Kā izvēlēties ultraskaņas sprauslu spirta pārklājumam?

Spirti (metanols, etanols, izopropanols utt.) ir tīru, ļoti gaistošu degšanas uzlabotāju galvenās sastāvdaļas, un to izsmidzināšanas kvalitāte tieši nosaka degšanas efektivitāti, sajaukšanas viendabīgumu un uzlabotāja drošību. Ultraskaņas izsmidzināšana ar izsmidzināšanu istabas temperatūrā, vienmērīgu daļiņu izmēru, spēcīgu vadāmību un bez šļakatām ir kļuvusi par ieteicamo procesu spirtu saturošu degšanas uzlabotāju pagatavošanai. Šajā rakstā, ņemot vērā spirta šķidrumu zemo viskozitāti, zemo virsmas spraigumu un lielo gaistamību, ir izskaidrots ultraskaņas izsmidzināšanas smidzināšanas tehniskais princips, analizētas dažāda veida izsmidzināšanas galviņu strukturālās īpašības un savietojamība, kā arī noskaidrota optimālā izsmidzināšanas galviņas shēma, kas piemērota spirta{5}} sadegšanas uzlabotāju izsmidzināšanai rūpnieciskiem lietojumiem.

 

I. Ievads Degšanas uzlabotāji ir galvenās piedevas, lai uzlabotu degvielas sadegšanas efektivitāti, samazinātu emisijas un uzlabotu aizdedzes veiktspēju. Lielā skābekļa satura, augstās gaistamības un labas sajaukšanās ar mazutu dēļ spirti bieži tiek izmantoti kā galvenais šķīdinātājs vai aktīvā sastāvdaļa degšanas uzlabotājos (piemēram, uz metanola -bāzes sadegšanas uzlabotāji un uz etanola- bāzes veidoti sadegšanas uzlabotāji). Tradicionālās spirta izsmidzināšanas metodes (spiediena izsmidzināšana, divu-šķidruma izsmidzināšana) ir saistītas ar tādām problēmām kā nevienmērīgs pilienu sadalījums, liels enerģijas patēriņš, viegla aizsērēšana un zems materiālu patēriņš. Turklāt augsts spiediens var izraisīt alkohola iztvaikošanas zudumus un drošības apdraudējumu.

 

Ultraskaņas izsmidzināšanas tehnoloģija, izmantojot augstas frekvences vibrāciju, sadala šķidrumus vienmērīgos 1-50 μm pilienos. Tam nav nepieciešams augsts spiediens, tas darbojas istabas temperatūrā un ir lieliski piemērots spirtu īpašībām. Tas var precīzi kontrolēt pilienu izmēru un degšanas uzlabotāju sadalījumu, uzlabot degšanas uzlabotāju un degvielas sajaukšanas viendabīgumu un uzlabot degšanu veicinošo efektu. Kā galvenā sastāvdaļa izsmidzināšanas galviņas veids tieši ietekmē izsmidzināšanas efektivitāti, pilienu izmēra kontroli un ilgtermiņa stabilitāti; tādēļ ir ļoti svarīgi izvēlēties pareizo galvu atbilstoši spirtu specifiskajām īpašībām.

 

II. Alkohola šķidrumu raksturojums un prasības degšanas uzlabotāju sagatavošanai

(I) Alkohola šķidrumu pamatīpašības
Parastajiem spirtiem (metanolam, etanolam, izopropanolam), ko izmanto degšanas uzlabotāju sagatavošanā, ir šādas galvenās īpašības:

 Zema viskozitāte: viskozitāte 0,5-1,5 mPa·s pie 20 grādiem, ļoti šķidra, viegli izraisot nestabilu izsmidzināšanu un pārāk smalku pilienu dreifēšanu zemas viskozitātes dēļ;

 Zems virsmas spraigums: 20-25 mN/m, daudz zemāks par ūdeni, zems virsmas spraigums padara tos viegli saplīsušus, viegli izsmidzināmus, taču ir nepieciešama pilienu kontrole, lai izvairītos no pārmērīgi smalkas iztvaikošanas;

 Augsta gaistamība: viršanas temperatūra 64,7-82,5 grādi, viegli gaistošas ​​istabas temperatūrā, kam nepieciešams samazināts uzturēšanās laiks izsmidzināšanas laikā, lai izvairītos no iztvaikošanas zudumiem un koncentrācijas svārstībām;

 Neliela kodīgums: metanolam ir neliela korozija pret parasto oglekļa tēraudu, tādēļ izsmidzināšanas galviņai jābūt izgatavotai no titāna sakausējuma, 304 nerūsējošā tērauda vai PTFE;

 Uzliesmojamība: tvaiki veido sprādzienbīstamu maisījumu ar gaisu, tāpēc, lai nodrošinātu drošību, ir nepieciešami antistatiskie pasākumi un nav augstsprieguma{1}}dzirksteļu izsmidzināšanas laikā. • (II) Prasības izsmidzināšanai degšanas uzlabotāju sagatavošanā
Degšanas uzlabotāju sagatavošanai nepieciešama izsmidzināšana, lai panāktu vienmērīgu sajaukšanos, smalku dispersiju un precīzu komponentu kvantitatīvu sadalījumu. Galvenās prasības ir šādas:

 

1. Kontrolējams pilienu izmērs: 10-30μm ir optimāls. Pārāk smalki pilieni (<5μm) are prone to volatilization and loss, while those that are too coarse (>50 μm) rada nevienmērīgu sajaukšanos un aizkavētu degšanu.

2. Vienmērīgs daļiņu izmēru sadalījums: variācijas koeficients (CV)<15%, avoiding inconsistent combustion-enhancing effects due to differences in droplet size.

3. Ne-noturīgs pret aizsērēšanu un koroziju-: piemērots ilgstošai-spirta transportēšanai, izvairoties no piemaisījumu aizsērēšanas un korozijas noplūdes.

4. Zems enerģijas patēriņš un augsta drošība: istabas temperatūras izsmidzināšana, zema-spiediena nesējgāze, anti-statiska konstrukcija, piemērota uzliesmojošiem spirtiem.

5. Augsta materiāla izmantošana: nav šļakatu, nav pārsmidzināšanas, izmantošanas līmenis ir lielāks par vai vienāds ar 90%, samazinot alkohola zudumus. III. Ultraskaņas izsmidzināšanas spirtu izsmidzināšanas tehnoloģijas princips

Ultraskaņas izsmidzināšanas izsmidzināšanas kodols ir balstīts uz apgriezto pjezoelektrisko efektu un kapilāro viļņu pārrāvuma principu. Tam nav nepieciešams augsts-spiediena mehāniskais spēks, un tas ir labi-piemērots spirtu zemās viskozitātes un augstas gaistamības īpašībām:

1. Enerģijas pārveidošana: pjezoelektriskais keramiskais devējs, kas atrodas izsmidzināšanas galviņā, saņem augstas -frekvences elektriskos signālus (20–120 kHz), radot aksiālu mehānisku vibrāciju ar tādu pašu frekvenci (20 kHz=20 000 reizes sekundē);

2. Šķidrās plēves veidošanās: spirta šķidrums tiek transportēts uz izsmidzināšanas galviņas vibrējošo galu caur precīzas plūsmas kanālu, veidojot mikrona{1}}izmēra viendabīgu šķidruma plēvi augstas{2}frekvences vibrācijas ietekmē;

3. Kapilāro viļņu pārrāvums: vibrācijas enerģija rada stabilus kapilārus viļņus uz šķidruma plēves virsmas. Kad enerģija pārsniedz spirta virsmas spraigumu, viļņu virsotnes tiek "saplēstas", sadaloties viendabīgos mikronu {2}izmēra pilienos;

4. Pilienu padeve: zema -spiediena nesējgāze (slāpeklis/sauss gaiss, 0,02–0,08 MPa) vienmērīgi piegādā pilienus sajaukšanas kamerā vai substrātā, pabeidzot degšanas palīglīdzekļa izsmidzināšanas sagatavošanu.

Šis process darbojas istabas temperatūrā un zemā spiedienā, bez mehāniska nodiluma, lieliski atbilst spirtu gaistošajām un uzliesmojošajām īpašībām. Vienlaikus tas precīzi kontrolē pilienu izmēru, nodrošinot vienmērīgu sadegšanas paātrinātāja sajaukšanos.

 

• Piemērojamie scenāriji: rūpnieciska{0}}mēroga rupja izsmidzināšana un spirta sadegšanas paātrinātāju iepriekšēja sajaukšana, kur prioritāte ir augsta efektivitāte, nevis liela daļiņu izmēra viendabība.

Fokusējoša/konverģējoša izsmidzināšanas galviņa (augsta frekvence 60–120 kHz)

Struktūras princips: precīzs titāna sakausējuma plūsmas kanāls + augstas -frekvences pjezoelektriskais devējs; saraušanās plūsmas kanāls saplūst nesējgāzi, fokusējot pilienus šaurā starā (izsmidzināšanas platums 10-20mm);

Izsmidzināšanas veiktspēja: Daļiņu izmērs 5-20μm, CV<10%, excellent uniformity; flow rate 0.1-10mL/min, precisely controllable;

Saderība ar alkoholu: ★★★★★ (Optimāls)

o Priekšrocības: Augstas-frekvences vibrācija rada 10-20 μm pilienus, kas lieliski atbilst sadegšanas palīglīdzekļa optimālajam daļiņu izmēram; vienmērīgs daļiņu izmērs, nav pārāk smalku pilienu, samazina alkohola iztvaikošanu; titāna sakausējums + PTFE hermētisks, -izturīgs pret koroziju un anti- statisks; precīzs un kontrolējams zems -plūsmas ātrums, piemērots mikropiedevu sastāviem;

Trūkumi: mazāks izsmidzināšanas apjoms, vienas -galviņas dizains nav piemērots īpaši-lielām partijām (vairākas vienības var savienot paralēli);

Piemērojamie scenāriji: rafinēta sagatavošana, precīzs kvantitatīvs sastāvs un vienmērīgs vidējas līdz -augstas klases-spirta{3}}uzlabotāju pārklājums; ideāli piemērots laboratorijas un izmēģinājuma ražošanas līnijām.

 

(III) Izkliedes/ventilators{0}}formas izsmidzināšanas galviņa (vidēja frekvence 40–60 kHz)

Struktūras princips: virpuļplūsmas kanāla dizains, nesējgāzes rotācijas dispersija, pilienu izmešana ventilatora formā/ciklona formā, izsmidzināšanas platums 20-250 mm;

Izsmidzināšanas veiktspēja: daļiņu izmērs 10-30μm, CV 10-15%, plūsmas ātrums 1-40mL/min, piemērots izsmidzināšanai lielā platībā;

Saderība ar alkoholu: ★★★★☆

oPriekšrocības: vidējas-frekvences vibrācija rada 10-30 μm pilienus, kas ir piemēroti degšanas palīglīdzekļu prasībām; plaša-platuma izsmidzināšana, mērens izsmidzināšanas daudzums, piemērots vidējai-partiju nepārtrauktai ražošanai; korozijizturīgs{5} materiāls, piemērots ilgstošai spirtu lietošanai;

oTrūkumi: malu pilieni ir nedaudz rupjāki, viendabīgums ir nedaudz zemāks nekā fokusēšanas veids; zema-spiediena nesējgāzei nepieciešama precīza kontrole, lai izvairītos no pilienu novirzes;

Piemērojamie scenāriji: vidēja-sērijveida nepārtraukta spirta sadedzināšanas palīglīdzekļu ražošana, liela-apgabala sajaukšana un izkliedēšana, kompromisa risinājums, kas līdzsvaro efektivitāti un viendabīgumu.

(V) Četru veidu izsmidzināšanas galviņu pamatparametru salīdzinājums (alkohola saderības dimensija)

V tabula. Atlases secinājumi un procesa ieteikumi attiecībā uz spirtu{1}}uz degšanas uzlabotājiem izsmidzināšanas galviņām

 

(I) Atlases secinājumi
Apvienojot spirtu zemās viskozitātes un gaistamības īpašības ar optimālo daļiņu izmēru (10-30 μm), augstu viendabīgumu un zemām prasībām sadegšanas uzlabotājiem, izvēles prioritātes ir skaidras:

1. Pirmā izvēle: fokusējošas/konverģējošas izsmidzināšanas galviņas (60-120kHz) ir piemērotas rafinētai vidējas---augstas-klases degšanas uzlabotāju sagatavošanai ar pilienu izmēru 10-20 μm, izcilu viendabīgumu, viendabīgumu un minimālu korozijas kontroles precizitāti. Tie ir optimāli laboratorijas un izmēģinājuma mēroga ražošanas līnijām. Īpaši lielām partijām vairākas fokusēšanas izsmidzināšanas galviņas var savienot paralēli, lai līdzsvarotu viendabīgumu un efektivitāti.
2. Otrā izvēle: izkliedējošās/ventilatora-formas izsmidzināšanas galviņas (40-60 kHz) ir piemērotas vidējai-sērijveida nepārtrauktai ražošanai, ar pilienu izmēru 10-30 μm, mērenu plūsmas ātrumu, augstu izsmidzināšanas efektivitāti plašā apgabalā un lielisku izmaksu efektivitāti. Tie ir plaši izmantots kompromisa risinājums rūpnieciskās ražošanas līnijās.
3. Liela-apjoma rupja sajaukšana: Langzhiwan pārveidotāja-tipa izsmidzināšanas galviņas (20-40kHz) ir piemērotas liela-apjoma zemas klases degšanas palīglīdzekļu iepriekšējai sajaukšanai, uzsverot izsmidzināšanas efektivitāti, ar zemām prasībām attiecībā uz daļiņu izmēru un viendabīgumu, zemu apkopi.
4. Nav ieteicams: Mikroporainas sieta izsmidzināšanas galviņas rada pārāk smalkus pilienus, kas izraisa ievērojamu alkohola iztvaikošanu un augstu aizsērēšanas risku; piemērots tikai īpašām mikro-apjoma lietojumprogrammām.

 

(II) Procesu saskaņošanas ieteikumi

1. Materiāla izvēle: titāna sakausējums ir vēlams izsmidzināšanas galvas kontakta daļām, kam seko 304 nerūsējošais tērauds. Blīvēm jāizmanto PTFE, lai izvairītos no spirta korozijas.

2. Frekvenču saskaņošana: 80-100 kHz ir priekšroka metanolam/etanolam (fokusēšanas veids). Augstas viskozitātes spirtiem, piemēram, izopropanolam, frekvenci var samazināt līdz 40–60 kHz (izkliedes veids).

3. Nesējgāzes kontrole: gaisa vietā izmantojiet slāpekli (inertu) ar spiedienu 0,03–0,06 MPa, lai samazinātu spirta oksidēšanos un iztvaikošanu.

4. Pret-iztvaikošanas dizains: zemas-temperatūras dzesēšana izsmidzināšanas kamerā (10-15 grādi) saīsina pilienu padeves attālumu un samazina iztvaikošanas zudumus.

5. Drošības aizsardzība: iekārtai ir antistatiskais iezemējums, izsmidzināšanas kamera ir noslēgta, un ir nodrošināta degošu gāzu trauksme, lai pielāgotos spirtu uzliesmojošām īpašībām.

 

VI. Kopsavilkums
Sadegšanas palīglīdzekļu sagatavošana, kuras pamatā ir spirts,{0}}ir precīza, vienmērīga un zemu{1}}izsmidzināšana. Ultraskaņas izsmidzināšanas izsmidzināšanas tehnoloģija ir lieliski piemērota spirtu zemās viskozitātes un augstas gaistamības īpašībām, un izsmidzināšanas galviņas izvēle ir ļoti svarīga. Fokusējošās/konverģējošās izsmidzināšanas galviņas (60-120kHz) ir optimāla izvēle spirta-sadegšanas uzlabotāju rafinētai sagatavošanai to kontrolējamā daļiņu izmēra, augstās viendabības un zemo iztvaikošanas zudumu dēļ. Izkliedes un Langevin devēju veidi ir piemēroti attiecīgi vidēja{8}} un liela{11}}apjoma rupjas izsmidzināšanas scenārijiem. Mikroporaino sietu veidi nav ieteicami rūpnieciskai izmantošanai spēcīgas iztvaikošanas dēļ. Apvienojumā ar procesa atbalsta pasākumiem var vēl vairāk uzlabot izsmidzināšanas kvalitāti, nodrošinot spirtu saturošu degšanas uzlabotāju sadegšanas efektivitāti un drošību, nodrošinot efektīvu un uzticamu tehnisko risinājumu tīras degvielas piedevu rūpnieciskai sagatavošanai.