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超声波对柴油乳化的影响

超声波乳化与其它乳化技术比较,可使液滴分散细而分布窄,效率高,分散效果好,增加乳液的稳定性。

柴油燃烧不完全造成的环境污染,越来越受到人们的关注。复合柴油及柴油添加剂等防污、节油技术得到迅速发展和推广使用。最重要的是柴油掺水乳化技术,它具有节能效率高、明显减少尾气污染等特点。乳化柴油的微爆效应使油滴更加微小,扩大与空气接触面积,强化燃烧过程,还可降低过剩空气系数。而燃烧过程的水煤气反应,将沉积的炭转化为有利于燃烧的CO和H2,同时也阻止炭粒的沉积和生成,提高燃烧效率。掺水还可调节乳化柴油含氢量,减少SOx、NOx等有害气体的排放和大气中的酸污染。

我国柴油消耗量约为20Mt/a左右,如果能够全部采用超声波柴油掺水乳化技术,按节油率10%计,约可以节省2Mt/a。不仅可以缓解国内柴油紧张状况,还可以带来上亿元的经济效益,而且可以大大减少柴油燃烧不完全而造成的环境污染。研究结果表明,柴油掺水10%~20%,加入一定量的乳化剂(0.1%~2%左右)的情况下,乳化柴油的节油率在5%~16%左右,还大大降低有害气体的排放。但是目前超声波各工艺参数对柴油乳化影响研究不多。

功率对乳化液水滴平均粒径的影响

油水比一定的情况下,随着超声波作用功率增大,乳化液中水滴平均粒径随之减小。超声波作用功率的增大,使乳化液内部产生激烈的颗粒运动及空化作用,使乳化液内部产生了高温、高压、高湍动流场,内部小液滴相互碰撞、撕裂,使乳化液中分散相(小水滴)的平均粒径减小,水滴平均粒径在1~2.2um左右,使乳化液稳定时间延长。超声波作用功率越大乳化效果越好。

时间对乳化液水滴平均粒径的影响

在油水比一定的情况下,随着超声波作用时间的增大,乳化液的平均粒径随之减小后又增大,这说明超声波作用存在最佳作用时间。超声波处理乳化液时,在乳化液内部存在着小液滴相互碰撞的过程,在碰撞过程中小液滴存在着被合并与被击碎的可能,这两个过程达到平衡时,乳化液中水滴平均粒径才趋于稳定,最佳时间即为这两个过程达到平衡的最短时间。

静置时间对乳化液水滴平均粒径的影响

相同复配乳化剂、超声波作用功率、处理时间和油水比条件下,随着乳化液静置时间的延长,在乳化液内部存在着大液滴破裂成小液滴的过程。

超声波刚作用完后的乳化液还处于不稳定状态,乳化液表面吉布斯函数G很大。乳化液要趋于稳定,其表面吉布斯函数G必有减小的趋势,这只能通过减小乳化液内部小液滴平均粒径来实现表面吉布斯函数G的减小。随静置时间的延长,乳化液趋于稳定,液滴平均粒径的变化也趋于稳定。

含水量对乳化液水滴平均粒径及其稳定时间的影响

在不同的柴油和水的配比下,对乳化水滴平均粒径的分析得出在确定的复配乳化剂、超声波作用功率和作用时间的条件下,乳化液中含水量有一个极限值。

超声波作用时, 在乳化液内部存在着小液滴相互碰撞的过程, 在碰撞过程中小液滴存在着被合并与被击碎的可能, 含水量过大使小液滴被合并成大液滴的机会增多, 大液滴过多使乳化液平均粒径增大,最终使其稳定时间缩短。

总结

在相同油水比情况下,超声波作用功率大乳化效果好。对于超声波作用功率为700W时,最佳作用时间为10min。

在相同油水比情况下,超声波作用存在最佳作用时间。在本试验条件下,极限含水量为1215ml/200ml柴油。

复配乳化剂、超声波作用功率和作用时间一定的条件下,乳化液中含水量有一个极限值。

复配乳化剂、超声波作用功率、作用时间和油水比一定的条件下,随着乳化液静置时间的延长,在乳化液内存在着大液滴破裂的过程,表现为随着静置时间的延长,平均粒径随之减小。

试验复合型柴油乳化剂为:Span-80失水山梨醇单油酸酯0.45g;十二烷基苯磺酸钠0.15g;亚甲基纤维素钠0.3g(作为乳化液稳定剂加入)。超声波处理后的掺水乳化柴油经150天静置仍未出现分层现象,基本满足乳化柴油稳定性的要求。

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