Ուլտրաձայնային էմուլսիաներ՝ «ջուրը դիզելային վառելիքում» համակարգի այրման համար
Դիզելային վառելիքով աշխատող էլեկտրագեներատորները, նավերի շարժիչները և երկաթուղային շարժիչները կարող են ավելի արդյունավետ աշխատել, երբ օգտագործվում են «ջուրը դիզելային վառելիքում» էմուլսիաներ։ Ջուր–դիզելային վառելիք էմուլսիոն վառելիքները նվազեցնում են վառելիքի սպառումը, իջեցնում այրման ջերմաստիճանը, ավելի մաքուր են այրվում և նվազեցնում արտանետումները, օրինակ՝ NOx և մուր։ Ուլտրաձայնային էմուլսացումը հուսալի, պարզ և արդյունավետ մեթոդ է՝ բարձրորակ «ջուրը դիզելային վառելիքում» վառելիքներ ստանալու համար։
«Ջուրը դիզելային վառելիքում» համակարգի ուլտրաձայնային էմուլսացում
«Ջուրը դիզելային վառելիքում» էմուլսիաները (WiDE; W/D էմուլսիոն վառելիք) դիզելային վառելիքի ձևափոխված այլընտրանք են, որը պարունակում է մինչև 15% ջուր։ Ջուր–դիզելային վառելիք էմուլսիաներում, որոնք հայտնի են նաև որպես ջրային վառելիք, ջրի կաթիլներն ուլտրաձայնի միջոցով էմուլսացվում են դիզելային վառելիքի անընդհատ փուլի մեջ։ Հեղուկների ինտենսիվ ուլտրաձայնային մշակումը առաջացնում է ակուստիկ կավիտացիա։ Կավիտացիոն սահքի ուժերը մասնատում են կաթիլները և առաջացնում ջրի ու դիզելային վառելիքի՝ այլ պայմաններում չխառնվող փուլերի համասեռ էմուլսիա։
«Ջուրը դիզելային վառելիքում» էմուլսիա
WiDE (W/D էմուլսիա) սահմանվում է որպես դիզելային վառելիքի (անընդհատ/արտաքին փուլ) մեջ ջրի կաթիլների (դիսպերսված/ներքին փուլ) խառնուրդ՝ կազմված բնականորեն չխառնվող հեղուկներից։ Էմուլսիայի կայունությունը բարձրացնելու և խառնման համար պահանջվող էներգիան նվազեցնելու նպատակով փոքր կոնցենտրացիաներով ավելացվում է էմուլսացնող նյութ։
Երկփուլ էմուլսիա
Երկփուլ էմուլսիան նկարագրում է դիզելային վառելիքի մեջ ջրի խառնուրդը՝ առանց որևէ մակերևութային ակտիվ նյութի օգտագործման։ Երկփուլ WiDE ստանալու համար ջրի և դիզելային վառելիքի սնուցման հոսքերն ուլտրաձայնով էմուլսացվում են անմիջապես շարժիչից առաջ։ Ուլտրաձայնով ստացված «ջուրը դիզելային վառելիքում» երկփուլ էմուլսիան ուլտրաձայնային հոսքային բջջային ռեակտորից անմիջապես անցնում է այրման շարժիչի մեջ։ Առանց մակերևութային ակտիվ նյութի էմուլսիան պատրաստվում է անմիջական այրման համար, այլ ոչ թե պահպանման։
Ջուր–դիզելային վառելիք էմուլսիոն վառելիքի գործնական ուսումնասիրություն
Փորձարարական կայանքը
Ithnin et al. (2018) ուսումնասիրել են «ջուրը դիզելային վառելիքում» էմուլսիոն վառելիքի (WiDE) ազդեցությունը միագլան, ուղղակի ներարկմամբ դիզելային շարժիչի վրա։ Ջուրն ու դիզելային վառելիքը պահվել են առանձին տարողություններում, որոնցից դրանք քանակապես տեղափոխվել են խառնման համակարգ։ Խառնման համակարգը բաղկացած էր բարձր սահքի խառնիչի և ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորի համակցությունից։ Սահքային խառնիչը ապահովել է ջրի և դիզելային վառելիքի կոպիտ նախնական խառնումը, իսկ ուլտրաձայնային մշակումը կիրառվել է մանր կաթիլներով, միատարր էմուլսիա ստանալու համար։ Ջուր–դիզելային վառելիք էմուլսիան պատրաստվել է 5% ջրով։ Համասեռ WiDE վառելիքը խառնման համակարգից անմիջապես տեղափոխվել է շարժիչի մեջ։ Պատրաստված WiDE վառելիքը որևէ մակերևութային ակտիվ նյութ չի պարունակել, ուստի այն անվանվել է երկարաժամկետ առումով անկայուն էմուլսիոն վառելիք (UW/D)։ Դիզելային շարժիչը փորձարկվել է բեռնվածքի չորս տարբեր պայմաններում (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) և 3000 rpm հաստատուն պտտման հաճախությամբ։ Վառելիքի աշխատանքային բնութագրերն ու արտանետումները համեմատելու նպատակով նույն շարժիչի վրա փորձարկվել են նաև մակերևութային ակտիվ նյութով կայունացված էմուլսիոն վառելիք (կայուն էմուլսիա (SW/D)) և մաքուր դիզելային վառելիք (D2)։ Ե՛վ անկայուն, և՛ կայուն էմուլսիայի համար օգտագործվում է 5% ջուր։
Արդյունքները
Շարժիչի փորձարկումը ցույց է տալիս, որ առանց մակերևութային ակտիվ նյութի ջուր–դիզելային վառելիք էմուլսիոն վառելիքը (UW/D) զգալիորեն բարելավում է շարժիչի աշխատանքը՝ մաքուր դիզելային վառելիքի համեմատ ապահովելով արգելակային ջերմային արդյունավետության (BTE) 3,59% աճ և վառելիքի արգելակային տեսակարար ծախսի (BSFC) 3,89% նվազում։ Թե՛ կայունացված (SW/D), թե՛ չկայունացված (UW/D) էմուլսիոն վառելիքները բարձրացրել են շարժիչի ջերմային արդյունավետությունը՝ միկրոպայթյունի երևույթի շնորհիվ։ Միկրոպայթյունի երևույթն առաջացնում է էմուլգացված ջրի կաթիլների արագ գոլորշիացում։ Քանի որ ջրի մանրագույն կաթիլները շրջապատված են յուղով, գոլորշիացման ինտենսիվ գործընթացը կտրուկ տրոհում է կաթիլները շատ մանր մասնիկների, ինչը նպաստում է օդի և վառելիքի խառնմանը։ Կաթիլների տրոհումը և օդի հետ խառնումը զգալիորեն բարձրացնում են այրման արդյունավետությունը։
Արդյունքները ցույց են տալիս, որ առանց մակերևութային ակտիվ նյութի օգտագործման ջուր–դիզելային վառելիք էմուլսիոն վառելիքի՝ իրական ժամանակում արտադրության և շարժիչ տեղափոխման գաղափարը շատ լավ է գործում։ Ուլտրաձայնային եղանակով պատրաստված ջուր–դիզելային վառելիք խառնուրդի անմիջական տեղափոխումը վերացնում է պահվող էմուլսիոն վառելիքի կայունացման խնդիրը, ինչպես նաև մակերևութային ակտիվ նյութից կախվածությունը։ Անկայուն ջուր–դիզելային վառելիք էմուլսիոն վառելիքը (UW/D) հուսալիորեն պահպանել է իր էմուլսիոն ձևը՝ 25sec ժամանակահատվածում չհասնելով նստվածքագոյացման փուլին (տե՛ս ստորև բերված պատկերը)։
Ուլտրաձայնային եղանակով էմուլգացված «ջուրը դիզելային վառելիքում» էմուլսիոն վառելիքի կաթիլների վարքը ժամանակի ընթացքում՝ a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s և d) 132 s։ (խոշորացում՝ 1000×) – Ithnin et al. 2018
Մաքուր դիզելային վառելիքի համեմատ «ջուրը դիզելային վառելիքում» էմուլսիոն վառելիքի դեպքում ազոտի օքսիդների (NOx) և պինդ մասնիկների (PM) արտանետումները զգալիորեն նվազում են՝ միջինում համապատասխանաբար 31,66% և 16,33%։
Ընդհանուր առմամբ, ուլտրաձայնային եղանակով պատրաստված էմուլսիաները՝ լինեն անկայուն, թե մակերևութային ակտիվ նյութով կայունացված, օգնում են խնայել դիզելային վառելիքը և նվազեցնել արտանետումները։
Ավելի էկոլոգիական արտանետումներ և վառելիքի խնայողություն՝ ուլտրաձայնի միջոցով։
Առաջնային և երկրորդային փոշիացում էմուլգացված վառելիքի ցողաշիթային բոցում։
3x UIP1000hdT ուլտրաձայնային էմուլգացման համակարգ՝ «ջուրը դիզելային վառելիքում» էմուլսիաների համար
հետևյալի համար՝
- երկաթուղային լոկոմոտիվների
- ծովային նավերի
- ստացիոնար էլեկտրագեներատորների
Եռաֆազ էմուլսիա
Եռաֆազ էմուլսիան, որը հայտնի է նաև որպես երեք փուլից բաղկացած էմուլսիա, կազմված է ջրից, յուղից և մակերևութային ակտիվ նյութից։ Ջուրը դիզելային փուլում ուլտրաձայնային եղանակով էմուլգացնելու ընթացքում ավելացվում է մակերևութային ակտիվ նյութ։ Էմուլգատորը երկարացնում է էմուլսիայի կայունության տևողությունը և հնարավորություն է տալիս պահել «ջուրը դիզելային վառելիքում» վառելիքը։ W/D էմուլսիայի կայունությունը կախված է էմուլգատորից, ուլտրաձայնային գործընթացի պարամետրերից և ջերմաստիճանից։ Մակերևութային ակտիվ նյութի և ուլտրաձայնային մշակման պարամետրերի ճիշտ համադրությամբ հնարավոր է ապահովել WiDE էմուլսիայի զգալի երկարաժամկետ կայունություն։
Ուլտրաձայնային էմուլգացման համակարգի տեղադրումը և առկա սարքավորումների վերազինումն այդ համակարգով պարզ, անվտանգ և ոչ թանկ են։ W/D էմուլսիոն վառելիքները կարելի է օգտագործել ցանկացած սովորական դիզելային շարժիչի հետ (օրինակ՝ էլեկտրագեներատորների, երկաթուղային շարժիչների, նավային շարժիչների)՝ առանց փոփոխությունների։
- մանր կաթիլներով էմուլսիա
- ջրի փոփոխական պարունակություն
- մակերևութային ակտիվ նյութով կամ առանց դրա
- մշակման կարճ տևողություն
- հեշտ տեղադրում
- անվտանգ շահագործում
- փոքր ներդրում, ներդրումների արագ վերադարձ
- տեխնիկական սպասարկման փոքր պահանջ
- առկա սարքավորումների հեշտ վերազինում
- շարժիչի փոփոխությունների բացակայություն
Ի՞նչն է WiDE վառելիքներն ավելի արդյունավետ դարձնում։ – Միկրոպայթյունի երևույթը
«Ջուրը դիզելային վառելիքում» էմուլսիոն վառելիքները կազմված են անընդհատ դիզելային փուլում կախված ջրի մասնիկներից։ Այրման ժամանակ էմուլսիոն վառելիքում ջրի մանր կաթիլներն ավելի արագ են հասնում գերտաքացած վիճակի, քան դիզելային վառելիքը, և այրման ընթացքում առաջացնում են գոլորշու ընդարձակմամբ պայմանավորված տրոհում (ինքնաբերական պայթյուն)՝ ստեղծելով շատ մանր մասնիկներ։ Ներծծվող օդի հետ համակցված մանրագույն մասնիկների մեծացած մակերեսի շնորհիվ օդի և վառելիքի խառնումը զգալիորեն բարելավվում է՝ այդպիսով բարձրացնելով այրման արդյունավետությունը։ (Ivanov, Nevedov 1965)
Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային էմուլգացման համակարգեր
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մատակարարում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ բարձրորակ (նանո)էմուլսիաների շարունակական արտադրության համար։ Ուլտրաձայնային մշակման գերազանց արդյունավետությունը, ամրությունն ու զբաղեցրած փոքր տարածքը Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը դարձնում են իդեալական խառնման համակարգ՝ դիզելային վառելիքում ջրի էմուլսիայի հիմքով վառելիքների համար։ Անկախ նրանից՝ ցանկանում եք արտադրել էմուլսիոն վառելիքներ՝ այրման շարժիչի մեջ անմիջական ներարկման համար, թե կայուն էմուլսիոն վառելիքներ՝ պահեստավորման և հետագա այրման համար, Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ունի ձեր կիրառության համար ամենահարմար սարքակազմը։ Երկաթուղային լոկոմոտիվներում և ներքին ջրային ուղիների նավերում ինտեգրվող ավելի փոքր ուլտրաձայնային էմուլգացման համակարգերից մինչև էլեկտրակայանների և հսկայական ծովային նավերի համար մեծ ծավալներով ջրային վառելիքի արտադրություն՝ մեր ուլտրաձայնային պրոցեսորների համալիրները թույլ են տալիս մշակել ցանկացած ծավալի էմուլսիոն վառելիք։
Բացի ուլտրաձայնային բարձր ելքային հզորությունից, հուսալիությունից և ամրությունից, Hielscher Ultrasonics ընկերության արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորներն ապահովում են ճշգրիտ կառավարման և վերահսկման հնարավորություն։ Ջերմաստիճանի և ճնշման տվիչները տվյալները փոխանցում են գեներատորին, որտեղ գործընթացի բոլոր կարևոր պարամետրերը՝ ամպլիտուդը, զուտ և ընդհանուր էներգիան, ջերմաստիճանն ու ճնշումը, գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա։ Խելացի ծրագրային կառավարումը թույլ է տալիս սահմանել և կարգավորել գործընթացի ճշգրիտ պարամետրերը՝ մշտապես բարձր որակով ստանդարտացված էմուլսիոն վառելիք ստանալու համար։ Ջերմափոխանակման պատյանով ուլտրաձայնային հոսքային ռեակտորը կարող է արդյունավետորեն հովացվել և թույլ է տալիս էմուլսիան մշակել սահմանված ջերմաստիճաններում։ Մեր ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս աշխատել 24/7 ռեժիմով՝ մեծ բեռնվածության և խիստ պահանջներ ներկայացնող միջավայրերի պայմաններում։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման արտադրողականության մասին.
| Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|
| 0,5–4L/min | UP200Ht, UP400St |
| 1–8L/min | UIP2000hdT |
| 2–20L/min | UIP4000hdT |
| 30–300L/min | UIP16000 |
| ավելի մեծ | հետևյալ սարքերից կազմված համալիր՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Բարձր հզորության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր մասշտաբից մինչև փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբ.
Գրականություն/հղումներ
- Ahmad Muhsin Ithnin; Wira Jazair Yahya; Mohamad Azrin Ahmad; Nur Atiqah Ramlan; Hassanuddin Abdul Kadir; Nor Azwadi Che Sidik; Tsuyoshi Koga (2018): Դիզելային վառելիքում ջրի էմուլսիայի հիմքով վառելիք՝ առանց էմուլգատորի. դրա կայունության վարքը, շարժիչի աշխատանքային ցուցանիշները և արտանետումները. Fuel 215, 2018. 454–462.
- Mohammed Yahaya Khan; Z. A. Abdul Karim; Ftwi Yohaness Hagos; A. Rashid A. Aziz; Isa M. Tan (2014): Դիզելային վառելիքում ջրի էմուլսիան որպես վառելիք օգտագործելու արդի միտումները։ The Scientific World Journal 2014(17):527 472.
- Piotr Pacholski; Mariola Błaszczyk; Jerzy Sęk (2016): Էմուլգացված դիզելային վառելիքը՝ որպես այլընտրանքային վառելիք. Technical Issues 4/2016 էջ 62–67.
- V.M. Ivanov; P.I. Nefedov (1965): Բնական և էմուլգացված հեղուկ վառելիքների այրման գործընթացի փորձարարական ուսումնասիրություն, NASA տեխնիկական թարգմանություն TIF-258, 1965.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ջրային վառելիքներ / Դիզելային վառելիքում ջրի էմուլսիայի հիմքով վառելիքներ
Էմուլսիան հեղուկ համակարգ է, որը բաղկացած է երկու կամ ավելի չխառնվող հեղուկներից, որտեղ մեկ կամ մի քանի փուլեր (դիսպերս փուլ) մանր մասնիկներով բաշխված են մյուսի մեջ (անընդհատ փուլ)։ Ջուր–դիզելային վառելիք էմուլսիաներում ջուրը մանր կաթիլների ձևով բաշխված է դիզելային վառելիքի անընդհատ փուլում։ Այս տեսակի էմուլսիան հայտնի է որպես «ջուրը վառելիքում» էմուլսիա կամ ջրային վառելիք։