроможності біопалив та ДП підтвердили, що нове біодизельне паливо (ІЕРО) має конкурентні переваги над продуктом-еталоном (МЕРО), і його доцільно виробляти та використовувати в дизельних транспортних засобах.

П'ятий розділ ”Практична реалізація результатів досліджень“ містить розрахунок економічної ефективності від впровадження нового біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту. Проведений економічний аналіз впровадження нового біодизельного палива дав можливість стверджувати, що рентабельність проекту при його виробництві становить 14,7 %.

Соціальна значущість роботи полягає у тому, що запропоноване біодизельне паливо може збільшити енергонезалежність України, покращити екологічний стан навколишнього середовища. Виробництво та використання ІЕРО дасть змогу розширити асортимент екологічно чистих біодизельних палив з високими експлуатаційними властивостями.

ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі ріпакової олії.

2. Аналіз існуючих композицій для одержання біодизельних палив дав можливість встановити, що покращити експлуатаційні властивості біопалива, підвищити його безпечність можна за рахунок створення нової композиції на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту.

3. Шляхом багатофакторного експерименту та математичного моделювання встановлено оптимальне співвідношення компонентів композиції для одержання біодизельного палива, яке співпадає з визначеним за молекулярними функціональними групами компонентів реакції.

4. Встановлено, що молекулярна взаємодія та структура вихідних компонентів впливають на експлуатаційні властивості нового біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту, створюючи умови застигання такого біопалива при значно нижчій температурі.

5. Результати реологічних досліджень підтвердили факт взаємозв'язку структури і міжмолекулярних взаємодій, які є основою фізико-механічних та експлуатаційних властивостей досліджуваних біодизельних палив, а саме показали переваги ізопропілріпакового біопалива над метилріпаковим більшою ефективною в'язкістю, реологічною міцністю і еластичністю.

6. За результатами ІЧ-спектроскопічних досліджень показано, що наявність двох -СН₃ груп в ізопропіловому спирті структурують ізопропілестери з більш низькою температурою застигання, завдяки створенню більшої квазіеластичності, обумовленої міжмолекулярними взаємодіями ліофобних та ліофільних груп та їх енергетичною перебудовою.

7. Дослідження експлуатаційних властивостей ІЕРО засвідчили, що при використанні ізопропілового спирту для виробництва біопалива температура застигання стає вдвічі нижчою порівняно з відомим МЕРО та традиційним дизельним паливом і становить -22 ?С.

8. У результаті аналізу теплоенергетичних показників біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту доведено, що у порівнянні з відомими МЕРО та ЕЕРО, воно має вищу теплоту згоряння, МДж/кг: 38,33 (МЕРО - 37,50; ЕЕРО - 37,56) та менші питомі ефективні витрати палива, г/кВт·год - 267,92 (МЕРО - 274,41; ЕЕРО - 273,93). Доведено, що вміст двоокису вуглецю СО₂ у відпрацьованих газах дизельного двигуна найменший при роботі на ІЕРО, що сприятиме зменшенню парникового ефекту та поліпшення екологічної ситуації довкілля.

9. Встановлено за результатами токсиколого-гігієнічної оцінки, що нове біодизельне паливо відноситься в цілому до четвертого класу небезпеки, тобто не має загальнотоксичної дії і є безпечним для життя і здоров'я людини.

10. Проведено комплексну оцінку якості нового біопалива, МЕРО (еталону) та встановлено, що комплексний показник запропонованого палива на 7,5 % більший за відповідне значення еталону. Це дає можливість стверджувати про доцільність впровадження запропонованого біопалива у виробництво та використання дизельними транспортними засобами.

11. Розраховано інтегральний показник конкурентоспроможності ІЕРО і встановлено, що він становить 1,03 на основі базових значень експлуатаційних властивостей українського стандарту та 1 на основі базових значень показників експлуатаційних властивостей європейського, тобто, новий продукт має конкурентні переваги над відомим біодизельним паливом на основі метилового спирту.

12. Проведено комплекс організаційно-технічних заходів із впровадження біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту у виробництво. Отримано патент України на винахід та деклараційний патент на корисну модель, розроблено та затверджено нормативну документацію на біодизельне паливо на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту. Виготовлено дослідно-промислові партії такого біодизельного палива на ПП «Лімекс Інвест» (м. Луцьк).

13. Рентабельність проекту з виробництва нового біодизельного палива становить 14,7 %, що доводить його ефективність.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ткачук В.В. Мікроскопічні дослідження структури ізопропілріпакового та метилріпакового біопалив / В.В. Ткачук // Товари і ринки. - № 2. - 2007. - С. 146-150.

2. Ткачук В.В. Товарознавча характеристика реологічної поведінки ізопропілріпакового й метилріпакового біопалива / В.В. Ткачук // Вісник Донецького національного університету економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського. - № 1 (37). - 2008. - С. 203-211.

3. Ткачук В.В. Токсиколого-гігієнічні дослідження нового біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту / В.В. Ткачук // Товари і ринки. - № 1. - 2008. - С. 147-151.

4. Ткачук В.В. Оцінка якості біопалив на основі ріпакової олії / В.В. Ткачук // Товари і ринки. - № 1. - 2009. - С. 121-126.

5. Ткачук В.В. Покращення споживчих властивостей біопалива шляхом вдосконалення його фізико-хімічних показників / В.В.Ткачук, Ф.Г. Фабуляк, Л.Д. Масленнікова // Товари і ринки. - № 1. - 2007. - С.118-121. Особистий внесок автора: основні положення, постановка задач досліджень, інтерпретація результатів досліджень, підготовка матеріалів до друку.

6. Патент на корисну модель № 28002 України С 07 С 67/03, С 07 С 69/24, С 07 С 69/52 Дизельне біопаливо / Ткачук В.В., Фабуляк Ф.Г., Масленнікова Л.Д. - Заявл. 14.06.2007; Опубл. 26.11.2007. - Бюл. № 19. Особистий внесок автора: ідея щодо створення нового продукту, аналіз існуючих аналогів.

7. Патент на винахід № 82436 України С 10 L 1/02 (2007. 01), С 11 С 1/00, С 11 С 3/00, С 07 С 67/03 (2006. 01), с 07 с 69/00 Композиція для одержання біопалива / Міндюк В.В., Фабуляк Ф.Г., Бугай Б.І., Масленнікова Л.Д., Байдакова Л.І. - Заявл. 18.08.2006; Опубл. 10.04.2008. - Бюл. № 7.Особистий внесок автора: проведення експериментальних досліджень, проведення патентного пошуку та оформлення заявки на патент.

8. Міндюк В.В. Біопаливо як фактор енергозбереження: вітчизняний і зарубіжний досвід / В.В. Міндюк // Вісник Національного університету водного господарства та природокористування: Збірник наукових праць. Економічна частина 2. - Випуск 4 (36). - Рівне: РВЦ НУВГП, 2006. - С. 109-117.

9. Міндюк В.В. Характеристика якісних показників біодизеля та дизельного палива Економічні науки. Серія «Економіка та менеджмент». Частина 4. -Випуск 3 (10). - Луцьк, 2006. - С. 116-121. Особистий внесок автора: оцінка експлуатаційних властивостей біодизельного та нафтового дизельного палива.

10. Ткачук В.В. Біопаливо як перспективний енергозберігаючий ресурс / В.В. Ткачук // Наукові вісті Інституту менеджменту і економіки «Галицька академія». Спеціальний випуск матеріалів ЙV міжнародної науково-технічної конференції «Еколого-економічні проблеми Карпатського Єврорегіону «ЕЕПКЄ 2007», м. Івано-Франківськ, 2007. - С. 32-37.

11. Міндюк В.В. Перспективи і проблеми виробництва біопалива в Україні / В.В. Міндюк // Матеріали ЙЙ Міжнародної науково-практичної конференції «Сучасні наукові дослідження - 2006» (20-28 лютого 2006). - Том 14. Технічні науки. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2006. - С. 40-42.

12. Міндюк В.В. Технологічні аспекти виробництва біодизеля / В.В. Міндюк // Матеріали Й Міжнародної науково-практичної конференції «Європейська наука ЧЧЙ століття: стратегія і перспективи розвитку - 2006». - Том 23. Технічні науки. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2006. - С. 57-59.

13. Ткачук В.В. Поліпшення фізико-хімічних показників біопалива за рахунок використання ізопропілестерів ріпакової олії / В.В. Ткачук // Збірник тез доповідей ЙV науково-технічної конференції «Поступ у нафтогазопереробній та нафтохімічній промисловості» (11-14 вересня 2007 р.). - Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2007. - С. 220-222.

АНОТАЦІЇ

Ткачук В.В. Товарознавча оцінка біодизельного палива на основі ріпакової олії та ізопропілового спирту. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового степеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.15 - товарознавство - Луцький національний технічний університет МОН України, Луцьк, 2010.

Дисертація присвячена дослідженням споживних властивостей біодизельного палива, для створення якого використано ріпакову олію та ізопропіловий спирт. Його одержують завдяки реакції переестерифікації ізопропілового спирту ріпакової олії. Експериментальними дослідженнями експлуатаційних властивостей нового продукту встановлено, що вони відповідають вимогам чинних нормативних документів, а температура застигання є вдвічі нижчою, ніж відомого МЕРО, що є важливим для роботи дизельних транспортних засобів у зимовий період. З метою визначення екологічної безпечності нового біодизельного палива проведені токсиколого-гігієнічні дослідження. Здійснено комплексну товарознавчу оцінку ІЕРО, на основі якої можна стверджувати про хорошу якість та конкурентоспроможність нового продукту. Результати експериментальних досліджень доводять, що нове біодизельне паливо має покращені експлуатаційні властивості та рекомендоване для виробництва та використання.

Ключові слова: біодизельне паливо, ріпакова олія, експлуатаційні властивості, температура застигання, безпечність.

Ткачук В.В. Товароведная оценка биодизельного топлива на основе рапсового масла и изопропилового спирта. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.15 - товароведение - Луцкий национальный технический університет МОН Украины, Луцк, 2010. Диссертация посвящена исследованиям потребительских свойств нового биодизельного топлива, для создания которого использовали рапсовое масло и изопропиловый спирт.

Такое биотопливо получают благодаря реакции переэстерификации рапсового масла изопропиловым спиртом в присутствии щелочного катализатора.

С помощью математического моделирования определено оптимальное соотношение компонентов для получения биодизельного топлива на основе рапсового масла и изопропилового спирта.Оптимальные параметры определяли, используя трехфакторный эксперемент. В качестве параметра оптимизации выбрана температура застывания биотоплива. Оптимальное соотношение компонентов для получения биотоплива совпадает с определенным по молекулярным функциональным группам компонентов реакции.

На основе диэлектрических, ІК-спектроскопических исследований, а также исследований методом оптической микроскопии проанализировано влияние молекулярных взаимодействий, структуры исходных компонентов на потребительские свойства нового биодизельного топлива.

Установлено, что свойства молекулярного и реологического уровня нового биодизельного топлива зависят от химической природы сырьевых исходных материалов. Базируясь на существенном увеличении молекулярной подвижности в изопропилэстерах рапсового масла, сделан вывод о перспективности их технического использования для эксплуатации при температурах значительно ниже -10 ?С.

Результати исследований ИК-спектроскопией биодизельного топлива показали, что присутствие двух -СН₃ групп в изопропиловом спирте структурируют изопропилэстеры с более низкой температурой застывания, благодаря созданию большей квазиэластичности, обусловленной междумолекулярными взаимодействиями лиофобных и лиофильных групп и их энергетической перестройкой. По результатам реологических исследований проведена оценка полезности полученных материалов и количественных характеристик их потребительских свойств. Проведенные исследования ИЭРМ методом оптической микроскопии показали существование кристаллического не плотно упорядочненного состояния продуктов переэстерификации рапсового масла с мезофазными границами распределения.

Экспериментальными исследованиями эксплуатационных свойств нового продукта установлено, что они отвечают требованиям действующих нормативных документов, а его температура застывания вдвое ниже, чем известного МЭРМ, что является важным фактором при работе дизельных транспортных средств в зимний период. В результате анализа теплоэнергетических показателей биодизельных топлив на основе рапсового масла доказано, что ИЭРМ имеет большую теплоту сгорания и болие низкий показатель удельного эффективного расхода топлива.

С целью определения экологической безопасности нового биодизельного топлива были проведены токсиколого-гигиенические исследования. Определено, что новое биодизельное топливо относится в целом к четвертому классу опасности, то есть не имеет общетоксичного действия и является безопасным для жизни и здоровья человека.

Осуществлена комплексная товароведная оценка ИЭРМ, рассчитан интегральный показатель конкурентоспособности предложенного биодизельного топлива, на основе которых можно утверждать о хорошем качестве и конкурентных преимуществах нового продукта. Результаты полученных экспериментальных данных подтверждают, что новое экологически чистое биотопливо имеет улучшенные эксплуатационные свойства и рекомендуется для производства и использования.

По результатам диссертации получены патент на изобретение и патент на полезную модель, токсиколого-гигиенический паспорт, а также разработаны и утверждены техические условия на биодизельное топливо на основе рапсового масла и изопропилового спирта, осуществлено промышленную апробацию нового продукта.

Рассчитана рентабельность проэкта по производству биодизельного топлива на основе рапсового масла и изопропилового спирта, она составляет 14,7 %, что доказывает его экономическую эффективность.

Ключевые слова: биодизельное топливо, рапсовое масло, эксплуатационные свойства, температура застывания, безопасность.

Tkachuk V.V. The commodity expert estimation of biodiesel fuel on the basis of rape oil and isopropyl alcohol. It is manuscript.

Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of engineerings sciences after speciality 05.18.15 - commodity research. - Lutsk national technical university MES of Ukraine, Lutsk, 2010.

Dissertation is devoted research of consumer properties of new biofuel for creation of which is utillized rape oil and isopropyl alcohol. A new biofuel is got the reaction of transesterefication of isopropyl alcohol by rape oil. It is set experimental researches of operating properties of new product, that they answer the requirements of operating normative acts, and a temperature of freezing is half the height, than known MERO, that is an important factor during work of diesel transport vehicles in a winter period. With the purpose of determination of ecological safety of new biofuel toxicological and hygienical researches were conducted. The complex commodity expert estimation of IERO, on the basis of which it is possible to assert about a good value and competition of new product, is carried out. The results of the experimental findings confirm, that a new environmentally clean biofuel has improving consumer characteristics and made to order for a production and use a man.

Keywords: biodiesel fuel, rape oil, operating properties, temperature of freezing, safety.

Размещено на Allbest.ru

...