超聲波乳化與其他乳化技術的比較

超聲波乳化與其它乳化技術比較,可使柴油液滴分散細而分布窄,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,越來越受到人們的關注。復合柴油及柴油添加劑等防污、節(jié)油技術得到迅速發(fā)展和推廣使用。最重要的是柴油摻水乳化技術,它具有節(jié)能效率高、明顯減少尾氣污染等特點。乳化柴油的微爆效應使油滴更加微小,擴大與空氣接觸面積,強化燃燒過程,還可降低過?？諝庀禂?shù)。而燃燒過程的水煤氣反應,將沉積的炭轉化為有利于燃燒的CO和H2,同時也阻止炭粒的沉積和生成,提高燃燒效率。摻水還可調節(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,按節(jié)油率10%計,約可以節(jié)省2Mt/a。不僅可以緩解國內柴油緊張狀況,還可以帶來上億元的經濟效益,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)對柴油乳化影響研究不多。

功率對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,使乳化液內部產生激烈的顆粒運動及空化作用,使乳化液內部產生了高溫、高壓、高湍動流場,內部小液滴相互碰撞、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)定時間延長。超聲波作用功率越大乳化效果越好。

時間對乳化液水滴平均粒徑的影響

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

靜置時間對乳化液水滴平均粒徑的影響

相同復配乳化劑、超聲波作用功率、處理時間和油水比條件下,隨著乳化液靜置時間的延長,在乳化液內部存在著大液滴破裂成小液滴的過程。

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,這只能通過減小乳化液內部小液滴平均粒徑來實現(xiàn)表面吉布斯函數(shù)G的減小。隨靜置時間的延長,乳化液趨于穩(wěn)定,液滴平均粒徑的變化也趨于穩(wěn)定。

含水量對乳化液水滴平均粒徑及其穩(wěn)定時間的影響

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

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

總結

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

試驗復合型柴油乳化劑為: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。