Примена ултразвучне технологије у дизел емулзификацијиЕмулзификација дизела

Примена ултразвучне технологије у дизел емулзификацијиЕмулзификација дизела

Суочени са двоструким притисцима глобалне несташице енергије и загађења животне средине, проналажење ефикасних и чистих алтернатива горива постало је фокус пажње у различитим земљама. Дизел је важно гориво које се широко користи у транспорту, индустријским котловима, производњи електричне енергије и другим пољима. Његова ефикасност сагоревања и нивои емисије директно су повезани са потрошњом енергије и квалитетом ваздуха.

Појавила се технологија емулзификације дизела – мешање воде у дизел да би се формирало емулговано гориво, коришћењем ефекта „микро-експлозије“ током сагоревања како би се поспешила атомизација горива, побољшала ефикасност сагоревања и смањиле емисије загађујућих материја. Међутим, уље и вода се не мешају, тако да је начин добијања стабилног и финог система емулговања увек био кључна технологија. Увођење ултразвучне технологије обезбеђује ефикасно и зелено физичко решење за емулзификацију дизела.

Технички принципи

Основни механизам ултразвучне дизел емулгације је ефекат кавитације. Када се ултразвучни таласи високе фреквенције (обично 20кХз~100кХз) шире у течностима, долази до периодичних промена компресије (позитивни притисак) и разређивања (негативан притисак). Током фазе негативног притиска, унутар течности се формира велики број ситних кавитационих мехурића; током фазе позитивног притиска, ови мехурићи брзо колабирају, ослобађајући огромне количине енергије за веома кратко време од наносекунди.

У тренутку када се мехур сруши, он може да генерише локалне високе температуре (преко 5000К) и високе притиске (стотине МПа), праћене снажним ударним таласима, струјањем микро-млазом и силама смицања. Ово екстремно физичко окружење може ефикасно да уништи међуфазну напетост уље-вода, разбије водену фазу у микронске или чак нанометарске капљице и равномерно се распрши у дизелу да би се формирао стабилан систем емулговања.

Поред ефекта кавитације, вибрације високе фреквенције настале механичким ефектом ултразвучних таласа могу побољшати мешање медија и побољшати униформност обраде; термални ефекат се делимично претвара у топлотну енергију ултразвучном енергијом, благо повећавајући температуру система, помажући да се оптимизује ефикасност обраде. Њих три раде синергијски како би постигли ефикасну емулгацију уље-вода.

Основне предности

У поређењу са традиционалним методама механичке емулгације (као што је мешање великом брзином, колоидни млин, итд.), ултразвучна емулгација има значајне предности:

(1) Одличан квалитет емулгирања. Ултразвучни таласи могу припремити емулзије са величином капљица мањом од 1 μм и равномерном дистрибуцијом величине честица. Величина честица микроемулгованог дизела припремљеног у оптималним ултразвучним условима може да достигне чак 45,3 нм. Више од 90% капљица воде у емулгованом уљу има пречник мањи од 5 микрона.

(2) Стабилност је знатно побољшана. Емулзије припремљене ултразвуком остају нераздвојене недељама. Истраживања показују да се време стабилности емулгованог дизела под дејством ултразвука може повећати са 24 сата на 72 сата.

(3) Количина емулгатора је мала. Ултразвучна емулгација може смањити количину емулгатора и чак постићи емулзификацију без додавања емулгатора. Када се користи раствор једињења емулгатора, количина емулгатора чини само око 2% микроемулзионог дизела.

(4) Значајни ефекти уштеде енергије и смањења емисија. Емулговани дизел сагорева потпуније и може повећати термичку ефикасност за 5% до 15%; смањити емисију честица за 30% до 50% и емисију азотних оксида за 10% до 20%. У примени пећи за грејање ковања, када је садржај воде 15%, може се уштедети 8% горива и значајно смањити загађење животне средине.

(5) Добра економичност пословања. Потрошња енергије ултразвучне емулгације је 40% до 60% мања од потрошње механичке емулгације. Опрема је мала, лака за одржавање и има висок степен аутоматизације.

Кључни параметри процеса

На ефекат ултразвучне емулгације свеобухватно утичу вишеструки параметри процеса. Следећи параметри морају бити систематски оптимизовани на основу специфичне опреме и сировина:

(1) Ултразвучна фреквенција. Истраживања показују да је 40кХз идеална радна фреквенција за емулзификацију дизел мотора.

(2) Ултразвучна снага и интензитет звука. Оптимални интензитет звука је око 0,15~0,266В/цм⊃2;. Постоје и студије које користе напон за изражавање оптималног параметра као 150В. Када се изрази у смислу снаге, 220В~300В може постићи добре резултате.

(3) Време деловања ултразвука. Оптимално време акције је обично између 10 и 25 минута. Вреди напоменути да постоји оптимална вредност за време ултразвука — дуже није нужно и боље. Предуго време обраде може утицати на стабилност емулзије.

(4) Брзина мешања воде. Садржај воде у емулгованом дизелу је обично 5% до 25%. Истраживања показују да како се садржај воде повећава, калоријска вредност емулгованог дизела постепено опада, а вискозитет, тачка паљења, тачка ватре и тачка смрзавања се повећавају. Максимални садржај воде треба да буде мањи од 18%.

(6) Избор и одређивање емулгатора. Често коришћени емулгатори укључују Спан80, Твеен80, натријум додецилбензен сулфонат, итд. Показало се да катјонски сурфактант цетилтриметиламонијум бромид (ЦТАБ) има добре емулгационе способности. ХЛБ вредност и доза емулгатора имају значајан утицај на стабилност емулзије

Главне области примене

Ултразвучни емулговани дизел је показао широку примену у многим областима:

Индустријски котлови и пећи за грејање. Емулговани дизел се може користити као гориво за индустријске пећи као што су пећи за ковање за грејање како би се постигла уштеда енергије и смањење потрошње уз обезбеђивање квалитета радних комада.

Снага брода. Испуните све строже стандарде о емисији Међународне поморске организације (ИМО) и смањите оперативне трошкове.

Дизел генераторски сет. Испитивање на клупи на дизел генератору 75ГФ показује да максимална стопа уштеде горива може достићи 8,24% под оптималним условима емулгирања.

Рудничка флотација. Емулговани дизел уље у води произведен ултразвучном методом може значајно побољшати дисперзију дизела у суспензији и побољшати ефекат флотације молибденита.

Мешање биогорива. Ултразвучна технологија може ефикасно емулговати уље из биомасе и дизел за припрему био-уље-дизел емулзије која се може директно користити као гориво за дизел моторе. Последњих година примена ултразвучне припреме стабилних емулзија дизела и био-уља постала је жариште истраживања.

Закључак

Технологија ултразвучне емулзификације дизела користи екстремно физичко окружење настало ефектом кавитације да разбије водену фазу у микронске или чак нанометарске капљице и равномерно их распрши у дизелу, постижући ефикасну и стабилну емулзију уље-вода. Ова технологија има значајне предности као што су одличан квалитет емулгирања, добра стабилност, ниска потрошња емулгатора, уштеда енергије и заштита животне средине. Показује широку перспективу примене у областима индустријских котлова, бродске енергије, производње дизел енергије, флотације рудника и мешања биогорива. Као зелена технологија физичког третмана, очекује се да ултразвучна дизел емулзификација игра све важнију улогу у ефикасном коришћењу енергије и заштити животне средине.