Moy/suv emulsifikatsiyasi orqali NOx miqdorini kamaytirish

Azot oksidlari (NO_x) inson salomatligi va atrof-muhit holatiga bevosita xavf tugʻdirishi maʼlum. Harakatlanuvchi va statsionar dizel hamda benzin dvigatellari dunyo boʻylab NO_x chiqindilariga katta hissa qoʻshmoqda. Yoqilgʻini suv bilan emulsifikatsiya qilish dvigatellarning NO_x chiqindilarini kamaytirish usullaridan biridir. Ultratovushli emulsifikatsiya mayda tomchili yoqilgʻi/suv emulsiyalarini hosil qilishning samarali vositasidir.

Yengil va yuk avtomobillari, samolyotlar, elektr generatorlari, vilkali yuk koʻtargichlar, konditsionerlar va qozonlar katta miqdordagi muallaq zarrachalar (PM) va NO_xni neft mahsulotlarini yoqish orqali hosil qiladi. NO_x deganda azot monoksidi (NO) va azot dioksidi (NO₂), shuningdek, N₂O, NO₃, N₂O₄ va N₂O₅ aralashmalari tushuniladi. Azot monoksidi va azot dioksidi yer yuzasiga yaqin qatlamda ozon va smog hosil boʻlishiga hissa qoʻshadi hamda atrof-muhit va insonlar uchun xavflidir. Atrof-muhitni muhofaza qilishga oid meʼyoriy hujjatlar havoni ifloslantiruvchi moddalar chiqindilarini chegaraviy meʼyorlarni qatʼiylashtirish orqali tartibga soladi. Dvigatel chiqindilari tarkibida yoqilgʻidagi oltingugurt birikmalari tufayli oltingugurt dioksidi (SO₂) ham boʻladi. Bu muammo gidrodesulfurizatsiya yoki ultratovush yordamida oltingugurtdan tozalash orqali kamaytiriladi.

Yoqilgʻi/suv emulsiyasi bilan ishlash

Soʻnggi yillarda suvning NO_x chiqindilari darajasiga taʼsiri boʻyicha koʻplab ishlar bajarildi. Yoqilgʻi:suv hajmiy nisbatlarining 1:1 dan 19:1 gacha boʻlgan turli qiymatlari yonish xususiyatlari boʻyicha sinovdan oʻtkazildi. Koʻp hollarda emulsiyani barqarorlashtirish uchun hajm boʻyicha 1 dan 2 foizgacha sirt faol modda qoʻshildi.

Yonish haqida asosiy maʼlumotlar

Yoqilgʻining yonishi issiqlik va mexanik energiya hosil qiladi. Mexanik energiya ulushi harakatlantirish yoki elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun porshenlar yoki turbinalarni yuritishda ishlatilishi mumkin. Koʻpchilik dvigatellarda issiqlik energiyasidan foydalanilmaydi. Bu termodinamik samaradorlikning pastroq boʻlishiga olib keladi.

Taxminan 90%ni yoqilgʻining yonish jarayonida hosil boʻladigan NO_x tarkibidagi NO tashkil etadi. NO asosan atmosferadagi azotning (N₂) oksidlanishi natijasida hosil boʻladi. Yoqilgʻiga qoʻshilgan suv bugʻlanishi tufayli yonish haroratini pasaytiradi. Yoqilgʻi-suv emulsiyasidagi suv bugʻlanganda, uning atrofidagi yoqilgʻi ham bugʻlanadi. Bu yoqilgʻining sirt yuzasini oshiradi. Pastroq harorat va yoqilgʻining yaxshiroq taqsimlanishi natijasi – kamroq hosil boʻladigan NO_x.

Ultratovushli emulsifikatsiya

Koʻplab tadqiqotlarda yoqilgʻining yonish jarayoniga suv kiritish NO_x chiqindilarini kamaytirishi koʻrsatilgan. Suvni yoqilgʻi/suv emulsiyasini hosil qilish orqali ikki usulda qoʻshish mumkin:

• barqarorlashtirilmagan: purkashdan oldin suvni yoqilgʻiga oqim ichida emulsifikatsiya qilish
• barqarorlashtirilgan: mavjud yoqilgʻi oʻrniga bevosita ishlatiladigan muqobil yoqilgʻi sifatida barqaror yoqilgʻi/suv emulsiyasini ishlab chiqarish

Canfield (1999) suv va boshqa qoʻshimchalardan foydalanish orqali NO_x miqdorini kamaytirish natijalarini umumlashtiradi:

• barqarorlashtirilmagan emulsiya
  • qoʻshilgan suv, hajmiy %: 10 dan 80% gacha
  • NO_x miqdorining kamayishi: 4 dan 60% gacha
• barqarorlashtirilgan emulsiya
  • qoʻshilgan suv, hajmiy %: 25 dan 50% gacha
  • NO_x miqdorining kamayishi: 22 dan 83% gacha

Emulsiya

Emulsiya odatda bir-biriga aralashmaydigan suyuqliklar (fazalar), masalan, moy va suv aralashmasidir. Emulsifikatsiya jarayonida dispers faza (masalan, suv) suyuq fazaga (masalan, moyga) kiritiladi. Kuchli siljish kuchlari taʼsirida dispers fazaning zarracha oʻlchami (= tomchi oʻlchami) kamayadi. Zarracha oʻlchami qanchalik kichik boʻlsa, hosil boʻlgan emulsiya shunchalik barqaror boʻladi. Sirt faol moddalar yoki stabilizatorlar qoʻshish orqali qoʻshimcha barqarorlikka erishish mumkin. Yuqoridagi grafikni bosing va motor moyida (Velocite 3, Mobil Oil, Gamburg, Germaniya) 10% suvni ultratovush yordamida emulsifikatsiya qilishning namunaviy natijalarini koʻring. Bu tadqiqotni Behrend va Schubert (2000) oʻtkazgan.

Ultratovush

Suyuqliklarga yuqori intensivlikdagi ultratovush bilan ishlov berilganda, suyuq muhitda tarqaladigan tovush toʻlqinlari yuqori bosim (siqilish) va past bosim (siyraklashish) sikllarining navbatma-navbat yuzaga kelishiga sabab boʻladi; ularning takrorlanish tezligi chastotaga bogʻliq. Past bosim siklida yuqori intensivlikdagi ultratovush toʻlqinlari suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari yoki boʻshliqlar hosil qiladi. Pufakchalar endi energiyani yuta olmaydigan hajmga yetgach, yuqori bosim siklida keskin qulaydi. Bu hodisa kavitatsiya deb ataladi. Ichkariga qulash vaqtida mahalliy ravishda juda yuqori haroratlar (taxminan 5 000K) va bosimlar (taxminan 2 000atm) yuzaga keladi. Kavitatsiya pufakchasining ichkariga qulashi tezligi 280m/s gacha boʻlgan suyuqlik oqimchalarini ham hosil qiladi.

Ultratovush yordamida juda bir jinsli emulsiyalarni – moy ichidagi suv (w/o) va suv ichidagi moy (o/w) emulsiyalarini – hosil qilish mumkinligi isbotlangan; bunga kuchli kavitatsion siljish kuchlari sabab boʻladi. Ultratovush bilan ishlov berish parametrlarini yaxshi nazorat qilish mumkin boʻlgani uchun zarrachalar oʻlchami va taqsimlanishini yaxshi sozlash va takroran hosil qilish mumkin. Odatda ultratovush oqim hujayrasi reaktorida qoʻllanadi. Shu sababli emulsiyani oqim ichida uzluksiz ishlab chiqarish mumkin. Shu bois ultratovush bilan ishlov berishdan barqarorlashtirilgan va barqarorlashtirilmagan emulsiyalarni tayyorlash uchun foydalanish mumkin.

Quyidagi jadvalda turli ultratovush quvvati darajalari uchun umumiy ishlov berish unumdorligi koʻrsatilgan.

Ultratovush yordamida gazsizlantirish va koʻpikni yoʻqotish

Ultratovush emulsiya aralashmasidagi havo pufakchalari miqdorini kamaytirishga ham yordam beradi. Oʻng tomondagi rasm ultratovush bilan ishlov berishning pufakchalar miqdoriga taʼsirini koʻrsatadi (chapdan oʻngga qarab 5sec. oraligʻidagi jarayon tasvirlari). Pufakchalar miqdoridagi oʻzgarishlar purkash vaqtining oʻzgarishlarini keltirib chiqargani uchun ultratovush bilan gazsizlantirish, havosizlantirish va koʻpikni yoʻqotish dvigatelning ishlashini yaxshilaydi.

Ultratovushli texnologik uskunalar

Hielscher yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalarining yetakchi yetkazib beruvchisi hisoblanadi va butun dunyo boʻylab faoliyat yuritadi. Hielscher har bir qurilmasining quvvati 16kW gacha boʻlgan ultratovush protsessorlarini ishlab chiqargani uchun, ishlab chiqarish majmuasining oʻlchami yoki ishlov berish unumdorligi boʻyicha cheklov yoʻq. Bir nechta 16kW tizimlardan iborat guruhlar mavjud yoqilgʻi oʻrniga bevosita ishlatiladigan yoqilgʻilarni katta hajmlarda ishlab chiqarishda qoʻllanmoqda. Yoqilgʻiga sanoat miqyosida ishlov berish koʻp ultratovush energiyasini talab qilmaydi. Energiyaga haqiqiy ehtiyojni laboratoriya stoli miqyosida 1kW ultratovush protsessori yordamida aniqlash mumkin. Bunday laboratoriya stoli sinovlarining barcha natijalarini osonlik bilan katta miqyosga koʻchirish mumkin.

Ultratovush bilan ishlov berish xarajatlari

Ultratovush bilan ishlov berish samarali texnologiyadir. Ultratovush bilan ishlov berish xarajatlari asosan ultratovush qurilmalariga kiritiladigan investitsiyalar,
kommunal resurslar xarajatlari va texnik xizmat koʻrsatishdan kelib chiqadi. Ajoyib energiya samaradorligi ( grafikka qarang) tufayli Hielscher ultratovush qurilmalari kommunal resurslar xarajatlarini kamaytirishga yordam beradi.

Adabiyotlar

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Uzluksiz faza qovushqoqligining ultratovush yordamida emulsifikatsiyaga taʼsiri, nashr: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77–85.

Canfield, A., C. (1999): Dizel-suv emulsiyasi yonishining dizel dvigatelidagi NO_x chiqindilariga taʼsiri, nashr: Florida universitetining oliy taʼlimdan keyingi taʼlim maktabiga taqdim etilgan magistrlik dissertatsiyasi, 1999.