超聲波乳化與其他乳化技術(shù)的比較

超聲波乳化與其它乳化技術(shù)比較,可使柴油液滴分散細(xì)而分布窄,效率高,分散效果好,增加乳液的穩(wěn)定性。

柴油燃燒不完全造成的環(huán)境污染,越來(lái)越受到人們的關(guān)注。復(fù)合柴油及柴油添加劑等防污、節(jié)油技術(shù)得到迅速發(fā)展和推廣使用。最重要的是柴油摻水乳化技術(shù),它具有節(jié)能效率高、明顯減少尾氣污染等特點(diǎn)。乳化柴油的微爆效應(yīng)使油滴更加微小,擴(kuò)大與空氣接觸面積,強(qiáng)化燃燒過(guò)程,還可降低過(guò)?？諝庀禂?shù)。而燃燒過(guò)程的水煤氣反應(yīng),將沉積的炭轉(zhuǎn)化為有利于燃燒的CO和H2,同時(shí)也阻止炭粒的沉積和生成,提高燃燒效率。摻水還可調(diào)節(jié)乳化柴油含氫量,減少SOx、NOx等有害氣體的排放和大氣中的酸污染。

我國(guó)柴油消耗量約為20Mt/a左右,如果能夠全部采用超聲波柴油摻水乳化技術(shù),按節(jié)油率10%計(jì),約可以節(jié)省2Mt/a。不僅可以緩解國(guó)內(nèi)柴油緊張狀況,還可以帶來(lái)上億元的經(jīng)濟(jì)效益,而且可以大大減少柴油燃燒不完全而造成的環(huán)境污染。研究結(jié)果表明,柴油摻水10%~20%,加入一定量的乳化劑(0.1%~2%左右)的情況下,乳化柴油的節(jié)油率在5%~16%左右,還大大降低有害氣體的排放。但是目前超聲波各工藝參數(shù)對(duì)柴油乳化影響研究不多。

功率對(duì)乳化液水滴平均粒徑的影響

油水比一定的情況下,隨著超聲波作用功率增大,乳化液中水滴平均粒徑隨之減小。超聲波作用功率的增大,使乳化液內(nèi)部產(chǎn)生激烈的顆粒運(yùn)動(dòng)及空化作用,使乳化液內(nèi)部產(chǎn)生了高溫、高壓、高湍動(dòng)流場(chǎng),內(nèi)部小液滴相互碰撞、撕裂,使乳化液中分散相(小水滴)的平均粒徑減小,水滴平均粒徑在1~2.2um左右,使乳化液穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)。超聲波作用功率越大乳化效果越好。

時(shí)間對(duì)乳化液水滴平均粒徑的影響

在油水比一定的情況下,隨著超聲波作用時(shí)間的增大,乳化液的平均粒徑隨之減小后又增大,這說(shuō)明超聲波作用存在最佳作用時(shí)間。超聲波處理乳化液時(shí),在乳化液內(nèi)部存在著小液滴相互碰撞的過(guò)程,在碰撞過(guò)程中小液滴存在著被合并與被擊碎的可能,這兩個(gè)過(guò)程達(dá)到平衡時(shí),乳化液中水滴平均粒徑才趨于穩(wěn)定,最佳時(shí)間即為這兩個(gè)過(guò)程達(dá)到平衡的最短時(shí)間。

靜置時(shí)間對(duì)乳化液水滴平均粒徑的影響

相同復(fù)配乳化劑、超聲波作用功率、處理時(shí)間和油水比條件下,隨著乳化液靜置時(shí)間的延長(zhǎng),在乳化液內(nèi)部存在著大液滴破裂成小液滴的過(guò)程。

超聲波剛作用完后的乳化液還處于不穩(wěn)定狀態(tài),乳化液表面吉布斯函數(shù)G很大。乳化液要趨于穩(wěn)定,其表面吉布斯函數(shù)G必有減小的趨勢(shì),這只能通過(guò)減小乳化液內(nèi)部小液滴平均粒徑來(lái)實(shí)現(xiàn)表面吉布斯函數(shù)G的減小。隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng),乳化液趨于穩(wěn)定,液滴平均粒徑的變化也趨于穩(wěn)定。

含水量對(duì)乳化液水滴平均粒徑及其穩(wěn)定時(shí)間的影響

在不同的柴油和水的配比下,對(duì)乳化水滴平均粒徑的分析得出在確定的復(fù)配乳化劑、超聲波作用功率和作用時(shí)間的條件下,乳化液中含水量有一個(gè)極限值。

超聲波作用時(shí), 在乳化液內(nèi)部存在著小液滴相互碰撞的過(guò)程, 在碰撞過(guò)程中小液滴存在著被合并與被擊碎的可能, 含水量過(guò)大使小液滴被合并成大液滴的機(jī)會(huì)增多, 大液滴過(guò)多使乳化液平均粒徑增大,最終使其穩(wěn)定時(shí)間縮短。

總結(jié)

在相同油水比情況下,超聲波作用功率大乳化效果好。對(duì)于超聲波作用功率為700W時(shí),最佳作用時(shí)間為10min。

試驗(yàn)復(fù)合型柴油乳化劑為:Span-80失水山梨醇單油酸酯0.45g;十二烷基苯磺酸鈉0.15g;亞甲基纖維素鈉0.3g(作為乳化液穩(wěn)定劑加入)。超聲波處理后的摻水乳化柴油經(jīng)150天靜置仍未出現(xiàn)分層現(xiàn)象,基本滿足乳化柴油穩(wěn)定性的要求。