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甲醇柴油互溶实验.doc

甲醇柴油互溶实验

钟佳彩
2019-05-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《甲醇柴油互溶实验doc》,可适用于高等教育领域

目录第一部分 前言  甲醇柴油互溶实验的产生  甲醇柴油的节能、环保机理  节能机理  环保机理  传统甲醇柴油的研究情况  传统甲醇柴油存在的问题  微乳燃油的形成机理及优势  展望  第二部分 实验  实验仪器  实验方法  甲醇与柴油的理化性质  助溶剂种类对甲醇与柴油的互溶性的影响  温度对甲醇柴油互溶性的影响  助溶剂复配作用下甲醇柴油的的互溶性  温度对复配用量的影响  第三部分 结果与讨论  实验数据结果  数据分析  单个助溶剂的影响  温度的影响  复配作用下的影响  温度对复配作用的影响  第四部分 结论  参考文献:  第一部分 前言甲醇柴油互溶实验的产生随着国民经济的快速发展对能源的需要日趋增大。柴油作为大功率内燃机的主要燃料常有供不应求局面出现。虽然国际原油价格近期暂时回落但从长远来看原油资源总有枯竭。而且柴油机尾气中颗粒物、氮氧化合物和碳氢化合物的含量很高污染环境严重损害人体健康因此研究开发清洁可再生能源是国家立项研究的重要课题。醇类燃料作为重要的可再生燃料是近年来人们研究的最大热点其中甲醇燃料由于可由煤、天然气直接转化得到尤受人们重视。甲醇与汽油和柴油的比较接近具有燃烧性能良好、热效率高、比能耗低、排放的颗粒物和氮氧化物(NOX)含量低、来源广泛价格低廉等优点甲醇在柴油机上的应用主要方法有乳化液法、混合燃料法、熏蒸法、双燃料喷射系统法。乳化燃料的历史较长世纪年代开始对柴油水乳化燃料进行广泛研究但是由于甲醇和柴油极性上的巨大差异要实现甲醇与柴油的溶解形成稳定均匀的混合燃料必须在原有的甲醇柴油体系中加入一定比例的表面活性剂、助溶剂使两者能够充分混溶并保持稳定。该混合燃料不仅价格低廉解决了柴油短缺的问题而且燃烧后废气的排放也大幅度减少可以作为一种清洁能源替代现有的柴油直接用于民用和工业生产具有十分广阔的应用前景。甲醇柴油的节能、环保机理节能机理乳化油作为燃料在节能方面目前公认的机理为微爆理论。①微爆作用对于油包水型的微乳液由于甲醇的沸点低于燃油沸点(℃以上)当油表面燃烧时,内部甲醇受热并汽化,体积急剧膨胀,产生的巨大压力使油滴爆破油滴进一步微粒化形成“二次雾化”油和空气的接触面积大幅度增加提高了燃烧效率达到节能的效果。②加速燃烧反应甲醇在汽化过程中分子中的OH基团活性大大增强一氧化碳尽可能完全燃烧。相当于“水煤气反应”从而加速燃油裂解所形成焦炭的燃烧抑制了烟尘的生成。环保机理一般柴油机中产生碳氢化合物的主要原因是混合不均匀及燃烧不良所致一氧化碳是一种不完全燃烧产物生成柴油机碳烟概括地说是由烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。乳化柴油能发生“二次雾化”其雾化质量是任何柴油机喷嘴都难以达到的它使柴油分子与高温空气的混合更均匀燃烧环境的改善能显著减少烟尘排放。氮氧化合物是柴油机的主要污染物其生成过程在温度大于℃的条件下进一步氧化生成。可见温度、氧浓度在生成过程中起着重要作用一般认为当温度高于℃时氮氧化合物的生成才比较明显。与纯柴油相比乳化柴油能更充分的燃烧使得烟气中未反应的氧气大大降低也减少了氮氧化合物的生成机会。传统甲醇柴油的研究情况传统的甲醇柴油燃料以柴油为主要原料在表面活性剂和助溶剂的作用下加入一定比例的甲醇得到均质的白色或黄色乳状液,此项技术在国外起步较早至今已取得较大进展。近几年来由于我国能源问题的凸显甲醇柴油的研究发展迅速现已开发出许多种甲醇柴油配方有多项科研成果和发明专利产生并正在向实用化和市场化的方向前进例如楚宜民等研制的甲醇柴油混合燃料在柴油机结构不变的情况下把甲醇、柴油、OP乳化剂、其他助剂按体积比:::混合,混合燃料平均节油率达在中、高负荷下节油率平均达。在中、高负荷范围内燃用混合燃料的烟度均低于燃用柴油时下降达NOx的排放值显著降低。还有通常会加入一定量的助溶剂比如中碳醇、基础油等合适的助表面活性剂可以调节微乳液的HLB值、分子排列参数、表面活性剂单分子膜的粘弹性进一步降低界面张力从而可大大提高表面活性剂的增溶能力加入甲醇的比例最高可达到以上形成的乳化液稳定时间更长低温下不会出现分层。并研究了复合乳化剂的HLB值、乳化温度、极性添加物、混合方式、乳化时间、甲醇纯度等对乳状液稳定性的影响。如与其它乳化技术比较超声波乳化可使液滴分散细而分布窄分散效果好增加乳液的稳定性。再经实验得出复合表面活性剂的值在~时所制得的甲醇柴油乳状液稳定性最好。传统甲醇柴油存在的问题目前甲醇柴油在开发、生产和应用仍存在一些有待攻克的技术问题如:甲醇加入柴油后的混融和分层问题甲醇燃烧不充分产生甲醛的问题如何使甲醇大比例加入的问题甲醇柴油的动力下降和速度冲击问题应用中甲醇柴油对油路及气缸金属部分的腐蚀问题、以及对橡塑件的腐蚀和溶胀问题等。另外甲醇柴油中虽然甲醇非常廉价易得但表面活性剂和助溶剂用量较大而且价格昂贵这就造成甲醇柴油的成本较高降低了甲醇柴油的实用价值。所以寻求价格低廉、乳化效率高的表面活性剂仍然是函待解决的问题。微乳燃油的形成机理及优势微乳液是由油、甲醇或水、表面活性剂、助表面活性剂组成其粒径约为~nm。微乳状液之所以能形成一般认为在表面活性剂的作用下体系产生了负界面张力从而使液滴的分散过程自发地进行。质点的热运动使质点易于聚结一旦质点变大则又形成临时的负界面张力从而又必须使质点分散以扩大界面面积使负界面张力消除而体系达到平衡。因此微乳状液是稳定体系分散质点不会聚结、分层。与乳化燃油相比,微乳燃油有如下优点:()粘度适中微乳燃油的粘度与末掺水燃油粘度相差不大。而乳化燃油为了延长稳定储存的时间有时要加入增粘剂达到稳定目的这样不利于燃油雾化影响内燃机点火效率。()长期稳定微乳液是一种热力学稳定体系能自发形成粒径小可达到长期稳定。()制备简单由于微乳液可自发形成因此无需强力搅拌而乳状液通常对乳化装置较为严格。()微乳燃油燃烧效率高有害废气排放量明显低于乳化燃油。微乳油节油率为~排气温度降低~,烟度降低~氮氧化合物和一氧化碳排放量约为一般汽油的在节能、环保和经济效益上都有较可观效果。展望未来甲醇柴油混合燃料的发展趋势可能会集中于以下几个方向。()结合表面活性剂的作用机理考虑其亲水基和亲油基的结构合成出新型的高效乳化剂能够使甲醇与柴油任意比例混溶制备不同配比的、稳定的、色泽接近柴油近乎透明的微乳化柴油。()在理论方面微乳状液的形成机理中负界面张力的说法虽然能解释微乳化柴油的稳定性但却缺乏理论与实践的基础需要进一步通过实验加以证明,。()从应用的角度来看甲醇柴油推广困难主要是因为价格偏高不仅有表面活性剂、助溶剂、还有燃烧改进剂、冷气动剂、抗爆震剂、腐蚀抑制剂、防氧化剂等理化性能改进剂。而大多数问题都是由于甲醇的化学活泼性引起的因此通过将甲醇改性后再制成燃料将会成为今后甲醇柴油的发展方向之一。()从市场的角度看甲醇柴油需要寻找到正确的市场定位不仅可以用于工业锅炉、内燃机燃油对于热量、设备要求不高的产业如餐饮业等也适用于采用甲醇比例大、发热量较低的甲醇柴油研制能够满足生产、生活各方面需要的一系列的甲醇柴油也将是该市场成熟的标志之一。()近年来由于生物柴油的可再生性、优良的环保特性、点火性能好、燃烧更充分和可任意比例与柴油混合使用以及效益优势等原因,生物柴油产业发展迅速可将生物柴油、或者柴油和生物柴油混合后与甲醇乳化进一步开发出新的清洁替代能源。第二部分 实验实验仪器仪器:滴定管三角瓶或烧杯恒温水浴量筒胶头滴管计时器药品:柴油甲醇助溶剂正丁醇油酸正辛醇实验方法甲醇与柴油的理化性质甲醇与柴油燃料的理化性质参数对比见表。甲醇分子(CHOH)结构简单,含氧量高,因此与柴油混合燃烧可以有效降低烟度和CO的排放。但是甲醇与柴油性质差异较大,难以互溶。为了保证甲醇柴油混合燃料性质稳定且不分层,必需选用合适的助溶剂。表 柴油、甲醇的理化特性对比化学式COHCHOH分子量密度kg·m低热值MJ·kg参数柴油甲醇蒸发潜热kJ·kg自然温度℃~十六烷值C含量H含量O含量   助溶剂种类对甲醇与柴油的互溶性的影响在室温条件下称取甲醇体积ml柴油ml于烧杯内形成分层的液体。用正丁醇进行滴定直到甲醇柴油混合溶液出现澄清透明为止并记录正丁醇消耗的体积。多次重复以上操作并分别用油酸正辛醇替代正丁醇进行滴定并分别记录消耗的体积。研究它们单独存在时对甲醇柴油互溶性的影响。温度对甲醇柴油互溶性的影响称取甲醇体积ml柴油ml正辛醇ml于烧杯内形成分层液体将烧杯置于℃下的恒温水浴锅内同时打开计时器直到柴油甲醇混合溶液出现澄清透明为止并关闭计时器记录消耗时间。多次重复以上操作并改变水浴温度分别测得℃℃℃下消耗的时间并记录。研究温度对甲醇柴油互溶性的影响。助溶剂复配作用下甲醇柴油的的互溶性为了进一步降低助溶剂用量,我们考察了以上几种助溶剂及它们与低分子醇复配时的助溶效果。在室温条件下称取甲醇ml柴油ml于烧杯内用正辛醇和油酸复配进行滴定直到甲醇柴油混合溶液出现澄清透明为止并记录二者消耗的体积。多次重复以上步骤并分别用正辛醇和油酸正丁醇和正辛醇进行复配记录其消耗的体积。温度对复配用量的影响量取甲醇ml柴油ml正辛醇ml于烧杯中将烧杯置于℃下的恒温水浴中再添加油酸直到甲醇柴油溶液出现澄清透明为止并记录油酸消耗的体积。多次重复以上操作并改变水浴温度分别测得℃℃℃下消耗的油酸用量并分别记录油酸的消耗体积。第三部分 结果与讨论实验数据结果表不同种类助溶剂的消耗量室温正丁醇油酸正辛醇甲醇ml柴油ml用量(ml)     表温度对甲醇柴油互溶性的影响温度(℃)甲醇ml柴油ml正辛醇ml用时(s)      表助溶剂复配作用下的用量复配正丁醇油酸正辛醇油酸正辛醇正丁醇甲醇ml柴油ml用量(ml)     表温度对复配用量的影响温度(℃)甲醇ml柴油ml正辛醇ml油酸用量(ml)      数据分析单个助溶剂的影响由表得下图图由上图知对于使一定比例的甲醇柴油混合溶液正辛醇用量最小最容易改变甲醇柴油的互溶性正丁醇次之油酸最弱。温度的影响由表得下图图由图知对于一定比例的甲醇柴油混合溶液加入一定量的助溶剂温度升高甲醇柴油互溶所需时间减少。可见温度对甲醇柴油互溶性的影响是不可忽视的。这是因为随着温度的升高,分子能量增加,分子热运动也更加剧烈,有助于分子的扩散和分散。因此,温度的升高,有利于甲醇的溶解,从而提高助溶剂的作用效果复配作用下的影响由表与表对比助溶剂用量明显减少可见助溶剂之间有较为明显的协同作用能够加快甲醇柴油的互溶。温度对复配作用的影响由表得图图由图可知温度的升高能降低复配助溶剂的用量提高助溶剂的作用效果。第四部分 结论由于分子极性差异很大,在一般情况下,甲醇和柴油是难以实现互溶的,但是在助溶剂的作用下,却可以实现甲醇和柴油的良好溶解。通常长链脂肪醇具有良好的助溶性能,而多种助溶剂的复配可以产生协同效应,提高助溶效率。温度对助溶剂作用效果影响显著,温度升高,助溶剂用量明显减少,温度降低,则助溶剂用量明显增加。参考文献:吴冠京,车用清洁燃料M北京:石油工业出版社:李建彤韩萍芳吕效平乳化柴油研究及其应用进展J化工进展,():王建听,傅立新,黎维彬,汽车排气污染治理及催化转化器M北京:北京化学工业出版社楚宜民,甲醇柴油混合燃料的应用研究J安徽农业科学,,():赵罡,奚春荣,赵晓霞,赵红宇,赵翠霞,孙刚甲醇柴油变性醇添加剂PCN,张志坤,一种环保再生甲醇柴油PCN丁宝,崔天豪,徐学业,李延东,臧学伦,通用甲醇柴油及其配制方法PCN,吕效平,李建彤,韩萍芳,超声制备微乳化柴油的实验研究J声学技术,,():吴楚,柴油醇水混合燃料的研究D浙江大学:赵国玺,表面活性剂物理化学M北京:北京大学出版社:巩利平生物柴油的优点与研究现状J太原大学学报,,():

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