چگونه می توان نازل اولتراسونیک را برای پوشش الکلی انتخاب کرد؟

الکل ها (متانول، اتانول، ایزوپروپانول و غیره) اجزای اصلی بهبود دهنده های احتراق تمیز و بسیار فرار هستند و کیفیت اتمیزه شدن آنها مستقیماً بازده احتراق، یکنواختی اختلاط و ایمنی بهبود دهنده را تعیین می کند. پاشش اتمیزه کردن اولتراسونیک، با مزایای آن از جمله اتمیزه کردن دمای اتاق، اندازه ذرات یکنواخت، قابلیت کنترل قوی و بدون پاشش، به فرآیند ترجیحی برای تهیه بهبود دهنده‌های احتراق بر پایه الکل- تبدیل شده است. این مقاله با در نظر گرفتن ویسکوزیته کم، کشش سطحی کم و فراریت زیاد مایعات الکلی، اصل فنی پاشش اتمیزه‌سازی اولتراسونیک را توضیح می‌دهد، ویژگی‌های ساختاری و سازگاری انواع مختلف هدهای اتمیزه‌کننده را تجزیه و تحلیل می‌کند و در نهایت طرح هد اتمیزه‌کننده بهینه مناسب برای کاربردهای مبتنی بر الکل{5} را روشن می‌کند.

 

I. مقدمه بهبود دهنده های احتراق افزودنی های کلیدی برای بهبود راندمان احتراق سوخت، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و بهبود عملکرد احتراق هستند. به دلیل محتوای اکسیژن بالا، فراریت بالا و امتزاج پذیری خوب با نفت کوره، الکل ها اغلب به عنوان حلال اصلی یا جزء فعال بهبود دهنده های احتراق (مانند بهبود دهنده های احتراق مبتنی بر متانول و بهبود دهنده های احتراق کامپوزیت مبتنی بر اتانول{{3}) استفاده می شوند. روش‌های سنتی اتمیزه‌سازی الکل (اتمیزه‌سازی تحت فشار، اتمیزه‌سازی دو{5} سیال) از مشکلاتی مانند توزیع ناهموار قطرات، مصرف انرژی بالا، گرفتگی آسان و استفاده کم از مواد رنج می‌برند. علاوه بر این، فشار بالا می تواند منجر به تلفات تبخیر الکل و خطرات ایمنی شود.

 

فناوری پاشش اتمیزه‌سازی اولتراسونیک، مایعات را به قطرات یکنواخت 1-50 میکرومتر از طریق-ارتعاش با فرکانس بالا تجزیه می‌کند. به فشار زیاد نیاز ندارد، در دمای اتاق کار می کند و کاملاً با ویژگی های الکل ها سازگار است. این می تواند دقیقاً اندازه قطرات و توزیع بهبود دهنده های احتراق را کنترل کند، یکنواختی اختلاط بهبود دهنده های احتراق و سوخت را بهبود بخشد، و اثر تقویت کننده احتراق را افزایش دهد. به عنوان یک جزء اصلی، نوع سر اتمیزه کردن مستقیماً بر راندمان اتمیزه کردن، کنترل اندازه قطرات و پایداری طولانی مدت تأثیر می گذارد. بنابراین، انتخاب سر مناسب برای ویژگی های خاص الکل ها بسیار مهم است.

 

II. ویژگی های مایعات الکلی و الزامات برای آماده سازی بهبود احتراق

(I) ویژگی های اصلی مایعات الکلی
الکل های رایج (متانول، اتانول، ایزوپروپانول) مورد استفاده در تهیه بهبود دهنده احتراق ویژگی های کلیدی زیر را نشان می دهند:

ویسکوزیته کم: ویسکوزیته 0.5-1.5 mPa·s در 20 درجه، بسیار سیال، به راحتی منجر به اتمیزه شدن ناپایدار و رانش بیش از حد ریز قطرات به دلیل ویسکوزیته کم می شود.

کشش سطحی کم: 20-25 میلی نیوتن بر متر، بسیار کمتر از آب، کشش سطحی کم باعث می شود که آنها به راحتی شکسته شوند، اتمیزه شدن آنها آسان است، اما کنترل قطرات برای جلوگیری از تبخیر بیش از حد ریز مورد نیاز است.

 فراریت بالا: نقطه جوش 64.7-82.5 درجه، به راحتی در دمای اتاق فرار است، نیاز به کاهش زمان ماند در طول اتمیزه کردن برای جلوگیری از از دست دادن تبخیر و نوسانات غلظت دارد.

خورندگی خفیف: متانول نسبت به فولاد کربن معمولی خاصیت خورندگی جزئی دارد و لازم است سر اتمیزه کننده از آلیاژ تیتانیوم، فولاد ضد زنگ 304 یا PTFE ساخته شود.

 قابلیت اشتعال: بخار یک مخلوط انفجاری با هوا تشکیل می دهد که برای اطمینان از ایمنی به اقدامات ضد{0}}ضد استاتیکی و بدون جرقه{{1} ولتاژ بالا در طول اتمیزه شدن نیاز دارد. • (II) الزامات برای اسپری اتمیزه کردن در آماده سازی بهبود احتراق
آماده سازی بهبود دهنده های احتراق برای دستیابی به اختلاط یکنواخت، پراکندگی ریز و توزیع کمی دقیق اجزا نیاز به اتمیزه شدن دارد. الزامات اصلی به شرح زیر است:

 

1. اندازه قطرات قابل کنترل: 10-30μm بهینه است. قطرات خیلی خوب (<5μm) are prone to volatilization and loss, while those that are too coarse (>50μm) منجر به اختلاط ناهموار و تاخیر در احتراق می شود.

2. توزیع اندازه ذرات یکنواخت: ضریب تغییرات (CV)<15%, avoiding inconsistent combustion-enhancing effects due to differences in droplet size.

3. غیر-گرفتگی و خوردگی-مقاوم: مناسب برای حمل و نقل طولانی مدت الکل، جلوگیری از گرفتگی ناخالصی ها و نشت خوردگی.

4. مصرف انرژی کم و ایمنی بالا: اتمیزه شدن در دمای اتاق،-گاز حامل فشار کم، طراحی ضد-استاتیک، مناسب برای الکل های قابل اشتعال.

5. استفاده از مواد بالا: بدون پاشیدن، بدون اسپری بیش از حد، میزان استفاده بیشتر از یا مساوی 90٪، کاهش از دست دادن الکل. III. اصل فناوری پاشش اتمیزه التراسونیک برای الکل ها

هسته پاشش اتمیزاسیون اولتراسونیک بر اساس اثر پیزوالکتریک معکوس و اصل شکست موج مویرگی است. این به نیروی مکانیکی فشار بالا نیاز ندارد و برای ویژگی‌های ویسکوزیته کم و فراریت بالا الکل‌ها مناسب است:

1. تبدیل انرژی: مبدل سرامیکی پیزوالکتریک داخل سر اتمیزه کننده سیگنال‌های الکتریکی با فرکانس بالا (20-120 کیلوهرتز) دریافت می‌کند و ارتعاش مکانیکی محوری را در همان فرکانس (20 کیلوهرتز=20000 بار در ثانیه) ایجاد می‌کند.

2. تشکیل فیلم مایع: مایع الکلی از طریق یک کانال جریان دقیق به سطح انتهایی ارتعاشی سر اتمیزه منتقل می‌شود و یک فیلم مایع یکنواخت به اندازه میکرون- تحت ارتعاش-فرکانس بالا تشکیل می‌دهد.

3. شکست موج مویرگی: انرژی ارتعاش امواج مویرگی پایدار را روی سطح فیلم مایع ایجاد می کند. هنگامی که انرژی از کشش سطحی الکل فراتر رود، تاج های موج "پاره می شوند" و به قطرات یکنواخت میکرون-می شکنند.

4. تحویل قطرات: یک گاز حامل فشار پایین (نیتروژن/هوای خشک، 0.02-0.08 مگاپاسکال) به طور یکنواخت قطرات را به محفظه اختلاط یا بستر می‌رساند و آماده‌سازی اتمیزه‌سازی کمک احتراق را تکمیل می‌کند.

این فرآیند در دمای اتاق و فشار کم، بدون سایش مکانیکی عمل می کند و کاملاً با خواص فرار و قابل اشتعال الکل ها مطابقت دارد. به طور همزمان، اندازه قطرات را دقیقاً کنترل می کند و از اختلاط یکنواخت شتاب دهنده احتراق اطمینان حاصل می کند.

 

• سناریوهای قابل اجرا: اتمیزه کردن درشت در مقیاس صنعتی- و پیش اختلاط شتاب دهنده های احتراق الکل، که در آن راندمان بالا بر یکنواختی اندازه ذرات بالا اولویت دارد.

هد اتمیزه کننده متمرکز/همگرا (فرکانس بالا 60-120 کیلوهرتز)

اصل ساختاری: کانال جریان آلیاژ تیتانیوم دقیق + مبدل پیزوالکتریک با فرکانس بالا. کانال جریان انقباضی گاز حامل را همگرا می کند و قطرات را به یک پرتو باریک متمرکز می کند (عرض اسپری 10-20 میلی متر).

 عملکرد اتمیزه کردن: اندازه ذرات 5-20μm، CV<10%, excellent uniformity; flow rate 0.1-10mL/min, precisely controllable;

سازگاری با الکل: ★★★★★ (بهینه)

مزایا: ارتعاش با فرکانس بالا 10 قطرات 20 میکرومتری تولید می کند که کاملاً با اندازه بهینه ذرات کمک احتراق مطابقت دارد. اندازه ذرات یکنواخت، بدون قطرات بیش از حد ریز، کاهش تبخیر الکل. آلیاژ تیتانیوم + PTFE مهر و موم شده، مقاوم در برابر خوردگی-و ضد استاتیک-. نرخ جریان کم دقیق و قابل کنترل-، مناسب برای فرمولاسیون های ریز افزودنی.

معایب: حجم اتمیزاسیون کمتر، طراحی تک سر-برای دسته های فوق-بزرگ مناسب نیست (چند واحد را می توان به صورت موازی متصل کرد).

سناریوهای قابل اجرا: آماده سازی تصفیه شده، فرمولاسیون کمی دقیق، و پوشش یکنواخت بهبود دهنده احتراق مبتنی بر الکل-میانگین تا{{1}بالا-. ایده آل برای خطوط تولید آزمایشگاهی و آزمایشی.

 

(III) پراکندگی/فن-سر اتمیزه شکل (فرکانس متوسط ​​40-60 کیلوهرتز)

اصل ساختاری: طراحی کانال جریان گرداب، پراکندگی چرخشی گاز حامل، قطرات خارج شده در یک الگوی فن-شکل/سیکلون، عرض پاشش 20-250 میلی متر.

عملکرد اتمیزه کردن: اندازه ذرات 10-30 میکرومتر، CV 10-15٪، سرعت جریان 1-40 میلی لیتر در دقیقه، مناسب برای اسپری در سطح وسیع.

سازگاری با الکل: ★★★★☆

مزایا: ارتعاش با فرکانس متوسط ​​10- قطرات 30 میکرومتری تولید می‌کند که برای نیازهای کمک احتراق مناسب است. پاشش پهن-، مقدار اتمیزه شدن متوسط، مناسب برای تولید مداوم- دسته ای متوسط. مواد مقاوم در برابر خوردگی{5}، مناسب برای استفاده طولانی مدت از الکل.

o معایب: قطرات لبه کمی درشت تر هستند، یکنواختی کمی کمتر از نوع فوکوس است. گاز حامل فشار کم-به کنترل دقیق نیاز دارد تا از رانش قطرات جلوگیری شود.

سناریوهای قابل اجرا: تولید متوسط-دسته ای مستمر وسایل کمکی احتراق الکل، اختلاط و پراکندگی سطح وسیع-، یک راه حل سازش کارایی و یکنواختی را متعادل می کند.

(V) مقایسه پارامترهای اصلی چهار نوع هد اتمیزه کننده (بعد سازگاری با الکل)

جدول V. نتیجه‌گیری‌های انتخاب و توصیه‌های فرآیند برای الکل-بهبود دهنده‌های احتراق مبتنی بر اتمیزه کردن سر

 

(I) نتیجه گیری انتخاب
با ترکیب ویژگی‌های ویسکوزیته و فراریت کم الکل‌ها با اندازه ذرات بهینه (30-10 میکرومتر)، یکنواختی بالا و نیاز فراریت پایین بهبود دهنده‌های احتراق، اولویت‌های انتخاب مشخص هستند:

1. انتخاب اول: هدهای اتمیزه کننده فوکوس کننده/همگرا (60-120 کیلوهرتز) برای آماده سازی تصفیه شده بهبود دهنده های احتراق متوسط-تا{4}بالا{7}}، با اندازه قطرات 10-20 میکرومتر، یکنواختی عالی، مقاومت در برابر خوردگی، کاهش خوردگی بسیار عالی، کاهش خوردگی بسیار مناسب، مناسب هستند. آنها برای خطوط تولید آزمایشگاهی و آزمایشی بهینه هستند. برای دسته های بسیار بزرگ، سرهای اتمیزه کننده چندگانه می توانند به صورت موازی به هم متصل شوند تا یکنواختی و کارایی را متعادل کنند.
2. انتخاب دوم: هدهای اتمیزه کننده (40{3}}60 کیلوهرتز) با اندازه قطرات 10-30 میکرومتر، سرعت جریان متوسط، راندمان پاشش در سطح وسیع و بازدهی عالی، برای تولید مداوم دسته‌ای متوسط- مناسب هستند. آنها یک راه حل مصالحه رایج در خطوط تولید صنعتی هستند.
3.-اختلاط درشت حجم: هدهای اتمیزه کننده نوع مبدل لانگژیوان-(20{4}}40 کیلوهرتز) برای پیش اختلاط-حجمی زیاد وسایل کمکی احتراق پایین، با تأکید بر راندمان اتمیزاسیون ساده، نیازهای یکنواختی و نگهداری پایین، با تأکید بر راندمان اتمیزه‌سازی ساده و نیازهای یکنواختی برای نگهداری پایین، مناسب هستند.
4. توصیه نمی شود: سرهای اتمیزه کننده توری میکرو متخلخل قطرات بسیار ریز تولید می کنند که منجر به تبخیر قابل توجه الکل و خطر بالای گرفتگی می شود. فقط برای برنامه‌های ویژه میکرو-مناسب است.

 

(II) توصیه های تطبیق فرآیند

1. انتخاب مواد: آلیاژ تیتانیوم برای قسمت های تماس سر اتمیزه و به دنبال آن فولاد ضد زنگ 304 ترجیح داده می شود. PTFE باید برای مهر و موم استفاده شود تا از خوردگی الکل جلوگیری شود.

2. تطبیق فرکانس: 80-100 کیلوهرتز برای متانول/اتانول (نوع فوکوس) ترجیح داده می‌شود. برای الکل های با ویسکوزیته بالا مانند ایزوپروپانول، فرکانس را می توان به 40-60 کیلوهرتز کاهش داد (نوع پراکندگی).

3. کنترل گاز حامل: از نیتروژن (بی اثر) به جای هوا، در فشار 0.03-0.06MPa برای کاهش اکسیداسیون و تبخیر الکل استفاده کنید.

4. طراحی ضد-تخلیه: خنک شدن-در دمای پایین محفظه اتمیزه کننده (10-15 درجه) فاصله انتقال قطرات را کوتاه می کند و از دست دادن تبخیر را کاهش می دهد.

5. حفاظت ایمنی: تجهیزات ضد استاتیک زمین هستند، محفظه اتمیزه مهر و موم شده است، و زنگ هشدار گاز قابل احتراق برای قرار دادن ویژگی های قابل اشتعال الکل ها ارائه شده است.

 

VI. خلاصه
هسته آماده سازی کمک احتراق مبتنی بر الکل، اتمیزه کردن دقیق، یکنواخت و کم- است. فناوری پاشش اتمیزه کردن التراسونیک کاملاً برای ویژگی های ویسکوزیته کم و فراریت بالا الکل ها مناسب است و انتخاب سر اتمیزه کننده بسیار مهم است. هدهای اتمیزه کننده متمرکز/همگرا (60-120 کیلوهرتز) به دلیل اندازه ذرات قابل کنترل، یکنواختی بالا و افت تبخیر کم، انتخاب بهینه برای آماده سازی تصفیه شده بهبود دهنده های احتراق مبتنی بر الکل- هستند. انواع مبدل پراکنده و لانگوین به ترتیب برای سناریوهای اتمیزه کردن درشت مقیاس متوسط- و-مناسب هستند. انواع توری میکرو متخلخل به دلیل تبخیر شدید برای مصارف صنعتی توصیه نمی شوند. همراه با اقدامات پشتیبانی فرآیند، کیفیت اتمیزه کردن را می توان بیشتر بهبود بخشید، و از راندمان احتراق و ایمنی بهبود دهنده های احتراق مبتنی بر الکل اطمینان حاصل کرد و یک راه حل فنی کارآمد و قابل اعتماد برای آماده سازی صنعتی افزودنی های سوخت پاک ارائه کرد.