Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо

Изобретение описывает способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо, предусматривающий мойку исходных семян; очистку моечной воды в параллельно установленных и попеременно работающих фильтрах в режимах разделения и водной регенерации фильтрующих элементов; отвод отфильтрованной воды в сборник конденсата; сушку вымытых семян воздухом, подогретым в рекуперативном теплообменнике; очистку отработанного воздуха после сушки в циклоне; измельчение семян с последующей обжаркой перегретым паром атмосферного давления; механический отжим обжаренных семян в форпрессе; тонкую очистку полученного масла в вакуум-фильтре; вымораживание из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе; подогрев масла; смешивание масла с раствором гидроксида калия в метаноле и проведение реакций переэтерификации в гидродинамическом смесителе и насосе-кавитаторе с разделением полученной смеси на глицерин и биодизельное топливо в разделительной центрифуге с использованием высокотемпературного теплового насоса, включающего компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и две секции испарителя, одну из которых используют для вымораживания из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе, а другую для осушения очищенного от взвешенных частиц в циклоне воздуха, подготовку перегретого пара в конденсаторе теплового насоса с последующей подачей в обжарочный аппарат с образованием контуров рециркуляции по материальным и тепловым потокам, отличающийся тем, что используют двухступенчатый парокомпрессионный тепловой насос, включающий компрессоры первой и второй ступеней, испаритель первой ступени, конденсатор второй ступени, терморегулирующие вентили первой и второй ступеней и конденсатор-испаритель, который для первой ступени используют как конденсатор, а для второй ступени как испаритель; измеряют и контролируют расход исходных компонентов, температуру и влажность; реакцию переэтерификации в гидродинамическом смесителе при температуре 40-50°С в соотношении «масло-гидроксид калия в метаноле» 9:1 и в зависимости от расхода смеси масла с раствором гидроксида калия в метаноле после насоса-кавитатора устанавливают частоту вращения ротора разделительной центрифуги с выходом биодизельного топлива 95-110% от количества растительного масла после форпресса. Технический результат изобретения заключается в повышении точности и надежности управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо, обеспечивающих стабилизацию качества получаемых целевых и промежуточных продуктов в интервалах заданных значений при минимальных энергетических затратах. 1 ил., 1 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано в нефтехимической, топливной и других отраслях промышленности при получении биодизельного топлива из семян масличных культур.

Известен способ получения биодизельного топлива путем переэтерифи-кации растительного масла спиртом в присутствии катализатора при последующем разделении полученных продуктов экстракцией диоксидом углерода путем отделения от полученной смеси глицерина и биодизеля с циркуляцией диоксида углерода в режиме замкнутого цикла [Пат. №2412236 РФ, С11С 3/04; Способ получения биодизельного топлива / Винокуров В.А., Дадашев М.Н., Барков А.В. заявители и патентообладатели ГОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина» и Ассоциация делового сотрудничества в области передовых комплексных технологий "АСПЕКТ" (Ассоциация "АСПЕКТ") (RU). - №2008149226/10; заявл. 15.12.2008; опубл. 20.02. 2011, Бюл. №5].

Однако в известном способе не предусмотрена система управления технологическими параметрами в области оптимальных значений с точки зрения получения биодизельного топлива высокого качества в заданных объемах при минимальных энергетических затратах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ производства биодизельного топлива из семян масличных культур [Пат. №2646755 РФ, C10L 1/02; С07С 67/03; С11С 3/10. Линия производства биодизельного топлива / В.В. Ткач, С.А. Шевцов, заявители и обладатели Ткач В.В., Шевцов С.А. - №2017112845, заявл. 13.04.2017; опубл. 07.03.2018, Бюл. №7] в соответствии с линией для его реализации, включающий мойку исходных семян; очистку моечной воды в параллельно установленных и попеременно работающих фильтрах с водной регенерацией фильтрующих элементов; сушку вымытых семян подогретым воздухом; очистку отработанного воздуха после сушки в циклоне; измельчение семян с последующей обжаркой перегретым паром атмосферного давления; механический отжим обжаренных семян в форпрессе; тонкую очистку полученного масла в вакуум-фильтре, вымораживание из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе; подогрев масла в проточном теплообменнике; смешивание масла с раствором гидроксида калия в метаноле и проведение реакций переэтерификации в гидродинамическом смесителе и насосе-кавитаторе с разделением полученной смеси на глицерин и биодизельное топливо; высокотемпературный тепловой насос, содержащий компрессор, терморегулирующий вентиль и две секции испарителя, одну из которых используют в экспозиторе, а другую для осушения отработанного воздуха; конденсатор для подготовки перегретого пара с последующей подачей в обжарочный аппарат с образованием контуров рециркуляции по материальным и тепловым потокам.

Однако использование одноступенчатого парокомпрессионного теплового насоса для подготовки теплоносителей в известном способе может привести к существенным энергозатратам, связанным с компрессионным сжатием хладагента для достижения высоких температур конденсации. Критические температуры известных рабочих сред холодильных машин, в зависимости от которых осуществляется выбор температуры конденсации паров хладагента в конденсаторе, как правило, имеют высокие температуры кипения, что затрудняет охлаждение отработанного воздуха после сушки до температуры «мокрого термометра», а следовательно, его осушение в испарителе теплового насоса.

Известный способ не обеспечивает точность и надежность управления технологическими параметрами на всех этапах переработки семян масличных культур в биодизельное топливо, что не позволяет обеспечить стабилизацию технологических режимов в области допустимых значений, обусловленных получением целевых продуктов высокого качества при минимальных энергетических затратах и ограничениях на производительность по исходному продукту.

В способе не предусмотрено использование оперативной информации с объекта управления для регулирования температурных режимов конденсации влаги из влажного воздуха в испарителе, подготовки перегретого пара в конденсаторе парокомпрессионного теплового насоса в пределах заданных значений, что в целом не может обеспечить оптимальных условий технологии переработки масличных семян в биодизельное топливо как системы тепломассообменных и механических процессов.

Технической задачей изобретения является повышение точности и надежности управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо, снижение удельных энергозатрат и повышение выхода целевого продукта.

Для решения технической задачи изобретения в способе управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо, предусматривающем мойку исходных семян; очистку моечной воды в параллельно установленных и попеременно работающих фильтрах в режимах разделения и водной регенерации фильтрующих элементов; отвод отфильтрованной воды в сборник конденсата; сушку вымытых семян воздухом, подогретым в рекуперативном теплообменнике; очистку отработанного воздуха после сушки в циклоне; измельчение семян с последующей обжаркой перегретым паром атмосферного давления; механический отжим обжаренных семян в форпрессе; тонкую очистку полученного масла в вакуум-фильтре, вымораживание из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе; подогрев масла; смешивание масла с раствором гидроксида калия в метаноле и проведение реакций переэтерификации в гидродинамическом смесителе и насосе-кавитаторе с разделением полученной смеси на глицерин и биодизельное топливо в разделительной центрифуге с использованием высокотемпературного теплового насоса, включающего компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и две секции испарителя, одну из которых используют для вымораживания из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе, а другую для осушения очищенного от взвешенных частиц в циклоне воздуха, подготовку перегретого пара в конденсаторе теплового насоса с последующей подачей в обжарочный аппарат с образованием контуров рециркуляции по материальным и тепловым потокам новым является то, что используют двухступенчатый парокомпрессионный тепловой насос, включающий компрессоры первой и второй ступени, испаритель первой ступени, конденсатор второй ступени, терморегулирующие вентили первой и второй ступени и конденсатор-испаритель, который для первой ступени используют как конденсатор, а для второй ступени как испаритель; измеряют расход и температуру исходных семян; расход, температуру и влажность вымытых семян перед сушкой; концентрацию взвешенных частиц в воде после фильтра, работающего в режиме разделения; уровень воды в сборнике конденсата; расход, температуру и влажность семян до и после обжарки; расход семян перед форпрессом; расход жмыха и отжатого масла после форпресса; расход отфильтрованного масла после вакуум-фильтра; температуру и расход масла перед гидродинамическим смесителем; расход смеси масла с раствором гидроксида калия в метаноле после насоса кавитатора; расходы биодизеля и глицерина после разделительной центрифуги; концентрацию взвешенных частиц в воде после фильтра, работающего в режиме разделения; расход, температуру воздуха, подаваемого в сушилку; влагосодержание воздуха до и после сушки; температуру кипения хладагента в испарителе первой ступени; температуру конденсации хладагента первой ступени (температуру кипения хладагента второй ступени) в конденсаторе-испарителе теплового насоса; температуру конденсации хладагента в конденсаторе второй ступени; расходы метанола и гидроксида калия перед их смешиванием; расход избыточной части отработанного пара, подаваемого в проточный теплообменник и в рубашку гидромеханического смесителя; расход смеси растительного масла с метанолом после насоса кавитатора; расходы биодизеля и глицерина после разделительной центрифуги; и осуществляют сбалансированное управление параметрами теплоносителей в замкнутых термодинамических циклах по воздуху, воде и перегретому пару; при этом в зависимости от текущих значений расхода и температуры исходных семян устанавливают расход воды из сборника конденсата на процесс мойки; при достижении концентрации взвешенных частиц в отфильтрованной воде более 5 мг/л переключают работу фильтра с режима разделения на режим водной регенерации фильтрующих элементов; осуществляют подпитку свежей водой по ее уровню в сборнике конденсата; по измеренным значениям расхода, температуры и влажности вымытых семян перед сушкой устанавливают мощности компрессоров первой и второй ступени двухступенчатого парокомпрессионного теплового насоса для подготовки воздуха и перегретого пара; по разности влагосодержаний воздуха до и после сушки и его расходу определяют количество испарившейся из семян влаги в отработанном воздухе, непрерывно контролируют влажность высушенных семян и при отклонении влажности семян после сушки более 8% сначала охлаждают воздух до температуры точки «росы» за счет интенсификации рекуперативного теплообмена между воздухом и хладагентом в испарителе первой ступени теплового насоса до влагосодержания воздуха 0,005-0,010 кг/кг путем снижения температуры кипения хладагента, дросселирующего через терморегулирующий вентиль первой ступени теплового насоса; а затем нагревают воздух в рекуперативном теплообменнике до температуры 60-80°С и подают на сушку; стабилизируют температуру конденсации паров хладагента первой ступени теплового насоса в конденсаторе-испарителе воздействием на степень компрессионного сжатия компрессора первой ступени и используют ее в качестве температуры кипения хладагента второй ступени; устанавливают температуру конденсации хладагента в конденсаторе второй ступени в интервале 160-180°С за счет компрессионного сжатия компрессора второй ступени и посредством рекуперативного теплообмена перегревают пар до температуры 130-160°С и затем подают в обжарочый аппарат, после которого получают обжаренные семена с влажностью 1,5-3,0%; по текущим значениям влажности семян до и после обжарки определяют количество излишней части перегретого пара, образовавшегося за счет испарившейся из семян влаги, и устанавливают заданное соотношение расходов отработанного перегретого пара в проточный подогреватель и в рубашку гидромеханического смесителя; контролируют соотношение расходов гидроксида калия и метанола 5:1 при смешивании; проводят реакцию переэтерификации в гидродинамическом смесителе при температуре 40-50°С в соотношении «масло-гидроксид калия в метаноле» 9:1 ив зависимости от расхода смеси масла с раствором гидроксида калия в метаноле после насоса-кавитатора устанавливают частоту вращения ротора разделительной центрифуги с выходом биодизельного топлива 95-110% от количества растительного масла после форпресса.

Технический результат изобретения заключается в повышение точности и надежности управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо, обеспечивающих стабилизацию качества получаемых целевых и промежуточных продуктов в интервалах заданных значений при минимальных энергетических затратах.

На фиг. 1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ управления процессом переработки семян масличных культур в биодизельное топливо.

Схема содержит моечную машину 1; сушилку 2; вальцевый станок 3; сепарирующую машину 4; обжарочный аппарат 5; форпресс 6; накопительная емкость для масла 7; масляные насосы 8, 31; барабанный фильтр 9; экспозитор 10; промежуточный сборник масла 11; циклон 12; фильтры 13, 14; сборник конденсата 15; двухступенчатый парокомпрессионный тепловой насос (ДПКН), включающий компрессор первой ступени 16, компрессор второй ступени 17, испаритель первой ступени 18, конденсатор-испаритель 19, конденсатор второй ступени 20, терморегулирующий вентиль первой ступени 21, терморегулирующий вентиль второй ступени 22, рекуперативный теплообменник 23; проточный подогреватель 24; сборник метанола 25; сборник гидроксида калия 26; смеситель 27; гидромеханический смеситель с обогревающей рубашкой 28; насос-кавитатор 29; разделительную центрифугу 30; насосы 32, 33; 34, 35, 36; вентиляторы 37, 38; распределители потоков 39, 40, 41; буферную емкость 42; микропроцессор 43; линии материальных и тепловых потоков: 1.0 - подачи исходных масличных семян в камеру мойки; 1.1 - отвода масличных семян в сушилку; 1.2 - отвода подсушенных масличных семян из сушилки на измельчение в вальцевый станок; 1.3 - отвода измельченных масличных семян с вальцевого станка на сепарирующую машину; 1.4 - отвода схода с сита сепарирующей машины на доизмельчение; 1.5 - отвода измельченных семян в обжароч-ный аппарат; 1.6 - отвода мезги из обжарочного аппарата в форпресс; 1.7 - отвода масла из форпресса в барабанный фильтр; 1.8 - отвода форпрессового жмыха; 1.9 - отвода осадка из барабанного фильтра; 1.10 - отвода профильтрованного масла из форпресса в экспозитор; 1.11 - отвода восковых веществ из экспозитора; 1.12 - подачи масла в промежуточный сборник; 1.13 - отвода масла в проточный нагреватель; 1.14 - подачи масла в гидромеханический смеситель; 1.15 - подачи метанола в смеситель; 1.16 - подачи гидроксида калия в смеситель; 1.17 - подачи раствора гидроксида калия в метаноле в гидромеханический смеситель; 1.18 - подачи смеси в насос кавитатор; 1.19 - подачи смеси в разделительную центрифугу; 1.20 - отвода биодизеля; 1.21 - отвода глицерина; 2.0 - рециркуляции хладагента в первой ступени ДПКН; 2.1 - рециркуляции хладагента во второй ступени ДПКН; 3.0 - подачи кондиционированного воздуха после испарителя первой ступени в рекуперативный теплообменник; 3.1 - отвода отработанного воздуха в циклон; 3.2 - подачи очищенного отработанного воздуха в испаритель первой ступени; 3.3 - подачи сжатого воздуха в барабанный фильтр; 4.0 - рециркуляции перегретого пара; 4.1 - отвод перегретого пара в проточный подогреватель и гидромеханический смеситель с обогревающей рубашкой; 5.0 - отвода конденсата из испарителя первой ступени, из проточного подогревателя, из гидромеханического смесителя в сборник конденсата; 5.1 - отвода очищенной воды; 5.2 - отвода осадка из фильтров воды; 5.3 - подачи воды на регенерацию фильтрующих элементов; 5.4 - подпитки свежей водой; 6.0 - отвода твердых частиц из циклона.

Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо осуществляется следующим образом.

Вымытые семена в моечной машине 1 высушивают в сушилке 2 и затем измельчают в вальцевом станке 3 до частиц с эквивалентным диаметром не более 1…3 мм, после чего направляют в сепарирующую машину 4. Сход с сита сепарирующей машины отводят на доизмельчение в вальцевый станок 3, а проход в виде измельченной фракции семян направляют в обжарочный аппарат 5. Обжаренные семена подают в форпресс 6, где они подвергаются механическому отжиму. Отжатое масло из форпресса 6 отводят в накопительную емкость 7, а форпрессовый жмых отводят на экстракцию.

Отжатое масло из накопительной емкости 7 насосом 8 под давлением 2…5 атм подают на фильтрацию через нижний патрубок барабанного фильтра 9, работающего под давлением. Профильтрованное масло отводят в экспозитор 10 для вымораживания восковых веществ.

Восковые вещества отводят из экспозитора 10, а готовое масло выводят в промежуточный сборник 11, после чего направляют в проточный подогреватель 24 и нагревают до 50-65°С, снижая его вязкость.

Одновременно в смесителе 27 осуществляют подготовку раствора гидроксида калия в метаноле при соотношении «гидроксид калия - метанол» 5:1.

Подогретое в проточном подогревателе 24 масло вместе с предварительно приготовленным в смесителе 27 раствором гидроксида калия в метаноле в соотношении 9:1 подают в гидромеханический смеситель 28 с обогревающей рубашкой и осуществляют сначала первую ступень реакции переэтерификации при температуре 40-50°С; а затем вторую ступень реакции переэтерификации в насосе-кавитаторе 29 при температуре 20-25°С. Далее полученную смесь разделяют в разделительной центрифуге 30 на глицерин и биодизельное топливо.

Для подготовки теплоносителей в замкнутых термодинамических циклах по сушильному агенту, в качестве которого используют воздух для сушки масличных культур в сушилке 2; по хладагенту для вымораживания восковых веществ в экспозиторе 10 и конденсации влаги из сушильного агента в испарителе первой ступени 18; по перегретому пару для обжарки измельченных семян в обжарочном аппарате 5 используют двухступенчатый парокомпрессионный тепловой насос, работающий по следующему термодинамическому циклу.

Хладагент первой ступени, например Фреон R142b, всасывается компрессором первой ступени 16, сжимается до давления конденсации и направляется по замкнутому контуру 2.0 в конденсатор-испаритель 19. За счет компрессионного сжатия в компрессоре первой ступени 16 хладагент доводят до температуры конденсации, например было 47-50°С, и за счет рекуперативного теплообмена в конденсаторе-испарителе 19 он отдает теплоту на кипение хладагента второй ступени, в качестве которого используют, например Фреон 113. Затем хладагент первой ступени направляется в терморегулирующий вентиль 21, где дросселируется до заданного давления. С этим давлением хладагент поступает в испаритель первой ступени 18 и экспозитор 10, в которых кипит при температуре -9,2°С, что позволяет довести температуру сушильного агента до «точки росы» и обеспечить конденсацию водяных паров из сушильного агента в виде тумана или капельной жидкости, а также обеспечить необходимый температурный режим вымораживания восковых веществ из масла в экспозиторе 10.

Пары хладагента второй ступени после конденсатора-испарителя 19 сжимаются компрессором второй ступени 17 и конденсируются в конденсаторе второй ступени 20 при температуре, например 200…210°С, что позволяет обеспечить подготовку перегретого пара с температурой 130…160°С перед обжаркой семян в обжарочном аппарате 5. После конденсатора второй ступени хладагент второй ступени дросселируется через терморегулирующий вентиль второй ступени 22, доводится до давления кипения и по контуру рециркуляции 2.1 подается в конденсатор-испаритель 19, после чего термодинамический цикл повторяется.

Информация о ходе технологических операций в процессе переработки масличных семян в биодизельное топливо с помощью датчиков передается в микропроцессор 43, который по заложенному в него программно-логическому алгоритму осуществляет оперативное управление технологическими параметрами посредством исполнительных механизмов с учетом накладываемых на них ограничений, обусловленных как экономической целесообразностью, так и максимальны выходом биодизельного топлива высокого качества.

Фактическое количество моющей воды для мойки семян в моечной машине 1 микропроцессор 43 определяет по уровню воды в сборнике конденсата 15 с помощью датчика уровня и обеспечивает подачу свежей воды или вывод излишней ее части из контура рециркуляции 5.1 по линии 5.4. Качество очистки отработанной воды определяют по концентрации взвешенных частиц в лини 5.1 после фильтров 13 и 14, при отклонении которой более 5 мг/л переключают работу, например фильтра 13, с режима разделения на режим водной регенерации фильтрующих элементов с одновременным переключением фильтра 14 к режиму разделения и наоборот. Фильтр, работающий в режиме регенерации, отключают из контура рециркуляции воды 5.1, а для восстановления пропускной способности фильтрующих перегородок в него под давлением насосом 36 из сборника конденсата по линии 5.3 подают воду. Отфильтрованную воду после фильтра, работающего в режиме разделения, подают в сборник конденсата 15, а затем в зависимости от расхода исходных семян в линии 1.0 устанавливают расход воды в моечную машину по линии 5.1 воздействием на мощность регулируемого привода насоса 35.

В зависимости от производительности перерабатываемых масличных семян в биодизельное топливо устанавливают мощности приводов компрессоров первой и второй ступени двухступенчатого парокомпрессионного теплового насоса для подготовки воздуха и перегретого пара.

В установившемся режиме процесса переработки масличных семян в биодизельное топливо микропроцессор 43 по текущим значениям расхода, температуры и влажности вымытых семян в линии 1.1 устанавливает расход и температуру воздуха, подаваемого на сушку по линии 3.0 соответственно воздействием на мощность регулируемого привода вентилятора 38 и на расход отработанного перегретого пара из обжарочного аппарата через распределитель 29 в рекуперативный теплообменник 23, в котором посредством рекуперативного теплообмена нагревается воздух до температуры 60-80°С.

Так как в испарителе первой ступени 18 достигается снижение влагосодержания отработанного воздуха за счет конденсации содержащейся в нем влаги, то существенно повышается его влагопоглощающая способность и создаются условия для низкотемпературной сушки семян. Поэтому микропроцессор по разности влагосодержаний сушильного агента до и после сушки семян определяет количество испарившейся из семян влаги по формуле:

где хвх, хвых - влагосодержание воздуха на входе и выходе из сушилки, кг/кг; ρсв - плотность абсолютно сухой части воздуха, кг/м3; V - объемный расход воздуха, м3/ч.

Для конденсации влаги из отработанного воздуха в количестве испарившейся из семян влаги воздух охлаждают до температуры точки «росы» и осушают до влагосодержания 0,005-0,010 кг/кг за счет интенсификации рекуперативного теплообмена между воздухом и хладагентом в испарителе первой ступени путем снижения температуры кипения хладагента, дросселирующего через терморегулирующий вентиль первой ступени 21. Сконденсированную влагу выводят из испарителя первой ступени 18 по линии 5.0 в буферную емкость 42, а затем насосом 33 подают в сборник конденсата 15.

При отклонении влажности высушенных семян от заданного значения, которое непрерывно контролируется микропроцессором, в сторону увеличения снижают давление и температуру кипения хдадагента в испарителе первой ступени 18, что позволяет интенсифицировать процесс конденсации влаги из воздуха и увеличить его влагопоглащающую способность.

Микропроцессор стабилизирует температуру конденсации паров хладагента первой ступени в конденсаторе-испарителе 19 воздействием на степень компрессионного сжатия компрессора первой ступени 16 и используют ее в качестве температуры кипения хладагента второй ступени.

В процессе обжарки семян в обжарочном аппарате 5 микропроцессор 43 устанавливает заданные значения температуры перегретого пара, например, 130…140°С, и расхода перегретого пара, например, 9⋅103-104 м3/ч, необходимым выбором мощности привода компрессора второй ступени 17 и мощности регулируемого привода вентилятора 37.

По величине рассогласования текущей влажности семян на выходе из обжарочного аппарата с заданным значением, например 1,5-3,0%, микропроцессор 43 воздействует на расход и температуру перегретого пара в контуре рециркуляции 4.0, выводя их на верхнюю или нижнюю границы ограничений, обеспечивая условие равенства текущего значения влажности масличных сеян с заданным.

По текущим значениям влажности семян до и после обжарочного аппарата микропроцессор 43 определяет количество излишней части перегретого пара Uотвод, образовавшегося за счет испарившейся из семян влаги в процессе обжарки из уравнения теплового баланса:

где W1, W2 - влажность семян на входе и выходе из обжарочного аппарата, %; Gc - расход семян на входе в обжарочный аппарат, кг/ч; с1, с2 - теплоемкость семян на входе и выходе из обжарочного аппарата, кДж/(кг⋅°С); t1, h2 - соответственно температура семян на входе и выходе из обжарочного аппарата, К; Gп - расход перегретого пара на входе в обжарочный аппарат, кг/ч; i1, i2 - теплосодержание перегретого пара на входе и выходе из обжарочного аппарата, кДж/кг; Qпот - потери теплоты в окружающую среду, кДж/ч.

Излишнюю часть перегретого пара отводят из контура рециркуляции 4.0 по линии 4.1. через распределитель потоков 39 в проточный подогреватель 24 и в обогревающую рубашку гидромеханического смесителя 28, а образовавшийся конденсат по линиям 5.0 насосами 32 и 34 отводят в сборник конденсата 15.

Устанавливают температуру масла в проточном подогревателе 24 в интервале значений 50-55°С и температуру реакции переэтерификации масла в интервале 40-50°С в гидромеханическом смесителе с обогревающей рубашкой воздействием на соотношение расходов перегретого пара через распределитель потоков 39 по линиям 4.1.

Микропроцессор в зависимости от масличности обжаренных семян и их расхода устанавливает мощность привода шнека форпресса и контролирует выход масла в интервале значений 18-42% (в зависимости от масличной культуры), отводимого из форпресса по линии 1.7 в барабанный фильтр 9. При отклонении выхода масла от заданного значения микропроцессор корректирует режим прессования воздействием на мощность привода шнека форпресса.

Микропроцессор контролирует соотношение расходов гидроксида калия и метанола 5:1 соответственно в линиях 1.15 и 1.16 при смешивании в смесителе 27, и устанавливает соотношение расходов «масло-гидроксид калия в метаноле» 9:1 при проведении реакции переэтерификации в гидродинамическом смесителе.

В зависимости от расхода смеси масла с раствором гидроксида калия в метаноле после насоса-кавитатора устанавливают частоту вращения ротора разделительной центрифуги с коррекцией по величине выхода биодизельного топлива 95-110% от количества растительного масла после форпресса.

Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо реализован на экспериментальной поточной линии производительностью 3-5 т/ч по исходным семенам рапса и сои в производственных условиях ООО «Согал-ЭКО».

Энергоэффективные режимы технологических операций в области допустимых свойств осуществлялись с помощью двухступенчатого парокомпрессионного теплового насоса со следующими параметрами:

Двухступенчатый парокомпрессионный тепловой насос обеспечивал необходимую производительность трубчатого конденсатора второй ступени с рабочей температурой конденсации 160-180°С при получении перегретого пара с температурой 130-160°С, необходимого как для эффективной реализации процесса обжарки предварительно высушенных и измельченных масличных семян, так и для реализации предыдущей сушки семян, связанной с нагреванием сушильного агента за счет теплоты отработанного перегретого пара; снижением вязкости масла в проточном подогревателе и интенсификацией процесса переэтирификации в гидромеханическом смесителе.

Пределы регулирования управляемых технологических параметров с масличностью семян 30-45% в области оптимальных значений (табл. 1) позволили получить биодизельное топливо высокого качества (табл. 2).

Таким образом, предлагаемый способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо:

- обеспечивает стабилизацию параметров в области оптимальных значений, обеспечивающих максимальный выход биодизельного топлива за счет высокой точности и надежности управления;

- сужает интервал отклонения параметров теплоносителей, подготовленных в двухступенчатом парокомпрессионном тепловом насосе, от заданных значений, а следовательно, стабилизирует режимы работы основного и вспомогательного оборудования в области стандартных свойств получаемого биодизельного топлива;

- сокращает поле допуска на показатели качества получаемого биодизельного топлива, снижая разброс значений на 0,1…0,5%;

- позволяет повысить производительность получения биодизельного топлива на 5…7% и снизить удельные энергозатраты на 5…10% за счет рационального использования энергоносителей в замкнутых термодинамических циклах.

Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо, предусматривающий мойку исходных семян; очистку моечной воды в параллельно установленных и попеременно работающих фильтрах в режимах разделения и водной регенерации фильтрующих элементов; отвод отфильтрованной воды в сборник конденсата; сушку вымытых семян воздухом, подогретым в рекуперативном теплообменнике; очистку отработанного воздуха после сушки в циклоне; измельчение семян с последующей обжаркой перегретым паром атмосферного давления; механический отжим обжаренных семян в форпрессе; тонкую очистку полученного масла в вакуум-фильтре; вымораживание из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе; подогрев масла; смешивание масла с раствором гидроксида калия в метаноле и проведение реакций переэтерификации в гидродинамическом смесителе и насосе-кавитаторе с разделением полученной смеси на глицерин и биодизельное топливо в разделительной центрифуге с использованием высокотемпературного теплового насоса, включающего компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и две секции испарителя, одну из которых используют для вымораживания из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе, а другую для осушения очищенного от взвешенных частиц в циклоне воздуха, подготовку перегретого пара в конденсаторе теплового насоса с последующей подачей в обжарочный аппарат с образованием контуров рециркуляции по материальным и тепловым потокам, отличающийся тем, что используют двухступенчатый парокомпрессионный тепловой насос, включающий компрессоры первой и второй ступеней, испаритель первой ступени, конденсатор второй ступени, терморегулирующие вентили первой и второй ступеней и конденсатор-испаритель, который для первой ступени используют как конденсатор, а для второй ступени как испаритель; измеряют расход и температуру исходных семян; расход, температуру и влажность вымытых семян перед сушкой; концентрацию взвешенных частиц в воде после фильтра, работающего в режиме разделения; уровень воды в сборнике конденсата; расход, температуру и влажность семян до и после обжарки; расход семян перед форпрессом; расход жмыха и отжатого масла после форпресса; расход отфильтрованного масла после вакуум-фильтра; температуру и расход масла перед гидродинамическим смесителем; расход смеси масла с раствором гидроксида калия в метаноле после насоса кавитатора; расходы биодизеля и глицерина после разделительной центрифуги; концентрацию взвешенных частиц в воде после фильтра, работающего в режиме разделения; расход, температуру воздуха, подаваемого в сушилку; влагосодержание воздуха до и после сушки; температуру кипения хладагента в испарителе первой ступени; температуру конденсации хладагента первой ступени (температуру кипения хладагента второй ступени) в конденсаторе-испарителе теплового насоса; температуру конденсации хладагента в конденсаторе второй ступени; расходы метанола и гидроксида калия перед их смешиванием; расход избыточной части отработанного пара, подаваемого в проточный теплообменник и в рубашку гидромеханического смесителя; расход смеси растительного масла с метанолом после насоса кавитатора; расходы биодизеля и глицерина после разделительной центрифуги и осуществляют сбалансированное управление параметрами теплоносителей в замкнутых термодинамических циклах по воздуху, воде и перегретому пару; при этом в зависимости от текущих значений расхода и температуры исходных семян устанавливают расход воды из сборника конденсата на процесс мойки; при достижении концентрации взвешенных частиц в отфильтрованной воде более 5 мг/л переключают работу фильтра с режима разделения на режим водной регенерации фильтрующих элементов; осуществляют подпитку свежей водой по ее уровню в сборнике конденсата; по измеренным значениям расхода, температуры и влажности вымытых семян перед сушкой устанавливают мощности компрессоров первой и второй ступеней двухступенчатого парокомпрессионного теплового насоса для подготовки воздуха и перегретого пара; по разности влагосодержаний воздуха до и после сушки и его расходу определяют количество испарившейся из семян влаги в отработанном воздухе, непрерывно контролируют влажность высушенных семян и при отклонении влажности семян после сушки более 8% сначала охлаждают воздух до температуры точки «росы» за счет интенсификации рекуперативного теплообмена между воздухом и хладагентом в испарителе первой ступени теплового насоса до влагосодержания воздуха 0,005-0,010 кг/кг путем снижения температуры кипения хладагента, дросселирующего через терморегулирующий вентиль первой ступени теплового насоса; а затем нагревают воздух в рекуперативном теплообменнике до температуры 60-80°С и подают на сушку; стабилизируют температуру конденсации паров хладагента первой ступени теплового насоса в конденсаторе-испарителе воздействием на степень компрессионного сжатия компрессора первой ступени и используют ее в качестве температуры кипения хладагента второй ступени; устанавливают температуру конденсации хладагента в конденсаторе второй ступени в интервале 160-180°С за счет компрессионного сжатия компрессора второй ступени и посредством рекуперативного теплообмена перегревают пар до температуры 130-160°С и затем подают в обжарочый аппарат, после которого получают обжаренные семена с влажностью 1,5-3,0%; по текущим значениям влажности семян до и после обжарки определяют количество излишней части перегретого пара, образовавшегося за счет испарившейся из семян влаги, и устанавливают заданное соотношение расходов отработанного перегретого пара в проточный подогреватель и в рубашку гидромеханического смесителя; контролируют соотношение расходов гидроксида калия и метанола 5:1 при смешивании; проводят реакцию переэтерификации в гидродинамическом смесителе при температуре 40-50°С в соотношении «масло-гидроксид калия в метаноле» 9:1 и в зависимости от расхода смеси масла с раствором гидроксида калия в метаноле после насоса-кавитатора устанавливают частоту вращения ротора разделительной центрифуги с выходом биодизельного топлива 95-110% от количества растительного масла после форпресса.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области химических технологий, в частности к способу получения биодизельного топлива из растительных масел, и может найти применение в отраслях промышленности, использующих дизельные двигатели.

Настоящее изобретение относится к способу модификации одного или нескольких типов триглицеридов в жире, включающему воздействие на одно масло или жир, выбранный из группы, состоящей из подсолнечного масла с высоким содержанием стеариновой кислоты и с высоким содержанием олеиновой кислоты или олеиновой фракции, соевого масла с высоким содержанием стеариновой кислоты и с высоким содержанием олеиновой кислоты или олеиновой фракции, рапсового масла с высоким содержанием стеариновой кислоты и олеиновой кислоты или олеиновой фракции, хлопкового масла с высоким содержанием стеариновой кислоты и с высоким содержанием олеиновой кислоты или олеиновой фракции, с помощью способа внутримолекулярной этерификации, в котором жирные кислоты триглицеридов указанного масла или жира случайно перераспределяются между триглицеридами с получением масла или жира с модифицированным профилем содержания твердого жира (SFC), где количество триглицеридов SUS-типа (насыщенная-ненасыщенная-насыщенная) является повышенным.
Изобретение относится к способу производства сложноэфирного продукта, посредством реакции переэтерификации, из первой смеси, содержащей по меньшей мере два разных сложноэфирных соединения, с образованием второй сложноэфирной смеси, характеризующейся более низкой температурой плавления, чем температура плавления указанной первой сложноэфирной смеси, включающему следующие стадии: а) смешивание по меньшей мере двух разных исходных сложноэфирных соединений с образованием первой сложноэфирной смеси и b) приведение указанной первой сложноэфирной смеси в контакт с катализатором, содержащим от 30 до 60% (% вес.) оксида кальция и по меньшей мере один второй оксид металла, где второй оксид металла выбран из группы, состоящей из оксида металла группы 2А, отличного от кальция, оксида переходного металла, оксида лантана, диоксида кремния, оксида алюминия и алюмината металла.
Изобретение относится к получению топлив из возобновляемого сырья. Способ получения биодизельного топлива заключается в том, что масло смешивают с низшим спиртом с получением смеси, затем проводят процесс переэтерификации с использованием воды и каталитически активной мембраны, состоящей из диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом, при этом пористый полимер выбран из тканых или нетканых материалов из волокон полиэтилена, полипропилена, политетрафторэтилена, полиамида, при этом указанную смесь приводят в контакт с каталитически активным слоем мембраны, а воду - с диффузионным слоем мембраны, после чего продукт контактирования указанной смеси с каталитически активным слоем подвергают упариванию для удаления непрореагировавшего спирта с получением целевого биодизельного топлива, а продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин.

Изобретение относится к области органической химии и химии поверхностно-активных веществ, а именно к способу получения сложных эфиров полиглицерина и жирных кислот из отходов производства растительных масел, которые проявляют свойства эмульгаторов и могут найти применение в средствах бытовой и автомобильной химии, косметике и т.д.

Изобретение относится к области органической химии и химии поверхностно-активных веществ, а именно к способу получения сложных эфиров полиглицерина и жирных кислот растительных масел (подсолнечного, соевого, пальмового, гидрогенизированного пальмового и кокосового), которые проявляют свойства эмульгаторов и могут найти применение в пищевой и косметической продукции.

Изобретение относится к комплексной переработке масличных культур, а также получению биодизельного топлива из них и может быть использовано в пищевой, топливной промышленности и сельском хозяйстве.

Изобретение относится к способу получения биодизельного топлива для двигателей внутреннего сгорания дизельного типа. В основе способа лежит реакция переэтерификации триглицеридов при температуре 20-80°С.

Изобретение относится к производству продуктов диетического профилактического питания и касается функциональной триглицеридной композиции для производства пищевых продуктов.

Изобретение относится к способу получения алкиловых эфиров жирных кислот (АЭЖК) и может быть использовано в нефтехимической, топливной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу получения сложных эфиров таллового масла, которые могут найти применение для получения жёстких пенополиуретанов. По первому варианту способ получения сложных эфиров таллового масла для получения жёстких пенополиуретанов, включает этерификацию таллового масла многоатомными спиртами путём нагревания при температуре 140–150°С в течение 3 часов в присутствии катализатора на основе сульфатированного оксида циркония на силикагеле, с размерами частиц 120-200 нм, в количестве 2,5-3,5% от количества таллового масла.

Изобретение относится к способу получения биодизельного топлива из илов и/или осадков очистных сооружений, включающему предварительную обработку сырья, экстракцию липидной фракции, переэтерификацию липидной фракции, разделение полученных фракций и осушение биодизеля.

Изобретение относится к способу получения триацилглицеролов из камедей, отделенных от маслосодержащих продуктов. .
Изобретение относится к способу получения биодизельного топлива с использованием процесса переэтерификации и может быть использовано в нефтехимической, топливной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам производства биотоплива. .

Изобретение относится к области переработки промышленных отходов. .

Изобретение относится к области переработки промышленных отходов, в частности пищевой промышленности. .

Изобретение относится к способу получения сложных эфиров жирных кислот и/или смесей сложных эфиров жирных кислот низших одноатомных спиртов с 1-5 С-атомами путем взаимодействия глицеридов жирных кислот с низшими спиртами в присутствии основных катализаторов.

Изобретение относится к способу получения эфиров дистиллированного таллового масла, которые используются в химической промышленности при производстве жестких пенополиуретанов, а сама технология получения эфиров в лесохимической промышленности.

Изобретение относится к способу превращения жидкостей и восков процесса Фишера-Тропша в базовый компонент смазочного масла и/или мотороное топливо. Способ превращения жидкостей и восков процесса Фишера-Тропша в базовый компонент смазочного масла и/или моторное топливо включает (a) подачу воска процесса Фишера-Тропша после гидроочистки в первую изомеризационную установку для получения изомеризованного воска процесса Фишера-Тропша; (b) объединение изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша с изомеризованным воском процесса Фишера-Тропша для того, чтобы получить смесь изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша и изомеризованного воска процесса Фишера-Тропша; и (c) подачу указанной смеси в колонну фракционирования с целью разделения смеси на фракцию базового компонента смазочного масла и по меньшей мере одну фракцию моторного топлива; причем стадия (b) включает подачу жидкости процесса Фишера-Тропша в установку гидроочистки до объединения изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша с изомеризованным воском процесса Фишера-Тропша и подачу гидроочищенной жидкости процесса Фишера-Тропша во вторую изомеризационную установку с получением изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша, причем изомеризованную жидкость процесса Фишера-Тропша объединяют с изомеризованным воском процесса Фишера-Тропша для того, чтобы получить смесь изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша и изомеризованного воска процесса Фишера-Тропша.

Изобретение описывает способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо, предусматривающий мойку исходных семян; очистку моечной воды в параллельно установленных и попеременно работающих фильтрах в режимах разделения и водной регенерации фильтрующих элементов; отвод отфильтрованной воды в сборник конденсата; сушку вымытых семян воздухом, подогретым в рекуперативном теплообменнике; очистку отработанного воздуха после сушки в циклоне; измельчение семян с последующей обжаркой перегретым паром атмосферного давления; механический отжим обжаренных семян в форпрессе; тонкую очистку полученного масла в вакуум-фильтре; вымораживание из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе; подогрев масла; смешивание масла с раствором гидроксида калия в метаноле и проведение реакций переэтерификации в гидродинамическом смесителе и насосе-кавитаторе с разделением полученной смеси на глицерин и биодизельное топливо в разделительной центрифуге с использованием высокотемпературного теплового насоса, включающего компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и две секции испарителя, одну из которых используют для вымораживания из очищенного масла восковых веществ в экспозиторе, а другую для осушения очищенного от взвешенных частиц в циклоне воздуха, подготовку перегретого пара в конденсаторе теплового насоса с последующей подачей в обжарочный аппарат с образованием контуров рециркуляции по материальным и тепловым потокам, отличающийся тем, что используют двухступенчатый парокомпрессионный тепловой насос, включающий компрессоры первой и второй ступеней, испаритель первой ступени, конденсатор второй ступени, терморегулирующие вентили первой и второй ступеней и конденсатор-испаритель, который для первой ступени используют как конденсатор, а для второй ступени как испаритель; измеряют и контролируют расход исходных компонентов, температуру и влажность; реакцию переэтерификации в гидродинамическом смесителе при температуре 40-50°С в соотношении «масло-гидроксид калия в метаноле» 9:1 и в зависимости от расхода смеси масла с раствором гидроксида калия в метаноле после насоса-кавитатора устанавливают частоту вращения ротора разделительной центрифуги с выходом биодизельного топлива 95-110 от количества растительного масла после форпресса. Технический результат изобретения заключается в повышении точности и надежности управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо, обеспечивающих стабилизацию качества получаемых целевых и промежуточных продуктов в интервалах заданных значений при минимальных энергетических затратах. 1 ил., 1 пр., 2 табл.

Наверх