柴油微乳液擬三元相圖的繪制及燃燒性能測(cè)定華師

柴油微乳液擬三元相圖的繪制及燃燒性能測(cè)定專業(yè)：化學(xué)師范年級(jí)班級(jí)：課程名稱：應(yīng)用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)合作者：實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：何廣平實(shí)驗(yàn)時(shí)間：【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹课⑷椴裼偷慕?jīng)濟(jì)與環(huán)保價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)?！緦?shí)驗(yàn)原理】在年首次報(bào)道微乳液以來，微乳液的理論和應(yīng)用研究獲得了迅速發(fā)展。年，定義微乳液為兩種互不相溶的液體在表面活性劑界面膜的作用下生成的熱力學(xué)溶量、以及粒徑小等特殊性質(zhì)，已引起人們廣泛關(guān)注。燃油摻水是一個(gè)既古老又新興的課題。早在一百多年前就有人使用摻水燃油。由于油、水在表面活性劑作用下形成的或乳液在加熱燃燒時(shí)水蒸氣受熱膨脹后能夠產(chǎn)生微爆，二次霧化燃燒更加充分，提高了燃燒效率，大大降低了廢氣中的有害氣體的含量。但是由于一般的乳狀液穩(wěn)定時(shí)間短，易分層，使得這一技術(shù)的應(yīng)用受到了很大的限制?；旌显谝黄鹁涂梢宰园l(fā)形成穩(wěn)定的微乳燃料。微乳燃油可長期穩(wěn)定不分層且制備簡單并能使燃燒更完全，燃燒效率更高其節(jié)油率可達(dá)~排氣溫度下降~煙度下降~和的排放量降低在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益上都有較為可觀的效果已成為世界各國競相開發(fā)的熱點(diǎn)。隨著近年來對(duì)兩親分子有序組合體研究的不斷深入乳液燃料成為了研究熱點(diǎn)。燒效率和減少環(huán)境污染，研究新型節(jié)油防污染技術(shù)，包括最為人們青睞并具有節(jié)能效率高，減少尾氣污染的燃油乳化及微乳化技術(shù)，已成為人們十分關(guān)心的問題。柴油與燃燒減排機(jī)理乳化燃油與通常的乳狀液一樣，也分為油包水型和水包油型，在油包水型乳化燃料油中，水是以分散相均勻地懸浮在油中，被稱為分散相或內(nèi)相，燃料油則包在水珠的外層，被稱為連續(xù)相或外相。我們目前所見的大多數(shù)乳化燃料油都為油包水型機(jī)理包括：、物理作用—“微爆現(xiàn)象”倍左右，其氣化膨脹相當(dāng)于一次極小的爆炸。當(dāng)油滴中的壓力超過油的表面張力及環(huán)境壓力多的爆炸波，沖破了包圍火焰面的，惰性氣體抑制層，促使空氣形成強(qiáng)烈的紊流，紊。在缺氧條件下，油燃燒產(chǎn)生熱裂解，形成難以燃燒的碳，使排煙冒黑煙，而在水煤氣存在時(shí)，水微粒高速汽化中所含的氧與碳粒子充分結(jié)合，并被完全燃燒而形成二氧化碳，從而果，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率提高，達(dá)到增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力、節(jié)省燃料的效果。水的蒸發(fā)作用，均衡了燃燒時(shí)的溫度場，從而抑制了的形成，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。微爆產(chǎn)生的爆炸波沖破了包圍在火焰周圍的、惰性氣體層，促使空氣形成強(qiáng)烈的紊、抑制的生成的生成主要有三個(gè)重要途徑由空氣中的在高溫區(qū)反應(yīng)生成的熱反應(yīng)和燃料型，其中以溫度型為主。力等。根據(jù)可見無論在內(nèi)燃機(jī)或是其它燃燒裝置上，的生成量與反應(yīng)溫度呈指數(shù)關(guān)系增加。如果空燃比高，燃燒強(qiáng)度大，反應(yīng)溫度高，停留時(shí)間長，則急劇增加。燃燒乳化油時(shí)，由燃燒時(shí)間，而且油摻水燃燒改善了空氣和燃料混合比例，可以用較小的過量空氣系數(shù)，即染。染三、水柴油微乳液的配制與研究方法對(duì)微乳柴油的研究通常包括為微乳燃油配方選擇合適的表面活性劑和助表面活性劑，并然后針對(duì)微乳柴油體系，液的結(jié)構(gòu)并進(jìn)行燃燒性能與尾氣排放量測(cè)定。、擬三元相圖的研究方法立體正四面體。而四組分以上的體系就無法全面的表示。通常對(duì)四組分或四組分以上體系，角相圖來表示，這樣的相圖稱為擬三元相圖。對(duì)柴油微乳液的研究可采用擬三元相圖的方法研究相圖繪制簡單，根據(jù)相圖可以初步推測(cè)體系的結(jié)構(gòu)狀態(tài)能夠比較直觀地反映微乳體系相的變化當(dāng)體系有液晶相、凝膠相出現(xiàn)時(shí)也能對(duì)微乳液及其相邊界進(jìn)行直觀表示。在表面活性劑和助劑含量一定情況下，將水往油中滴加，水量很少時(shí)為油包水型的球形微乳液，繼續(xù)滴加水，水與油的比例將會(huì)變動(dòng)，體系發(fā)生這樣的變化對(duì)稱性水的球體一不對(duì)稱性柱體一層狀結(jié)構(gòu)一水為外相的各種結(jié)構(gòu)，最終為對(duì)稱性油的球體，這是體系內(nèi)部引力性劑相圖的研究一直受到人們的關(guān)注。液的條件。本實(shí)驗(yàn)采用此種方法進(jìn)行乳化柴油的繪制。電導(dǎo)行為是微乳液的重要性質(zhì)之一。關(guān)于微乳液的電導(dǎo)研究基本上圍繞微乳液體系的導(dǎo)電行為和根據(jù)電導(dǎo)測(cè)量研究微乳液體系的相行為。盡管電導(dǎo)測(cè)量不能直接反映各種條件對(duì)微乳液粒子的大小的影響但微乳液的電導(dǎo)率在某種程度上反映了微乳液的結(jié)構(gòu)，例如或結(jié)構(gòu)，因此，通?？赏ㄟ^對(duì)微乳體系電導(dǎo)率的測(cè)定判別微乳體系的結(jié)構(gòu)?！緦?shí)驗(yàn)試劑與儀器】①實(shí)驗(yàn)試劑：柴油、油酸(化學(xué)純)、十六烷基三甲基溴化銨()(化學(xué)純)、氨水、正丁醇(化學(xué)純)長沙長興高教儀器設(shè)備公司氧彈式熱量計(jì)、熱量計(jì)通用電控箱、南京大展機(jī)電技術(shù)研究所型數(shù)字式貝克曼溫度計(jì))、恒溫磁力攪拌器(金壇市正基儀器有限公司)、攪拌子(中)、氧氣【實(shí)驗(yàn)步驟】一、水柴油體系配制及擬三元相圖繪制、復(fù)合乳化劑配制：室溫下，將油酸克放入的燒杯中加入克克氨水克正丁醇在磁力攪拌器上不斷攪拌至溶解此時(shí)所得復(fù)合乳化劑清晰、透亮放置備、柴油水復(fù)合乳化劑微乳液柴油的制備與擬三元相圖繪制在一定溫度下通常為室溫稱取的水柴油其中柴油∶水分別為乳化劑并不斷在磁力攪拌器上攪拌至溶液剛好變澄清靜置約后觀察如仍透明質(zhì)的重量，根據(jù)各不同配比擬三元體系中各個(gè)物質(zhì)的重量，把復(fù)合乳化劑作為一個(gè)組分柴油微乳體系擬三元相圖示意圖。從圖可見，顯示曲線右方是不共溶區(qū)域中間為臨界線其余部分均為共溶區(qū)(即形成柴油水復(fù)合乳化劑微乳液柴油)。CC0.001.00水0.250.75劑0.75乳區(qū)區(qū)復(fù)圖柴油水復(fù)合乳化劑微乳液柴油的擬三元相圖柴油燃燒熱的測(cè)定通過對(duì)乳化柴油的燃燒熱的測(cè)定，掌握燃燒熱的定義，學(xué)會(huì)測(cè)定物質(zhì)燃燒熱的方法，熱技術(shù)；熟悉雷諾圖解法校正溫度改變值的方法。、量熱法與氧彈量熱裝置及結(jié)果表示方法完全燃燒放出的熱量促使卡計(jì)及周圍的介質(zhì)(本實(shí)驗(yàn)用水)溫度升高，測(cè)量介質(zhì)燃燒前后體系溫度的變化值，可求算該樣品的恒容燃燒熱。柴油為石油分餾產(chǎn)品其中各烴分子所含碳原子數(shù)不同通常以測(cè)定柴油燃燒過程中的變化來衡量柴油燃燒效率的大小。在氧彈量熱計(jì)與環(huán)境沒有熱交換情況下，其關(guān)系式為： (卡計(jì)水)?Δ–(點(diǎn)火絲)?(點(diǎn)火絲)()樣樣為柴油的質(zhì)量(克)；為柴油的恒容燃燒熱(焦克)；(卡計(jì)水)為氧彈卡計(jì)和周圍介質(zhì)的熱當(dāng)量(焦度)，其表示卡計(jì)和水溫度每升高一度所需要吸收的熱量，(卡計(jì)水)一般通過經(jīng)恒重的標(biāo)準(zhǔn)物如苯甲酸標(biāo)定苯甲酸的恒容燃燒熱為焦克。△的恒容燃燒熱，其值為焦克。在實(shí)驗(yàn)過程中無法完全避免“熱漏”現(xiàn)象的存在，因此，實(shí)驗(yàn)中必須經(jīng)過雷諾作圖法或計(jì)算法校正柴油燃燒前后溫度的變化值。通過()式，計(jì)算柴油燃燒的恒容熱效應(yīng)(焦克)。為了避免平行測(cè)定中稱量的差異對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，可通過△()(單位質(zhì)量柴油燃燒引起溫度的變化值)或()(單位質(zhì)量柴油燃燒放出的熱量)，研究柴油和微乳柴油燃燒效率的不同；通過△△()(即單位時(shí)間柴油燃燒時(shí)燃燒溫度隨時(shí)間的變化率)研究柴油和微乳柴油燃燒速率的不同。具體實(shí)驗(yàn)原理、方法和雷諾作圖法詳見《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》中“燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)”。、柴油與乳化柴油燃燒性能測(cè)定壓力沖至在燃油不完全燃燒的條件下通過測(cè)定燃燒過程中△、△值以及燃燒殘?jiān)闹亓浚?jì)算、△()、△△()，比較柴油與乳化柴油的燃燒效率以【數(shù)據(jù)記錄與處理】劑的配制氨水正丁醇入，開始溶解少量，持續(xù)攪拌約，基本溶解。的制備1、先將柴油和水在磁力攪拌器的作用下混合均勻，再加入復(fù)合乳化劑表柴油、自來水以及乳化劑用量柴油：水柴油：水柴油水柴油+水+磁子柴油+水+磁子+乳乳化劑用量：：：：： 表不同配比微乳柴油體系各組分含量柴油：柴油：水柴油：：：：：質(zhì)量分?jǐn)?shù)總質(zhì)量柴油水復(fù)合乳化劑量水乳劑圖本實(shí)驗(yàn)柴油水復(fù)合乳化劑微乳液柴油的擬三元相圖油燃燒熱的測(cè)定表柴油和鐵絲質(zhì)量油鐵絲燃燒前鐵絲燃燒后燃燒的鐵絲表柴油燃燒數(shù)據(jù)記錄時(shí)時(shí)間t/溫度/℃時(shí)間t/溫度/℃時(shí)間t/溫度/℃時(shí)間t/溫度/℃123456789圖本實(shí)驗(yàn)柴油燃燒溫度與時(shí)間關(guān)系圖表乳化柴油燃燒數(shù)據(jù)記錄t/溫度/℃t/溫度/℃t/溫度/℃t/溫度/℃123456789圖本實(shí)驗(yàn)乳化柴油燃燒溫度與時(shí)間關(guān)系圖表乳化柴油燃燒數(shù)據(jù)記錄時(shí)時(shí)間t/溫度/℃時(shí)間t/溫度/℃時(shí)間t/溫度/℃時(shí)間t/溫度/℃sss30s123456789圖本實(shí)驗(yàn)乳化柴油燃燒溫度與時(shí)間關(guān)系圖計(jì)算公式：(卡計(jì)水)?Δ–(點(diǎn)火絲)?(點(diǎn)火絲)樣換算得：Q=W(卡計(jì)+水)T-m(點(diǎn)火絲)Q(點(diǎn)火絲)vm樣品(卡計(jì)水)為氧彈卡計(jì)和周圍介質(zhì)的熱當(dāng)量(焦度)，本實(shí)驗(yàn)為℃(點(diǎn)火絲)為點(diǎn)火絲的質(zhì)量(點(diǎn)火絲)為點(diǎn)火絲(鐵絲)的恒容燃燒熱，其值為。對(duì)于柴油：v1.2195g【結(jié)果與討論】(一)復(fù)合乳化劑的配制復(fù)合乳化劑的配制過程中試劑的配比及加入順序影響了該復(fù)合乳化劑的配制成功與作陽離子表面活化劑，氨水是使值向親水劑方向移動(dòng)，正丁醇是作助表面活性劑，劑的互溶。復(fù)合乳化劑的組分含量以及加入順序的不同使得制備的產(chǎn)品效果也不同，因此可通過改變各組分含量或改變各組分的加入順序來探究復(fù)合乳化劑的最佳制備方法。(二)乳化柴油的制備本實(shí)驗(yàn)先制備不同配比的水-柴油混合體系，在攪拌下滴入復(fù)合乳化劑直至混合體系澄清，從而達(dá)到乳化的效果。實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵是知道如何判斷混合體系變澄清。由于各人對(duì)于澄清與否的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同，將導(dǎo)致加入的復(fù)合乳化劑的量不同，從而影響到三元相圖的不同。根據(jù)不同配比乳化柴油的成分，繪制得柴油水復(fù)合乳化劑微乳液柴油體系擬三元相圖(圖)。由相圖可見，曲線左方為共溶區(qū)形成微乳液柴油，中間為臨界線，右方為不共溶區(qū)。曲線平滑。，用量偏多。制備出來的微乳柴油，透明度很好。在經(jīng)過一個(gè)星期后，制備的微乳液柴油基本沒有分層現(xiàn)象?？梢娢⑷橐菏且环N熱力學(xué)穩(wěn)定體系能自發(fā)形成粒徑小可長期穩(wěn)(三)乳化柴油燃燒熱的測(cè)定燃燒熱的測(cè)定結(jié)果顯示：Q=22.44kJ/g；vv乳化柴油：Q=22.70kJ/g。數(shù)據(jù)顯示，燃燒熱大小順序?yàn)椋?:2乳化柴油＞0#柴油＞v殘留的碳最多，而兩種乳化柴油的碳?xì)堄嗔糠浅５纳偾艺丛谘鯊椲釄宓纳戏健D柴油燃燒后產(chǎn)物圖圖乳化柴油燃燒后產(chǎn)物圖圖乳化柴油燃燒后產(chǎn)物圖9:1乳化柴油的燃燒熱小于0#柴油，這并不能說明乳化柴油的燃燒效率低于普通柴油，乳化柴油燃燒熱最大，這歸功于水含量的提高。。水在燃燒過程中汽化成水蒸氣,產(chǎn)生許多OH活性基團(tuán),使一氧化碳盡可能完全燃效率。資料可知，水含量在左右時(shí)，微乳液柴油燃燒效率最高。()每一種柴油只測(cè)定一次燃燒熱，沒有進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)測(cè)定，因而誤差較大；()進(jìn)行溫度的雷諾校正時(shí)，選用作圖，存在一定的作圖誤差，而該誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大。為了評(píng)價(jià)微乳化柴油的實(shí)用價(jià)值，除了進(jìn)行燃燒熱的測(cè)定，也可以進(jìn)行微乳化柴油燃燒這種說法是否可信，我們可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以此來評(píng)價(jià)微乳液柴油的環(huán)保價(jià)值。(五)乳化柴油的優(yōu)與弊近二十多年來我國燃油技術(shù)獲得了很大的發(fā)展其中以乳化柴油的研究居多。乳化油屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系隨環(huán)境條件的改變、放置時(shí)間變長會(huì)發(fā)生油水分離、變形、破乳等不穩(wěn)定現(xiàn)象從而影響使用效果乳化需大功率乳化裝置制備復(fù)雜耗費(fèi)能量。乳化油的弊端制約了其推廣和使用。世紀(jì)年代微乳燃油的研究使這一領(lǐng)域進(jìn)入一個(gè)新發(fā)展時(shí)期。微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定體系能自發(fā)形成粒徑小可長期穩(wěn)定存在粘度適中微乳燃油的粘度與未摻水燃油粘度相差不大。而乳化燃油為了能延長貨架壽命有時(shí)要加入增粘劑達(dá)到穩(wěn)定目的但這樣不利于燃油霧化影響內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火效率。由于微乳液可自發(fā)形成制備簡單微乳燃油燃燒效率高有害廢氣排放量明顯低于乳化燃油微乳燃油節(jié)油率為~排氣溫度降低~煙度降低~和排放量約為一般燃油的在節(jié)能環(huán)保和效益方面效果可觀。(六)前景展望開發(fā)含水裂解催化劑的油水比為∶的微乳燃油。中國專利局最近公布的一些發(fā)明專利申請(qǐng)公開說明書在摻水燃油添加劑中已使用了水裂解催化劑鈦酸鹽和高錳酸鉀。國外已有人在燃油中加入金屬鹽溶液為催化劑以提高燃油在內(nèi)燃機(jī)中的燃燒效率。光解水催化劑劑復(fù)配可大大提高其催化活性。其實(shí)表面活性劑本身就是一種水熱裂解催化劑水直接受熱分解溫度可達(dá)℃但經(jīng)過水裂解催化劑的一系列氧化還原反應(yīng)其反應(yīng)溫度可降至~℃。一般熱解水與光解水的催化劑同時(shí)使用時(shí)效果最高?！窘Y(jié)語】本實(shí)驗(yàn)成功制備出了復(fù)合乳化劑，并制備出系列柴油水復(fù)合乳化劑微乳液柴油，繪制出了柴油水復(fù)合乳化劑微乳液柴油擬三元相圖。用氧彈量熱計(jì)測(cè)出了柴油、微乳液熱，測(cè)定結(jié)果顯示，微乳液柴油燃燒效率高于柴油，并且，學(xué)造有自己的想法，并努力去實(shí)現(xiàn)它就夠了?！締栴}思考】()柴油的主要成分是什么？其燃燒后可能形成的產(chǎn)物有那些？答柴油主要由化合物組成，包括烷烴、環(huán)烷烴、烯烴、炔烴、二烯烴以及芳香烴。在這溫缺氧時(shí)不完全燃燒，易炭化形成炭煙。()乳化柴油與微乳柴油的區(qū)別？制備方法上有什么不同？答：與乳化柴油相比，微乳燃油可長期穩(wěn)定不分層且制備簡單并能使燃燒更完全燃燒效率高節(jié)油率達(dá)~排氣溫度下降~煙度下降~和排放量降低在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益上都有較為可觀的效果已成為世界各國競相開發(fā)的合適的比例混合在一起就可以自發(fā)形成穩(wěn)定的微柴油。乳化柴油由柴油助劑水混合而成，采用油水法可以制備乳化柴油，步驟如下：選定所要加入的乳化劑采用值篩選法控制所要加入乳化劑的量用玻璃棒攪拌使各種乳化劑混合均勻。()乳化柴油為什么不穩(wěn)定？其對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的損害是什么？強(qiáng)力而牢固地吸附在油水表面，但它不是熱力學(xué)上的穩(wěn)定體系，故穩(wěn)定性不好，大多個(gè)月不分層，不錯(cuò)的也只有半年左右。乳化油屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系隨環(huán)境條件的改變、放置時(shí)間變長會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性差、存儲(chǔ)時(shí)間短及燃燒不穩(wěn)定等現(xiàn)象使內(nèi)燃機(jī)工作不正常并產(chǎn)生()為什么要進(jìn)行柴油微乳液的研究？形成微乳柴油的通常條件是什么？其中各組分的作提高燃油燃燒效率和減少環(huán)境污染，研究新型節(jié)油防污染技術(shù)，包括最為人們青睞并具有節(jié)能效率高，減少尾氣污染的燃料乳化以及微乳化技術(shù)，己成為人們十分關(guān)心的問題。微乳燃就可以自發(fā)形成穩(wěn)定的微乳燃料。其中各組分的作用是醇的種類和表面活性劑復(fù)配比例對(duì)水最大增溶量有很大影響。醇碳數(shù)適中時(shí)醇更易富集于界面上增加了界面面積使增溶水量增加更易形成微乳液。()什么是相圖？什么是擬三元相圖？繪制微乳柴油擬三元相圖的作用是什么？。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出的表示相變規(guī)律的各種幾何圖形稱為相圖。在等溫等壓下三組分體系的相用平面三角形來表示，稱為三元相圖。對(duì)四組分體系，需要采用立體正四面體。樣的相圖稱為擬三元相圖。柴油微乳液研究可采用擬三元相圖的方法研究相圖繪制簡單，根據(jù)相圖可以初步推測(cè)體系的結(jié)構(gòu)狀態(tài)能夠比較直觀地反映微乳體系相的變化當(dāng)體系有液晶相、凝膠相出現(xiàn)時(shí)也能對(duì)微乳液及其相邊界進(jìn)行直觀表示。()確定微乳液結(jié)構(gòu)性質(zhì)的簡單方法(型乳液或