Превосходное нанотопливо за счет ультразвукового диспергирования
Разработка нанотоплива начинается с обеспечения эффективной дисперсии. Наночастицы, добавляемые в дизельное топливо, биодизель или смешанные топлива, могут влиять на процесс сгорания, однако их эффективность зависит от того, насколько равномерно они распределены в жидкости. Агломерация и осаждение затрудняют поддержание постоянной концентрации присадок и получение воспроизводимых результатов. Ультразвуковая дисперсия решает эту проблему, разрушая скопления частиц и распределяя нанодобавки по всему топливу.
Нанотопливо
Нанотопливо состоит из смеси базового топлива (например, дизельного топлива, биодизеля, топливных смесей) и наночастиц. Эти наночастицы действуют как гибридные нанокатализаторы, которые обеспечивают большую площадь реакционноспособной поверхности. Ультразвуковое рассеивание наноприсадки приводит к значительному улучшению характеристик топлива, таким как уменьшение задержки зажигания, более длительное поддержание пламени и воспламенение агломератов, а также значительное общее снижение выбросов.
Наноразмерные смеси топливных частиц превосходят чистое жидкое топливо по топливным характеристикам благодаря более высокой плотности энергии, более быстрому и легкому воспламенению, улучшенному каталитическому эффекту, снижению выбросов, более быстрому испарению и скорости сгорания, а также повышению эффективности сгорания.
Используйте ультразвуковую обработку для нанодиспергирования частиц в топливе!
Свяжитесь с нашей командой, чтобы узнать о возможностях ультразвуковой дисперсии для вашей комбинации топлива и наночастиц.
Ультразвуковая проточная система мощностью 7 кВт
Нанотоплива: ультразвуковая дисперсия наночастиц в топливе
Чтобы предотвратить осаждение наночастиц в топливном баке, их необходимо тщательно диспергировать. Ультразвуковая дисперсия способствует включению наночастиц, таких как оксид церия, оксид алюминия и углеродные нанотрубки, в дизельное топливо, биодизель и топливные смеси.
Путем акустической кавитации – образование и схлопывание микроскопических пузырей – Ультразвуковая обработка создает интенсивные локальные сдвиговые силы, которые разрушают агломераты частиц и распределяют добавки по всей жидкости. Это обеспечивает более широкий контакт поверхности частиц с окружающим топливом, что способствует оценке каталитических и связанных со сгоранием преимуществ.
Ультразвук оказывает диспергирующее действие непосредственно в жидкости без добавления измельчающих шариков, что исключает необходимость последующего отделения измельчающих элементов. Ультразвуковые аппараты Hielscher поддерживают как периодическую подготовку партий, так и непрерывную поточную обработку, благодаря чему данная технология находит применение как в лабораторных исследованиях, так и в промышленном производстве.
В приведенном ниже списке представлен обзор уже протестированных наноматериалов, диспергированных в топливе:
- УНТ – Углеродные нанотрубки
- Аг – Серебро
- Аль – алюминий
- Аль2O3 – оксид алюминия
- AlCuOx – оксиды алюминия и меди
- b – бор
- Центр сертификации – кальций
- КаКо3 – карбонат кальция
- Фе – железо
- Cu – Медь
- CuO – оксид меди
- Се – церий
- Директор2 – оксид церия
- (Генеральный директор2)· (ZrO2) – Оксид церия и циркония
- СО – кобальт
- Мг – магний
- Мн – марганец
- TiO2 – диоксид титана
- ZnO – оксид цинка
Наноразмерный, ультразвуково монодисперсный оксид церия обладает высокой каталитической активностью благодаря высокому соотношению поверхности к объему, что приводит к повышению топливной эффективности и снижению выбросов.
«Аква-топливо»: наноразмерные эмульсионные топлива, полученные с помощью ультразвуковой обработки
«Аква-топлива» представляют собой эмульсии типа «вода в топливе», в которых мелкие капли воды распределены по всей объёму непрерывной топливной фазы, например дизельного топлива. Ультразвуковые устройства компании Hielscher генерируют интенсивную акустическую кавитацию, которая разбивает крупные капли на более мелкие, что позволяет получать эмульсии с каплями наноразмера при подходящих условиях рецептуры и обработки. Регулируемая амплитуда ультразвука, контролируемый ввод энергии и управление температурой помогают оптимизировать размер капель и воспроизводимость результатов, а совместимые эмульгаторы обеспечивают стабильность при хранении и обращении.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом приготовлении акватоплива!
Ультразвуковое смешивание топлива
Технология ультразвуковой эмульгирования используется для получения стабильных смесей этанола в декане, этанола в дизельном топливе или смесей дизель-биодизель-этанол/биоэтанол. Такие смеси являются идеальным базовым топливом, которое может быть улучшено на втором этапе за счет диспергирования наночастиц в топливе.
Ультразвуковое производство эмульсионных топлив
Промышленные ультразвуковые устройства для диспергирования и эмульгирования нанотоплива
Ультразвуковые аппараты Hielscher сочетают в себе эффективную деагломерацию наночастиц с точным контролем технологического процесса для разработки и производства нанотоплива. Интенсивная ультразвуковая кавитация способствует распаду скоплений частиц и распределению добавок, таких как оксиды металлов и углеродные нанотрубки, по всему объему дизельного топлива, биодизеля и смешанных топлив. Регулируемая амплитуда и мониторинг потребляемой энергии и температуры обеспечивают воспроизводимость процессов и оптимизацию рецептур. Благодаря лабораторным приборам и промышленным системам, настроенным на периодическую или непрерывную работу, компания Hielscher предлагает практический путь от первоначальных испытаний до увеличения объемов производства. Автоматическая регистрация данных о процессе на цифровых промышленных моделях помогает командам документировать успешные условия и поддерживать стабильность процессов по мере увеличения производительности.
Масштабирование и надежное производство
Как только рецептура соответствует установленным требованиям к качеству, проточная ультразвуковая обработка открывает путь к увеличению объемов производства. Топливо проходит через зону ультразвуковой обработки в контролируемых рабочих условиях; в зависимости от требуемого результата выбирается однопроходная или рециркуляционная обработка. Для подбора оборудования необходимо указать исходное топливо, тип и концентрацию присадок, требуемое качество дисперсии, необходимую пропускную способность и рабочую температуру. Эти данные позволяют компании Hielscher порекомендовать конфигурацию процессора, сонотрода и проточной ячейки для проведения технологических испытаний и последующего масштабирования.
Hielscher предлагает экономичные, высокопрочные ультразвуковые процессоры с небольшой занимаемой площадью для установки на предприятиях с ограниченным пространством и сложными условиями эксплуатации.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемый ультразвуковой аппарат |
|---|---|---|
| от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП400Ст |
| 0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
| От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
| н.а. | От 10 до 100 л/мин | УИП16000HDT |
| н.а. | больше | Кластер УИП16000HDT |
Многофазный кавитатор – Вставка для проточной ячейки для получения высококачественных наноэмульсий
Часто задаваемые вопросы о производстве нанотоплива с помощью ультразвука
Что такое нано-топливо?
Нанотопливо относится к смеси топлива и наночастиц. При диспергировании наноэнергетических частиц в топливе физико-химические свойства топлива изменяются в зависимости от его функции, дисперсионной структуры и сложного взаимодействия теплообмена, потока жидкости и взаимодействия частиц. Из-за гетерогенного состава характеристики нанотоплива определяются типом базового топлива, а также составом, размером, формой, концентрацией и физико-химическими свойствами наночастиц. Характеристики нанотоплива могут существенно отличаться от характеристик базового топлива.
Как дизельное топливо используется в качестве топлива?
Дизельное топливо – это жидкое топливо, которое сжигается в дизельных двигателях. В дизельных двигателях топливо воспламеняется без искры, а за счет сжатия входной воздушной смеси и последующего впрыска дизельного топлива.
Обычное дизельное топливо представляет собой особый фракционный дистиллят нефтяного мазута. В более широком смысле термин «дизельное топливо» также относится к видам топлива, не полученным из нефти, например, к биодизельному топливу, дизельному топливу, полученному путем конверсии биомассы в жидкость (BTL), газа в жидкость (GTL) или угля в жидкость (CTL). BTL, GTL и CTL — это так называемые синтетические дизельные топлива, которые могут быть получены из любого углеродсодержащего материала (например, биомассы, биогаза, природного газа, угля и т. д.). После газификации сырья с получением синтез-газа и последующей очистки он преобразуется посредством реакции Фишера–Тропша в синтетическое дизельное топливо. Дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы (ULSD) — это стандарт дизельного топлива, характеризующийся значительно сниженным содержанием серы.
Что такое биодизель?
Биодизель — это возобновляемое топливо, которое производится из растительных масел, животных жиров или переработанных смазок. Биодизель может использоваться для работы в дизельных транспортных средствах и генераторах. Его физические свойства схожи с свойствами нефтяного дизельного топлива, хотя он горит чище. Биодизельное топливо снижает выбросы несгоревших углеводородов (ВОУЗ), углекислого газа (CO2), окиси углерода (CO), оксидов серы и частиц сажи – по сравнению с выбросами, образующимися при сжигании обычного дизельного топлива. Выбросы оксидов азота (NOx) при использовании биодизеля могут быть выше (по сравнению с дизельным топливом). Однако это можно уменьшить за счет оптимизации сроков впрыска топлива.
Производство биодизеля значительно оптимизируется благодаря ультразвуковой переэтерификации. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом производстве биодизельного топлива!
Можно ли использовать этанол в качестве топлива?
Да, этанол – этиловый спирт (C₂H5О, Боже! – могут использоваться в качестве топлива. Топлива на основе этанола в основном применяются в качестве моторных топлив – в основном в качестве добавки к бензину в качестве биотоплива. Сегодня автомобили могут работать как на 100-процентном этаноле, так и на так называемом «флекс-топливе» — смеси этанола и бензина. Обычно его получают путем ферментации биомассы, например кукурузы или сахарного тростника. Поскольку этаноловое топливо получают из возобновляемой и экологически устойчивой биомассы, его часто называют биоэтанолом. Ультразвуковая обработка может существенно повысить эффективность производства биоэтанола. Нажмите здесь, чтобы узнать больше о производстве биоэтанола с помощью ультразвука!
Этанол является оксигенатом в Е-дизельном топливе. Основным недостатком E-diesel является несмешиваемость этанола в дизельном топливе в широком диапазоне температур. Тем не менее, биодизель может быть успешно использован в качестве амфифильного поверхностно-активного вещества для стабилизации этанола и дизельного топлива. Этанол-биодизель-дизельное топливо (EB-дизель) может быть смешано ультразвуком с микро- или наноэмульсией, чтобы EB-дизель был стабильным – даже при минусовых температурах и обладает превосходными топливными свойствами по сравнению с обычным дизельным топливом.
Как работает ультразвуковая дисперсия при производстве нанотоплива?
При ультразвуковой дисперсии для разрушения агломератов частиц в топливе используется акустическая кавитация. Микроскопические пузырьки образуются и разрушаются, создавая локальные сдвиговые силы и струи жидкости, которые разделяют скопившиеся частицы. Этот процесс способствует распределению нанодобавок по всей жидкости и обеспечивает воспроизводимость при разработке рецептур.
Какие наночастицы можно диспергировать в топливе с помощью ультразвука?
К материалам, исследуемым при разработке составов топлива, относятся оксид церия (CeO₂), оксид алюминия (Al₂O₃), диоксид титана (TiO₂), оксид цинка (ZnO) и углеродные нанотрубки (CNT). Выбор подходящей добавки зависит от базового топлива и заданных эксплуатационных характеристик. Каждая комбинация требует испытаний для определения подходящих концентраций, условий переработки и стабильности.
В чём заключается разница между дисперсией наотоплива и наноэмульсией топлива?
Дисперсия наночастиц представляет собой систему, в которой твердые частицы распределены в жидком топливе. Наноэмульсия топлива содержит очень мелкие капли одной жидкости, диспергированные в другой, например, капли воды в дизельном топливе. Ультразвук может способствовать обоим процессам. При разработке составов, содержащих наночастицы и диспергированные капли жидкости, необходимо оценивать как стабильность частиц, так и стабильность эмульсии.
Предотвращает ли ультразвуковая дисперсия осаждение наночастиц?
Ультразвуковая обработка может уменьшить агломерацию и улучшить исходное распределение частиц, однако долговременная стабильность также зависит от рецептуры. На способность частиц оставаться во взвешенном состоянии влияют их свойства, концентрация добавок, состав топлива и совместимые диспергаторы. В ходе испытаний на хранение следует установить, в течение какого времени готовое нанотопливо сохраняет приемлемое распределение в условиях, предусмотренных для его использования.
Какие параметры ультразвуковой обработки являются наиболее важными?
К ключевым параметрам относятся амплитуда, потребляемая энергия, продолжительность обработки и температура. При проточной обработке также важны расход и давление в реакторе. Эти параметры следует оценивать в совокупности с рецептурой. Документирование условий, обеспечивающих получение желаемой дисперсии, помогает наладить воспроизводимый технологический процесс и способствует его последующему масштабированию.
Можно ли перенести производство нанотоплива с помощью ультразвука из лабораторных условий на уровень непрерывного производства?
Да. В ходе лабораторных испытаний можно определить состав и условия обработки перед проведением оценки в ультразвуковой проточной ячейке. В режиме непрерывной работы топливо проходит через зону контролируемой обработки. При масштабировании необходимо убедиться, что система большего масштаба обеспечивает требуемое качество дисперсии и стабильность при заданной пропускной способности.
Как выбрать ультразвуковой диспергатор Hielscher для производства нанотоплива?
Начните с выбора исходного топлива, типа и концентрации наночастиц, необходимого объема партии или расхода, а также требуемого качества дисперсии. Укажите рабочую температуру и предполагаемый срок хранения. Эти сведения помогут нам порекомендовать оптимальную конфигурацию ультразвукового аппарата, сонотрода и проточной ячейки для проведения испытаний и планирования производства.
Литература / Литература
- 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.