超声乳化生物燃油/柴油工艺、机理及装置的优化研究

发布时间：2023-04-22 03:03

　　当前,面对石化能源短缺和环境污染的双重压力,寻找可再生能源已成为全球研究的热点,以秸秆等农林废弃物制取生物燃油,既可以降低燃油成本,又可使废弃物得到资源化利用,但生物燃油具有热值低、含水含氧量高、酸性等特点,离大规模工业应用还有一段距离,然而,以超声波为外加能量,通过添加乳化剂和助乳剂的方式将生物燃油与柴油按一定比例混合,制成清洁环保的混合燃油,即可提高燃油热值,改善其物化特性,又可增加稳定性,但目前关于生物燃油乳化的研究多集中在乳化剂、助乳剂等乳化体系的选择上,针对超声控制参数的研究十分有限,并存在超声作用强度表征不一、优化结果差异甚远的现象,且从未针对超声激励波形展开过探讨,同时也缺少对影响乳化效果的多因素多指标的相关分析,更缺乏用于超声控制参数优化的试验设备和满足该乳化工艺参数的超声装置。本文在超声空化动力学分析基础上,设计了国内首台用于超声参数优化的试验装置,通过实验和模型分析的方法对生物燃油／柴油乳化工艺参数进行优化,同时对超声乳化作用机理进行研究,以期获知超声乳化装置的设计参数和运行条件,并应用以容器内含气泡液体介质为基础的驻波理论对中试装置进行优化设计,最后通过制取的生物...

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外生物燃油发展现状
        1.2.1 国外生物燃油发展现状
        1.2.2 国内生物燃油的发展现状
        1.2.3 农林废弃生物质—生物燃油发展的新热点
    1.3 生物燃油提质研究进展及存在问题
        1.3.1 生物燃油提质必要性
        1.3.2 生物燃油提质方法
    1.4 超声乳化生物燃油/柴油的研究进展及存在问题
    1.5 超声乳化反应装置的研究进展及存在的问题
    1.6 课题研究背景、主要内容及技术路线
        1.6.1 课题研究背景及课题来源
        1.6.2 主要研究内容
        1.6.3 技术路线
2 超声空化动力学分析与试验装置的研究
    2.1 超声空化机理
        2.1.1 超声空化效应
        2.1.2 超声空化动力学模型
        2.1.3 最大空化泡半径
        2.1.4 空化泡崩溃时间
    2.2 超声波作用下气泡运动特征分析
        2.2.1 含气泡乳化液的声学模型
        2.2.2 乳化液中的气泡模型
    2.3 超声乳化生物燃油/柴油的主要影响因素
        2.3.1 乳化体系因素
        2.3.2 超声系统因素
    2.4 可变参数超声波乳化仪的研究
        2.4.1 现有反应器存在的问题及设计思想
        2.4.2 可变参数超声波乳化仪总体结构设计
        2.4.3 可变参数超声乳化反应仪的运行特征
    2.5 本章小结
3 生物燃油/柴油最佳乳化体系的试验研究
    3.1 试验材料与方法
        3.1.1 试验材料与试剂
        3.1.2 试验仪器
        3.1.3 试验方法
        3.1.4 乳化稳定性评定方法
    3.2 试验结果与分析
        3.2.1 乳化剂种类对乳化稳定性的影响
        3.2.2 最佳HLB值
        3.2.3 乳化剂含量的影响
        3.2.4 助乳剂种类及含量的影响
        3.2.5 生物燃油含量的影响
        3.2.6 乳化温度的影响
        3.2.7 正交试验设计
        3.2.8 正交试验结果与分析
    3.3 本章小结
4 超声乳化生物燃油/柴油控制参数优化及作用机理分析
    4.1 试验材料与方法
        4.1.1 试验材料与仪器
        4.1.2 试验方法
        4.1.3 超声乳化作用效果评定指标
    4.2 超声乳化生物燃油/柴油控制参数单因素试验
        4.2.1 超声频率对乳化油稳定性的影响
        4.2.2 反应容器内超声功率密度的影响
        4.2.3 超声作用时间对乳化油稳定性的影响
        4.2.4 超声激励波形对乳化油稳定性的影响
    4.3 超声乳化生物燃油/柴油参数优化研究
        4.3.1 响应面法优化分析
        4.3.2 响应面试验设计
        4.3.3 响应面优化设计实验结果分析
        4.3.4 最优超声控制参数的确定和验证
    4.4 超声乳化生物燃油/柴油作用机理研究
        4.4.1 机械作用机理
        4.4.2 空化作用机理
    4.5 本章小结
5 生物燃油/柴油超声乳化中试装置的优化设计
    5.1 超声波换能器的优化设计
        5.1.1 复合式压电换能器工作频率和材料的选择
        5.1.2 复合式压电换能器径向振动等效电路
        5.1.3 复合式压电换能器谐振频率方程
        5.1.4 换能器各部件尺寸与频率的Matlab仿真计算
        5.1.5 换能器样品试验
    5.2 超声乳化反应器结构的优化设计
        5.2.1 混合燃油中的声传播方程
        5.2.2 不同容器内声传播方程
        5.2.3 超声乳化反应器计算模型
        5.2.4 换能器与反应器连接的设计
    5.3 超声乳化中试装置的整体设计
    5.4 年产4000吨混合燃油超声乳化生产线的设计
        5.4.1 单元反应器的设计
        5.4.2 其他设备的选择
        5.4.3 连续作业式超声乳化生产线的设计
        5.4.4 控制系统设计
    5.5 本章小结
6 生物燃油/柴油混合燃油理化特性及台架实验分析
    6.1 生物燃油/柴油混合燃油的理化特性分析
    6.2 生物燃油/柴油混合燃油的稳定性分析
    6.3 台架实验分析
        6.3.1 试验台架布置
        6.3.2 试验设备
        6.3.3 试验台架搭建
        6.3.4 试验步骤
    6.4 试验结果分析
        6.4.1 柴油机燃用混合燃油的经济性分析
        6.4.2 柴油机燃油混合燃油的排放特性分析
        6.4.3 混合燃油对柴油机运行情况分析
    6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3796785