نانو سوخت برتر توسط پراکندگی اولتراسونیک
توسعه نانو سوخت با پراکندگی موثر آغاز می شود. نانوذرات اضافه شده به گازوئیل، بیودیزل یا سوختهای ترکیبی میتوانند بر احتراق تأثیر بگذارند، اما عملکرد آنها به نحوه توزیع آنها در سراسر مایع بستگی دارد. تجمع و ته نشینی حفظ غلظت افزودنی ثابت و به دست آوردن نتایج قابل تکرار را دشوارتر می کند. پراکندگی اولتراسونیک این چالش را با شکستن خوشه های ذرات و توزیع نانو افزودنی ها در سراسر سوخت برطرف می کند.
نانو سوخت
نانوسوخت ها از مخلوطی از سوخت پایه (مانند گازوئیل، بیودیزل، مخلوط سوخت) و نانوذرات تشکیل شده اند. این نانوذرات به عنوان نانوکاتالیست های هیبریدی عمل می کنند که سطح واکنشی زیادی را ارائه می دهند. پراکندگی اولتراسونیک از نتایج نانو افزودنی به طور قابل ملاحظه ای عملکرد سوخت مانند کاهش تاخیر احتراق، بقای شعله طولانی تر و احتراق آگلومرا و همچنین کاهش کلی قابل توجهی در انتشار را بهبود می بخشد.
مخلوط ذرات سوخت با اندازه نانو با چگالی انرژی بالاتر، احتراق سریع تر و آسان تر، اثر کاتالیزوری پیشرفته، کاهش آلاینده، تبخیر و سرعت سوختن سریعتر و بهبود راندمان احتراق، از نظر عملکرد سوخت مایع خالص برتری دارند.
برای نانوپراکندهسازی ذرات در سوختها از سونیکیشن استفاده کنید!
برای بررسی پراکندگی اولتراسونیک ترکیب سوخت و نانوذرات خود با تیم ما تماس بگیرید.
سیستم جریان اولتراسونیک 7 کیلو وات
نانوسوختها: پراکندگی اولتراسونیک نانوذرات در سوخت
برای جلوگیری از تهنشینی نانوذرات در مخزن سوخت، باید ذرات بهصورت پیشرفته پراکنده شوند. پراکندگی اولتراسونیک به وارد کردن نانوذراتی مانند اکسید سریم، اکسید آلومینیوم و نانولولههای کربنی در دیزل، بیودیزل و ترکیبهای سوخت کمک میکند.
از طریق کاویتاسیون صوتی – تشکیل و فروپاشی حباب های میکروسکوپی – فراصوت نیروهای برشی موضعی شدیدی را ایجاد می کند که توده های ذرات را می شکند و مواد افزودنی را در سراسر مایع توزیع می کند. این سطح ذرات بیشتری را در معرض سوخت اطراف قرار می دهد و از ارزیابی مزایای کاتالیزوری و مربوط به احتراق حمایت می کند.
اولتراسوند عمل پراکندگی خود را مستقیماً بدون دانههای فرز در مایع انجام میدهد و نیاز به جداسازی رسانههای آسیاب را از بین میبرد. دستگاههای صوتی Hielscher هم از آمادهسازی دستهای و هم پردازش پیوسته درون خطی پشتیبانی میکنند و این تکنیک را از تحقیقات آزمایشگاهی تا تولید صنعتی مفید میسازد.
لیست زیر به شما یک نمای کلی از نانو مواد پراکنده شده در سوخت ها می دهد:
- CNT ها – نانولوله های کربنی
- Ag – نقره
- آل – آلومینیوم
- آلH2SO3 – اکسید آلومینیوم
- AlCuOx – اکسیدهای مس آلومینیوم
- b – بور
- کالیفرنیا – کلسیم
- CaCO3 – کربنات کلسیم
- آهن – آهن
- مس – مس
- CuO – اکسید مس
- Ce – سریم
- مدیرعاملH2S – اکسید سریم
- (مدیرعاملH2S)· (ZrOH2S) – اکسید زیرکونیوم سریم
- شرکت – کبالت
- میلی گرم – منیزیم
- منگنز – منگنز
- TioH2S – دی اکسید تیتانیوم
- ZnO – اکسید روی
اکسید سریم در مقیاس نانو و التراسونیک تک پراکنده فعالیت کاتالیزوری بالایی را به دلیل نسبت سطح به حجم بالا ارائه می دهد که منجر به بهبود بهره وری سوخت و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای می شود.
Aqua-Fuels: امولسیون در اندازه نانو-سوختهایی با سونیکاسیون
سوخت های آبی امولسیون های آب در سوخت هستند که در آن قطرات آب ریز در یک فاز سوخت پیوسته مانند گازوئیل توزیع می شوند. دستگاههای صوتی Hielscher کاویتاسیون صوتی شدیدی ایجاد میکنند که قطرات بزرگتر را به قطرات کوچکتر میشکند و امکان توسعه امولسیونهایی را با قطرات نانو در شرایط فرمولبندی و پردازش مناسب فراهم میکند. دامنه قابل تنظیم اولتراسونیک، ورودی انرژی کنترلشده و مدیریت دما به بهینهسازی اندازه قطرات و تکرارپذیری کمک میکند، در حالی که امولسیفایرهای سازگار از پایداری در طول ذخیرهسازی و جابجایی پشتیبانی میکنند.
اینجا را کلیک کنید برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد سوخت های آبی التراسونیک آماده!
ترکیب سوخت اولتراسونیک
فن آوری امولسیون اولتراسونیک برای تولید مخلوط اتانول پایدار در دکان، اتانول در دیزل یا دیزل-بیودیزل-اتانول / بیواتانول استفاده می شود. چنین مخلوط هایی یک سوخت پایه ایده آل هستند که می توانند در مرحله دوم با پراکنده کردن نانوذرات در سوخت بهبود یابند.
تولید اولتراسونیک سوخت های امولسیون
دستگاه های صوتی صنعتی برای پراکندگی و امولسیون کردن نانو سوخت ها
دستگاههای صوتی Hielscher تراکمزدایی مؤثر نانوذرات را با کنترل فرآیند دقیق برای توسعه و تولید نانوسوخت ترکیب میکنند. کاویتاسیون شدید اولتراسونیک به شکستن خوشههای ذرات و توزیع مواد افزودنی مانند اکسیدهای فلزی و نانولولههای کربنی در سراسر دیزل، بیودیزل و سوختهای ترکیبی کمک میکند. دامنه قابل تنظیم و نظارت بر ورودی انرژی و دما از پردازش تکرارپذیر و بهینه سازی فرمول پشتیبانی می کند. Hielscher با ابزارهای آزمایشگاهی و سیستمهای صنعتی که برای عملیات جریانی دستهای یا پیوسته پیکربندی شدهاند، یک مسیر عملی از آزمایشهای اولیه تا حجمهای تولید بالاتر را فراهم میکند. ضبط خودکار دادههای فرآیند در مدلهای صنعتی دیجیتال به تیمها کمک میکند تا شرایط موفق را ثبت کنند و با افزایش توان پردازش، پردازش ثابت را حفظ کنند.
افزایش مقیاس و تولید قابل اعتماد
هنگامی که فرمول به اهداف کیفی خود رسید، فراصوت جریانی مسیری را برای حجم تولید بالاتر فراهم می کند. سوخت از یک منطقه تصفیه اولتراسونیک در شرایط عملیاتی کنترل شده عبور می کند، با پردازش تک گذر یا چرخشی بر اساس نتیجه مورد نیاز انتخاب شده است. برای انتخاب تجهیزات، سوخت پایه، نوع افزودنی و غلظت، کیفیت پراکندگی هدف، توان عملیاتی مورد نیاز و دمای عملیاتی را ارائه دهید. این جزئیات به Hielscher اجازه می دهد تا یک پردازنده، sonotrode و پیکربندی سلول جریان را برای آزمایشات فرآیند و افزایش مقیاس بعدی توصیه کند.
Hielscher ارائه می دهد مقرون به صرفه, پردازنده های مافوق صوت بسیار قوی با ردپای کوچک برای نصب و راه اندازی در گیاهان با فضای محدود و محیط خواستار.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | Sonicator توصیه می شود |
|---|---|---|
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000hdT |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – درج سلول جریان برای نانوایمولسیونهای برتر
سوالات متداول درباره تولید نانوسوخت فراصوتی
نانوسوختها چیستند؟
نانو سوخت ها به مخلوطی از سوخت و نانوذرات اشاره دارند. با پراکندگی ذرات نانو انرژی در سوخت، خواص فیزیکی-شیمیایی سوخت با عملکرد آنها، ساختار پراکندگی آنها و برهمکنش پیچیده انتقال حرارت، جریان سیال و برهمکنش ذرات تغییر می کند. با توجه به ترکیب ناهمگن، ویژگی های نانوسوخت بر اساس نوع سوخت پایه و همچنین ترکیب، اندازه، شکل، غلظت و خواص فیزیکی و شیمیایی نانوذرات تعیین می شود. ویژگی های نانوسوخت می تواند به طور قابل توجهی با ویژگی های سوخت پایه متفاوت باشد.
چگونه دیزل به عنوان سوخت استفاده میشود؟
گازوئیل سوخت مایعی است که در موتورهای دیزلی سوزانده می شود. در موتورهای دیزلی سوخت بدون هیچ جرقه ای مشتعل می شود، بلکه با فشرده سازی مخلوط هوای ورودی و سپس تزریق سوخت دیزل مشتعل می شود.
سوخت دیزل معمولی یک تقطیر جزئی خاص از نفت نفت است. در معنای وسیع تر، اصطلاح دیزل همچنین به سوخت هایی اشاره دارد که از نفت مشتق نشده اند، مانند بیودیزل، زیست توده به مایع (BTL)، گاز به مایع (GTL) یا دیزل زغال سنگ به مایع (CTL). BTL، GTL و CTL به اصطلاح سوخت های دیزل سنتتیک هستند که می توانند از هر ماده کربن دار (مانند زیست توده، بیوگاز، گاز طبیعی، زغال سنگ و غیره) استخراج شوند. پس از گازی سازی ماده خام به گاز سنتز و سپس تصفیه، از طریق واکنش فیشر-تروپش به دیزل مصنوعی تبدیل می شود. دیزل بسیار کم گوگرد (ULSD) استانداردی برای سوخت دیزل است که محتوای گوگرد آن به طور قابل توجهی کاهش یافته است.
بیودیزل چیست؟
بیودیزل یک سوخت تجدیدپذیر است که از روغن های گیاهی، چربی های حیوانی یا گریس های بازیافتی تولید می شود. از بیودیزل می توان برای کار در وسایل نقلیه دیزلی و ژنراتورها استفاده کرد. خواص فیزیکی آن شبیه به گازوئیل نفتی است ، اگرچه تمیزتر می سوزد. بیودیزل انتشار هیدروکربن های نسوخته (UHC) ، دی اکسید کربن (CO2) ، مونوکسید کربن (CO) ، اکسیدهای گوگرد و ذرات دوده را کاهش می دهد – در مقایسه با انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از سوزاندن گازوئیل معمولی. انتشار اکسیدهای نیتروژن (NOx) برای بیودیزل (در مقایسه با گازوئیل) می تواند بیشتر باشد. با این حال، با بهینه سازی زمان تزریق سوخت می توان این را کاهش داد.
تولید بیودیزل با ترانساستریفیکاسیون اولتراسونیک به طور قابل توجهی بهبود مییابد. برای یادگیری بیشتر در مورد تولید بیودیزل اولتراسونیک اینجا کلیک کنید!
آیا میتوان از اتانول به عنوان سوخت استفاده کرد؟
بله، اتانول – الکل اتیل (C₂H5OH) – میتواند به عنوان سوخت استفاده شود. سوختهای اتانول عمدتاً به عنوان سوخت موتور استفاده میشوند – عمدتاً به عنوان افزودنی بیوفیول در بنزین. امروزه، اتومبیلها میتوانند با سوخت 100٪ اتانول یا با استفاده از سوختهای موسوم به منعطف (flex-fuels) که ترکیبی از اتانول و بنزین هستند، کار کنند. اتانول معمولاً از طریق فرآیند تخمیر زیستتوده مانند ذرت یا نیشکر تولید میشود. از آنجا که سوخت اتانول از زیستتوده تجدیدپذیر و پایدار بدست میآید، اغلب به آن بیواتانول گفته میشود. اولتراسوند قدرتی میتواند تولید بیواتانول را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. برای یادگیری بیشتر در مورد تولید بیواتانول اولتراسونیک اینجا کلیک کنید!
اتانول اکسیژن موجود در دیزل الکترونیکی است. اشکال عمده E-diesel عدم اختلاط اتانول در گازوئیل در طیف وسیعی از دماها است. با این حال، بیودیزل می تواند با موفقیت به عنوان یک سورفکتانت آمفیفیل برای تثبیت اتانول و گازوئیل استفاده شود. سوخت اتانول-بیودیزل-دیزل (EB-دیزل) را می توان به صورت اولتراسونیک به یک میکرو یا نانو امولسیون مخلوط کرد تا EB-diesel پایدار باشد – حتی در دماهای زیر صفر و خواص سوخت برتر نسبت به سوخت دیزل معمولی ارائه می دهد.
پراکندگی اولتراسونیک در تولید نانوسوخت چگونه کار میکند؟
پراکندگی اولتراسونیک از کاویتاسیون صوتی برای شکستن خوشههای ذرات در سوخت استفاده میکند. حبابهای میکروسکوپی تشکیل شده و فرو میریزند، نیروهای برشی محلی و جتهای مایع ایجاد میکنند که ذرات خوشهای را جدا میکند. این فرایند به توزیع افزودنیهای نانو در سراسر مایع کمک میکند و توسعه فرمولبندی قابل تکرار را پشتیبانی میکند.
چه نانوذراتی میتوانند با استفاده از امواج صوتی در سوختها پراکنده شوند؟
مواد مورد بررسی در فرمولاسیون سوخت عبارتند از اکسید سریم (CeO2)، اکسید آلومینیوم (Al2O3)، دی اکسید تیتانیوم (TiO2)، اکسید روی (ZnO)، و نانولوله های کربنی (CNTs). افزودنی مناسب به سوخت پایه و هدف عملکرد مورد نظر بستگی دارد. هر ترکیبی برای ایجاد غلظت مناسب، شرایط پردازش و پایداری نیاز به آزمایش دارد.
تفاوت بین پراکندگی نانو سوخت و نانو امولسیون سوخت چیست؟
پراکندگی نانوذرات حاوی ذرات جامد است که در یک سوخت مایع توزیع شده اند. یک نانوامولسیون سوختی حاوی قطرات بسیار کوچکی از یک مایع پراکنده در مایع دیگر است، مانند قطرات آب در گازوئیل. سونوگرافی می تواند هر دو فرآیند را پشتیبانی کند. فرمولاسیون های حاوی نانوذرات و قطرات مایع پراکنده نیاز به ارزیابی پایداری ذرات و پایداری امولسیون دارند.
آیا پراکندگی اولتراسونیک از ته نشین شدن نانوذرات جلوگیری می کند؟
درمان اولتراسونیک می تواند تجمع را کاهش دهد و توزیع اولیه ذرات را بهبود بخشد، اما پایداری پایدار به فرمولاسیون نیز بستگی دارد. خواص ذرات، غلظت افزودنی، ترکیب سوخت و پراکندههای سازگار بر معلق ماندن ذرات تأثیر میگذارند. آزمایشهای ذخیرهسازی باید مشخص کنند که نانوسوخت نهایی تا چه زمانی توزیع قابل قبولی را تحت شرایط مورد نظر خود حفظ میکند.
کدام پارامترهای پردازش اولتراسونیک مهم ترین هستند؟
پارامترهای کلیدی شامل دامنه، ورودی انرژی، مدت زمان تصفیه و دما هستند. برای پردازش جریان عبوری، نرخ جریان و فشار راکتور نیز اهمیت دارند. این تنظیمات باید همراه با فرمول بندی ارزیابی شوند. مستندسازی شرایطی که پراکندگی مطلوب را ایجاد می کنند به ایجاد پردازش تکرارپذیر کمک می کند و از مقیاس پذیری بعدی حمایت می کند.
آیا تولید نانوسوخت اولتراسونیک می تواند از آزمایشگاه به پردازش پیوسته مقیاس پذیر شود؟
بله. آزمایش های آزمایشگاهی می توانند شرایط فرموله سازی و فرآوری را پیش از ارزیابی در سلول جریان اولتراسونیک تعیین کنند. در عملیات پیوسته، سوخت از یک منطقه تصفیه کنترل شده عبور می کند. مقیاس پذیری باید تأیید کند که سیستم بزرگ تر به کیفیت پراکندگی و پایداری مورد نیاز در توان عملیاتی مورد نظر دست می یابد.
چگونه یک دستگاه پراکندگی التراسونیک هایلشر برای نانوسوختها انتخاب کنم؟
با سوخت پایه، نوع و غلظت نانوذرات، حجم دستهبندی مورد نیاز یا نرخ جریان و کیفیت پراکندگی هدف شروع کنید. دمای عملکرد و دوره ذخیرهسازی مورد نظر را نیز شامل کنید. این جزئیات به ما کمک میکند تا سونیکاتور، سونوترود و پیکربندی سلول جریانی ایدهآل برای آزمایشهای کاربردی و برنامهریزی تولید را پیشنهاد دهیم.
ادبیات / منابع
- Asako, Yutaka & Mohamed, S.; Muhammad, Nura & Aziz, Arif; Yusof, Siti Nurul Akmal; Che Sidik, Nor Azwadi (2021): A comprehensive review of the influences of nanoparticles as a fuel additive in an internal combustion engine (ICE). Nanotechnology Reviews 9,2021. 1326-1349.
- D’Silva, R.; Vinoothan, K.; Binu, K.G.; Thirumaleshwara, B.; Raju, K. (2016): Effect of Titanium Dioxide and Calcium Carbonate Nanoadditives on the Performance and Emission Characteristics of C.I. Engine. Journal of Mechanical Engineering and Automation 6(5A), 2016. 28-31.
- Ghanbari, M.; Najafi, G.; Ghobadian, B.; Mamat, R.; Noor, M.M.; Moosavian, A. (2015): Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict CI engine parameters fueled with nano-particles additive to diesel fuel. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 100, 2015.
- Heydari-Maleney, K.; Taghizadeh-Alisaraei, A.; Ghobadian, B.; Abbaszadeh-Mayvan, A. (2017): Analyzing and evaluation of carbon nanotubes additives to diesohol-B2 fuels on performance and emission of diesel engines. Fuel 196, 2017. 110–123.
- Raj, N.M.; Gajendiran, M.; Pitchandi, K.; Nallusamy, N. (2016): Investigation on aluminium oxide nano particles blended diesel fuel combustion, performance and emission characteristics of a diesel engine. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 8(3), 2016. 246-257.