微乳柴油实验报告汇总Word文档下载推荐.docx

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同时由于乳化水的蒸发作用，均衡了燃烧时的温度场，从而抑制了NOx的形成，达到节能环保的目的。

2.3掺混效应

微爆产生的爆炸波冲破了包围在火焰周围的CO2、N2惰性气体层，促使空气形成强烈的紊流，紊流使空气和柴油蒸汽在燃烧室内做更均匀的分布，同时温度场也变得更加均匀，从而加快了燃烧速度，减少了后燃现象，避免了在燃烧区间的局部高温而产生的热解和裂化，使燃烧完全。

2.4抑制NO的生成

NO的生成主要有三个重要途径:

（1）由空气中的NO2在高温区反应生成的热反应NOx;

（2）火焰面上生成的活性NOx;

③燃料中氮元素生成的燃料NOx。

因此，生成的NO可分为温度型NOx和燃料型NOx，其中以温度型NOx为主。

影响NO生成的因素有:

可燃混合物的组成，燃料在反应区停留时间，燃料温度和工作压力等。

根据J.B.Howcr机理，NOx的生成速度为:

d[NOx]/dt=A·

exp[-Ea/RT]·

[N2]·

[02]1/2

可见无论在内燃机或是其它燃烧装置上，NOx的生成量与反应温度呈指数关系增加。

如果空燃比高，燃烧强度大，反应温度高，停留时间长，NOx则急剧增加。

燃烧乳化油时，由于水滴汽化、产生微爆均需吸热，由此可降低气缸工作温度，防止燃烧火焰局部高温，缩短燃烧时间，而且油掺水燃烧改善了空气和燃料混合比例，可以用较小的过量空气系数，即[N2]、[02]浓度大幅度降低，从而显著降低温度型和燃料型NOx的生成，抑制NOx对环境的污染。

3.水-柴油微乳液的配制与研究方法

对微乳柴油的研究通常包括为微乳燃油配方选择合适的表面活性剂和助表面活性剂，并考察各组分对可增溶水量的影响，确定最佳的微乳燃油配方比例。

然后针对微乳柴油体系，通过相图、电导、NMR、FT-IR、分子光谱、荧光光谱、黏度法、电子显微镜等方式研究微乳液的结构,并进行燃烧性能与尾气排放量测定。

3.1拟三元相图的研究方法

研究平衡共存的相数、组成和相区边界最方便、最有效的工具就是相图。

在等温等压下三组分体系的相行为可以采用平面三角形来表示，称为三元相图。

对四组分体系，需要采用立体正四面体。

而四组分以上的体系就无法全面的表示。

通常对四组分或四组分以上体系，采用变量合并法，比如固定某两个组分的配比，使实际独立变量不超过三个，从而仍可用三角相图来表示，这样的相图称为拟三元相图。

对柴油微乳液的研究可采用拟三元相图的方法研究,相图绘制简单，根据相图可以初步推测体系的结构状态,能够比较直观地反映微乳体系相的变化,当体系有液晶相、凝胶相出现时,也能对微乳液及其相边界进行直观表示。

在表面活性剂和助剂含量一定情况下，将水往油中滴加，水量很少时为油包水型的球形微乳液，继续滴加水，水与油的比例将会变动，体系发生这样的变化:

对称性水的球体一不对称性柱体一层状结构一水为外相的各种结构，最终为对称性油的球体，这是体系内部引力变动而引起各种结构迭变的结果，而研究此方面最方便有效的工具就是相图，因此，表面活性剂相图的研究一直受到人们的关注。

也可以在水量一定的情况下，将复合表面活性剂往油中滴加，通过观察体系相的状态的变化以及体系中物质的重量比，通过拟三元相图的绘制，研究体系中物质的相溶性以及形成微乳液的条件。

本实验采用此种方法进行乳化柴油的绘制。

（2）电导法

电导行为是微乳液的重要性质之一。

关于微乳液的电导研究,基本上围绕微乳液体系的导电行为和根据电导测量研究微乳液体系的相行为。

尽管电导测量不能直接反映各种条件对微乳液粒子的大小的影响,但微乳液的电导率在某种程度上反映了微乳液的结构，例如W/O或O/W结构，因此，通常可通过对微乳体系电导率的测定判别微乳体系的结构。

4.实验研究目的与实验内容（分两周完成）

4.1实验目的

本实验学习柴油微乳体系拟三元相图的绘制与研究方法，并根据相图，选择合适的柴油微乳液，通过氧弹卡计进行燃烧性能测定，比较柴油、微乳柴油燃烧时其燃烧效率的不同，对微乳柴油的经济与环保价值进行评价。

4.2实验试剂与仪器

实验试剂：

柴油0#、油酸（化学纯）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）（化学纯）、氨水、正丁醇

实验仪器：

燃烧热测定装置一套、充氧装置一套、万用电表、5安保险丝、1000ml烧杯

磁力搅拌器、搅拌子（中）、电导率仪氧气

电子分析天平（每组一台）；

烧杯（50ml）、250ml、

镊子、滤纸、PH试纸、玻棒、洗耳球等、胶头滴管

4.3实验内容

1.水-柴油体系配制及拟三元相图绘制（第一阶段内容）

（1）复合乳化剂配比:

油酸66.15%十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）0.91%氨水9.1%，正丁醇23.8%

（2）复合乳化剂配制：

室温下，将油酸36.5克放入100ml的烧杯中,加入5克氨水,反应15分钟后，形成乳白色膏状物，然后加入0.5克CTAB，13.2克正丁醇,在磁力搅拌器上不断搅拌，使膏状物溶解，时间15分钟，此时所得复合乳化剂清晰、透亮,放置备用。

复合乳化剂配制时间共为30分钟。

（3）柴油-水-复合乳化剂微乳液柴油的制备与拟三元相图绘制

在一定温度下（通常为室温）,称取（10g）的水-柴油,其中

[m（柴油0#）∶m（水）分别为9∶1、8∶2、6∶4、4∶6、3∶7,、2∶8,]样品，分别放在50ml烧杯中,逐渐往烧杯中滴加复合乳化剂,并不断在磁力搅拌器上搅拌至溶液刚好变澄清,静置约20min后观察,如仍透明,则记录所加复合表面活性剂的用量。

根据重量差减法记录加入的复合乳化剂重量，并根据体系中所含有的柴油、水的重量，计算柴油-水-复合乳化剂拟三元体系达到透明状态时各物质的重量%，根据各不同配比拟三元体系中各个物质的重量%，把复合乳化剂作为一个组分,另两个组分分别为油和水，绘制拟三元相图，用以观察柴油微乳液体系的相行为。

图1为水-柴油微乳体系拟三元相图示意图。

从图1可见，显示曲线右方是不共溶区域,中间为临界线,其余部分均为共溶区（即形成柴油-水-复合乳化剂微乳液柴油）。

通过拟三元相图可分析形成柴油-水-复合乳化剂微乳液燃料时不同柴油-水配比与复合乳化剂加入量的关系，并选择合适的柴油-水乳化燃料进行燃烧性能的测定与比较（具体燃烧热测定方法与原理可详见《物理化学实验》教材）。

图1柴油-水-复合乳化剂微乳液柴油的拟三元相图

（4）乳液性质测定（电导法）

以水为外相的o/w型乳状液有较好的电导性能，而W/O型乳状液的电导性能很差，实验中分别测定水、柴油以及不同配比的乳化柴油的电导率，以判定不同配比乳化柴油的结构性能，依据微乳柴油燃烧减排机理[6][7]，选择W/O型乳化柴油进行燃烧性能测定。

2.乳化柴油燃烧热的测定（第二阶段内容）

通过对乳化柴油的燃烧热的测定，掌握燃烧热的定义，学会测定物质燃烧热的方法，

了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别；

了解氧弹卡计的主要部件的作用，掌握氧弹卡计的量热技术；

熟悉雷诺图解法校正温度改变值的方法。

（1）量热法与氧弹量热装置及结果表示方法

量热法是热化学研究的基本实验方法，氧弹量热计的基本原理为能量守恒定律。

样品完全燃烧放出的热量促使卡计及周围的介质（本实验用水）温度升高，测量介质燃烧前后体系温度的变化值，可求算该样品的恒容燃烧热。

柴油为石油分馏产品,其中各烃分子所含碳原子数不同,通常以测定柴油燃烧过程中Qv的变化来衡量柴油燃烧效率的大小。

在氧弹量热计与环境没有热交换情况下，其关系式为：

m样QV=W（卡计+水）•ΔT–m（点火丝）•Q（点火丝）

m样为柴油的质量（克）；

Qv为柴油的恒容燃烧热（焦/克）；

W（卡计+水）为氧弹卡计和周围介质的热当量（焦/度），其表示卡计和水温度每升高一度所需要吸收的热量，W（卡计+水）一般通过经恒重的标准物如苯甲酸标定.苯甲酸的恒容燃烧热为26459.6焦/克。

△T为柴油燃烧前后温度的变化值。

m（点火丝）为点火丝的质量，Q（点火丝）为点火丝（铁丝）的恒容燃烧热，其值为6694.4焦/克。

在实验过程中无法完全避免“热漏”现象的存在，因此，实验中必须经过雷诺作图法或计算法校正柴油燃烧前后温度的变化值。

通过

（1）式，计算柴油燃烧的恒容热效应Qv（焦/克）。

为了避免平行测定中称量的差异对实验的影响，可通过△T/m（K/g）（单位质量柴油燃烧引起温度的变化值）或Qv/g（J/g）（单位质量柴油燃烧放出的热量），研究柴油和微乳柴油燃烧效率的不同；

通过△T/△t（K/s.g）（即单位时间每克柴油燃烧时燃烧温度随时间的变化率）研究柴油和微乳柴油燃烧速率的不同。

具体实验原理、方法和雷诺作图法详见《物理化学实验》中“燃烧热测定实验”。

（2）柴油与乳化柴油燃烧性能测定

实验中选择柴油0#、W/O乳化柴油（9：

1；

8：

2）作为燃烧体系，分别将约1.0克燃油体系放入坩埚，将铁丝接在氧弹卡计的两极上，并将铁丝浸没柴油中，向氧弹量热计中充以氧气，弹内的氧气压力冲至0.9Mpa,在燃油不完全燃烧的条件下,通过测定燃烧过程中△t、△T值以及燃烧残渣的重量，计算Qv/m、△T/m（K/g）、△T/△t（K/s），比较柴油与乳化柴油的燃烧效率以及燃烧速率不同，并对燃烧结果进行评价。

6.实验数据处理与结果讨论

6.1柴油乳化体系拟三元相图绘制

1）复合乳化剂配比：

表一复合乳化剂配比

试剂

油酸66.15%

氨水9.1%

CTAB0.91%

正丁醇23.8%

质量/g

36.5

5.0

0.5

13.2

2）实验数据记录如下：

（质量单位：

g）

表二拟三元相图绘制所需实验数据记录以及数据处理

样品配制

样品

烧杯

40.6709

44.2823

43.5643

34.0465

42.6104

柴油

4.5022

4.0022

3.0110

1.9938

0.9994

水

0.5017

1.0344

2.0230

3.0296

4.0181

乳化剂用量记录

9：

6：

4：

2：

样品+转子

49.1883

51.4947

50.7681

43.5422

49.8680

样品+转子+乳化剂

51.3533

54.7199

55.2460

47.4136

52.8290

乳化剂用量

2.165

3.2252

4.4779

3.8714

2.961

三相图绘制数据整理

柴油用量

3.011

水用量

2.023

总质量

7.1689

8.2618

9.5119

8.8948

7.9785

柴油百分比

0.628018

0.484422

0.316551

0.224153

0.125262

水百分比

0.069983

0.125203

0.212681

0.340603

0.503616

乳化剂百分比

0.301999

0.390375

0.470768

0.435243

0.371122

3）

共溶区

不共溶区

柴油-水-复合乳化剂微乳液柴油的拟三元相图：

图一柴油-水-复合乳化剂微乳液柴油的拟三元相图

4）分析：

由拟三元相图可以看到，不共溶区相对较宽，实验所配制的复合乳化剂乳化效果差强人意，并不理想。

经分析，可能导致该现象的原因如下：

◆因乳化剂各成分的称取是采取“先称取，后转移”的方式，在转移过程中存在一定误差

◆由于颜色观察差异，可能在溶液变为亮黄色之后仍继续加入乳化剂

放置一周后，油水比例为9:

1、8:

2的乳化柴油并未出现浑浊，说明实验所制作的乳化柴油质量符合要求，可进行下一阶段实验。

6.2柴油0#、乳化柴油燃烧效率测定

6.2.10#柴油燃烧热测定：

1）实验数据记录：

表三0#柴油燃烧热测定相关实验数据记录以及数据处理