对于柴油乳化技术,早在20世纪40年代已着手研究,至今已取得较大进展｡如美､日､德等国的柴油乳化剂都早已作为商品销售于市场,现已开发第三代或第四代产品,乳化柴油已在工业上应用,并有多项专利发表｡
我国柴油乳化技术研究最近几年发展较迅速,许多研究结果表明,柴油掺水10%~20%,加入一定量的乳化剂(0.1%~2%左右)的情况下,乳化柴油的节油率在5%~16%左右,还大大降低有害气体的排放｡已开发许多较好的乳化剂配方并研究了复合乳化剂的亲水-亲油值(HLB值)､乳化温度､极性添加物､搅拌方式､乳化时间､水质等对乳状液稳定性的影响｡超声波乳化与其它乳化技术比较,可使液滴分散细而分布窄,效率高,分散效果好,增加乳液的稳定性｡但目前超声波各工艺参数对柴油乳化影响研究不多,因此本工作着重研究功率､处理时间､静置时间及乳液含水量等对柴油乳化的影响,使用了稳定时间和平均粒径这两个指标评测柴油乳化液稳定效果｡
1试验部分
1.1 主要仪器及试验流程
H061超声波处理仪,20kHz,1kW(无锡超声电子设备厂);XSS-2生物光学显微摄影仪(江南光学仪器厂)｡试验流程示意图见图1｡
1.2 复配乳化剂的配制及乳化剂加入方式
制备乳化液应根据乳化对象､乳化液类型选择适当的乳化剂,其依据是选择与被乳化物有相近HLB值的乳化剂｡按HLB值表选择Span-80失水山梨醇单油酸酯(属非离子型表面活性剂,其HLB值为4 3)和十二烷基苯磺酸钠(属阴离子型表面活性剂,其HLB值为11 7)和亚甲基纤维素钠(作为柴油乳化液的稳定剂)｡根据下式计算HLB值:
HLB值=7+∑(亲水基基团数)-
∑(亲油基基团数)
十二烷基苯磺酸钠(C12H25—C6H4—SO3Na)的HLB值根据上式计算:HLB值=7+11-1.662-0.475*12=10.638即十二烷基苯磺酸钠的HLB值为10.638｡
试验中加入了亚甲基纤维素钠,因其具有较大的表面活性和保护胶体的性能,故乳化稳定性很好｡加入亚甲基纤维素钠有助于延长柴油乳化剂的稳定时间｡
根据柴油乳化形成油包水(W/O)型乳化液的HLB值应在4 3~7 5之间,最好在5~6 5之间计算Span-80失水山梨醇单油酸酯和十二烷基苯磺酸钠的配比｡当混合乳化剂的HLB值取5时,则4.3x+10.638(1-x)=5,x=89%;当混合乳化剂的HLB值为6.5时,则4.3x+10 .638(1-x)=65,x=65%｡即Span-80失水山梨醇单油酸酯在混合乳化剂中的质量分数应在65~89%之间｡
经试验,基准为200ml柴油时,复合型乳化剂配比为:Span-80失水山梨醇单油酸酯0
为试制最佳复合型乳化剂,固定超声波发生器电功率为700W,频率为20±1kHz｡乳化剂的加入方式采用剂在油中法｡
2结果与讨论
2.1 超声波作用功率对乳化液水滴平均粒径的影响
使用200ml柴油､10ml水,并加入复合乳化剂,制成混合乳化液｡超声波处理时间10min,作用
电功率500~900W｡结果由图2所示｡
根据超声波作用功率对水滴直径的影响,可以看出,在油水比一定的情况下,随着超声波作用功率增大,乳化液中水滴平均粒径随之减小｡超声波作用功率的增大,使乳化液内部产生激烈的颗粒运动及空化作用,使乳化液内部产生了高温､高压､高湍动流场,内部小液滴相互碰撞､撕裂,使乳化液中分散相(小水滴)的平均粒径减小,水滴平均粒径在1~2.2μm左右,使乳化液稳定时间延长｡由图可见,超声波作用功率越大乳化效果越好｡
2.2 超声波作用时间对乳化液水滴平均粒径的影响
在超声波作用功率700W时,使用200ml柴油和10ml水,并加入复合乳化剂,制成混合乳化液｡采用不同超声波处理时间,得图3｡根据超声波作用时间对乳化水滴直径的关系,可以看出:在油水比一定的情况下,随着超声波作用时间的增大,乳化液的平均粒径随之减小后又增大,这说明超声波作用存在最佳作用时间｡对于超声波作用功率为700W时,最佳作用时间为10min｡这是因为用超声波处理乳化液时,在乳化液内部存在着小液滴相互碰撞的过程,在碰撞过程中小液滴存在着被合并与被击碎的可能,这两个过程达到平衡时,乳化液中水滴平均粒径才趋于稳定,最佳时间即为这两个过程达到平衡的最短时间｡
2.3 乳化液静置时间对乳化液水滴平均粒径的影响
超声波作用功率700W,作用时间为10min,使用200ml柴油和10ml水,加入复合乳化剂,制成混合乳化液｡仅改变静置时间来考察平均粒径的变化｡
不同的乳化液静置时间下,对乳化平均粒径变化的分析,表明在相同复配乳化剂､超声波作用功率､处理时间和油水比条件下,随着乳化液静置时间的延长,在乳化液内部存在着大液滴破裂成小液滴的过程,反映在图4中即为平均粒径随静置时间延长而减小｡图5为超声波作用700W､作用时间为10min､掺水为10ml水/200ml柴油､静置时间为3天取样､放大1800倍的显微摄影照片,经过统计平均得1 758μm｡而由图4可见静置时间为60min时的平均粒径为1 834μm｡这是由于超声波刚作用完后的乳化液还处于不稳定状态,乳化液表面吉布斯函数G很大｡乳化液要趋于稳定,其表面吉布斯函数G必有减小的趋势,这只能通过减小乳化液内
部小液滴平均粒径来实现表面吉布斯函数G的减小｡随静置时间的延长,乳化液趋于稳定,液滴平均粒径的变化也趋于稳定｡
2.4 乳化液中含水量对乳化液水滴平均粒径及其稳定时间的影响
在超声波作用功率700W､作用时间为10min时,选用不同的柴油和水的配比(其中柴油的量固定为200ml,现仅改变乳化液中水量)并加入复合乳化剂制成混合乳化液｡
在不同的柴油和水的配比下,对乳化水滴平均粒径的分析,由表1可见在确定的复配乳化剂､超声波作用功率和作用时间的条件下,乳化液中含水量有一个极限值｡在本试验条件下,极限(即在60天内没有发生油水分层)含水量为12 5ml｡这是由于超声波作用时,在乳化液内部存在着小液滴相互碰撞的过程,在碰撞过程中小液滴存在着被合并与被击碎的可能,含水量过大使小液滴被合并成大液滴的机会增多,大液滴过多使乳化液平均粒径增大,最终使其稳定时间缩短｡
3结论
(1)在相同油水比情况下,超声波作用功率大乳化效果好｡
(2)在相同油水比情况下,超声波作用存在最佳作用时间｡对于超声波作用功率为700W时,最佳作用时间为10min｡
(3)复配乳化剂､超声波作用功率和作用时间一定的条件下,乳化液中含水量有一个极限值｡在本试验条件下,极限含水量为12 5ml/200ml柴油｡
(4)复配乳化剂､超声波作用功率､作用时间和油水比一定的条件下,随着乳化液静置时间的延长,在乳化液内存在着大液滴破裂的过程,表现为随着静置时间的延长,平均粒径随之减小｡
(5)试验复合型柴油乳化剂为:Span-80失水山梨醇单油酸酯0
[参考文献]
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