NOx-შემცირება ზეთი/წყალი-ემულსიფიკაციით

აზოტის ოქსიდები (NO_x) ცნობილია როგორც დაუყოვნებლივ საშიში ადამიანისა და გარემოს ჯანმრთელობისთვის. მობილური და სტაციონარული დიზელისა და ბენზინის ძრავები დიდწილად წვლილი შეაქვს მსოფლიო NO-ში_x გამონაბოლქვი. საწვავის ემულგირება წყლით არის NO-ის შემცირების საშუალება_x ძრავების გამონაბოლქვი. ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია არის ეფექტური საშუალება მცირე ზომის საწვავის/წყლის ემულსიების შესაქმნელად.

მანქანები და სატვირთო მანქანები, თვითმფრინავები, ელექტრო გენერატორები, სატვირთო მანქანები, კონდიციონერები და ქვაბები გამოიმუშავებენ დიდი რაოდენობით ნაწილაკები (PM) და NO_x ნავთობპროდუქტების წვით. არა_x ეხება აზოტის ოქსიდის (NO) და აზოტის დიოქსიდის (NO) ნარევებს₂) ასევე ნ₂ო, არა₃, ნ₂ო₄ და ნ₂ო₅. აზოტის ოქსიდი და აზოტის დიოქსიდი ხელს უწყობს დაბალი დონის ოზონს, სმოგს და საშიშია გარემოსთვის და ადამიანებისთვის. გარემოსდაცვითი რეგულაცია ეხება ჰაერის დამაბინძურებლების ემისიებს ლიმიტების გამკაცრება. ძრავის გამონაბოლქვი ასევე შეიცავს გოგირდის დიოქსიდს (SO₂) საწვავში გოგირდის ნაერთების შედეგად. ეს პრობლემა მცირდება გოგირდწყალბადის ან ულტრაბგერითი დამხმარე დეგოგირდიზაცია.

მუშაობს საწვავის/წყლის ემულსიაზე

ბოლო წლების განმავლობაში ბევრი სამუშაო გაკეთდა მასზე წყლის გავლენა NO-ზე_x ემისიის დონეები. წვის თვისებებზე შემოწმებულია სხვადასხვა საწვავი/წყლის მოცულობითი თანაფარდობა 1:1-დან 19:1-მდე. უმეტეს შემთხვევაში, ემულსიის სტაბილიზაციისთვის ემატებოდა 1-დან 2 მოცულობითი პროცენტული ზედაპირული მოქმედება.

ფონი წვის შესახებ

საწვავის წვის შედეგად წარმოიქმნება თერმული და მექანიკური ენერგია. მექანიკური ფრაქცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას დგუშების ან ტურბინების ამოსაყვანად მამოძრავებელი ან ელექტროენერგიის წარმოებისთვის. უმეტეს ძრავებში თერმული ენერგია არ გამოიყენება. ეს იწვევს დაბალ თერმოდინამიკურ ეფექტურობას.

დაახლ. NO-ს 90%._x საწვავის წვის პროცესის შედეგად მიღებული არ არის. NO ძირითადად წარმოიქმნება ატმოსფერული აზოტის დაჟანგვით (N₂). საწვავში დამატებული წყალი ამცირებს წვის ტემპერატურას წყლის აორთქლების გამო. როდესაც საწვავი-წყლის ემულსიაში წყალი აორთქლდება, მიმდებარე საწვავიც ორთქლდება. ეს ზრდის საწვავის ზედაპირის ფართობს. დაბალი ტემპერატურა და საწვავის უკეთესი განაწილება იწვევს ა NO-ს ქვედა წარმოქმნა_x.

ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია

საწვავის წვაში წყლის შეყვანა ნაჩვენებია ბევრ ნაშრომში შეამცირეთ NO_x გამონაბოლქვი. წყლის დამატება შესაძლებელია საწვავის/წყლის ემულსიის წარმოქმნით ორი გზით:

• არასტაბილიზებული: ინექციამდე წყლის ემულსიფიკაცია საწვავში
• სტაბილიზირებულია: სტაბილური საწვავის/წყლის ემულსიის წარმოება, რომელიც გამოიყენება როგორც საწვავის ალტერნატივა

კენფილდი (1999) აჯამებს NO-ს_x შემცირება წყლისა და სხვა დანამატების გამოყენებით:

• არასტაბილიზებული ემულსია
  • დამატებული წყალი მოცულობით%: 10-80%
  • არა_x შემცირება: 4-დან 60%-მდე
• სტაბილიზირებული ემულსია
  • დამატებული წყალი მოცულობით%: 25-50%
  • არა_x შემცირება: 22-დან 83%-მდე

ემულსია

ემულსია არის ნაზავი ზოგადად შეურევადი სითხეები (ფაზები), როგორიცაა ზეთი და წყალი. ემულსიფიკაციის პროცესში დისპერსიული ფაზა (მაგ. წყალი) შეჰყავთ თხევად ფაზაში (მაგ. ზეთი). განცხადებით მაღალი ჭრის, დისპერსიული ფაზის ნაწილაკების ზომა (= წვეთების ზომა) მცირდება. რაც უფრო მცირეა ნაწილაკების ზომა, მით უფრო სტაბილურია წარმოქმნილი ემულსია. დამატებითი სტაბილურობის მიღწევა შესაძლებელია ზედაპირული აქტიური ნივთიერებების ან სტაბილიზატორების შეყვანით. დააწკაპუნეთ ზემოთ მოცემულ გრაფიკზე საავტომობილო ზეთში 10% წყლის ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციის ნიმუშის შედეგების სანახავად (Velocite 3, Mobil Oil, ჰამბურგი გერმანია). ეს კვლევა ჩაატარა ბერენდი და შუბერტი (2000).

ულტრაბგერა

სითხეების მაღალი ინტენსივობით გაჟღერებისას, ბგერის ტალღები, რომლებიც ვრცელდება თხევად მედიაში, იწვევს მაღალი წნევის (შეკუმშვის) და დაბალი წნევის (იშვიათობის) ციკლების მონაცვლეობას, სიხშირე დამოკიდებულია სიხშირეზე. დაბალი წნევის ციკლის დროს, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები ქმნიან პატარა ვაკუუმურ ბუშტებს ან სიცარიელეს სითხეში. როდესაც ბუშტები მიაღწევენ მოცულობას, რომლითაც ისინი ვეღარ შთანთქავენ ენერგიას, ისინი ძლიერად იშლება მაღალი წნევის ციკლის დროს. ამ ფენომენს კავიტაცია ეწოდება. აფეთქების დროს ადგილობრივად მიიღწევა ძალიან მაღალი ტემპერატურა (დაახლოებით 5000K) და წნევა (დაახლოებით 2000ატმ). კავიტაციის ბუშტის აფეთქება ასევე იწვევს სითხის ჭავლებს 280 მ/წმ-მდე სიჩქარით.

დადასტურდა, რომ ულტრაბგერა წარმოქმნის ძალიან ერთგვაროვანი ემულსიები წყლის ზეთში (w/o) და ნავთობის წყალში (o/w) მიერ მაღალი კავიტაციური ათვლა. იმის გამო, რომ ულტრაბგერითი მუშაობის პარამეტრები კარგად არის კონტროლირებადი, ნაწილაკების ზომა და განაწილება კარგად არის რეგულირებადი და განმეორებადი. როგორც წესი, ულტრაბგერითი გამოიყენება ნაკადის უჯრედის რეაქტორში. ამიტომ, ემულსია შეიძლება იყოს დამზადებულია მუდმივად ხაზში. ამ მიზეზით, ულტრაბგერითი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სტაბილიზირებული და არასტაბილიზებული ემულსიების დასამზადებლად.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ულტრაბგერითი სიმძლავრის სხვადასხვა დონის ზოგად დამუშავების შესაძლებლობებს.

ულტრაბგერითი გაჟონვა და ქაფის გამოდევნა

ულტრაბგერა ასევე ეხმარება შეამცირეთ ჰაერის ბუშტების რაოდენობა ემულსიურ ნარევში. სურათი მარჯვნივ გვიჩვენებს ულტრაბგერითი გამოსხივების ეფექტს (5 წამის პროგრესის სურათები მარცხნიდან მარჯვნივ) ბუშტების შემცველობაზე. ვინაიდან ბუშტების შემცველობის ცვალებადობა იწვევს ინექციის დროის რყევებს, ა დეგაზაცია, დეაერაცია და ქაფის გამოდევნა ულტრაბგერითი აუმჯობესებს ძრავის მუშაობას.

ულტრაბგერითი პროცესის მოწყობილობა

ჰილშერი არის მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი მოწყობილობების წამყვანი მიმწოდებელი, მთელ მსოფლიოში. როგორც Hielscher აწარმოებს ულტრაბგერითი პროცესორები მდე 16 კვტ სიმძლავრე თითო მოწყობილობაზე, იქ არის მცენარის ზომაში შეზღუდვა არ არის ან გადამამუშავებელი სიმძლავრე. რამდენიმე 16 კვტ სისტემის კლასტერები გამოიყენება საწვავის დიდი მოცულობის დასამზადებლად. საწვავის სამრეწველო დამუშავება არ სჭირდება ბევრი ულტრაბგერითი ენერგია. ენერგიის რეალური მოთხოვნილება შეიძლება განისაზღვროს 1 კვტ სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორის გამოყენებით სკამზე ზედა მასშტაბით. ყველა შედეგი ასეთი მაღალი დონის ცდებიდან შეიძლება იყოს მასშტაბური ადვილად.

ულტრაბგერითი გამოკვლევის ხარჯები

ულტრაბგერითი დამუშავების ეფექტური ტექნოლოგიაა. ულტრაბგერითი დამუშავების ხარჯები ძირითადად გამოწვეულია ინვესტიციით
ულტრაბგერითი მოწყობილობებისთვის, კომუნალური ხარჯები და ტექნიკური მომსახურება. გამორჩეული ენერგოეფექტურობა (იხ სქემა) Hielscher ულტრაბგერითი მოწყობილობები ხელს უწყობს კომუნალური ხარჯების შემცირებას.

ლიტერატურა

Behrend, O., Schubert, H. (2000): უწყვეტი ფაზის სიბლანტის გავლენა ულტრაბგერით ემულსიფიკაციაზე, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

კენფილდი, ა., კ. (1999): დიზელ-წყლის ემულსიის წვის ეფექტი დიზელის ძრავზე NO_x ემისიები, in: სამაგისტრო ნაშრომი წარდგენილი ფლორიდის უნივერსიტეტის სამაგისტრო სკოლაში, 1999 წ.