Неперевершене нанопаливо завдяки ультразвуковому дисперсуванню
Розробка нанопалива починається з ефективного диспергування. Наночастинки, що додаються до дизельного палива, біодизеля або змішаних видів палива, можуть впливати на процес згоряння, але їхні експлуатаційні характеристики залежать від того, наскільки рівномірно вони розподілені в рідині. Агломерація та седиментація ускладнюють підтримку стабільної концентрації добавки та отримання відтворюваних результатів. Ультразвукова дисперсія вирішує цю проблему, розбиваючи скупчення частинок і розподіляючи нанодобавки по всьому паливу.
Нано-палива
Нанопаливо складається з суміші основного палива (наприклад, дизельного палива, біодизеля, паливних сумішей) і наночастинок. Ці наночастинки діють як гібридні нанокаталізатори, які мають велику площу реактивної поверхні. Ультразвукова дисперсія наноприсадки призводить до значного поліпшення характеристик палива, таких як зменшення затримки запалювання, більш тривале перебування полум'я та займання агломерату, а також значне загальне зниження викидів.
Нанорозмірні суміші паливних частинок перевершують чисте рідке паливо за рахунок вищої щільності енергії, швидшого та легшого займання, посиленого каталітичного ефекту, зменшення викидів, швидшої швидкості випаровування та горіння та покращеної ефективності згоряння.
Використовуйте ультразвукову обробку для нанодиспергування частинок у паливі!
Зверніться до нашої команди, щоб дізнатися більше про ультразвукову дисперсію для вашої комбінації палива та наночастинок.
Ультразвукова проточна система 7 кВт
Напаливо: ультразвукова дисперсія наночастинок у паливі
Щоб уникнути осідання наночастинок у паливному баку, їх необхідно ретельно диспергувати. Ультразвукова дисперсія допомагає ввести наночастинки, такі як оксид церію, оксид алюмінію та вуглецеві нанотрубки, у дизельне паливо, біодизель та паливні суміші.
Завдяки акустичній кавітації – утворення і згортання мікроскопічних бульбашок – Ультразвукова обробка створює інтенсивні локальні зсувні сили, які розбивають агломерати частинок і розподіляють добавки по всій рідині. Це забезпечує більший контакт поверхні частинок з навколишнім паливом, що сприяє оцінці каталітичних ефектів та переваг, пов’язаних із процесом згоряння.
Ультразвук здійснює диспергуючу дію безпосередньо в рідині без додавання подрібнювальних кульок, що усуває необхідність подальшого відокремлення подрібнювальних елементів. Ультразвукові апарати компанії Hielscher підтримують як періодичне приготування, так і безперервну потокову обробку, завдяки чому ця технологія є корисною як для лабораторних досліджень, так і для промислового виробництва.
Наведений нижче список дає вам огляд вже протестованих наноматеріалів, диспергованих у паливі:
- ВНТ – Вуглецеві нанотрубки
- Сільське господарство – Срібло
- Аль – алюміній
- Аль2O3 – оксид алюмінію
- AlCuOx – оксиди алюмінію, міді
- b – бор
- Ца – кальцій
- Компанія CaCO3 – карбонат кальцію
- Фе – залізо
- Cu – Мідь
- CuO – оксид міді
- Се – церій
- Директор2 – оксид церію
- (Генеральний директор2)· (ЗрО2) – оксид цирконію церію
- БО – кобальт
- Мг – магній
- Мн – марганець
- TiO2 – діоксид титану
- ZnO – оксид цинку
Нанорозмірний, ультразвуково монодисперсний оксид церію забезпечує високу каталітичну активність завдяки високому співвідношенню поверхні до об'єму, що призводить до підвищення паливної ефективності та зниження викидів.
«Аква-паливо»: нанорозмірні емульсійні палива, отримані методом ультразвукової обробки
«Аквапаливо» — це емульсії типу «вода в паливі», в яких дрібні краплі води розподілені по всій об’ємній фазі палива, наприклад, дизельного палива. Ультразвукові пристрої компанії Hielscher створюють інтенсивну акустичну кавітацію, яка розбиває більші краплі на дрібніші, що дозволяє отримувати емульсії з нанорозмірними краплями за умови дотримання відповідних рецептур та технологічних умов. Регульована амплітуда ультразвуку, контрольоване споживання енергії та регулювання температури допомагають оптимізувати розмір крапель та відтворюваність результатів, тоді як сумісні емульгатори забезпечують стабільність під час зберігання та обробки.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвуково приготовлені аквапалива!
Ультразвукове змішування палива
Технологія ультразвукової емульгування використовується для виробництва стабільних сумішей етанол-в-декані, етанол-в-дизельному паливі або дизель-біодизель-етанол/біоетанол. Такі суміші є ідеальним базовим паливом, яке можна на другому етапі поліпшити за рахунок розсіювання наночастинок в паливі.
Ультразвукове виробництво емульсійних палив
Промислові ультразвукові апарати для диспергування та емульгування нанопалив
Ультразвукові апарати Hielscher поєднують ефективну деагломерацію наночастинок із точним контролем процесу для розробки та виробництва нанопалива. Інтенсивна ультразвукова кавітація сприяє розбиванню скупчень частинок та розподілу добавок, таких як оксиди металів і вуглецеві нанотрубки, у дизельному паливі, біодизелі та змішаних паливах. Регульована амплітуда та моніторинг енергоспоживання й температури забезпечують відтворюваність процесу та оптимізацію рецептури. Завдяки лабораторним приладам та промисловим системам, налаштованим на періодичну або безперервну роботу, компанія Hielscher пропонує практичний шлях від початкових випробувань до збільшення обсягів виробництва. Автоматичний запис даних про процес на цифрових промислових моделях допомагає командам документувати успішні умови та підтримувати стабільність процесу при збільшенні продуктивності.
Розширення виробництва та надійне виробництво
Як тільки рецептура відповідає поставленим вимогам щодо якості, ультразвукова обробка в потоковому режимі відкриває шлях до збільшення обсягів виробництва. Паливо проходить через зону ультразвукової обробки за контрольованих робочих умов, причому в залежності від необхідного результату обирається однопрохідна або рециркуляційна обробка. Для підбору обладнання вкажіть базове паливо, тип та концентрацію присадок, бажану якість диспергування, необхідну пропускну здатність та робочу температуру. Ці дані дозволяють компанії Hielscher порекомендувати процесор, сонотрод та конфігурацію проточної комірки для проведення технологічних випробувань та подальшого масштабування.
Hielscher пропонує економічно ефективні, високонадійні ультразвукові процесори з невеликою площею для установки на заводах з обмеженим простором і вимогливими умовами.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендований ультразвуковий розбивач |
|---|---|---|
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000HDT |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000HDT |
Багатофазний кавітатор – Вставка для проточної комірки для отримання високоякісних наноемульсій
Поширені запитання щодо ультразвукового виробництва нанопалива
Що таке нанопаливо?
Нанопалива – це суміш палива та наночастинок. Шляхом розсіювання наноенергетичних частинок у паливі фізико-хімічні властивості палива змінюються під впливом їх функції, дисперсійної структури та складної взаємодії теплопередачі, потоку рідини та взаємодії частинок. Завдяки неоднорідному складу, характеристики нанопалива визначаються типом основного палива, а також складом, розміром, формою, концентрацією, фізико-хімічними властивостями наночастинок. Характеристики нанопалива можуть істотно відрізнятися від характеристик базового палива.
Як дизельне паливо використовується в якості палива?
Дизельне паливо – це рідке паливо, яке спалюється в дизельних двигунах. У дизельних двигунах паливо запалюється без будь-якої іскри, а за рахунок стиснення вхідної повітряної суміші з подальшим впорскуванням дизельного палива.
Звичайне дизельне паливо — це певний фракційний дистилят нафтового мазуту. У ширшому сенсі термін «дизель» також стосується палив, що не походять з нафти, наприклад, біодизеля, дизеля, отриманого шляхом перетворення біомаси в рідину (BTL), газу в рідину (GTL) або вугілля в рідину (CTL). BTL, GTL та CTL — це так звані синтетичні дизельні палива, які можна отримувати з будь-якого вуглецевого матеріалу (наприклад, біомаси, біогазу, природного газу, вугілля тощо). Після газифікації сировини з утворенням синтез-газу та подальшого його очищення він перетворюється за допомогою реакції Фішера–Тропша на синтетичне дизельне паливо. Дизельне паливо з наднизьким вмістом сірки (ULSD) — це стандарт дизельного палива, що характеризується значно зниженим вмістом сірки.
Що таке біодизель?
Біодизель – це поновлюване паливо, яке виробляється з рослинних олій, тваринних жирів або перероблених мастил. Біодизель може використовуватися для роботи в дизельних транспортних засобах і генераторах. Його фізичні властивості схожі з властивостями нафтового дизельного палива, хоча він горить чистіше. Біодизель зменшує викиди незгорілих вуглеводнів (UHC), вуглекислого газу (CO2), оксиду вуглецю (CO), оксидів сірки та частинок сажі – якщо порівнювати з викидами, що утворюються при спалюванні звичайного дизельного палива. Викиди оксидів азоту (NOx) можуть бути вищими для біодизеля (порівняно з дизельним паливом). Однак це можна зменшити, оптимізувавши фази газорозподілу впорскування палива.
Виробництво біодизеля значно покращується завдяки ультразвуковій переестерифікації. Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове виробництво біодизеля!
Чи можна використовувати етанол як паливо?
Так, етанол – етиловий спирт (C₂H5О, Боже! – можуть використовуватися як паливо. Етанолові палива здебільшого застосовуються як моторні палива – переважно як добавка до бензину у вигляді біопалива. Сьогодні автомобілі можуть працювати на 100% етаноловому паливі або на так званому «флекс-паливі», яке являє собою суміш етанолу та бензину. Зазвичай його виробляють шляхом ферментації біомаси, наприклад, кукурудзи або цукрової тростини. Оскільки етанолове паливо отримують із відновлюваної, екологічно стійкої біомаси, його часто називають біоетанолом. Високопотужний ультразвук може суттєво покращити виробництво біоетанолу. Натисніть тут, щоб дізнатися більше про виробництво біоетанолу за допомогою ультразвуку!
Етанол – це кисень в електронному дизельному паливі. Основним недоліком E-diesel є незмішуваність етанолу в дизельному паливі в широкому діапазоні температур. Однак біодизель може бути успішно використаний як амфіфільна поверхнево-активна речовина для стабілізації етанолу та дизельного палива. Етанол-біодизель-дизельне паливо (EB-дизель) можна змішувати ультразвуковим способом до мікро- або наноемульсії, щоб дизельне паливо було стабільним – навіть при мінусових температурах і пропонує кращі властивості палива в порівнянні зі звичайним дизельним паливом.
Як працює ультразвукова дисперсія у виробництві нанопалива?
Ультразвукова дисперсія використовує акустичну кавітацію для руйнування агломератів частинок у паливі. Мікроскопічні бульбашки утворюються та руйнуються, створюючи локальні зсувні сили та струмені рідини, які розділяють згруповані частинки. Цей процес сприяє розподілу нанодомішок у рідині та забезпечує відтворюваність розробки рецептур.
Які наночастинки можна диспергувати в паливі за допомогою ультразвуку?
До складу паливних сумішей входять такі досліджувані матеріали: оксид церію (CeO₂), оксид алюмінію (Al₂O₃), діоксид титану (TiO₂), оксид цинку (ZnO) та вуглецеві нанотрубки (CNT). Вибір відповідної добавки залежить від базового палива та бажаних експлуатаційних характеристик. Кожна комбінація вимагає випробувань для визначення відповідних концентрацій, умов переробки та стабільності.
У чому полягає різниця між дисперсією напалива та наноемульсією палива?
Дисперсія наночастинок — це суміш твердих частинок, розподілених у рідкому паливі. Наноемульсія палива — це суміш дуже дрібних крапель однієї рідини, диспергованих в іншій, наприклад, крапель води в дизельному паливі. Ультразвук може сприяти обом процесам. Для сумішей, що містять наночастинки та дисперговані краплі рідини, необхідна оцінка як стабільності частинок, так і стабільності емульсії.
Чи запобігає ультразвукова дисперсія осіданню наночастинок?
Ультразвукова обробка може зменшити агломерацію та поліпшити початковий розподіл частинок, але тривала стабільність також залежить від рецептури. На здатність частинок залишатися в суспензії впливають їхні властивості, концентрація добавок, склад палива та сумісні диспергатори. Випробування на зберігання повинні визначити, як довго готове нанопаливо зберігає прийнятний розподіл у передбачених умовах експлуатації.
Які параметри ультразвукової обробки є найважливішими?
До основних параметрів належать амплітуда, енергоспоживання, тривалість обробки та температура. У разі потокової обробки важливе значення мають також швидкість потоку та тиск у реакторі. Ці параметри слід оцінювати разом із рецептурою. Документування умов, за яких отримується бажана дисперсія, допомагає забезпечити відтворюваність процесу та сприяє подальшому масштабуванню.
Чи можна перенести виробництво нанопалива за допомогою ультразвуку з лабораторних умов на промислове безперервне виробництво?
Так. Лабораторні випробування дозволяють визначити склад суміші та умови обробки перед проведенням оцінки в ультразвуковій проточній комірці. У режимі безперервної роботи паливо проходить через зону контрольованої обробки. Під час масштабування слід переконатися, що система більшого масштабу забезпечує необхідну якість дисперсії та стабільність при запланованій пропускній здатності.
Як вибрати ультразвуковий диспергатор Hielscher для нанопалива?
Почніть з вибору базового палива, типу та концентрації наночастинок, необхідного об’єму партії або витрати, а також бажаної якості диспергування. Вкажіть робочу температуру та передбачуваний термін зберігання. Ці дані допоможуть нам підібрати оптимальну конфігурацію ультразвукового апарата, сонотрода та проточно-камерної системи для проведення випробувань та планування виробництва.
Література / Список літератури
- 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.