柴油微乳实验报告

柴油微乳液拟三元相图的绘制及燃烧热性能研究实验日期：2020-03-27与2020-04-0320072401.,实验目的1.1 本实验学习柴油微乳体系拟三元相图的绘制与研究方式，并依照相图，选择适合的柴油微乳液。

1.2 通过测定柴油微乳体系的电导率，选择适合的柴油微乳液通过氧弹卡计进行燃烧性能测定，比较柴油、微乳柴油燃烧时其燃烧效率与尾气排放量的不同，对微乳柴油的经济与环保价值进行评判。

实验背景知识微乳液为两种互不相溶的液体（柴油和水）在表面活性剂界面膜的作用下生成的热力学稳固、各向同性的透明的分散体系。

微乳液能形成超低界面张力,具有高稳固性、大增溶量等优势。

燃料中掺水, 能提高油料的燃烧效率, 降低燃烧废气中有害气体的含量。

由于油、水在表面活性剂作用下形成的油包水型(W/o)和水包油型(O/W)，乳液在加热燃烧时水蒸气受热膨胀后能够产生微爆，使得燃油二次雾化燃烧加倍充分，提高了燃烧效率，大大降低了废气中的有害气体的含量。

可是由于一样的乳状液稳固时刻短，易分层，使得这一技术的应川受到了专门大的限制。

微乳燃料的制备比较简单，只需要把油、水、表面活性剂、助表面活性剂按适合的比例混合在一路就能够够自发形成稳固的微乳燃料。

微乳燃油可长期稳固,不分层,且制备简单, 并能使燃烧更完全,燃烧效率高,节油率达5 %～15 % ,排气温度下降20 %～60 % ,烟度下降40 %～77 % ,NO x和CO 排放量降低25 %,在节能环保和经济效益上都有较为可观的成效,随着最近几年来对两亲分子有序组合体研究的不断深切,微乳液理论在乳化燃油领域取得了冲破性进展，开发透明、稳固、性能与原燃油差不多的微乳液燃料成了研究热点。

随着经济快速进展与人口的急剧增加, 80% ～90%的空气污染来自交通工具排放的尾气,柴油不完全燃烧造成的环境污染愈来愈受到人们的关注,根治大气污染已成为人类面临的重要课题。

另一方面,由于中国以后石油供需缺口将愈来愈大,入口量呈慢慢增大的趋势,而且天然石油的储蓄是有限的,人类面临日趋严峻的能源危机。

因此，如何提高燃油燃烧效率和减少环境污染，研究新型节油防污染技术，包括最为人们青睐并具有节能效率高，减少尾气污染的燃料乳化和微乳化技术，己成为人们十分关切的问题。

本着节能和环保两个全然宗旨,各国都在加紧对微乳燃油性能的研究。

微乳柴油的性能决定着它的应用,研究微乳柴油的性能就显得十分重要。

微乳柴油与燃烧减排机理乳化燃油与通常的乳状液一样，也分为油包水型(W/o)和水包油型(O/W)，在油包水型乳化燃料油中，水是以分散相均匀地悬浮在油中，被称为分散相或内相，燃料油那么包在水珠的外层，被称为持续相或外相。

咱们目前所见的大多数乳化燃料油都为油包水型乳化燃料。

乳化燃料燃烧是个复杂的进程，对其节能降污机理较为成熟的说明是乳化燃料中存在的“微爆”现象和水煤气反映，也确实是从燃料的物理进程和化学进程来讲明。

一些燃烧机理介绍如下：物理作用—“微爆现象”油包水型分子基团，油是持续相，水是分散相，由于水沸点(100℃)低于燃油沸点(130℃以上)。

在气缸温度急剧升高时，水微粒先沸腾气化，体积在万分之一秒内刹时增大了1500倍左右，其气化膨胀相当于一次极小的爆炸。

当油滴中的压力超过油的表面张力及环境压力之和时。

水蒸气产生的庞大压力将冲破油膜的束缚，无数小液珠产生的阻力使油滴发生爆炸，油雾化成更细小的油滴。

小油滴与空气接触的比表面积成倍提高，形成二次燃烧的雾化条件，爆炸后的细小油滴更易燃烧，其燃烧表面比纯燃油增加了104倍左右。

因此，减少了物理上的不完全燃烧和排烟损失，提高了燃烧效率，使内燃机达到节能的成效。

微爆产生的为数甚多的爆炸波，冲破了包围火焰面的CO2，N2惰性气体抑制层，促使空气形成强烈的紊流，紊流使空气、燃油蒸气在燃烧室内做更均匀的散布，同时使温度场也变得加倍均匀，从而加速了燃烧速度，减少了后燃现象，幸免了燃烧区间局部高温而产生的热解和裂化，使燃烧完全。

化学作用—“水煤气反映”在缺氧条件下，油燃烧产生热裂解，形成难以燃烧的碳，使排烟冒黑烟，而在水煤气存在时，水微粒高速汽化中所含的氧与碳粒子充分结合，并被完全燃烧而形成二氧化碳，从而大大提高喷燃雾化成效，使发动机燃烧效率提高，达到增强发动机动力，节省燃料的成效。

C + H2O = C0 + H2C + 2 H2O = CO2+2H2。

CO+ H2O = CO2+ H2H2+ 02= H2O上述反映进程中，提高了乳化燃料的燃烧率，降低了排烟中的烟尘含量。

同时由于乳化水的蒸发作用，均衡了燃烧时的温度场，从而抑制了NOx的形成，达到节能环保的目的。

掺混效应微爆产生的爆炸波冲破了包围在火焰周围的CO2、N2惰性气体层，促使空气形成强烈的紊流，紊流使空气和柴油蒸汽在燃烧室内做更均匀的散布，同时温度场也变得加倍均匀，从而加速了燃烧速度，减少了后燃现象，幸免了在燃烧区间的局部高温而产生的热解和裂化，使燃烧完全。

抑制NO的生成NO的生成要紧有三个重要途径:(1)由空气中的NO2在高温区反映生成的热反映NOx;(2)火焰面上生成的活性NOx;③燃料中氮元素生成的燃料NOx。

因此，生成的NO可分为温度型NOx和燃料型NOx，其中以温度型NOx为主。

单缸发动机燃用乳化柴油的NOx排放比纯柴油低。

这是由于乳化柴油中的水蒸汽稀释燃气与降低燃烧的最高温度, 从而抑制NOx的生成。

柴油掺水乳化燃烧能有效地降低柴油机的排放浓度,这是极为成心义的。

阻碍NO生成的因素有:可燃混合物的组成，燃料在反映区停留时刻，燃料温度和工作压力等。

依照J.B.Howcr机理，NOx的生成速度为:d[NOx]/dt = A·exp[-E a/RT]·[N2]·[02]1/2可见不管在内燃机或是其它燃烧装置上，NOx的生成量与反映温度呈指数关系增加。

若是空燃比高，燃烧强度大，反映温度高，停留时刻长，NOx那么急剧增加。

燃烧乳化油时，由于水滴汽化、产生微爆均需吸热，由此可降低气缸工作温度，避免燃烧火焰局部高温，缩短燃烧时刻，而且油掺水燃烧改善了空气和燃料混合比例，能够用较小的过量空气系数，即[N2]、[02]浓度大幅度降低，从而显著降低温度型和燃料型NOx的生成，抑制NOx对环境的污染。

柴油微乳液的研究对微乳柴油的研究通常包括为微乳燃油配方选择适合的表面活性剂和助表面活性剂，并考察各组分对可增溶水量的阻碍，确信最正确的微乳燃油配方比例。

然后针对微乳柴油体系，通过相图、电导、燃烧热分析柴油微乳液的燃烧性能。

拟三元相图的研究方式柴油微乳液研究可采纳拟三元相图的方式研究, 相图绘制简单，依照相图能够初步推测体系的结构状态,能够比较直观地反映微乳体系相的转变,当体系有液晶相、凝胶相显现时,也能对微乳液及其相边界进行直观表示。

在表面活性剂和助剂含量必然情形下，将水往油中滴加，水量很少时为油包水型的球形微乳液，继续滴加水，水与油的比例将会变更，体系发生如此的转变:对称性水的球体一不对称性柱体一层状结构一水为外相的各类结构，最终为对称性油的球体。

将复合表面活性剂往油中滴加，通过观看体系相的状态的转变和体系中物质的重量比，通过拟三元相图的绘制，研究体系中物质的相溶性和形成微乳液的条件。

2.3.2电导法微乳液性质测定电导行为是微乳液的重要性质之一。

关于微乳液的电导研究, 大体上围绕微乳液体系的导电行为和依照电导测量研究微乳液体系的相行为。

尽管电导测量不能直接反映各类条件对微乳液粒子的大小的阻碍, 但微乳液的电导率在某种程度上反映了微乳液的结构，例如W/O或O/W结构。

实验假想柴油掺醇燃料一样采纳乳化的方式配置。

乳化燃料的历史较长，20 世纪40 年代显现;20 世纪60 年代开始对柴油-水乳化燃料进行普遍研究;20 世纪90年代,国内外学者开始研究柴油-甲醇-水乳化燃料。

这两类乳化柴油燃料都使发动机热效率有所提高,同时降低了微粒排放;但也引发功率下降和缸套生锈侵蚀等问题。

为了克服上述两种柴油乳化燃料的缺点，咱们能够设计实验对甲醇柴油混合燃料的制取及在柴油机上的应用进行了研究。

在燃料中掺水, 能提高油料的燃烧效率, 降低燃烧废气中有害气体的含量本工作以柴油为原料, 考虑到解决内燃机中残留沉积物的问题, 采纳非离子表面活性剂作为乳化剂, 对制备柴油乳状液和微乳液的条件进行实验, 在不同燃烧条件下测定掺水柴油的燃烧效率, 并结合燃烧机理对节能成效进行探讨。

乳化油的稳固性与乳化剂和助剂的类型及加入量、乳化温度、贮存温度、乳化设备、掺水量、搅拌程度等有紧密关系。

咱们在设计实验的时候可通过悔改设计实验来取得最正确配比，最正确掺水量，以取得好的节油成效和降低排放。

同时咱们还能够通过实验结果，对乳化柴油的形成进程、经济价值与社会与环境价值进行初步评估。

3.1仪器：镊子磁力搅拌器 50mL 小烧杯滴管玻璃棒150mL 烧杯电子天平称量纸药匙温度计氧弹式量热装置万用电表量筒铁丝燃烧热测定装置磁力搅拌器搅拌子烧杯50ml 20个 200ml 4个滤纸PH试纸玻棒洗耳球等移液管（10ml、1ml）胶头滴管电导率仪3.2 试剂柴油油酸氨水正丁醇自来水柴油0#、油酸（化学纯）、氨水、正丁醇4、实验步骤4.1 复合乳化试剂配方与配制方式:室温下，将油酸73.0克放入50ml的烧杯中, 称量10g氨水, 逐滴滴入油酸中，生成胶状颗粒（分散状），20min后滴加完毕。

称量26.4000g正丁醇，入溶液中，搅拌30min左右。

称量1.003g CTAB如溶液中，溶液产生大量的气泡，搅拌10min。

在磁力搅拌器上不断搅拌至溶解,现在所得复合乳化剂清楚、透亮,放置备用。

4.2 柴油-水-复合乳化剂微乳柴油的制备室温下, 称取(10g)的水- 柴油,其中 [m(柴油0#)∶m(水)别离为 9∶一、8∶二、 7∶3、6∶4、5∶五、4∶六、3∶7,、2∶8,、1∶9]样品，别离放在50ml烧杯中,慢慢往烧杯中滴加复合乳化剂, 并非断在磁力搅拌器上搅拌至溶液恰好变澄清, 静置约20 min 后观看, 如仍透明, 那么称量每一个样品的质量，记录所加复合表面活性剂的用量。

依照重量差减法记录加入的复合乳化剂重量，并依照体系中所含有的柴油、水的重量，计算柴油- 水- 复合乳化剂拟三元体系达到透明状态时各物质的重量%，依照各不同配比拟三元体系中各个物质的重量%，把复合乳化剂作为一个组分,另两个组分别离为油和水，绘制拟三元相图，用以观看柴油微乳液体系的相行为。

4.4 柴油乳化燃料燃烧性能测定选择柴油0#、8：2及7：3的乳化柴油，通过氧弹量热装置，测定并比较柴油与乳化柴油的燃烧效率和尾气的排放量，估算乳化柴油的经济价值、社会与环境价值。