Generátory elektrické energie, lodní motory a železniční motory, které jsou poháněny naftou, mohou být provozovány efektivněji, když se používají emulze vody v naftě. Emulze vody a motorové nafty snižují spotřebu paliva, snižují teplotu spalování, čistíarnu spalování a snižují emise, jako jsou NOx a saze. Ultrazvuková emulgační je spolehlivá, jednoduchá a účinná metoda pro výrobu vysoce kvalitních paliv ve vznětové naftě.

Ultrazvuková emulgace vody v dieselu

Emulze v motorovénaftové mlze (WiDE; W / D emulze paliva) jsou modifikované motorové nafty alternativa, která obsahuje až 15% vody. Také známý jako aqua-palivo, ve vodě-diesel emulze, kapky vody jsou ultrazvukem emulgovány do kontinuální fáze nafty. Intenzivní použití kapalin vytváří akustickou kavitaci. Kavitačné smykové síly narušují kapici a vytvářejí homogenní emulze jinak nemísitelné fáze vody a nafty.

Emulze v motorové naftě

WiDE (W/D emulze) je definována jako směs přirozeně nemísitelných kapalin kapicích vody (rozptýlená/vnitřní fáze) ve znamaté naftě (kontinuální/vnější fáze). V nízkých koncentracích se přidává emulgační činidlo, aby se zlepšila stabilita emulze a snížila se potřeba míchací energie.

Dvoufázová emulze

Dvoufázová emulze popisuje směs vody v motorové naftě bez použití povrchově aktivní látky. Pro dvoufázové WiDE jsou proudy vody a nafty ultrazvukem emulgovány přímo před motorem. Ultrazvuková dvoufázová emulze vody v naftě jde přímo z ultrazvukového reaktoru proudění buněk do spalovacího motoru. Bez povrchově aktivní látky není emulze určena ke skladování, ale pro přímé spalování.

Případová studie emulze vody a nafty

Instalační program

Ithnin et al. (2018) studoval vliv paliva voda-in-diesel emulze (WiDE) na jednoválcový, vznětový motor s přímým vstřikováním. Voda a nafta byly skladovány v různých jednotkách, z nichž byly kvantitativně převedeny do směšovacího systému. Směšovací systém se skládal z kombinace vysoce smykového mixéru a ultrazvukového homogenizátoru. Smyk mixer za předpokladu, surové pre-mix vody a nafty, zatímco použití ultrazvuku byl použit pro jemné velikosti, jednotné emulze. Emulze vody a nafty byla připravena s 5% vodou. Homogenní palivo WiDE bylo přímo přeneseno ze směšovacího systému do motoru. Připravené palivo WiDE neobsahovalo žádné povrchově aktivní látky, proto se označuje za dlouhodobě nestabilní emulze (UW/D). Vznětový motor byl testován za čtyř různých podmínek zatížení (1 kW (25 %), 2 kW (50 %), 3 kW (74 %), 4 kW (100 %), a při konstantních otáčkách 3000 ot/min. Za účelem porovnání účinků, jako je výkon paliva a emise, bylo na stejném motoru testováno také emulzní palivo stabilizované povrchově aktivní látkou (stabilní emulze (SW/D)) a úhledná motorová nafta (D2). 5% vody se používá jak pro nestabilní emulze, tak pro stabilní emulze.

Výsledky

Zkouška motoru ukazuje, že emulze vody a nafty bez povrchově aktivní látky (UW/D) vede k výraznému zlepšení motoru o 3,59% zvýšení tepelné účinnosti brzd (BTE) a 3,89% snížení spotřeby paliva specifické pro brzdy (BSFC) ve srovnání s úhledným motorem nafty. Emulze paliva, a to jak stabilizovaná (SW / D) a nestabilizovaná (UW / D), zvýšila tepelnou účinnost motoru v důsledku jevu mikro-výbuchu. Jev mikroexploze způsobuje rychlé odpařování emulzifikovaných kapicí vody. Vzhledem k tomu, že v okamžiku, kdy jsou kapky vody obklopeny olejem, intenzivní proces odpařování násilně narušuje kapičky na velmi jemné částice, což podporuje míchání vzduchu a paliva. Narušení kapičky a míchání se vzduchem výrazně zvyšuje účinnost spalování.
Výsledky ukazují, že koncept výroby a přenosu emulze vody a nafty v reálném čase do motoru bez použití povrchově aktivní látky funguje velmi dobře. Okamžitý přenos ultrazvukem připravené směsi vody a nafty eliminuje problém stabilizace u uloženého emulze paliva, stejně jako závislost na povrchově aktivní látky. Nestabilní emulze vody a nafty (UW/D) spolehlivě udržovala svou emulze, aniž by dosáhla do stadia sedimentace během 25 sec (viz obrázek níže).

Chování kapicích ultrazvukově emulgovaného ater-in-diesel emulze paliva v průběhu času a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s a d) 132 s. (zvětšení 1000×) – Ithnin et al. 2018

Ve srovnání s úhlednou motorovou naftou má emulze ve vznětové naftě výrazně snížené emise oxidů dusíku (NOx) a částic (PM) s průměrným snížením o 31,66 % a 16,33 %.

Celkově ultrazvukem připravené emulze – nestabilní nebo stabilizovaný povrchově aktivním – pomoci šetřit motorovou naftu a snížit emise výfukových plynů.
Ekologičtější emise výfukových plynů a úspory paliva s ultrazvukem!

Primární a sekundární atomizace emulzifikovaného paliva ve stříkacím plameni.

Ternární fázová emulze

Ternární fázová emulze, známá také jako třífázová emulze, se skládá z vody, oleje a povrchově aktivní látky. Během ultrazvukové emulgace vody do fáze nafty se přidá povrchově aktivní látka. Emulgační činidlo prodlužuje stabilitu emulze a umožňuje skladování nafty. W / D emulze stabilita závisí na emulgátoru, ultrazvukové procesní parametry a teploty. Se správnou kombinací povrchově aktivních látek a parametrů ultrazvuku lze dosáhnout významné dlouhodobé stability WiDE.

Instalace a dovybavení ultrazvukového emulgačního systému je jednoduchá, bezpečná a levná. W/D emulze mohou být použity v kombinaci s konvenčními vznětovými motory (např. generátory, železniční motory, lodní motory) bez úprav.

Čím je wide paliva efektivnější? – Fenomén mikroexploze

Emulze vody v motorové naftě spočívají v suspendovaných vodních částicích v kontinuální fázi nafty. Při spalování se jemné kapky vody v emulze dostanou do přehřátého stadia rychleji než nafta a během spalování vytvoří rozpad expanze par (spontánní exploze), což vytváří velmi jemné částice. Vzhledem ke zvýšené ploše povrchu drobných částic v kombinaci se sacím vzduchem se výrazně zlepšuje míchání vzduchu a paliva, čímž se zvyšuje účinnost spalování. (Ivanov, Nevedov 1965)

Vysoce výkonné ultrazvukové emulfikační systémy

Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové procesory pro kontinuální výrobu vysoce kvalitních (nano)emulze. Vynikající ultrazvukový výkon, robustnost a malá stopa činí Hielscher Ultrasonicators ideálním míchacím systémem pro emulze nafty ve vznětové naftě. Wether chcete vyrábět emulze paliva pro přímé vstřikování do spalovacího motoru nebo stabilní emulze paliva pro skladování a pozdější spalování, Hielscher Ultrazvuk má nejvhodnější nastavení pro vaši aplikaci. Od menších ultrazvukových emulze pro integraci do železničních lokomotiv a vnitrozemských námořních plavidel až po výrobu velkých objemů aquapaliva pro elektrárny a obrovská námořní plavidla – naše shluky ultrazvukových procesorů umožňují zpracování emulze paliva libovolného objemu.
Kromě vysokého ultrazvukového výkonu, spolehlivosti a robustnosti, Hielscher Ultrasonics’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou být přesně řízeny a monitorovány. Teplotní a tlakové senzory přenášejí data do generátoru, kde jsou na vestavěné SD kartě zaznamenány všechny důležité procesní parametry, jako je amplituda, čistá a celková energie, teplota a tlak. Inteligentní softwarové ovládání umožňuje stanovit a nastavit přesné procesní parametry pro standardizované emulze paliva nepřetržitě vysoké kvality. Opláštěný ultrazvukový průtokový reaktor může být účinně chlazen a umožňuje zpracovat emulze při stanovených teplotách. Robustnost našeho ultrazvukového zařízení umožňuje nepřetržitý provoz při náročném a náročném prostředí.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: