Aplicarea tehnologiei cu ultrasunete în emulsificarea dieselului Emulsificarea dieselului

Aplicarea tehnologiei cu ultrasunete în emulsificarea dieselului Emulsificarea dieselului

Confruntat cu dubla presiune a deficitului global de energie și a poluării mediului, găsirea de alternative eficiente și curate a devenit în centrul atenției în diferite țări. Motorina este un combustibil important utilizat pe scară largă în transporturi, cazane industriale, generare de energie și în alte domenii. Eficiența arderii sale și nivelurile de emisie sunt direct legate de consumul de energie și de calitatea aerului.

Tehnologia de emulsionare a motorinei a luat ființă - amestecarea apei în motorină pentru a forma combustibil emulsionat, folosind efectul „micro-explozie” în timpul arderii pentru a promova atomizarea combustibilului, a îmbunătăți eficiența arderii și a reduce emisiile de poluanți. Cu toate acestea, uleiul și apa sunt nemiscibile, așa că modul de a obține un sistem de emulsionare stabil și fin a fost întotdeauna tehnologia cheie. Introducerea tehnologiei cu ultrasunete oferă o soluție fizică eficientă și ecologică pentru emulsionarea motorinei.

Principii tehnice

Mecanismul de bază al emulsificării diesel cu ultrasunete este efectul de cavitație. Când undele ultrasonice de înaltă frecvență (de obicei 20kHz~100kHz) se propagă în lichide, vor avea loc alternanțe periodice de compresie (presiune pozitivă) și rarefacție (presiune negativă). În timpul etapei de presiune negativă, în interiorul lichidului se formează un număr mare de bule de cavitație minuscule; în timpul etapei de presiune pozitivă, aceste bule se prăbușesc rapid, eliberând cantități uriașe de energie într-un timp foarte scurt de nanosecunde.

În momentul în care bula se prăbușește, poate genera temperaturi ridicate locale (peste 5000K) și presiuni mari (sute de MPa), însoțite de unde de șoc puternice, fluxuri de micro-jet și forțe de forfecare. Acest mediu fizic extrem poate distruge în mod eficient tensiunea interfață ulei-apă, poate sparge faza apei în picături de dimensiuni micron sau chiar nanometrice și poate dispersa uniform în motorină pentru a forma un sistem stabil de emulsionare.

În plus față de efectul de cavitație, vibrația de înaltă frecvență generată de efectul mecanic al undelor ultrasonice poate îmbunătăți amestecarea medie și îmbunătăți uniformitatea procesării; efectul termic este parțial convertit în energie termică prin energia ultrasonică, crescând ușor temperatura sistemului, contribuind la optimizarea eficienței procesării. Cei trei lucrează sinergic pentru a obține o emulsionare eficientă ulei-apă.

Avantajele de bază

În comparație cu metodele tradiționale de emulsionare mecanică (cum ar fi agitarea de mare viteză, moara coloidală etc.), emulsionarea cu ultrasunete are avantaje semnificative:

(1) Calitate excelentă de emulsionare. Undele cu ultrasunete pot prepara emulsii cu dimensiuni ale picăturilor mai mici de 1 μm și distribuție uniformă a dimensiunii particulelor. Dimensiunea particulelor de motorină microemulsionată preparată în condiții optime de ultrasunete poate ajunge chiar și la 45,3 nm. Peste 90% din picăturile de apă din uleiul emulsionat au un diametru mai mic de 5 microni.

(2) Stabilitatea este mult îmbunătățită. Emulsiile preparate prin ultrasunete rămân neseparate săptămâni întregi. Cercetările arată că timpul de stabilitate al motorinei emulsionate sub acțiunea ultrasunetelor poate fi mărit de la 24 de ore la 72 de ore.

(3) Cantitatea de emulgator este mică. Emulsionarea cu ultrasunete poate reduce cantitatea de emulgator și chiar poate obține emulsionare fără a adăuga emulgator. Când se utilizează o soluție de emulgator compus, cantitatea de emulgator reprezintă doar aproximativ 2% din motorina de micro-emulsie.

(4) Efecte semnificative de economisire a energiei și de reducere a emisiilor. Motorina emulsionată arde mai mult și poate crește eficiența termică cu 5% până la 15%; reduce emisiile de particule cu 30% până la 50% și emisiile de oxizi de azot cu 10% până la 20%. În aplicarea cuptoarelor de încălzire forjate, când conținutul de apă este de 15%, se poate economisi 8% din combustibil și poate reduce semnificativ poluarea mediului.

(5) Economie de funcționare bună. Consumul de energie al emulsificării cu ultrasunete este cu 40% până la 60% mai mic decât cel al emulsificării mecanice. Echipamentul este mic, ușor de întreținut și are un grad ridicat de automatizare.

Parametrii cheie ai procesului

Efectul emulsionării cu ultrasunete este afectat în mod cuprinzător de mai mulți parametri de proces. Următorii parametri trebuie să fie optimizați sistematic pe baza echipamentelor specifice și a materiilor prime:

(1) Frecvența ultrasunetelor. Cercetările arată că 40kHz este o frecvență de operare ideală pentru emulsionarea diesel.

(2) Puterea ultrasunetelor și intensitatea sunetului. Intensitatea optimă a sunetului este de aproximativ 0,15~0,266W/cm². Există, de asemenea, studii care folosesc tensiunea pentru a exprima parametrul optim ca 150V. Când sunt exprimate în termeni de putere, 220W~300W pot obține rezultate bune.

(3) Timpul de acțiune al ultrasunetelor. Timpul optim de acțiune este de obicei între 10 și 25 de minute. Este demn de remarcat faptul că există o valoare optimă pentru timpul ultrasonic - mai mult nu este neapărat mai bine. Timpul de procesare excesiv poate afecta stabilitatea emulsiei.

(4) Rata de amestecare a apei. Conținutul de apă al motorinei emulsionate este de obicei de 5% până la 25%. Cercetările arată că, pe măsură ce conținutul de apă crește, puterea calorică a motorinei emulsionate scade treptat, iar vâscozitatea, punctul de aprindere, punctul de foc și punctul de îngheț cresc. Conținutul maxim de apă trebuie să fie mai mic de 18%.

(6) Selectarea și proporția emulgatorilor. Emulgatorii utilizați în mod obișnuit includ Span80, Tween80, dodecilbenzen sulfonat de sodiu etc. S-a dovedit, de asemenea, că surfactantul cationic bromură de cetiltrimetilamoniu (CTAB) are capacități bune de emulsionare. Valoarea HLB și doza de emulgator au un impact semnificativ asupra stabilității emulsiei

Domenii principale de aplicare

Motorina emulsionată cu ultrasunete a arătat perspective largi de aplicare în multe domenii:

Cazane industriale si cuptoare de incalzire. Motorina emulsionată poate fi folosită ca combustibil pentru cuptoarele industriale, cum ar fi cuptoarele de forjare de încălzire, pentru a obține economii de energie și reducerea consumului, asigurând în același timp calitatea pieselor de prelucrat.

Puterea navei. Respectați standardele de emisii din ce în ce mai stricte ale Organizației Maritime Internaționale (IMO) și reduceți costurile de operare.

Set generator diesel. Testul pe banc de pe generatorul diesel 75GF arată că rata maximă de economisire a combustibilului poate ajunge la 8,24% în condiții optime de emulsionare.

Flotația minelor. Motorina emulsionată ulei-în-apă produsă prin metoda ultrasonică poate îmbunătăți în mod semnificativ dispersia motorinei în suspensie și poate îmbunătăți efectul de flotație al molibdenitei.

Amestecare de biocombustibili. Tehnologia cu ultrasunete poate emulsiona eficient uleiul din biomasă și motorina pentru a prepara emulsie bio-ulei-diesel care poate fi utilizată direct ca combustibil pentru motor diesel. În ultimii ani, utilizarea preparării asistate cu ultrasunete a emulsiilor stabile de motorină și ulei bio a devenit un punct fierbinte de cercetare.

Concluzie

Tehnologia de emulsionare diesel cu ultrasunete folosește mediul fizic extrem generat de efectul de cavitație pentru a sparge faza apei în picături de microni sau chiar nanometri și pentru a le dispersa uniform în motorină, obținând o emulsionare eficientă și stabilă ulei-apă. Această tehnologie are avantaje semnificative, cum ar fi calitatea excelentă a emulsionării, stabilitatea bună, consumul scăzut de emulgatori, economisirea energiei și protecția mediului. Prezintă perspective largi de aplicare în domeniile cazanelor industriale, energiei navelor, generarea de energie diesel, flotarea minelor și amestecarea biocombustibililor. Ca tehnologie de tratare fizică ecologică, emulsionarea diesel cu ultrasunete este de așteptat să joace un rol din ce în ce mai important în utilizarea eficientă a energiei și protecția mediului.