Разработка процессов получения эмульсий водно-спиртовых растворов в бензине в роторных аппаратах с модуляцией потока и их коагуляция

• Автор: Акулов, Николай Иванович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 204 с. : ил.

Оглавление

Основные обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Теоретические основы образования эмульсин и их свойства.

1.1. Теоретические модели образования эмульсий и их

реализация в аппаратахдиспергаторах.

1.1.1. Механические методы эмульгирования

1.1.2. Ультразвуковые методы эмульгирования

1.1.3. Расход мощности на эмульгирование в различных аппаратах

1.1.4. Влияние физикохимических свойств дисперсной

фазы, дисперсионной среды и ПАВ на образование эмульсии

1.1.4.1. Гидрофильнолипофильный баланс
1.1.4.2. Поверхностноактивные вещества
1.1.4.3. Температурный режим получения эмульсии
1.1.5. Модели эмульгирования.
1.1.5.1. Гидродинамическая неустойчивость
1.1.5.2. Диспергирование капель при их обтекании.
1.1.5.3. Физическая модель дробления капли эмульсии в
потоке периодических переходных гидродинамических процессов
1.2. Особенности возбуждения кавитации в гармоническом и импульсном акустических полях
1.3. Свойства эмульсии.
1.3.1. Общие вопросы.
. 1.3.2. Функция распределения частиц эмульсии по размерам.
1.3.3. Методы анализа дисперсности эмульсии
1.3.4. Обработка результатов приборного анализа дисперсных систем
1.4. Выводы
Глава 2. Топливные дисперсные смеси и их компоненты.
2.1. Назначение топливных дисперсных смесей и их состав.
2.2. Физические и тепловые свойства водноспиртовых растворов
2.2.1. Плотность ВСР
2.2.2. Температура кипения и замерзания.
2.2.3. Температура воспламенения паров
2.2.4. Теплота сгорания
2.2.5. Удельная теплоемкость.
2.2.6. Вязкость
2.3. Физические и теплофизические свойства бензинов
2.3.1. Бензин.
2.3.2. Прокачиваемость бензина.
2.3.3. Испаряемость
2.3.4. Детонационная стойкость.
2.4. Особенности топливных дисперсных систем на
основе безводного спирта и водноспиртового раствора
2.4.1. Экономические и экологические аспекты
2.4.2. Реологические свойства дисперсных систем.
2.5. Выводы.
Глава 3. Экспериментальное исследование процесс
сов получения моторного топлива на основе бензина и водноспиртового раствора.
3.1. Основные характеристики экспериментального роторного
аппарата с модуляцией потока
3.2. Принципиальная схема экспериментальной установки
на базе РАМП
3.3. Результаты экспериментов.
3.4. Обсуждение результатов и заключение
Глава 4. Кинетика коагуляции частиц эмульсий
и их стабильность.
4.1. Роль адсорбционного слоя в стабилизации эмульсии
4.2. Силы, действующие на частицы дисперсной фазы эмульсии.
4.3. Константа коагуляции капель эмульсии
4.3.1. Броуновский механизм коагуляции.
4.3.2. Константа кинетики гравитационной коагуляции
4.3.3. Кинетика коагуляции частиц эмульсии при их столкновении.
4.4. Выводы.
Глава 5. Факторы, влияющие на стабильность эмульсии
5.1. Влияние геометрических и режимных параметров гидродинамических аппаратовэмульгаторов на образование и стабильность эмульсии.
5.2. Зависимость стабильности от температуры.
5.3. Явления на границе раздела фаз
5.4. Влияние эмульгаторов на реологию и стабильность эмульсий
5.5. Выводы
Глава 6. Экспериментальное исследование кинетики
коагуляции эмульсии
6.1. Техническая характеристика экспериментального роторного аппарата.
6.2. Методы определения стойкости эмульсии и влияния ТДС на
состав выхлопных газов.
6.3. Результаты экспериментов
6.4. Обсуждение результатов и заключение.
Основные выводы и результаты.
Список использованной литературы


На основе изученных свойств компонентов эмульсий рассмотрены три механизма образования и дробления частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде: конденсация пузырьков реальных паров в дисперсионной среде; стационарного и нестационарного обтекания дисперсной фазы в дисперсной среде. Сформулированы цель и задачи исследования. В третьей главе приведены основные характеристики экспериментального роторного аппарата с модуляцией потока, принципиальная схема экспериментальной установки, методика проведения экспериментов по получению эмульсий, результаты экспериментов, их обсуждение и заключение. В четвертой главе рассмотрены адсорбционный двухмерный слой на границе раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды, теоретически вычислены константы коаіуляции дисперсной фазы в эмульсии при броуновском и гравитационном механизмах коагуляции капель. Полученные константы коагуляции математически проанализированы. В пятой главе рассмотрена взаимосвязь геометрических и режимных параметров роторных аппаратов - эмульгаторов на образование и стабильность эмульсии. Теоретически вычислена эффективность полярности импульса давления жидкости, возбуждающего кавитацию. Показано, что отрицательный импульс давления жидкости, расширяя пузырек, совершает большую работу и сообщает ему энергию больше, чем отрицательный, т. В шестой главе приведена методика определения стойкости эмульсии и влияния моторного топлива на основе эмульсии бензина и водноспиртового раствора на концентрацию оксида углерода выхлопных газов автомобиля. Приведены результаты экспериментов и их обсуждение. В конце диссертации приведены 8 приложений: диаметр капли, образуемой при конденсации реального пара в жидкой дисперсионной среде; рекомендуемая рецептура моторного топлива; рекомендации по проектированию роторного аппарата с модуляцией потока - эмульгатора; калькуляция моторного топлива. Глава 1. Несмотря на широкое применение эмульсий во многих отраслях промышленности (пищевая, химическая, нефтехимическая, строительная, дорожная, фармацевтическая, косметическая, сельское хозяйство, горнодобывающая, машиностроение) теория эмульгирования до сих пор явно отстает от практики её использования. В области приготовления эмульсий преобладают эмпирические подходы. Существующие подходы к теории образования эмульсий применяются к слишком идеализированным моделям, которые трудно применить к промышленным аппаратам-эмульгаторам. Так как эмульсии в принципе термодинамические неустойчивые системы, то необходимо учитывать два взаимно противоположных процесса: эмульгирование и коалесценцию. Первый процесс - эмульгирование - есть следствие динамики жидкости и является быстрым, а коалссцснция — медленным диффузионным процессом. Поэтому коалесценция изучена лучше во всех отношениях: моделирование, теория, эксперимент. Термодинамически устойчивое состояние двух не смачивающихся жидкостей отвечает минимуму свободной поверхности, причём более тяжелая жидкость располагается под более легкой. Требуются большие усилия, чтобы получить метастабильную эмульсию с незначительной скоростью коалесценции, которой в практике можно пренебречь. Существуют два основных метода получения эмульсий: выращивание капель из малых центров каплеобразования и дробление больших капель на более мелкие. В промышленных масштабах используют второй метод. Коммерческие фирмы выпускают широкий ассортимент аппаратов и установок для приготовления эмульсий самого широкого назначения. Первый метод выращивания капель рассмотрим кратко на примере конденсационного метода. В этом методе пар одной жидкости (дисперсная фаза) инжектируется в виде пузырей диаметром О внутрь другой жидкости, образующей внешнюю фазу (дисперсионная среда). Т - температура парообразования дисперсной фазы. Уменьшая диаметр пузырей можно получить субмикронные частицы, например, воды и других жидкостей в других жидкостях. Величина в (1. Молекулярная масса так же влияет незначительно на диаметр капель. Даже при ее увеличении от 0,8 до 1 кг/моль ( в раз) диаметр эмульсии увеличивается всего в 2, раза, т. На диаметр О пузыря, а соответственно и на диаметр капли эмульсии существенно влияет давление инжектируемого пара и диаметр сопла. Этот метод используется преимущественно в научных целях для получения «монодисперсных» эмульсий и аэрозолей.