Смеситель для производства биотоплива

Ухудшение экологической обстановки приводит к необходимости перехода на альтернативные виды топлива. Одними из наиболее перспективных альтернативных топлив считаются топлива на основе растительных масел.

С учетом условий произрастания для европейской части России, затрат энергии на переработку масличных семян и выхода масла наиболее подходящей масличной культурой при производстве топлива для дизельных двигателей является рапс. В чистом виде использование рапсового масла в качестве топлива для дизельного двигателя осложняется, так как по сравнению с дизельным топливом оно имеет следующие недостатки: более высокую вязкость, плотность, повышенную склонность к нагарооб-разованию, низкую испаряемость и др.

Устранить часть недостатков рапсового масла можно, применяя его в смеси с дизельным топливом или с помощью химической переработки, например реакции этерификации (получения метилового эфира рапсового масла или биодизеля).

Наиболее приемлемым моторным топливом для дизельного двигателя на сегодняшнем этапе являются композиции на основе биодизеля и дизельного топлива, которые в меньшей степени требуют изменения конструкции дизельного двигателя, так как энергетические и экологические diesel fuel, chemical treatment, motor fuel, hy-показатели работы двигателя, работающего на таком смесевом топливе, близки к соответствующим показателям при работе на обычном дизельном топливе [1].

Качество получаемого смесевого топлива зависит от свойств и характеристик исходных компонентов, но наряду с этим большую роль играют технологии и устройства для их смешивания. Основные требования к ним – равномерность распределения по объему компонентов топлива. Добиться выполнения этого требования можно, используя устройства, обеспечивающие высокую производительность и качество смешивания. Используемые в настоящее время аппараты с механическим перемешиванием уже не в состоянии справиться с задачей интенсификации процесса получения смесевого топлива, а другие перспективные направления находятся в стадии исследования. Поэтому разработка нового оборудования для интенсификации процесса получения смесевого топлива в настоящее время актуальна [2].

Проведенный анализ литературных источников показал, что в качестве эффективного смешивающего устройства для производства смесевого топлива можно использовать гидродинамический смеситель или эжектор. Он одновременно выполняет две функции – смешивает и перекачивает жидкости. В нем также наблюда- ется такое физическое явление, как гидродинамическая кавитация, которая возникает в результате падения давления в 20–30 раз в струе за соплом эжектора. Это явление способствует интенсивности процесса смешивания [3].

Для повышения интенсивности кавитации гидродинамический смеситель был оснащен переменным сечением сопла эжектора и отражателем на выходе из камеры смешивания. Данная конструкция защищена патентом на полезную модель.

Схема данного смесителя представлена на рисунке 1.

Емкость условно состоит из нескольких емкостей меньших объемов, в каждой из которых находятся оба компонента и готовая смесь. Поток основного компонента смеси подается насосом в корпус сопла эжектора. В корпусе расположены пружина и поршень, оснащенный иглой с профилированным концом.

Рис. 1. Гидродинамический смеситель:

1 – емкость; 2 – всасывающая гидролиния; 3 – насос; 4 – электродвигатель; 5 – напорная; 6 – корпус сопла; 7 – поршень; 8 – игла; 9 – сопло; 10 – пружина; 11 – приемная камера; 12 – камера смешивания; 13 – гидролиния; 14 – конус;

15 – отражатель; 16 – щелевое сопло; 17 – корпус; 18 – сливная гидролиния

При увеличении давления основного компонента смеси поршень перемещается влево и проходное сечение сопла увеличивается, и наоборот, если давление уменьшается. Из сопла основной компонент смеси с большой скоростью поступает в приемную камеру, в результате чего в ней происходит падение давления и из емкости всасывается дополнительный компонент смеси. Затем оба компонента поступают в камеру смешивания, на выходе из которой в конусе закреплен отражатель. Конус закрыт корпусом, из полости которого готовая смесь поступает в емкость.

В этом смесителе пульсации давления в корпусе сопла будут вызывать перемещения иглы и изменение площади проходного сечения сопла. Это способствует изменению величины вакуума. Интенсивность кавитации должна возрасти. Для проверки указанных предположений были проведены экспериментальные исследования.

Целью экспериментальных исследований является сравнение интенсивности кавитации, возникающей в гидродинамических смесителях, оснащенных эжекторами с нерегулируемым и регулируемым сечением сопел.

Во время исследований измеряли значения давления перед соплом и вакуум в приемной камере, строили графики изменения значений этих величин, которые представлены на рисунке 2.

Как видно из графиков, давление потока топлива перед соплом регулируемого и нерегулируемого сечения в среднем имеет одинаковое значение. Величина вакуума в гидродинамическом смесителе, оснащенном эжектором с регулируемым соплом, изменяется с большей амплитудой по срав- нению с нерегулируемым, что способствует увеличению интенсивности кавитационных явлений и повышает скорость смешивания компонентов биотоплива.

Также наличие отражателя, выполненного в форме цилиндрической полости, способствует возникновению колебательных движений жидкости в смесительной камере и, как следствие, увеличению интенсивности кавитации в гидродинамическом смесителе.

Время, с

Время, с

Рис. 2. Давление перед соплом и величина вакуума: а – сопло регулируемое; б – сопло нерегулируемое

Таким образом, согласно проведенному анализу литературных источников было выяснено, что для получения смесе-вого биотоплива наиболее предпочтителен гидродинамический смеситель или эжек- тор. Выполненные экспериментальные исследования показали, что применение гидродинамического смесителя с переменным сечением сопла эжектора повышает интенсивность процесса смешивания.