Кафедра «технология органического и нефтехимического синтеза»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО И НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА»

ПРОЦЕССЫ алкоголиза. исследование процесса этанолиза растительных масел с целью получения биодизеля

Методические указания к лабораторной работе

для магистрантов по направлению магистерской подготовки 24010.68 «Химическая технология» по магистерским программам «Химия и технология органических веществ» и «Химия и технология продуктов основного органического и нефтехимического синтеза»

Волгоград 2013

УДК 661.71 + 665.65

Рецензент:

канд. хим. наук доцент кафедры аналитической, физической химии

и физико-химии полимеров Г.П. Духанин

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета

Процессы алкоголиза. Исследование процесса этанолиза растительных масел с целью получения биодизеля: методические указания к лабораторной работе/ сост. Ю.В. Попов, В.Е. Шишкин, Е.В. Медников, Н.А. Бутакова; Волгоград: ИУНЛ, ВолгГТУ, 2013. – 20 с.

Библиография: 7 названий.

В данных методических указаниях содержится необходимая учебно-методическая информация для успешного изучения студентами теории и практики этанолиза триацилглицеринов растительных масел с целью получения биодизеля.

Методические указания предназначены в помощь студентам, обучающимся по магистерской программам 240100.68 «Химия и технология органических веществ» и «Химия и технология продуктов основного органического и нефтехимического синтеза», выполняющим лабораторный практикум по дисциплинам «Технология основного органического синтеза» и «Технология нефтехимического синтеза».

© Волгоградский государственный

технический университет, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Метиловые и этиловые эфиры жирных кислот, получаемые из триглицеридов жирных кислот (триацилглицеринов) растительных масел, в последнее время начинают широко использоваться в качестве добавки, или точнее фракции, к нефтяному дизельному топливу и их называют биодизелем. Сегодня биодизель считается реальной альтернативой традиционному дизельному топливу за счет того, что является биоразлагаемым, нетоксичным, возобновляемым топливом, имеет более высокое цетановое число и его применение сдерживает загрязнение окружающей среды. Специалисты по моторной технике считают биодизельное топливо лучшим из имеющихся видов горючего для двигателей с самовоспламенением. Топливо, используемое в любых дизелях, можно частично или полностью заменить биодизелем. Дизельное топливо, содержащее 2, 5 и 10 % биодизеля, называют соответственно В2, В5 и В10, а чистый биодизель В100. В 20 самая распространенная биодизельная смесь в США и считается наиболее сбалансированной по требованиям к дизельному топливу. В Европе вопросами производства и применения биодизеля занимается Европейский Биодизельный Комитет. В настоящее время в Евросоюзе функционируют 245 заводов по производству биодизеля по Европейскому стандарту EN14214 суммарной мощностью 22 млн. т./год. Чаще всего биодизель получают алкоголизом (в литературе часто пишут переэтерификацией) – взаимодействием масла со спиртом в присутствии щелочного или реже кислотного катализатора. В этом процессе также получают другой не менее ценный продукт – глицерин. Наиболее часто в производстве биодизеля используют масла рапса (87 % от мирового производства), сои, подсолнечника, канолы и хлопка. Кроме экономических, эксплуатационных и экологических преимуществ биодизеля также важен социальный аспект его производства. Технологическая цепочка производства биодизеля позволит обеспечить население большим количеством рабочих мест, способствуя тем самым социальной интеграции. 1 июля 2006 г. в РФ принят ГОСТ 52 368-2005 «Дизельное топливо», допускающий использование до 5 % биодизеля. Следует отметить, что Волгоградская область занимает в стране лидирующее положение по выращиванию рапса и выведению его перспективных сортов. С этой целью в Волгоградском государственном аграрном университете создан научно-исследовательский центр. В перспективе Россия станет основным поставщиком «биодизеля» на мировом рынке. Таким образом, процессы алкоголиза в последнее время приобретают очень важное значение в промышленности органического и нефтехимического синтеза.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение теории и технологии процессов алкоголиза триацилглицеринов, разработка инженерных основ получения биодизеля.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ

В результате выполнения лабораторной работы студент должен выполнить этанолиз предложенного растительного (рапсового или подсолнечного) масла, выделить продукты синтеза – биодизель (этиловые эфиры жирных кислот) и глицерин, охарактеризовать их качество и вычислить выходы, составить материальные балансы, предложить функциональную и принципиальную технологическую схемы производства биодизеля, выполнить расчет реактора на предложенную преподавателем проектную производительность по биодизелю (от 1500 т/год до 3500 т/год) и определить расходные коэффициенты по сырью и вспомогательным материалам.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТА В РЕЗУЛЬТАТЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Студент должен:

- знать теоретические и инженерные основы процессов алкоголиза, переэтерификации, этерификации, катализаторы, реакционные узлы для этих процессов;

- уметь разрабатывать функциональные и принципиальные технологические схемы процессов алкоголиза, составлять материальные балансы и выполнять расчеты реакторов для периодических процессов, определять расходные коэффициенты по сырью и вспомогательным материалам;

- обладать навыком работы (по проведению синтеза этиловых эфиров жирных кислот («биодизеля»), выделения их из реакционной массы, очистки и определения их показателей качества.

Экспериментальная часть

Методика выполнения работы

Содержание отчета

В отчете должна быть приведена схема установки, рисунок отражающий характер циркуляции потоков реакционной массы, возникающих в реакторе при перемешивании мешалкой, изложены физико-химические основы процесса, подробное описание эксперимента, представляются все выполненные расчеты (по загрузкам, теоретическому и экспериментальному материальным балансам, технологическим критериям, расчету реактора), предлагаются варианты функциональной и принципиальной технологической схем производства биодизеля, делаются рекомендации и выводы по работе.

Меры предосторожности

Работы с щелочами (NaOH и KOH) проводят в резиновых перчатках и защитных очках. При ожогах щелочами обожженное место быстро промывают обильной струей воды под краном, а затем обрабатывают 1 %-ным водным раствором уксусной кислоты. При попадании щелочи в глаза, что является особенно опасным, глаза немедленно промывают большим количеством воды из-под крана, а затем обрабатывают 1-2 %-ным раствором борной кислоты. После этого независимо от степени поражения глаз пострадавшего направляют к врачу.

Работы с легковоспламеняющимися и горючими веществами проводят в вытяжном шкафу в отсутствие открытого пламени и электронагревательных приборов с открытым нагревательным элементом. Огнеопасные вещества нагревают под постоянным наблюдением на водяных, масляных или песчаных банях. Основной мерой для предотвращения возгораний и пожаров является строгое соблюдение правил пожарной безопасности. Все студенты, работающие в лаборатории, должны хорошо знать средства пожаротушения и умело их применять. При возникновении пожара следует тотчас выключить вентиляцию, газ и все нагревательные приборы, удалить с участка возгорания все горючие вещества. Для тушения ЛВЖ используют противопожарные одеяла (кошму), сухой песок, порошковые составы, пенные и углекислотные огнетушители.

Соблюдайте правила безопасности при работе с механизмами, имеющими вращающиеся оси. Верхнеприводная мешалка имеет светодиод перегрузки. Он не должен гореть при длительном использовании, иначе прибор автоматически отключается.

Лабораторный термостат эксплуатировать нельзя если в нем не имеется жидкости-теплоносителя, если он поврежден, подтекает, поврежден сетевой кабель.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Химия и теоретические основы процессов алкоголиза, переэтерификации, этерификации.

2. Дать классификацию изучаемого процесса получения (алкоголиза) этиловых эфиров жирных кислот в соответствии с принципами принятыми для классификации химико-технологических процессов.

3. Предложить функциональную и принципиальную технологические схемы производства этиловых эфиров жирных кислот, (биодизеля).

4. Физико-химические свойства алкиловых эфиров жирных кислот и области их применения.

5. Физико-химические свойства глицерина, методы получения и области его применения.

6. Какие преимущества и недостатки имеет биодизель в сравнении с традиционным дизельным топливом для быстроходных дизельных двигателей?

7. Принципы расчета материальных балансов для периодических производств, (на примере производства биодизеля).

8. Физико-химические свойства этилового спирта и основные промышленные методы его получения. Области применения этилового спирта.

9. Значение процесса перемешивания для систем Ж-Ж несмешивающиеся. Гидродинамическая структура потоков жидкости в изучаемом реакторе. Какие мешалки считают тихоходными и быстроходными? В каких случаях следует рекомендовать наиболее распространенные типы перемешивающих устройств? От каких факторов зависит мощность, потребляемая механическими мещалками?

10. Анализ полученных результатов по синтезу биодизеля. Выводы по работе и рекомендации для дальнейших исследований или (и) по разработке исходных данных для проектирования производства биодизеля.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1988, 592 с.

2. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А., Тимошенко А.В. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Высшая школа, 2010, 408 с.

3. Девянин С.Н., Марков В.А., Семенов В.Г. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей. – М., Изд. МГАУ им. В.П. Гоячкина, 2007, 340 с.

4. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М., Химия, 1992. 432 с. 2-е изд. М., Высшая школа, 2003, 536 с.

5. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Т. 2 – Калуга, Издательство Н. Бочкаревой, 2002, 1028 с.

6. Производство и применение биодизеля: Справочное пособие. / А.Р. Аблаев, Ф.М. Гумеров, И.Ф. Левин и др. М., АПК и ППРО, 2006, 80 с.

7. Девянин С.Н., Марков В.А., Семенов В.Г. и др. Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях. М., Инженер, ОНИКО-М., 2011, 534 с.

Учебное издание

Юрий Васильевич Попов

Вениамин Евгеньевич Шишкин

Евгений Викторович Медников

Наталья Александровна Бутакова

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО И НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА»