Az ultrahangos technológia alkalmazása a dízel emulgeálásbanDízel emulgeálásEmulgeálás

Az ultrahangos technológia alkalmazása a dízel emulgeálásbanDízel emulgeálásEmulgeálás

A globális energiahiány és a környezetszennyezés kettős nyomásával szemben a hatékony és tiszta üzemanyag-alternatívák keresése a figyelem középpontjába került számos országban. A dízel fontos üzemanyag, amelyet széles körben használnak a közlekedésben, az ipari kazánokban, az energiatermelésben és más területeken. Égési hatékonysága és kibocsátási szintje közvetlenül összefügg az energiafogyasztással és a levegő minőségével.

Megjelent a dízel emulgeálási technológia – víz keverése a dízelbe, hogy emulgeált üzemanyagot képezzen, az égés során a 'mikrorobbanás' hatást felhasználva elősegíti az üzemanyag porlasztását, javítja az égés hatékonyságát és csökkenti a szennyezőanyag-kibocsátást. Az olaj és a víz azonban nem elegyedik, ezért mindig is kulcsfontosságú technológia volt a stabil és finom emulgeáló rendszer létrehozása. Az ultrahangos technológia bevezetése hatékony és zöld fizikai megoldást kínál a dízel emulgeáláshoz.

Műszaki alapelvek

Az ultrahangos dízel emulgeálás fő mechanizmusa a kavitációs hatás. Amikor nagyfrekvenciás ultrahanghullámok (általában 20 kHz-100 kHz) terjednek a folyadékokban, a kompresszió (pozitív nyomás) és ritkulás (negatív nyomás) időszakos váltakozása következik be. A negatív nyomás szakaszában nagyszámú apró kavitációs buborék képződik a folyadék belsejében; a pozitív nyomás szakaszában ezek a buborékok gyorsan összeomlanak, és hatalmas mennyiségű energiát szabadítanak fel nagyon rövid nanoszekundum alatt.

Abban a pillanatban, amikor a buborék összeomlik, helyi magas hőmérsékletet (több mint 5000 K) és magas nyomást (több száz MPa) képes generálni, amelyet erős lökéshullámok, mikrosugár-áramlások és nyíróerők kísérnek. Ez az extrém fizikai környezet hatékonyan tönkreteheti az olaj-víz határfelületi feszültséget, mikron vagy akár nanométer méretű cseppekre bonthatja a vízfázist, és egyenletesen eloszlathatja a dízelben, és stabil emulgeáló rendszert alkothat.

A kavitációs hatás mellett az ultrahanghullámok mechanikai hatása által generált nagyfrekvenciás vibráció fokozhatja a közeg keverését és javíthatja a feldolgozás egyenletességét; a hőhatást ultrahangos energia részben hőenergiává alakítja, kismértékben növelve a rendszer hőmérsékletét, segítve a feldolgozási hatékonyság optimalizálását. Mindhárman szinergikusan működnek a hatékony olaj-víz emulgeálás érdekében.

Alapvető előnyei

A hagyományos mechanikus emulgeálási módszerekkel (például nagy sebességű keverés, kolloid malom stb.) összehasonlítva az ultrahangos emulgeálásnak jelentős előnyei vannak:

(1) Kiváló emulgeálási minőség. Az ultrahangos hullámok 1 μm-nél kisebb cseppméretű és egyenletes részecskeméret-eloszlású emulziókat készíthetnek. Az optimális ultrahangos körülmények között elkészített mikroemulgeált gázolaj szemcsemérete akár a 45,3 nm-t is elérheti. Az emulgeált olajban lévő vízcseppek több mint 90%-a 5 mikronnál kisebb átmérőjű.

(2) A stabilitás jelentősen javult. Az ultrahanggal készített emulziók hetekig nem válnak szét. A kutatások azt mutatják, hogy az emulgeált dízel stabilitási ideje ultrahang hatására 24 óráról 72 órára növelhető.

(3) Az emulgeálószer mennyisége kicsi. Az ultrahangos emulgeálás csökkentheti az emulgeálószer mennyiségét, és emulgeálószer hozzáadása nélkül is emulgeálást érhet el. Összetett emulgeálóoldat használata esetén az emulgeálószer mennyisége a mikroemulziós dízelolajnak csak körülbelül 2%-át teszi ki.

(4) Jelentős energiamegtakarítási és kibocsátáscsökkentő hatások. Az emulgeált dízel jobban ég, és 5-15%-kal növelheti a hőhatékonyságot; a részecske-kibocsátást 30-50%-kal, a nitrogén-oxid-kibocsátást pedig 10-20%-kal csökkenti. A kovácsolt fűtőkemencék alkalmazásakor, ha a víztartalom 15%, 8% üzemanyagot takaríthat meg, és jelentősen csökkentheti a környezetszennyezést.

(5) Jó működési gazdaságosság. Az ultrahangos emulgeálás energiafogyasztása 40-60%-kal alacsonyabb, mint a mechanikus emulgeálásé. A berendezés kicsi, könnyen karbantartható, és magas fokú automatizálással rendelkezik.

A folyamat legfontosabb paraméterei

Az ultrahangos emulgeálás hatását több folyamatparaméter átfogóan befolyásolja. A következő paramétereket szisztematikusan optimalizálni kell az adott berendezések és nyersanyagok alapján:

(1) Ultrahang frekvencia. A kutatások azt mutatják, hogy a 40 kHz ideális működési frekvencia a dízel emulgeáláshoz.

(2) Ultrahang teljesítmény és hangintenzitás. Az optimális hangintenzitás körülbelül 0,15-0,266 W/cm². Vannak olyan tanulmányok is, amelyek feszültséget használnak az optimális paraméter 150 V-ként történő kifejezésére. Teljesítményben kifejezve a 220 W ~ 300 W jó eredményeket érhet el.

(3) Ultrahang hatásidő. Az optimális hatásidő általában 10 és 25 perc között van. Érdemes megjegyezni, hogy van egy optimális érték az ultrahangos időnek – a hosszabb nem feltétlenül jobb. A túl hosszú feldolgozási idő befolyásolhatja az emulzió stabilitását.

(4) A víz keverési sebessége. Az emulgeált gázolaj víztartalma általában 5-25%. A kutatások azt mutatják, hogy a víztartalom növekedésével az emulgeált gázolaj fűtőértéke fokozatosan csökken, a viszkozitás, lobbanáspont, tűzpont és fagyáspont pedig nő. A maximális víztartalom 18% alatt lehet.

(6) Emulgeálószer kiválasztása és adagolása. Az általánosan használt emulgeálószerek közé tartozik a Span80, Tween80, nátrium-dodecilbenzol-szulfonát stb. A kationos felületaktív anyag, a cetil-trimetil-ammónium-bromid (CTAB) szintén jó emulgeáló képességgel rendelkezik. Az emulgeálószer HLB-értéke és adagolása jelentős hatással van az emulzió stabilitására

Fő alkalmazási területek

Az ultrahangos emulgeált dízel széles körű alkalmazási lehetőségeket mutatott számos területen:

Ipari kazánok és fűtőkemencék. Az emulgeált dízel üzemanyagként használható ipari kemencékben, például kovácsoló fűtőkemencékben, hogy energiamegtakarítást és fogyasztáscsökkentést érjenek el, miközben biztosítják a munkadarabok minőségét.

Hajóerő. Teljesítse a Nemzetközi Tengerészeti Szervezet (IMO) egyre szigorúbb kibocsátási előírásait, és csökkentse a működési költségeket.

Dízel generátor készlet. A 75GF dízelgenerátor próbapadi tesztje azt mutatja, hogy optimális emulgeálási körülmények között a maximális üzemanyag-megtakarítási arány elérheti a 8,24%-ot.

Akna lebegtetése. Az ultrahangos módszerrel előállított olaj-a-vízben emulgeált dízel jelentősen javítja a dízel szuszpenzióban való diszperzióját és fokozza a molibdenit flotációs hatását.

Bioüzemanyag keverés. Az ultrahangos technológia hatékonyan emulgeálhatja a biomassza-olajat és a dízelolajat bio-olaj-dízel emulzió előállításához, amely közvetlenül dízelmotor-üzemanyagként használható. Az elmúlt években a dízel és bioolaj stabil emulzióinak ultrahanggal segített előállítása kutatási központtá vált.

Következtetés

Az ultrahangos dízel emulgeálási technológia a kavitációs hatás által generált extrém fizikai környezetet használja fel, hogy a vízfázisot mikronos vagy akár nanométeres cseppekre bontsa, és egyenletesen eloszlassa a dízelben, hatékony és stabil olaj-víz emulgeálást biztosítva. Ennek a technológiának olyan jelentős előnyei vannak, mint a kiváló emulgeálási minőség, jó stabilitás, alacsony emulgeálószer-fogyasztás, energiatakarékosság és környezetvédelem. Széles körű alkalmazási kilátásokat mutat az ipari kazánok, a hajóenergia, a dízel energiatermelés, a bányák flotációja és a bioüzemanyag-keverés területén. Zöld fizikai kezelési technológiaként az ultrahangos dízel emulgeálás várhatóan egyre nagyobb szerepet fog játszani a hatékony energiafelhasználásban és a környezetvédelemben.