Բարձրակարգ նանովառելիքներ՝ ուլտրաձայնային դիսպերսմամբ
Նանովառելիքի մշակումը սկսվում է արդյունավետ դիսպերսումից։ Դիզելային վառելիքին, բիոդիզելին կամ վառելիքային խառնուրդներին ավելացված նանոմասնիկները կարող են ազդել այրման վրա, սակայն դրանց արդյունավետությունը կախված է նրանից, թե որքան լավ են դրանք բաշխված հեղուկի ամբողջ ծավալում։ Ագլոմերացումն ու նստեցումը դժվարացնում են հավելանյութի կայուն կոնցենտրացիայի պահպանումը և վերարտադրելի արդյունքների ստացումը։ Ուլտրաձայնային դիսպերսումը լուծում է այս խնդիրը՝ քայքայելով մասնիկների կուտակումները և բաշխելով նանոհավելանյութերը վառելիքի ամբողջ ծավալում։
Նանովառելիքներ
Նանովառելիքները կազմված են հիմքային վառելիքի (օրինակ՝ դիզելային վառելիքի, բիոդիզելի, վառելիքային խառնուրդների) և նանոմասնիկների խառնուրդից։ Այդ նանոմասնիկները գործում են որպես հիբրիդային նանոկատալիզատորներ՝ ապահովելով ռեակցիայի համար հասանելի մակերեսի մեծ մակերես։ Նանոհավելանյութի ուլտրաձայնային դիսպերսումը զգալիորեն բարելավում է վառելիքի շահագործական բնութագրերը՝ կրճատելով բռնկման հապաղումը, երկարացնելով բոցի պահպանման տևողությունը և ապահովելով ագլոմերատների բռնկումը, ինչպես նաև զգալիորեն նվազեցնելով ընդհանուր արտանետումները։
Նանոչափ մասնիկներով վառելիքային խառնուրդներն իրենց շահագործական բնութագրերով գերազանցում են մաքուր հեղուկ վառելիքը՝ շնորհիվ էներգիայի ավելի բարձր խտության, ավելի արագ և հեշտ բռնկման, ուժեղացված կատալիտիկ ազդեցության, նվազեցված արտանետումների, գոլորշիացման և այրման ավելի բարձր արագության ու այրման բարելավված արդյունավետության։
Կիրառե՛ք ուլտրաձայնային մշակում՝ վառելիքներում մասնիկները նանոմակարդակով դիսպերսելու համար։
Կապվե՛ք մեր թիմի հետ՝ ձեր վառելիքի և նանոմասնիկների համակցության համար ուլտրաձայնային դիսպերսման հնարավորություններն ուսումնասիրելու նպատակով։
7kW ուլտրաձայնային հոսքային համակարգ
Նանովառելիքներ. նանոմասնիկների ուլտրաձայնային դիսպերսումը վառելիքում
Վառելիքի բաքում նանոմասնիկների նստեցումից խուսափելու համար մասնիկները պետք է դիսպերսվեն առաջադեմ եղանակով։ Ուլտրաձայնային դիսպերսումն օգնում է դիզելային վառելիքի, բիոդիզելի և վառելիքային խառնուրդների մեջ ներմուծել այնպիսի նանոմասնիկներ, ինչպիսիք են ցերիումի օքսիդը, ալյումինի օքսիդը և ածխածնային նանոխողովակները։
Ակուստիկ կավիտացիայի՝ մանրադիտակային պղպջակների առաջացման և փլուզման միջոցով ուլտրաձայնային մշակումն առաջացնում է ինտենսիվ տեղային սահքի ուժեր, որոնք քայքայում են մասնիկների ագլոմերատները և հավելանյութերը բաշխում հեղուկի ամբողջ ծավալում։ Դրա շնորհիվ շրջապատող վառելիքի հետ շփման համար հասանելի է դառնում մասնիկների մակերեսի ավելի մեծ մասը՝ նպաստելով կատալիտիկ և այրմանն առնչվող առավելությունների գնահատմանը։
Ուլտրաձայնն իր դիսպերսող ազդեցությունն անմիջապես փոխանցում է հեղուկին՝ առանց աղացման գնդիկների ավելացման, ինչը վերացնում է հետագայում աղացող մարմիններն առանձնացնելու անհրաժեշտությունը։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հնարավորություն են տալիս իրականացնել ինչպես խմբաքանակային պատրաստում, այնպես էլ անընդհատ ներհոսքային մշակում՝ տեխնիկան օգտակար դարձնելով լաբորատոր հետազոտություններից մինչև արդյունաբերական արտադրություն։
Ստորև ներկայացված ցանկը տալիս է վառելիքներում դիսպերսված և արդեն փորձարկված նանոնյութերի ընդհանուր պատկերը.
- CNTs – ածխածնային նանոխողովակներ
- Ag – արծաթ
- Al – ալյումին
- Al2O3 – ալյումինի օքսիդ
- AlCuOx — ալյումին–պղինձ օքսիդներ
- B – բոր
- Ca – կալցիում
- CaCO3 – կալցիումի կարբոնատ
- Fe – երկաթ
- Cu – պղինձ
- CuO – պղնձի օքսիդ
- Ce – ցերիում
- CeO2 – ցերիումի օքսիդ
- (CeO2)·(ZrO2) — ցերիում–ցիրկոնիում օքսիդ
- Co – կոբալտ
- Mg – մագնեզիում
- Mn – մանգան
- TiO2 – տիտանի երկօքսիդ
- ZnO – ցինկի օքսիդ
Նանոչափ, ուլտրաձայնով մոնոդիսպերսված ցերիումի օքսիդն ապահովում է բարձր կատալիտիկ ակտիվություն՝ շնորհիվ մակերեսի և ծավալի մեծ հարաբերակցության, ինչը հանգեցնում է վառելիքի օգտագործման արդյունավետության բարելավման և արտանետումների նվազեցման։
Ջրային վառելիքներ. նանոչափ էմուլսիոն վառելիքներ՝ ուլտրաձայնային մշակմամբ
Ջրային վառելիքները ջուր-վառելիք էմուլսիաներ են, որոնցում ջրի մանր կաթիլները բաշխված են անընդհատ վառելիքային ֆազի, օրինակ՝ դիզելային վառելիքի ամբողջ ծավալում։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերն առաջացնում են ինտենսիվ ակուստիկ կավիտացիա, որը խոշոր կաթիլները բաժանում է ավելի փոքրերի՝ բաղադրության և մշակման համապատասխան պայմաններում հնարավորություն տալով մշակել նանոչափ կաթիլներով էմուլսիաներ։ Ուլտրաձայնի կարգավորվող ամպլիտուդը, վերահսկվող էներգամուտքը և ջերմաստիճանի կառավարումն օգնում են օպտիմալացնել կաթիլների չափն ու վերարտադրելիությունը, իսկ համատեղելի էմուլգատորները նպաստում են պահեստավորման և գործածման ընթացքում կայունության պահպանմանը։
Սեղմե՛ք այստեղ՝ ուլտրաձայնով պատրաստված ջրային վառելիքների մասին ավելին իմանալու համար։
Վառելիքի ուլտրաձայնային խառնում
Ուլտրաձայնային էմուլգացման տեխնոլոգիան կիրառվում է դեկանում էթանոլի, դիզելային վառելիքում էթանոլի կայուն խառնուրդներ կամ դիզելային վառելիք–բիոդիզել–էթանոլ/բիոէթանոլ կայուն խառնուրդներ ստանալու համար։ Այսպիսի խառնուրդներն իդեալական բազային վառելիք են, որը երկրորդ փուլում կարելի է բարելավել՝ վառելիքում նանոմասնիկներ դիսպերսելով։
Էմուլսիոն վառելիքների ուլտրաձայնային արտադրություն
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքեր՝ նանովառելիքների դիսպերսման և էմուլգացման համար
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համատեղում են նանոմասնիկների արդյունավետ դեագլոմերացումը գործընթացի ճշգրիտ վերահսկման հետ՝ նանովառելիքների մշակման և արտադրության համար։ Ինտենսիվ ուլտրաձայնային կավիտացիան օգնում է քայքայել մասնիկների կուտակումները և հավելումները, օրինակ՝ մետաղների օքսիդներն ու ածխածնային նանոխողովակները, բաշխել դիզելային վառելիքի, բիոդիզելի և վառելիքային խառնուրդների ամբողջ ծավալում։ Կարգավորվող ամպլիտուդը և ներմուծվող էներգիայի ու ջերմաստիճանի մշտադիտարկումը նպաստում են վերարտադրելի մշակմանը և բաղադրակազմի օպտիմալացմանը։ Պարբերական կամ շարունակական հոսքային աշխատանքի համար կազմաձևված լաբորատոր սարքերի և արդյունաբերական համակարգերի միջոցով Hielscher ընկերությունը գործնական ուղի է առաջարկում սկզբնական փորձարկումներից դեպի արտադրության ավելի մեծ ծավալներ։ Արդյունաբերական թվային մոդելներում գործընթացի տվյալների ավտոմատ գրանցումն օգնում է թիմերին փաստագրել հաջող արդյունք ապահովող պայմանները և պահպանել մշակման կայունությունը՝ արտադրողականության աճին զուգընթաց։
Մասշտաբի մեծացում և հուսալի արտադրություն
Երբ բաղադրակազմը համապատասխանում է որակի սահմանված նպատակային ցուցանիշներին, հոսքային ուլտրաձայնային մշակումը հնարավորություն է տալիս անցնելու արտադրության ավելի մեծ ծավալների։ Վառելիքն անցնում է ուլտրաձայնային մշակման գոտու միջով՝ վերահսկվող աշխատանքային պայմաններում, իսկ միանցումային կամ վերաշրջանառությամբ մշակումն ընտրվում է ըստ պահանջվող արդյունքի։ Սարքավորումն ընտրելու համար նշեք բազային վառելիքը, հավելման տեսակն ու կոնցենտրացիան, դիսպերսման նպատակային որակը, պահանջվող արտադրողականությունը և աշխատանքային ջերմաստիճանը։ Այս տվյալները թույլ են տալիս Hielscher ընկերությանը առաջարկել ուլտրաձայնային պրոցեսորի, սոնոտրոդի և հոսքային բջջի կազմաձև՝ գործընթացի փորձարկումների և հետագա մասշտաբի մեծացման համար։
Hielscher ընկերությունն առաջարկում է տնտեսապես արդյունավետ, խիստ դիմացկուն և փոքր տեղ զբաղեցնող ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ սահմանափակ տարածք ունեցող և շահագործման բարդ պայմաններով արտադրամասերում տեղադրելու համար։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորության մասին․
| Մեկ խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի ծավալային արագությունը | Առաջարկվող ուլտրաձայնային սարքը |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի խումբ՝ UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – Հոսքային բջջի ներդիր՝ գերազանց նանոէմուլսիաներ ստանալու համար
Հաճախ տրվող հարցեր նանովառելիքի ուլտրաձայնային արտադրության մասին
Ինչ են նանովառելիքները
Նանովառելիքները վառելիքի և նանոմասնիկների խառնուրդներ են։ Վառելիքում նանոէներգետիկ մասնիկներ դիսպերսելիս վառելիքի ֆիզիկաքիմիական հատկությունները փոխվում են այդ մասնիկների գործառական հատկությունների, դրանց դիսպերս կառուցվածքի, ինչպես նաև ջերմափոխանցման, հեղուկի հոսքի և մասնիկների փոխազդեցությունների բարդ փոխազդեցության ազդեցությամբ։ Տարասեռ բաղադրության պատճառով նանովառելիքի բնութագրերը որոշվում են ինչպես բազային վառելիքի տեսակով, այնպես էլ նանոմասնիկների բաղադրությամբ, չափով, ձևով, կոնցենտրացիայով և ֆիզիկական ու քիմիական հատկություններով։ Նանովառելիքի բնութագրերը կարող են զգալիորեն տարբերվել բազային վառելիքի բնութագրերից։
Ինչպե՞ս է դիզելն օգտագործվում որպես վառելիք։
Դիզելը հեղուկ վառելիք է, որն այրվում է դիզելային շարժիչներում։ Դիզելային շարժիչներում վառելիքը բռնկվում է առանց որևէ կայծի՝ մուտքային օդային խառնուրդը սեղմելու և այնուհետև դիզելային վառելիքը ներարկելու միջոցով։
Սովորական դիզելային վառելիքը նավթային վառելայուղի որոշակի ֆրակցիոն թորվածք է։ Ավելի լայն իմաստով դիզել եզրույթը վերաբերում է նաև նավթից չստացվող վառելիքներին, օրինակ՝ բիոդիզելին, կենսազանգվածից հեղուկի փոխակերպմամբ (BTL), գազից հեղուկի փոխակերպմամբ (GTL) կամ ածխից հեղուկի փոխակերպմամբ (CTL) ստացվող դիզելին։ BTL, GTL և CTL տեսակները, այսպես կոչված, սինթետիկ դիզելային վառելիքներ են, որոնք կարող են ստացվել ցանկացած ածխածնային նյութից (օրինակ՝ կենսազանգվածից, կենսագազից, բնական գազից, ածխից և այլն)։ Հումքը գազաֆիկացման միջոցով սինթեզ-գազի վերածելուց և այն մաքրելուց հետո ստացված գազը Ֆիշեր–Տրոպշի ռեակցիայի միջոցով փոխակերպվում է սինթետիկ դիզելի։ Ծծմբի գերբարձր ցածր պարունակությամբ դիզելը (ULSD) դիզելային վառելիքի ստանդարտ է, որը նախատեսում է ծծմբի զգալիորեն նվազեցված պարունակություն։
Ի՞նչ է բիոդիզելը։
Բիոդիզելը վերականգնվող վառելիք է, որն արտադրվում է բուսական յուղերից, կենդանական ճարպերից կամ վերամշակված ճարպերից։ Բիոդիզելը կարող է օգտագործվել դիզելային տրանսպորտային միջոցների և գեներատորների աշխատանքի համար։ Դրա ֆիզիկական հատկությունները նման են նավթային դիզելային վառելիքի հատկություններին, թեև այն ավելի մաքուր է այրվում։ Բիոդիզելը նվազեցնում է չայրված ածխաջրածինների (UHC), ածխածնի երկօքսիդի (CO2), ածխածնի մոնօքսիդի (CO), ծծմբի օքսիդների և մրի մասնիկների արտանետումները՝ սովորական դիզելային վառելիքի այրման ժամանակ առաջացող արտանետումների համեմատ։ Բիոդիզելի դեպքում ազոտի օքսիդների (NOx) արտանետումները կարող են ավելի բարձր լինել՝ դիզելային վառելիքի համեմատ։ Սակայն դրանք կարելի է նվազեցնել՝ օպտիմալացնելով վառելիքի ներարկման պահը։
Ուլտրաձայնային վերաէսթերացումը զգալիորեն բարելավում է բիոդիզելի արտադրությունը։ Սեղմեք այստեղ՝ բիոդիզելի ուլտրաձայնային արտադրության մասին ավելին իմանալու համար։
Կարելի՞ է էթանոլն օգտագործել որպես վառելիք։
Այո՛, էթանոլը – էթիլային սպիրտը (C₂H5OH) – կարող է օգտագործվել որպես վառելիք։ Էթանոլային վառելիքները հիմնականում օգտագործվում են որպես շարժիչային վառելիք՝ առավելապես որպես բենզինի կենսավառելիքային հավելանյութ։ Այսօր ավտոմեքենաները կարող են աշխատել 100% էթանոլային վառելիքով կամ այսպես կոչված ճկուն բաղադրությամբ վառելիքներով, որոնք էթանոլի և բենզինի խառնուրդներ են։ Էթանոլը սովորաբար արտադրվում է կենսազանգվածի, օրինակ՝ եգիպտացորենի կամ շաքարեղեգի խմորմամբ։ Քանի որ էթանոլային վառելիքը ստացվում է վերականգնվող, կայուն կենսազանգվածից, այն հաճախ անվանում են կենսաէթանոլ։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնը կարող է զգալիորեն բարելավել կենսաէթանոլի արտադրությունը։ Սեղմեք այստեղ՝ կենսաէթանոլի ուլտրաձայնային արտադրության մասին ավելին իմանալու համար։
Էթանոլը E-diesel վառելիքի թթվածին պարունակող բաղադրիչն է։ E-diesel վառելիքի հիմնական թերությունը ջերմաստիճանների լայն տիրույթում էթանոլի և դիզելային վառելիքի չխառնվելն է։ Սակայն բիոդիզելը կարող է հաջողությամբ օգտագործվել որպես ամֆիֆիլ մակերևութաակտիվ նյութ՝ էթանոլն ու դիզելային վառելիքը կայունացնելու համար։ Էթանոլ–բիոդիզել–դիզել (EB-diesel) վառելիքը կարելի է ուլտրաձայնով խառնել՝ ստանալով միկրո- կամ նանոէմուլսիա, այնպես որ EB-diesel վառելիքը կայուն լինի նույնիսկ զրոյից ցածր ջերմաստիճաններում և սովորական դիզելային վառելիքի համեմատ ունենա գերազանց վառելիքային հատկություններ։
Ինչպե՞ս է գործում ուլտրաձայնային դիսպերսումը նանովառելիքի արտադրության մեջ։
Ուլտրաձայնային դիսպերսումն օգտագործում է ակուստիկ կավիտացիան՝ վառելիքում մասնիկների ագլոմերատները քայքայելու համար։ Մանրադիտակային պղպջակներ են առաջանում և փլուզվում՝ ստեղծելով տեղային սահքի ուժեր և հեղուկի շիթեր, որոնք բաժանում են կուտակված մասնիկները։ Այս գործընթացն օգնում է նանոհավելանյութերը բաշխել հեղուկի ամբողջ ծավալով և նպաստում է վերարտադրելի բաղադրակազմերի մշակմանը։
Ո՞ր նանոմասնիկները կարելի է ուլտրաձայնի միջոցով դիսպերսել վառելիքների մեջ։
Վառելիքային բաղադրակազմերում ուսումնասիրված նյութերը ներառում են ցերիումի օքսիդը (CeO₂), ալյումինի օքսիդը (Al₂O₃), տիտանի երկօքսիդը (TiO₂), ցինկի օքսիդը (ZnO) և ածխածնային նանոխողովակները (CNTs)։ Համապատասխան հավելանյութի ընտրությունը կախված է բազային վառելիքից և նախատեսվող աշխատանքային ցուցանիշից։ Յուրաքանչյուր համակցություն պահանջում է փորձարկումներ՝ համապատասխան կոնցենտրացիաները, մշակման պայմանները և կայունությունը որոշելու համար։
Ի՞նչ տարբերություն կա նանովառելիքի դիսպերսիայի և վառելիքային նանոէմուլսիայի միջև։
Նանոմասնիկների դիսպերսիան պարունակում է հեղուկ վառելիքի մեջ բաշխված պինդ մասնիկներ։ Վառելիքային նանոէմուլսիան պարունակում է մի հեղուկի շատ փոքր կաթիլներ՝ դիսպերսված մեկ այլ հեղուկի մեջ, օրինակ՝ ջրի կաթիլներ դիզելային վառելիքի մեջ։ Ուլտրաձայնը կարող է նպաստել երկու գործընթացներին էլ։ Նանոմասնիկներ և դիսպերսված հեղուկի կաթիլներ պարունակող բաղադրակազմերը պահանջում են ինչպես մասնիկների, այնպես էլ էմուլսիայի կայունության գնահատում։
Ուլտրաձայնային դիսպերսումը կանխո՞ւմ է նանոմասնիկների նստեցումը։
Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է նվազեցնել ագլոմերացումը և բարելավել մասնիկների սկզբնական բաշխումը, սակայն երկարատև կայունությունը կախված է նաև բաղադրակազմից։ Մասնիկների հատկությունները, հավելանյութի կոնցենտրացիան, վառելիքի բաղադրությունը և համատեղելի դիսպերսացնող նյութերն ազդում են այն բանի վրա, թե արդյոք մասնիկները կմնան կախույթային վիճակում։ Պահեստավորման փորձարկումները պետք է պարզեն, թե պատրաստի նանովառելիքը որքան ժամանակ է պահպանում ընդունելի բաշխումը նախատեսված պայմաններում։
Ուլտրաձայնային մշակման ո՞ր պարամետրերն են առավել կարևոր։
Հիմնական պարամետրերն են ամպլիտուդը, ներմուծվող էներգիան, մշակման տևողությունը և ջերմաստիճանը։ Հոսքային մշակման դեպքում կարևոր են նաև հոսքի ծավալային արագությունը և ռեակտորի ճնշումը։ Այս կարգավորումները պետք է գնահատվեն բաղադրակազմի հետ համատեղ։ Ցանկալի դիսպերսիան ապահովող պայմանների փաստագրումն օգնում է հաստատել կրկնելի մշակման ընթացակարգ և նպաստում է արտադրական մասշտաբի հետագա մեծացմանը։
Հնարավո՞ր է մեծացնել նանովառելիքի ուլտրաձայնային արտադրության մասշտաբը՝ լաբորատոր մշակումից անցնելով անընդհատ մշակման։
Այո։ Լաբորատոր փորձարկումներով կարելի է որոշել բաղադրակազմը և մշակման պայմանները՝ նախքան ուլտրաձայնային հոսքային բջջում գնահատումը։ Անընդհատ աշխատանքի ընթացքում վառելիքն անցնում է վերահսկվող մշակման գոտու միջով։ Մասշտաբի մեծացման ժամանակ պետք է հաստատել, որ ավելի մեծ համակարգն ապահովում է դիսպերսիայի պահանջվող որակն ու կայունությունը՝ նախատեսված արտադրողականության պայմաններում։
Ինչպե՞ս ընտրել Hielscher ապրանքանիշի ուլտրաձայնային դիսպերգատոր նանովառելիքների համար։
Սկսեք բազային վառելիքից, նանոմասնիկների տեսակից և կոնցենտրացիայից, խմբաքանակի պահանջվող ծավալից կամ հոսքի ծավալային արագությունից և դիսպերսիայի նպատակային որակից։ Նշեք նաև աշխատանքային ջերմաստիճանը և պահպանման նախատեսված տևողությունը։ Այս տվյալներն օգնում են մեզ առաջարկել ուլտրաձայնային սարքի, սոնոտրոդի և հոսքային բջջի իդեալական կոնֆիգուրացիան՝ կիրառական փորձարկումների և արտադրության պլանավորման համար։
Գրականություն / Հղումներ
- 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.