Пузырьковая промывка биодизеля и решение проблем с промывкой
by Maria "Mark" Alovert from Local B100

После реакции и первого отстаивания в биодизеле остается значительное количество водорастворимых примесей. Они есть в любом биодизеле, независимо от качества реакции или сырья. Примеси включает мыло (в основном), некоторое количество остаточного метанола, небольшое количество щелочи и немного свободного глицерина. Промыка топлива водой удаляет эти нежелательные примеси. Промывка имеет и другое преимущество: оно останавливает медленную реакцию, которая иногда продолжает происходить (в непромытом биодизеле можно наблюдать осаждение глицерина в течении недель или месяцев, а промывка и удаление метанола и щелочи останавливает этот процесс) и предоставляет возможность контролировать качество продукта.

Водная промывка обычно выполняется пузырьковым методом, разработанным в Университете штата Айдахо, или системой «аэрозольной мойки». Менее распространена объемная мойка. В любом случае, мойка осуществляется после отстаивания (18 часов) и слива глицериновой фазы, однако можно улучшить результаты процесса, если отстаивать биодизель 36 – 48 часов или более перед первой промывкой, чтобы мыло и глицерин могли быть более полно удалены.

Пузырьковая промывка:

Пенная промывка, в общем, заключается в осторожном смешивании 1/3 воды и 2/3 биодизеля с дешевым аквариумным воздушным аппаратом в водной части (вода оседает на дно, а биодизель остается на поверхности) и пропускании пузырьков через воду. Пузырьки воздуха обеспечивают непрямое перемешивание обеих жидкостей – они захватывают небольшое количество воды и переносят его через биодизель, отбирая мыло и другие примеси. Когда пузырек разрывается на поверхности, вода опускается вниз и отбирает еще больше мыла и примесей по дороге вниз. Через 6 часов (при низкой мощности) мойки, поток воздуха перекрывается и вода сливается, добавляется свежая вода и процесс повторяется. Эти замены воды происходят трижды в среднем, пока вода не показывает рН как у водопроводной воды и остается совершенно прозрачной. Промывочная воды может быть использована много раз для промывки следующих порций (процедура, описанная ниже в разделе «Противоток»).

Преимущества:

Преимущества в том, что пузырьковая промывка использует меньшее количество воды, и что в ней используется очень дешевое оборудование (стоимость нового аквариумного насоса – до 10 долларов, насосы б/у легко найти на ближайшем рынке, насос потребляет около 3 Вт). Процесс не требует постоянного наблюдения (особенно при установке дешевого таймера, который упростит процесс еще больше).

Недостатки:

Недостаток: если у вас получился биодизель плохого качества, или промывается очень малый объем, пузырьки могут перемешать воду и биодизель слишком энергично, что приведет к формированию эмульсии двух жидкостей.

Образование эмульсии – это основная проблема промывки, но оно также является своеобразной формой оценки качества процесса. Если знать, что его вызывает, то эти причины легко обойти.

Аэрозольная промывка:

Аэрозольная промывка была разработана как способ решения проблем с формированием эмульсии. В этом процессе используется большее количество воды и более сложное оборудование. Этот метод также маскирует проблемы с качеством – можно получить «хорошую промывку», но не всегда иметь представление о том, что же получилось в итоге. Эта система использует распылительную головку от садового шланга, подвешенную над контейнером с биодизелем, с возможностью стока воды после ее протекания сквозь топливо. Аэрозоль в меньшей степени перемешивает топливо, чем пузыльковая промывка и удаляет мыло постепенно. Более мягкое перемешивание означает меньшую вероятность формирования эмульсии мыла, моно и диглицеридов. Многие пользователи такой системы дополнительно делают и пузырьковую промывку в качестве финального этапа – после удаления мыла моно и диглицериды уже не так активно эмульгируют воду и топливо, поэтому использование пузырьковой промывки после аэрозольной дает хороший результат.

Недостатки:

Недостатки аэрозольной мойки – повышенное потребление воды, более сложное оборудование и маскировка потенциальных проблем. К сожалению, моно и диглицериды никуда не уходят в независимости от метода промывки – они не растворяются в воде и не вымываются ею, и при аэрозольной мойке следует применять какой-нибудь метод дополнительных испытаний топлива.

ОБЪЕМНАЯ ПРОМЫВКА:

Последний метод, объемный, обычно не используется производителями в домашних условиях. В этом методе смешиваются равные количества воды и биодизеля, после чего они перемешиваются, отстаиваются, вода сливается, и процесс повторяется многократно. Этот метод более трудоемкий, использует больше воды и не может быть автоматизирован так, как пузырьковый.

ПУЗЫРЬКОВЫЙ МЕТОД:
В этой статье остановимся на пузырьковом методе:

ТРЕБУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ:
Контейнер для промывки.
Клапан (не обязательно) для слива воды из биодизеля.
Аквариумный насос мощностью не менее 3 Вт.
--(если промывается крупная партия - от 60 литров и выше) --

ОПЦИОНАЛЬНО:
Недорогой таймер для отключения насоса через 6 часов.

Контейнер:

Промывку можно производить или собственно в емкости производства биодизеля, или в отдельной емкости. Можно использовать двухсотлитровую закрытую бочку, которую следует перевернуть, чтобы отверстие было внизу. Дно (которое теперь сверху) вырезается. После этого устанавливается шаровый кран на отверстие в ¾ дюйма и вся конструкция водружается на подпорку (несколько кирпичных блоков, например), до такой высоты, чтобы под конструкцией могло поместиться ведро.

Использование отдельного контейнера позволяет освободить емкость, в которой производится биодизель, для дальнейшего производства и отстаивания, не позволяет остаткам воды попасть в следующую порцию биодизеля и не позволяет плохо слитому глицерину загрязнить воду для промывки (может вызвать формирование эмульсии).

Прочее оборудование используется довольно просто.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНТЕЙНЕРА

Добавить 1/3 воды на 2/3 биодизеля в контейнере.
Воду в бак следует добавлять медленно, тонкой струей – не следует заливать воду из шланга под давлением.
Опустите в воду выход насоса, включите воздушный насос и оставьте на несколько часов. Насос должне быть установлен (можно использовать толстую проволоку и прикрутить его на краю емкости) над уровнем воды, чтобы в случае отказа электропитания жидкость не пошла в насос.

Точное время промывки не имеет особого значения. Для первого раз достаточно шести часов, больше для следующих циклов. Вода постепенно насыщается мылом из биодизеля и через некоторое время перестанет забирать примеси. В этот момент (через шесть часов) можно выключать насос. Полезно оставить все как есть на час или больше, чтобы вода и биодизель хорошо разделились (опционально). Здесь может пригодиться таймер – для того, чтобы отключить насос и дать возможность отстояться перед сливом. Затем воду следует тщательно слить, добавить еще воды и включить насос. Смена воды и промывка должны повториться не менее трех раз, пока вода не станет прозрачной и не покажет такой же рН, как и водопроводная вода.

Образование эмульсии:
Если биодизель получился невысокого качества, следует ожидать формирования эмульсии при первой промывке.

Что такое эмульсификация:

Если смешать воду с чистым 100% биодизелем, две жидкости быстро разделяются на два слоя: маслянистый биодизель сверху, вода – снизу, без промежуточного слоя. Можно повторить этот опыт с образцом биодизеля промышленного производства: встряхнуть его с водой в прозрачном сосуде. К сожалению, в присутствии мыла (или свободного глицерина, или моно и диглицеридов) в неочищенном топливе, имеет значение фактор эмульсификации, при которой разделение жидкостей затруднено.

Эмульгация также происходит в присутствии мыла, моно и диглицеридов при слишком активном перемешивании. Из-за этого используется и аэрозольный метод – слишком активное взбалтывание в этом методе исключено. Однако тем самым маскируется главная проблема, которая заключается не во взбалтывании, а в качестве топлива. Имеет смысл производить топливо, которое содержит меньше мыла и меньше эмульгаторов в лице моно и диглицеридов, в не уменьшать взбалтывание, поскольку степень взбалтывания при пузырьковой промывке не настолько значительна, чтобы вызвать эмульсификацию домашнего биодизеля среднего качества. Двухступенчатый кислотный процесс, хоть и немного сложен для новичков, производит намного меньше мыла, чем обычный одноступенчатый, и промывать такое топливо легче.

Немного о моно и диглицеридах:

Дополнительный фактор в проблемах с промывкой – это моно и диглицериды, который возникают в результате неполной реакции при невысоком качестве порции домашнего биодизеля. МГ и ДГ также являются эмульгаторами для масла и воды, растворяются в биодизеле и не вымываются из него. Эти вещества являются обычным компонентом дешевой еды в виде эмульгаторов в дешевом мороженом, соусах и т.д. Но в домашнем биодизеле они нежелательны. МГ и ДГ могут забить инжекторы и вызвать коррозию некоторых металлов при горении в составе топлива низкого качества. При производстве топлива, обычно не сложно избежать появления МГ и ДГ – путем использования правильного количества щелочи, повышения температуры, правильного перемешивания (лучше больше, чем меньше), большего количества метанола. Каждое масло требует своей рецептуры для получения хорошего биодизеля. Пренебрежение любым из факторов выше, или неточное определение количественных величин – первое на что следует обратить внимание, если возникли подозрения на низкую эффективность реакции.

Тест на моно и диглицериды в домашних условиях:
Один из методов – это еще раз выполнить перэтерификацию литра вашего топлива и посмотреть, не образуется ли еще глицерин.

1. Взять литр биодизеля (до промывки или после, но не из середины процесса, потому что там будет вода, которая нарушит процесс и вызовет формирование мыла).
2. Выполнить процесс перэтерификации так, как если бы это было масло: 3,5 грамма щелочи, 200 мг метанола.
3. Следить за образованием глицерина: если он есть, это означает, что МГ и ДГ присутствовали и превратились в глицерин в процессе перэтерификации. Следует понимать, что часть выделяющегося глицерина разбавляется метанолом, поэтому его действительное количество меньше, чем кажется. Из хорошего топлива глицерин не выделяется совсем. Можно попробовать провести этот эксперимент с коммерческим топливом.

КАК ВЫГЛЯДИТ ЭМУЛЬСИФИКАЦИЯ:
При нормальном процессе, без эмульсии:

Биодизель из использованного растительного масла будет оставаться относительно темным или золотисто-коричневым даже во время первого цикла промывки. Образец будет мутным. Цвет может быть ближе к оранжевому, быть светлее, это нормально. Оранжевая окраска вызывается небольшой эмульсификацией – в слое биодизеля присутствует водная эмульсия (возможно, ее вызывает мыло), но через несколько циклов промывки оранжевая окраска пропадет.

При не очень нормальном процессе, с формированием эмульсии:

Эмульгация может происходить одним из двух способов: полностью во всем контейнере промываемого топлива (очень плохая эмульсификация) или в менее вредной форме – в виде слоя эмульсии между биодизелем и водой. По описанию он похож на сливки или майонез.

1. Полная эмульсификация (плохо):
Если вместо коричневого биодизеля в верхней части емкости видна беловато-желтая, полупрозрачная субстанция с большей вязкостью (похоже на молочный коктейль) – эмульсия происходит по всему контейнеру.

2. Эмульсия в межфазной зоне (встречается чаще, менее проблематична):
Если в процессе промывки возникает слой эмульсии между водой и биодизелем, он проявится после первого слива воды для промывки. Обычно, первая вода должна быть полупрозрачно белого цвета, обычной водной консистенции, иногда похожей на молоко. Если в нее попадает эмульсия, то вода будет желтоватого цвета и может изменить вязкость – эмульсия будет похожа на молочный коктейль.

Как с этим бороться:
При возникновении эмульсии между фазами, это в общем нормально, есть вариант, что эмульсия со временем распадется сама.

Также можно слить воду до появления эмульсии, затем слить отдельно эмульсию в отдельное ведро или емкость. После этого промывать оставшийся биодизель. Отделение эмульсии от остального биодизеля позволит промыть большую часть биодизеля в емкости для промывки, пока эмульсия расслаивается. Если она не расслаивается сама по себе (процесс может занять от полдня до пары недель), то можно попробовать разделить эмульсию солью, нагревом или кислотой, при этом качество уже промытого биодизеля не пострадает от солей или кислот. Нет смысла продолжать промывку, не отделив эмульсию: удаление эмульсии и связанных с ней эмульгаторов/мыла займет значительно больше времени, чем промывка биодизеля с удаленной эмульсией.

Емкость для эмульсии:
При производстве относительно крупных партий топлива, можно использовать отдельную емкость для эмульсии, в которую можно сливать межфазную эмульсию, удаленную из процесса промывки. Если промывка производится в емкости объемом около 200 литров, то для эмульсии достаточно будет емкости на 60 литров, со сливным краном в нижней части. Большая часть эмульсии распадется или, по крайней мере, от нее отделиться вода. Эту воду можно периодически сливать. Со временем в этой емкости накопится достаточно биодизеля для того, чтобы перекачать его в емкость для промывки и далее выполнять промывку как обычно. Многое зависит и от качества исходного сырья: при использовании плохого масла эффективность реакции может быть низкой вне зависимости от рецептуры, следовательно, эмульсия будет образовываться всегда. Но если брать в качестве сырья обычное ресторанное масло, эмульсии может не быть вообще – в этом случае, возможно, специальная емкость для эмульсии может и не понадобиться.

Что делать при формировании эмульсии во всем объеме биодизеля:
Если весь объем биодизеля стал светло-желтым и образовалась эмульсия, можно сделать следующее, в таком порядке: время, мягкий нагрев, соль, кислота.

Время:
Отключить насос и оставить эмульсию в покое. Возможно, она расслоиться через день или два.
Недостаток: время, в течение которого емкость для промывки останется занятой.

Мягкий нагрев:
Нагрев эмульсии может способствовать ее расслоению; однако нагрев до температур, близких к температуре кипения воды может быть опасен. Вес эмульсии может сдерживать давление пара от испаряющейся воды, который может затем прорваться с непредсказуемыми результатами. Если этого избежать, то проблем не возникнет.

Недостатки:
1. Очевидная опасность перегрева;
2. Затраты энергии

Соль:
Соль позволит разделить эмульсию. Молекулы воды и соли имеют большее притяжение, чем воды и мыла, поэтому водная часть эмульсии отделиться от мыла и перейдет к соли. Когда мыло более не связано с водой, биодизель отделится от эмульсии вместе с этой водой.

Недостатки:
1. Соль может быть токсичной в зависимости от того, как утилизируется вода – т.е. клумбы ей лучше не поливать.
2. При использовании соли может потребоваться больше воды для промывки, пока вода не станет прозрачной и рН не войдет в норму.
Возможно, между заменами воды много ее остается в биодизеле, а в этой воде, кроме мыла, содержиться соль. Хотя соль в хорошем биодизеле не растворяется, в процессе промывки в биодизеле остается много воды и прочих примесей. В итоге, соль препятствует эффективной промывке. Белый цвет воды вызывается мылом, а при применении соли мыла будет вымываться меньше.

3. Соль ускоряет коррозию металла. Очень важно, чтобы вся соль была удалена.

Кислота:
Существует много инструкций о том, как использовать соль для промывки. Не имеет особого значения, какую кислоту использовать – можно пользоваться уксусом или лимонной кислотой. При добавлении кислоты в емкость с эмульсией, эмульсия может распасться. Однако это не самый лучший метод, потому что кислота может ухудшить качество готового продукта.
Под воздействием кислоты мыло распадается на составные вещества: соль и свободные жирные кислоты. Эти кислоты окажутся в биодизеле и будут от него неотличимы.

Недостаток:
Содержание свободных жирных кислот в биодизеле регулируется стандартом. Эти кислоты вызывают коррозию металлов, поэтому поднимать это значение представляется неверным шагом. Кроме того, так же, как и соль, кислота препятствует промывке.

Повторное использование воды:
При наличии места и соответствующем объеме производства, до определенной степени можно использовать промывочную воду повторно. Вода требует замены, поскольку в определенный момент достигается равновесие между количеством мыла в воде и в биодизеле, после чего вода больше не принимает мыло из данной порции топлива. Однако, если сохранить эту воду и использовать ее с другой порцией, на один цикл промывки ранее (т.е. с топливом, в котором мыла меньше, чем в той порции, с которой использовалась эта вода), то вода снова сможет забирать из топлива мыло. Например, использовать воду из второго цикла промывки следует с первым циклом промывки новой порции топлива. Только вода первого цикла промывки потребует утилизации, и то только после того, как она будет использована в трех циклах промывки предыдущих порций.

Недостаток:
Хранить столько воды – непрактично, учитывая ограниченность пространства.

Сушка промытого биодизеля:
Сейчас считается, что сухое топливо «прозрачно». В данном случае этот термин используется в смысле отсутствия помутнения, а не к цвету, т.е. топливо не содержит значительного количества воды (на самом деле биодизель всегда поглощает некоторое безвредное количество влаги из атмосферы).

Промытое топливо часто выглядит мутноватым. Если оставить его отстаиваться, водный компонент осядет или испариться. Также его можно нагреть (хотя следует принимать во внимание вредность паров биодизеля). Можно попробовать продувать его пузырьками воздуха, в результате топливо становится более прозрачным.

Еще важнее тот факт, что чем лучше топливо промыто, тем быстрее оно станет прозрачным. Если в нем не осталось мыла, задерживающего воду, вода быстро осядет. Иногда топливо становится прозрачным почти мгновенно, возможно, потому, что было хорошо промыто. Т.е. как и множество других факторов в производстве биодизеля, сушка является показателем качества. Если биодизель не станет прозрачным в течение нескольких дней, имеет смысл сделать еще одну промывку (с меньшим количеством воды).

Проверить содержание воды можно взвесив образец, нагреть его выше точки кипения воды и взвесить его еще раз, чтобы определить, сколько воды было потеряно. Биодизель обычно содержит 1200 – 1500 грамм воды на тонну, в виде абсорбированной из атмосферы влаги.