柴油_甲醇乳化燃料乳化剂的最佳HLB值及水含量的影响

文章编号:1000-0925(2004)02-040-03

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柴油2甲醇乳化燃料乳化剂的最佳H LB 值及水含量的影响

吴　楚1,魏建勤1,史春涛2

(1.浙江大学动力机械及车辆工程研究所,杭州310027;2.天津大学天津内燃机研究所)

The Optimum H L B Number of Emulsion of Diesel 2Methanol Emulsification

Fuel and the I nfluence of W ater Content on It

WU Chu 1,WEI Jian 2qin 1,SHI Chun 2tao 2

(1.The Institute of P ower Machine and Vehicle Engineering ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China ;

2.T ianjin Internal C ombustion Engine Research Institute )

Abstract :F or using diesel 2methanol emulsification fuel ,one of the m ost difficulty things is how to obtain stable and

cheap diesel 2methanol emulsification.The optimum H LB number of emulsion of diesel 2methanol emulsification fuel and the in fluence of water on it were studied.It is showed that the optimum H LB number of emulsion of diesel 2methanol emulsifica 2tion fuel is about 3.5,and the optimum H LB number of emulsion of diesel 2methanol 2water emulsification fuel become to the optimum H LB number of emulsion of diesel 2water emulsification fuel when there is water in diesel 2methanol emulsification fuel.The optimum H LB number of emulsion of diesel 2methanol 2water emulsification fuel dosn ’t change with increasing wa 2ter content.But delamination period change with increasing water content.The delamination period of emulsification fuel is the longest when the scale of water to methanol is about 40%in methanol 2water and methanol 2water is about 8:1in diesel 2methanol 2water emulsification fuel.It is fav orable to im prove the stability of diesel 2methanol emulsification fuel to adding water into diesel 2methanol emulsification fuels.

摘要:柴油机中掺烧醇的最大难点之一在于难以获得价廉、稳定的柴油2甲醇乳化燃料。

作者研究了柴油2甲醇乳化燃料乳化剂的最佳H LB 值以及不同含水量对最佳H LB 值的影响。研究结果表明:柴油2甲醇乳化燃料乳化剂的最佳H LB 值在3.5左右,当柴油甲醇乳化燃料中含水形成了甲醇2水2柴油三元乳化燃料时,其最佳H LB 值与柴油2水的最佳H LB 值相同,且三元乳化燃料乳化剂的最佳H LB 值不随含水量的增加而变化,但随着含水量增加,乳化燃料分层时间会产生变化;在柴油2甲醇2水乳化液中,当水在甲醇2水混合液中的比例为40%左右时,甲醇2水2柴油三元乳化燃料(柴油∶甲醇+水=8∶1)的分层时间最长,即在柴油2甲醇乳化燃料中加水有利于提高乳化燃料的稳定性。

关键词:内燃机;柴油;甲醇;乳化燃料;最佳H LB

K ey Words :I.C.Engine ;Diesel Fuel ;Ethanol ;Emulsion ;Optimum H LB Number

中图分类号:TK 421.5 文献标识码:A

收稿日期:2003204225

作者简介:吴　楚(1975-),男,硕士,主要从事内燃机工作过程的研究,E 2m ail :w eijianqin @ 。

1　概述近年的研究发现,当燃料中含氧量达总质量的

30%时,可实现无烟燃烧。柴油机排放尾气中的烟

度主要受燃料中含氧量的影响,与具体的含氧燃

料的种类没有关系[1,2]。因此,从环保和经济因素考

第25卷(2004)第2期

内　燃　机　工　程　

Neiranji G ongcheng

V ol.25(2004)N o.2

虑,在柴油中掺烧甲醇非常具有吸引力。柴油机中掺烧醇的最大难点在于难以获得价廉、稳定的柴油2醇混合燃料。国内对柴油2醇乳化燃料的研究报道内容多集中在内燃机燃烧方面,对柴油2醇乳化燃料应如何配制的研究报道则相对少得多。有关柴油2醇乳化剂的论述,讨论较多的是一种定性的概念,无法定量指导具体配制过程[3,4]。

目前有关乳化液形成及其稳定性的理论并不完善。在实际研究中,常用乳化剂所需要的H LB值作为配制乳化液的指导性指标,需通过大量的实验数据确定最佳H LB值。因为无论采用何种乳化剂,均在最佳H LB值时得到最大的乳化效率。因此,最佳H LB值可用来指导乳化剂配制工作,大大减少乳化剂筛选的工作量。

考虑到实际使用过程中,甲醇容易吸水,作者研究了柴油2醇最佳H LB值以及不同含水量对柴油2乙醇最佳H LB值的影响。对柴油2醇乳化燃料的制备有所帮助。

2　研究方法

采用机械搅拌方式制备乳化剂。自行设计的乳化器空载转速在11000r/min以上,对柴油、醇混合液的搅拌时间只需1min左右。为了避免高速搅拌时温度升高,影响乳化液的特性,制备乳化剂时持继搅拌时间不超过2min,相邻两次搅拌时间间隔不短于10min。通过比较不同转速、不同搅拌次数和乳化剂的加入顺序,发现在高转速下,柴油、醇、水或乳化剂的添加顺序、机械搅拌的次数对最终获得乳化液的分层时间没有明显影响,所以本研究在实际操作时,将柴油、醇或水按一定比例配制好,置入烧杯中搅拌,即得到所需乳化液。

采用静置等待、自然分层的办法来获得分层时间。分层时间由目测确定。使用单侧平行光源入射试样,观察者从垂直于入射光的方向观测,观测距离不大于25cm。乳化柴油形成后是均质的乳白色或乳黄色液体,一旦液体中出现可观测到的液滴或沉积物,则意味着乳化柴油已经开始分层。从静置开始到此时所经历的时间规定为分层时间。

通过将等量、不同H LB值的乳化剂与相同的柴油2醇溶液配制成多个试样,测定各个试样的分层时间,确定具有最长分层时间的试样,该试样所用乳化剂所具有的H LB值为最佳H LB。各试样分层时间与最长时间之比来代表乳化效率,绘出表面活性剂的拟乳化效率图。

本文对液体的浓度计算指的是某一组分的体积浓度,而非质量浓度。3　试验结果及分析

3.1　柴油2醇乳化剂和柴油2水乳化剂的最佳H LB

值

试验中将等量、H LB值不同(从1.8到6.0)的乳化剂加入到配制好的柴油2醇混合液中,进行分层时间对比试验,得到柴油甲醇拟乳比效率曲线,如图1所示。柴油2醇混合液的组成:柴油∶甲醇=8∶1。

由图1可知,当H LB值在3.5左右,柴油2

醇乳化燃料的分层时间最长,即柴油2醇乳化燃料所需乳化剂的最佳H LB值在3.5附近。

图1　柴油2甲醇拟乳化效率曲线

3.2　水含量对柴油2醇乳化液乳化剂最佳H LB值的

影响

人们已经知道水对柴油2醇乳化液的分层时间产生的影响,但缺乏含水量对乳化效果影响的具体数据,而且也未论及含水量不同时最佳的H LB值是否变化。试验中使用不同含水量的甲醇2水溶液与柴油按1∶8的比例混合,在环境温度为14°C的条件下,得到各自的拟乳化效率曲线,为便于比较,将它们集中绘在图2中。图中甲醇含量是指甲醇在甲醇2水溶液中的百分含量,即甲醇体积与甲醇和水的体积和的比值。由图可知,掺水后,H LB值在3.3时分层时间最长,与纯甲醇2柴油乳化燃料的H LB值相比略小。此外,虽然加水与不加水对柴油2醇最佳H LB 值有影响,但一旦加入水以后,再加大水量,最佳H LB值的变化也不大了。

为了研究加入水后,最佳H LB值变化的原因,测试了柴油2水乳化燃料最佳H LB值,柴油∶水=8∶1,结果如图3所示。由图可知,H LB值在3.3时,柴油2水的拟乳化效率最高。这说明在本试验条件下,当柴油2醇乳化燃料中含水时,柴油2醇2水三元乳化燃料的最佳H LB值就会变成柴油2水的最佳H LB值。且一旦改变,变化幅度与含水量无关。

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　2004年第2期 内　燃　机　工　程