高品质生物燃油制取技术及其特种离心机的设计研究

摘要

面对目前能源安全现状，中国正在寻找可替代石油的可再生能源。生物燃油是一种新型、可再生、环保型的液体能源，具有替代石油的前途。但是，与柴油、汽油相比，由于生物燃油存在着流动性差、热值低、偏酸性、具有一定的含水量、热稳定性差等缺点，因此，其应用范围受到了一定限制。研究对生物燃油进行脱杂、提升热值达到或接近石油类产品水平、甚至脱除某些酸性组分等改性、升级处理，是实现生物燃油最终替代化石石油类能源产品的必经途径，具有重要的现实意义。
　　本文针对中国对生物燃油改性、提质、品位升级的迫切需要，对生物燃油进行了离心脱杂、多组分甄别的方式与技术、提升热值的途径与添加剂及其制备工艺等进行了研究，主要内容及结果如下:
　　首先，通过试验，研究、分析了不同添加剂对生物燃油主要物性和稳定性的影响，制备、优化出了最佳添加剂及其最佳添加比例和工艺步骤;第二，确定了高品质生物燃油制取技术的整体方案，并对机械搅拌系统关键零部件进行设计;第三，针对国内外现有离心机不能同时进行多组分分离的现状，提出了一种基于离心组分重布、介电常数甄别的多组分同时分离的新离心机技术及其装备整体设计方案，完成了该特种离心机转筒和隔离层关键部件设计研究及整机设计，并运用SolidWorks完成了其主要零部件的三维建模和整机虚拟装配，运用ANSYS软件对特种离心机关键部件进行力学分析和模态分析，进一步对特种离心机的结构进行校核和优化;该离心机并不但适用于生物燃油精准分离，而且适用于一切多组分液体同时精准分离。第四，为实现多个离心机循环作业、添加剂和生物燃油不同配比的高品质生物燃油连续生产，完成PLC对离心机组和搅拌系统进行控制的研究设计，有助于提升高品质生物燃油的质量和生产效率。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景、目的和意义

1．2 生物燃油提质改性的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 生物燃油分离的方法

1．4 生物燃油分离方法比较

1．5 本课题的主要研究内容

2．1 试验原料

2．1．1 生物燃油

2．1．2 添加剂

2．2 试验方法及测定方法

2．2．1 试验方法

2．2．2 测定方法

2．3 选择最佳添加剂的试验

2．3．1 不同添加剂与生物燃油混合试验

2．3．2 添加不同添加剂的生物燃油热值和经济性比较

2．4 添加剂对生物燃油圭要物性影响的试验

2．4．1 添加剂对生物燃油运动粘度的影响

2．4．2 添加剂对生物燃油含水率的影响

2．4．3 添加剂对生物燃油热值的影响

2．4．4 添加剂对生物燃油闪点的影响

2．4．5 添加剂对生物燃油密度的影响

2．4．6 添加剂对生物燃油pH值的影响

2．5 本章小结

3 高品质生物燃油生产装置总体及关键部件的设计

3．1 高品质生物燃油生产装置的总体设计

3．1．1 高品质生物燃油生产装置的功能

3．1．2 高品质生物燃油生产装置技术指标

3．1．3 高品质生物燃油生产装置技术要求

3．2 高品质生物燃油生产装置总体结构设计

3．3 机械搅拌系统关键零部件的设计

3．3．1 罐体尺寸的确定

3．3．2 罐体壁厚的设计

3．3．3 确定夹套的几何尺寸

3．3．4 确定叶轮尺寸及转速

3．3．5 搅拌轴的计算

3．4 本章小结

4 特种离心机的设计研究

4．1 基本方程的推导

4．1．1 连续性方程的推导

4．1．2 纳维-斯托克斯方程的推导

4．1．3 欧拉平衡方程的推导

4．2 离心机的工作原理

4．3 特种离心机整体设计方案

4．4 特种离心机关键部件设计

4．4．1 特种离心机转筒的设计与校核

4．4．2 特种离心机隔离层尺寸的确定

4．5 高品质生物燃油制取装置控制系统设计

4．5．1 特种离心机组控制系统设计

4．5．2 添加剂与生物燃油不同配比搅拌装置控制系统设计

4．6 本章小结

5 特种离心机关键零部件的有限元分析

5．1 关键部件静力学分析

5．2 关键部件的模态分析

5．2．1 模态分析理论

5．2．2 模态分析结果

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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