УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСЕВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
MIXED DIESEL FUEL OBTAINING METHOD

Изобретение относится к устройствам получения смесевого дизельного топлива и может быть использовано для получения моторного топлива для дизельных двигателей.
Известно устройство изготовления печного жидкого топлива путем смешения мазута с водой и получения водотопливной эмульсии с последующим использованием в топочных камерах (а.с. СССР №214948, кл. F23D 11/06, 1966 г.). Недостатком известного устройства является невысокое качество смесеобразования и высокие энергозатраты на получение смесевого топлива. Другим недостатком является то, что полученное жидкое топливо не соответствует стандартам на моторное топливо и оно не пригодно для использования в двигателях внутреннего сгорания.
Известна конструкция механического эмульгатора, состоящего из корпуса с расположенными в нем перегородками, служащими для турбулизации потока мазута и подаваемой на вход эмульгатора воды (а.с. СССР №117106, кл. C10L 11/00, 1959 г.). Недостатком известного устройства является его большая металлоемкость и малая дисперсность получаемой водомазутной смеси.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута, содержащее корпус со штуцерами для ввода мазута и водяного пара, корпус выполнен в виде нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, а внутри каждого прямолинейного участка установлены тела кавитации, расположенные скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру между штуцерами ввода пара. Устройство используется в котельной технике, где в качестве топлива используется мазут, для приготовления водомазутной эмульсии для последующего сжигания в топочных устройствах (пат. РФ №2044960, кл. 6 F23K 5/00, 25.09.1992).
Недостатком известного устройства являются большие энергозатраты на получение пара и подогрев топлива. Другим недостатком является необходимость быстрого использования полученного топлива непосредственно после приготовления, а также несоответствие характеристик получаемого топлива стандартам на моторное топливо. Все рассмотренные устройства используют для получения водотопливной эмульсии, тогда как основным требованием к дизельному топливу является отсутствие следов воды в топливе.
Задачей изобретения является создание устройства для получения смесевого дизельного топлива с низкими энергетическими затратами и характеристиками, удовлетворяющими стандартам качества на моторное топливо, и пригодное для использования в двигателях внутреннего сгорания.
В результате использования предлагаемого устройства появляется возможность получения качественного смесевого дизельного топлива при минимальных энергетических затратах.
-3
Технический результат достигается тем, что в устройстве для получения смесевого дизельного топлива, содержащем корпус с входным и выходным патрубком, корпус выполнен из множества лабиринтных участков, соединенных между собой последовательно общими каналами, каждый лабиринтный участок состоит по крайней мере из двух местных каналов с вертикальными стенками с изменяющейся кривизной, соединенных на входе и выходе каналов, причем выход первого канала повернут на 180° к выходу второго канала, каждый местный канал содержит встроенные в стенки канала формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрической полости с коническими основаниями, а на входе каждого лабиринтного участка установлены тела кавитации, выполненные в виде цилиндров с диаметром D, связанным с шириной общего канала В соотношением В-D=10÷1,0 мм.
Устройство получения смесевого дизельного топлива иллюстрируется на фиг.1-4, где на фиг.1 представлена общая схема устройства получения смесевого дизельного топлива, на фиг.2 - конструкция реактора устройства для получения смесевого дизельного топлива, на фиг.3 - поперечное осевое сечение формирователя вихря, на фиг.4 - поперечное сечение тела кавитации.
Схема на фиг.1 содержит емкость 1 для дизельного топлива, емкость 2 для воды и емкость 3 для поверхностно-активных веществ. Емкости 1, 2, 3 соединены трубопроводами 4, 5 и 6 со смесителем 7. Смеситель 7 через насос высокого давления 8, реактор 9 соединен с фильтром 10 и накопительной емкостью 11.
Схема на фиг.1 работает следующим образом. Дизельное топливо, воду и поверхностно-активные вещества смешивают в объемном отношении 1:(0,05-0,5):(0,0005-0,005) в смесителе 7. Полученную смесь с помощью насоса высокого давления 8 подают в реактор 9, где водотопливную эмульсию преобразуют в смесевое дизельное топливо, не содержащее воды. В реакторе 9 производят также дополнительную очистку смесевого дизельного топлива от парафинов и серы. Смесевое дизельное топливо фильтруют в фильтре 10 и подают в накопительную емкость 11.
Реактор устройства получения смесевого дизельного топлива показан на фиг.2. Реактор 9 имеет корпус 12, входной 13 и выходной 14 патрубки. В корпусе установлены лабиринтные участки 15, соединенные друг с другом и с патрубками 13 и 14 последовательно. С помощью общих каналов 16 количество лабиринтных участков 15 составляет от 1 до 100. Каждый лабиринтный участок содержит по крайней мере два местных канала 17 и 18, имеющих общий вход 19 и два выхода 20 и 21 каналов. Каждый канал 17 и 18 имеет вертикальные стенки 22 с изменяющейся кривизной. Выход 20 канала 17 повернут на 180° к выходу 21 канала 18. Каналы 17 и 18 содержат встроенные в стенки 22 каналов формирователи вихря 23. В общем канале 16 на входе каждого лабиринтного участка 15 установлены тела кавитации 24, выполненные в виде цилиндров 25 с диаметром D, соизмеримым с шириной В общего канала 16.
На фиг.3 представлено поперечное осевое сечение формирователя вихря. Каналы 17 и 18 содержат встроенные в стенки 22 формирователи вихрей 23, выполненные в виде цилиндрической полости 26 с коническими основаниями 27 и углом α при коническом основании.
На фиг.4 представлено поперечное осевое сечение тела кавитации 24 в общем канале 16. Диаметр D тела кавитации соизмеримо с шириной В общего канала 16. Высота h тела кавитации 24 равна высоте Н общего канала 16.
2
-3
2
3
Устройство для получения смесевого дизельного топлива работает следующим образом. Смесь дизельного топлива с водой и поверхностно-активными веществами подают под давлением 5-50 кг/см на входной патрубок 13 реактора 9. Температура смеси составляет 10-100°С, а расход смеси 10-10 м/ч. Цилиндрическая форма местных каналов 17 и 18 с переменной кривизной с формирователями вихрей 23 и тел кавитации 24 приводит к появлению вихрей в водотопливной смеси и столкновению встречных потоков смеси на выходах 20 и 21 каналов 17 и 18. При этом водотопливная смесь гомогенизируется под действием поверхностно-активных веществ и формирователей вихря 23. В гомогенизированной водотопливной смеси в общем канале 16 и в местных каналах 17 и 18 в результате взаимодействия потока топливной смеси с телами кавитации создают микро- и нанообласти в виде охлопывающихся кавитационных пузырьков, в которых давление и температура в 10-100 раз превышают давление и температуру водотопливной смеси на входе 13 реактора. Высокое давление и температура в присутствии каталитического воздействия поверхностно-активных веществ приводят к разрыву углеводородных цепей, а ионы
+
-
+
-
Н и ОН воды взаимодействуют с образованием новых углеводородных цепей с присоединением к ним ионов H и ОН. Процесс получения смесевого дизельного топлива осуществляют до полного преобразования и исчезновения воды в смесевом дизельном топливе.
Пример выполнения устройства получения смесевого дизельного топлива.
Устройство для получения смесевого дизельного топлива содержит реактор 9, который состоит из 10 лабиринтных участков 15, соединенных между собой, входным 13 и выходным патрубком 14 последовательно с помощью 11 общих каналов 16. Ширина В общего канала 16 составляет 15 мм, высота - 20 мм, диаметр тела кавитации 24 D=14,9 мм. Ширина местных каналов 12 мм, высота 20 мм, диаметр формирователя вихря 23 - 12 мм, угол при коническом основании α=30°.
2
К дизельному топливу в смесителе 7 добавляют 30% воды и 0,1% поверхностно-активных веществ. Водотопливную смесь подают в реактор 9 под давлением 25 кг/см и при температуре 20°С. Производительность реактора 1 т/ч. После обработки в реакторе получены следующие характеристики смесевого дизельного топлива.
№ п/п
Параметры
Дизельное топливо
Смесевое дизельное топливо
1
Кинематическая вязкость при 18°С
2,7 мм<sup>2</sup>/с
2,8 мм<sup>2</sup>/с
2
Кислотность
1,23 мг KOH/100 мл
0,82 мг KOH/100 мл
3
Содержание воды
отсутствует
отсутствует
4
Цетановое число
51,5
51,5
5
Плотность при 18°С
821
821,5
6
Температура вспышки, °С, не ниже
66
68
7
Температура помутнения, °С, не выше
-16
-19
8
Температура застывания, °С, не выше
-23
-26
9
Содержание водорастворимых кислот и щелочей
отсутствует
отсутствует
Фракционный состав смесевого дизельного топлива не отличается от исходного дизельного топлива. Остальные характеристики смесевого дизельного топлива соответствуют стандартам на дизельное топливо.
Устройство может быть использовано для получения смесевого биодизельного топлива на основе растительных масел, а также для получения смесевого мазутного и печного топлива.