Applicazione della tecnologia ad ultrasuoni nell'emulsificazione dieselEmulsificazione dieselEmulsificazione

Applicazione della tecnologia ad ultrasuoni nell'emulsificazione dieselEmulsificazione dieselEmulsificazione

Di fronte alla duplice pressione della carenza energetica globale e dell’inquinamento ambientale, la ricerca di combustibili alternativi efficienti e puliti è diventata il centro dell’attenzione in vari paesi. Il diesel è un combustibile importante ampiamente utilizzato nei trasporti, nelle caldaie industriali, nella produzione di energia e in altri campi. L’efficienza della combustione e i livelli di emissione sono direttamente correlati al consumo energetico e alla qualità dell’aria.

È nata la tecnologia di emulsionamento del diesel: miscelando l'acqua nel diesel per formare carburante emulsionato, utilizzando l'effetto di 'micro-esplosione' durante la combustione per promuovere l'atomizzazione del carburante, migliorare l'efficienza della combustione e ridurre le emissioni inquinanti. Tuttavia, l'olio e l'acqua sono immiscibili, quindi la tecnologia chiave è sempre stata quella di ottenere un sistema di emulsione stabile e fine. L'introduzione della tecnologia ad ultrasuoni fornisce una soluzione fisica efficiente ed ecologica per l'emulsificazione del diesel.

Principi tecnici

Il meccanismo principale dell'emulsificazione diesel ad ultrasuoni è l'effetto cavitazione. Quando le onde ultrasoniche ad alta frequenza (solitamente 20kHz~100kHz) si propagano nei liquidi, si verificano alternanze periodiche di compressione (pressione positiva) e rarefazione (pressione negativa). Durante la fase di pressione negativa all'interno del liquido si formano numerose minuscole bolle di cavitazione; durante la fase di pressione positiva, queste bolle collassano rapidamente, liberando enormi quantità di energia nel brevissimo tempo di nanosecondi.

Nell’istante in cui la bolla collassa, può generare alte temperature locali (oltre 5000 K) e alte pressioni (centinaia di MPa), accompagnate da forti onde d’urto, flussi di microgetti e forze di taglio. Questo ambiente fisico estremo può distruggere efficacemente la tensione interfacciale olio-acqua, rompere la fase acquosa in goccioline di dimensioni micron o addirittura nanometriche e disperdersi uniformemente nel diesel per formare un sistema di emulsione stabile.

Oltre all'effetto cavitazione, la vibrazione ad alta frequenza generata dall'effetto meccanico delle onde ultrasoniche può migliorare la miscelazione del mezzo e migliorare l'uniformità della lavorazione; l'effetto termico viene parzialmente convertito in energia termica dall'energia ultrasonica, aumentando leggermente la temperatura del sistema, contribuendo a ottimizzare l'efficienza della lavorazione. I tre lavorano in sinergia per ottenere un'efficiente emulsione olio-acqua.

Vantaggi fondamentali

Rispetto ai tradizionali metodi di emulsione meccanica (come agitazione ad alta velocità, mulino colloidale, ecc.), L'emulsificazione ad ultrasuoni presenta vantaggi significativi:

(1) Eccellente qualità di emulsionamento. Le onde ultrasoniche possono preparare emulsioni con dimensioni delle goccioline inferiori a 1 μm e distribuzione uniforme delle dimensioni delle particelle. La dimensione delle particelle del diesel microemulsionato preparato in condizioni ultrasoniche ottimali può raggiungere anche i 45,3 nm. Più del 90% delle gocce d'acqua nell'olio emulsionato hanno un diametro inferiore a 5 micron.

(2) La stabilità è notevolmente migliorata. Le emulsioni preparate mediante ultrasuoni rimangono non separate per settimane. La ricerca mostra che il tempo di stabilità del diesel emulsionato sotto l'azione degli ultrasuoni può essere aumentato da 24 ore a 72 ore.

(3) La quantità di emulsionante è piccola. L'emulsificazione ad ultrasuoni può ridurre la quantità di emulsionante e persino ottenere l'emulsificazione senza aggiungere emulsionante. Quando si utilizza una soluzione emulsionante composta, la quantità di emulsionante rappresenta solo il 2% circa del diesel in microemulsione.

(4) Effetti significativi di risparmio energetico e riduzione delle emissioni. Il diesel emulsionato brucia in modo più completo e può aumentare l'efficienza termica dal 5% al ​​15%; ridurre le emissioni di particolato dal 30% al 50% e le emissioni di ossidi di azoto dal 10% al 20%. Nell'applicazione dei forni di riscaldamento per forgiatura, quando il contenuto di acqua è del 15%, è possibile risparmiare l'8% di carburante e ridurre significativamente l'inquinamento ambientale.

(5) Buona economia operativa. Il consumo energetico dell'emulsificazione ad ultrasuoni è inferiore dal 40% al 60% rispetto a quello dell'emulsificazione meccanica. L'apparecchiatura è piccola, di facile manutenzione e presenta un elevato grado di automazione.

Parametri chiave del processo

L'effetto dell'emulsificazione ad ultrasuoni è influenzato in modo completo da molteplici parametri di processo. I seguenti parametri devono essere sistematicamente ottimizzati in base a attrezzature e materie prime specifiche:

(1) Frequenza ultrasonica. La ricerca mostra che 40kHz è una frequenza operativa ideale per l'emulsificazione del diesel.

(2) Potenza ultrasonica e intensità sonora. L'intensità del suono ottimale è di circa 0,15~0,266 W/cm². Esistono anche studi che utilizzano la tensione per esprimere il parametro ottimale come 150 V. Se espressi in termini di potenza, 220W~300W possono ottenere buoni risultati.

(3) Tempo di azione degli ultrasuoni. Il tempo di azione ottimale è solitamente compreso tra 10 e 25 minuti. Vale la pena notare che esiste un valore ottimale per il tempo ultrasonico: più lungo non è necessariamente migliore. Un tempo di lavorazione eccessivo può compromettere la stabilità dell'emulsione.

(4) Tasso di miscelazione dell'acqua. Il contenuto di acqua del diesel emulsionato è solitamente compreso tra il 5% e il 25%. La ricerca mostra che all'aumentare del contenuto di acqua, il potere calorifico del diesel emulsionato diminuisce gradualmente e aumentano la viscosità, il punto di infiammabilità, il punto di fuoco e il punto di congelamento. Il contenuto massimo di acqua deve essere inferiore al 18%.

(6) Selezione e dosaggio dell'emulsionante. Gli emulsionanti comunemente usati includono Span80, Tween80, dodecilbenzensolfonato di sodio, ecc. Anche il tensioattivo cationico cetiltrimetilammonio bromuro (CTAB) ha dimostrato di avere buone capacità emulsionanti. Il valore HLB e il dosaggio dell'emulsionante hanno un impatto significativo sulla stabilità dell'emulsione

Principali ambiti applicativi

Il diesel emulsionato ad ultrasuoni ha mostrato ampie prospettive di applicazione in molti campi:

Caldaie industriali e forni di riscaldo. Il gasolio emulsionato può essere utilizzato come combustibile per forni industriali come i forni di riscaldo per forgiatura per ottenere risparmio energetico e riduzione dei consumi garantendo al tempo stesso la qualità dei pezzi.

Potenza della nave. Soddisfa gli standard sulle emissioni sempre più rigorosi dell'Organizzazione marittima internazionale (IMO) e riduci i costi operativi.

Gruppo elettrogeno diesel. Il test al banco sul generatore diesel 75GF mostra che il tasso massimo di risparmio di carburante può raggiungere l'8,24% in condizioni ottimali di emulsione.

La mia flottazione. Il diesel emulsionato olio in acqua prodotto con il metodo ad ultrasuoni può migliorare significativamente la dispersione del diesel nei liquami e potenziare l'effetto di flottazione della molibdenite.

Miscelazione di biocarburanti. La tecnologia ad ultrasuoni può emulsionare efficacemente olio di biomassa e diesel per preparare un'emulsione bio-olio-diesel che può essere utilizzata direttamente come carburante per motori diesel. Negli ultimi anni, l’uso della preparazione assistita da ultrasuoni di emulsioni stabili di diesel e bioolio è diventato un punto caldo della ricerca.

Conclusione

La tecnologia di emulsionamento diesel ad ultrasuoni utilizza l'ambiente fisico estremo generato dall'effetto cavitazione per rompere la fase acquosa in goccioline micron o addirittura nanometriche e disperderle uniformemente nel diesel, ottenendo un'emulsificazione olio-acqua efficiente e stabile. Questa tecnologia presenta vantaggi significativi come eccellente qualità dell'emulsificazione, buona stabilità, basso consumo di emulsionante, risparmio energetico e protezione ambientale. Mostra ampie prospettive di applicazione nei settori delle caldaie industriali, dell'energia navale, della produzione di energia diesel, della flottazione in miniera e della miscelazione di biocarburanti. Essendo una tecnologia di trattamento fisico verde, si prevede che l'emulsificazione del diesel ad ultrasuoni svolgerà un ruolo sempre più importante nell'utilizzo efficiente dell'energia e nella protezione dell'ambiente.