RU2693046C1 - Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо - Google Patents

Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо Download PDF

Info

Publication number
RU2693046C1
RU2693046C1 RU2018126879A RU2018126879A RU2693046C1 RU 2693046 C1 RU2693046 C1 RU 2693046C1 RU 2018126879 A RU2018126879 A RU 2018126879A RU 2018126879 A RU2018126879 A RU 2018126879A RU 2693046 C1 RU2693046 C1 RU 2693046C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stage
oil
seeds
temperature
condenser
Prior art date
Application number
RU2018126879A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Александрович Шевцов
Владимир Владимирович Ткач
Татьяна Николаевна Тертычная
Наталья Алексеевна Сердюкова
Original Assignee
Сергей Александрович Шевцов
Владимир Владимирович Ткач
Татьяна Николаевна Тертычная
Наталья Алексеевна Сердюкова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Александрович Шевцов, Владимир Владимирович Ткач, Татьяна Николаевна Тертычная, Наталья Алексеевна Сердюкова filed Critical Сергей Александрович Шевцов
Priority to RU2018126879A priority Critical patent/RU2693046C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2693046C1 publication Critical patent/RU2693046C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/03—Preparation of carboxylic acid esters by reacting an ester group with a hydroxy group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11C—FATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
    • C11C3/00—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
    • C11C3/04—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fats or fatty oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11C—FATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
    • C11C3/00—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
    • C11C3/04—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fats or fatty oils
    • C11C3/10—Ester interchange
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Abstract

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.

Description

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:
Figure 00000001
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:
Figure 00000002
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:
Figure 00000003
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).
Figure 00000004
Figure 00000005
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.

Claims (1)

  1. 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.
RU2018126879A 2018-07-20 2018-07-20 Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо RU2693046C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126879A RU2693046C1 (ru) 2018-07-20 2018-07-20 Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126879A RU2693046C1 (ru) 2018-07-20 2018-07-20 Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2693046C1 true RU2693046C1 (ru) 2019-07-01

Family

ID=67252112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018126879A RU2693046C1 (ru) 2018-07-20 2018-07-20 Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2693046C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1051111A1 (ru) * 1978-04-27 1983-10-30 Феб Швермашиненбау-Комбинат "Эрнст Тэлманн" (Инопредприятие) Способ пропаривани масличных сем н под давлением и устройство дл его осуществлени
RU2482408C1 (ru) * 2011-11-09 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" Способ управления процессом сушки
RU2528387C2 (ru) * 2009-09-07 2014-09-20 Каунсил Оф Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Комплексный способ производства метилового эфира ятрофы и сопутствующих продуктов
RU2586898C1 (ru) * 2015-04-01 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ"). Способ влаготепловой обработки зерна крупяных культур
CN104531350B (zh) * 2014-12-05 2017-10-27 昆明理工大学 一种提纯生物柴油的方法
US20170369803A1 (en) * 2013-06-19 2017-12-28 Argent Energy (Uk) Limited Biodiesel Composition and Related Process and Products
RU2640366C1 (ru) * 2017-03-06 2017-12-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") Способ комплексной переработки семян сои

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1051111A1 (ru) * 1978-04-27 1983-10-30 Феб Швермашиненбау-Комбинат "Эрнст Тэлманн" (Инопредприятие) Способ пропаривани масличных сем н под давлением и устройство дл его осуществлени
RU2528387C2 (ru) * 2009-09-07 2014-09-20 Каунсил Оф Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Комплексный способ производства метилового эфира ятрофы и сопутствующих продуктов
RU2482408C1 (ru) * 2011-11-09 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" Способ управления процессом сушки
US20170369803A1 (en) * 2013-06-19 2017-12-28 Argent Energy (Uk) Limited Biodiesel Composition and Related Process and Products
CN104531350B (zh) * 2014-12-05 2017-10-27 昆明理工大学 一种提纯生物柴油的方法
RU2586898C1 (ru) * 2015-04-01 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ"). Способ влаготепловой обработки зерна крупяных культур
RU2640366C1 (ru) * 2017-03-06 2017-12-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") Способ комплексной переработки семян сои

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109442753A (zh) 一种精确控温型热泵热风炉控制系统及控制方法
WO2010117288A1 (en) Integrated process of filtration to dry brewer's spent grain
CN109593603A (zh) 一种鲜花椒纯油及其生产工艺
US20160008734A1 (en) Device and method for vacuum dehydration of low-volatile liquid
US4622760A (en) Apparatus for desolventizing and drying solvent-containing residue meal
RU2546444C2 (ru) Способ и устройство обжарки
RU2693046C1 (ru) Способ управления процессом переработки масличных семян в биодизельное топливо
RU2595152C1 (ru) Линия производства растительного масла
US4480993A (en) Installation for processing chunks of animal matter
CN106731537A (zh) 一种冷冻式干燥机
RU2640366C1 (ru) Способ комплексной переработки семян сои
RU2619278C1 (ru) Линия производства растительного масла
RU2621979C1 (ru) Способ получения обжаренных зернопродуктов
CN204447537U (zh) 油品智能优化系统
CN105999754A (zh) 一种芳樟醇蒸馏提取装置及工艺
RU2646755C1 (ru) Линия производства биодизельного топлива
RU2660265C1 (ru) Способ и установка для получения co2-экстракта
RU2328140C1 (ru) Способ управления процессом получения обжаренных зернопродуктов
RU2773436C1 (ru) Способ управления линией производства растительного масла
CN107603745A (zh) 利用餐厨垃圾提取油脂的装置
RU2442821C1 (ru) Способ влагоудаления из фосфолипидной эмульсии растительных масел
CN104211552A (zh) 植物混合油中提炼正己烷的装置
RU2633563C1 (ru) Установка абсорбционной подготовки природного газа
CN205917233U (zh) 一种节能型脱臭设备
RU2635946C1 (ru) Установка подготовки природного газа

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200721