Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương diesel nước ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng hơi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUỐC BÌNH NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT LIÊN TỤC NHŨ TƯƠNG DIESEL – NƯỚC ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TẠO BONG BÓNG HƠI Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa dầu Mã số: 605355 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI SỞ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ PHỊNG THÍ NGHIỆM DẦU KHÍ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày… tháng… năm 201 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN QUỐC BÌNH MSHV: 11406003 Ngày, tháng, năm sinh: 10 - 08 - 1988 Nơi sinh: Quảng Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa dầu Mã số : 605355 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LIÊN TỤC NHŨ TƯƠNG DIESEL – NƯỚC ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TẠO BONG BÓNG HƠI NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Hệ thống hóa kiến thức kỹ thuật Cavitation ứng dụng sản xuất nhũ tương Diesel – nước Nghiên cứu ảnh hưởng thiết bị Hydrodynamic cavitation lên trình tạo nhũ tương Diesel – nước Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số vận hành thông số đặc trưng kỹ thuật Hydrodynamic cavitation lên chất lượng nhũ tương Diesel – nước Đề xuất công nghệ hệ thống thiết bị sản xuất liên tục nhũ tương Diesel – nước NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài): 02/07/2012 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài): 14/12/2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS Phan Minh Tân PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phan Minh Tân thầy Nguyễn Vĩnh Khanh quan tâm sâu sắc, tận tình hướng dẫn, chỉnh sửa bổ sung nhiều kiến thức quý báu để đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp hoàn thành tốt đẹp Xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa kỹ thuật hóa học, đặc biệt thầy mơn cơng nghệ chế biến dầu khí giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn anh, bạn thực đề tài hết lòng giúp đỡ động viên để đề tài hoàn thành tiến độ Mặc dù nỗ lực việc nghiên cứu, tham khảo tài liệu thực nghiệm, nhiên khó tránh khỏi thiếu sót Kính mong q thầy cơ, anh chị, bạn bè đóng góp ý kiến quý báu để đề tài hồn thiện Cuối cùng, xin gửi lời chúc sức khỏe, thành công đến tất thầy cô bạn trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Tháng 12/2012 Sinh viên thực LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu thân, xuất phát từ nhu cầu thiết việc sử dụng tiết kiệm hiệu nguồn lượng dầu mỏ Nội dung luận văn thực sở nghiên cứu lý thuyết Cavitation ứng dụng lý thuyết vào q trình nhũ hóa nước vào Diesel nhiên liệu, hướng dẫn khoa học PGS TS Phan Minh Tân PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực thực tác giả Kết luận văn chưa công bố hình thức trước trình, bảo vệ công nhận “Hội đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa dầu” Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 12 năm 2012 Tác giả luận văn TÓM TẮT Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu dầu mỏ dần cạn kiệt, gia tăng ô nhiễm mơi trường sử dụng lượng hóa thạch, việc sử dụng tiết kiệm hiệu hạn chế chất thải độc hại sử dụng nhiên liệu vấn đề quan tâm hàng đầu Một dạng nhiên liệu thay sản xuất tương đối dễ dàng triển khai tình hình Việt Nam nhiên liệu nhũ tương Với ưu điểm trội tiết kiệm nhiên liệu giảm đáng kể lượng khí thải có hại vào mơi trường khơng khí nhiên liệu nhũ tương hướng đầy hứa hẹn Đề tài nghiên cứu đề cập tới công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương Diesel – nước sử dụng thiết bị tạo trình Cavitation theo nguyên tắc thủy động lực học Theo nước đưa vào nhiên liệu chiếm tới 15% thể tích nhũ tương, chất hoạt động bề mặt đưa vào nhằm đảm bảo thời gian tồn trữ cho nhũ tương DO Thiết bị tạo trình Cavitation theo nguyên tắc thủy động lực học thiết kế chế tạo đảm bảo tối ưu thơng số hình học nhằm tạo nhũ tương DO có chất lượng mong muốn, việc lắp đặt bố trí hệ thống thiết bị nhằm tạo nhũ tương công nghệ sản xuất liên tục Trong nghiên cứu ảnh hưởng thông số vận hành áp suất đầu vào thiết bị nhiệt độ tạo nhũ xác định Nhũ tương DO tạo nghiệm tính chất đảm bảo sử dụng cho độngc Diesel thông thường mà không cần phải thay đổi kết cấu ABSTRACT In the context of oil resources are being depleted and the increase in pollution due to the use of fossil energy, the top concern are using fuel efficiency and restricting hazardous waste An alternative fuel that can be produced relatively easily and can be deployed in Vietnam is emulsified fuel Emulsified fuel have many advantages such as increase engine efficiency and significantly reduce harmful emission into the atmosphere This research refers to the continuous production process diesel - water emulsion used hydrodynamic cavitation equipment The water is put into the fuel up to 15%, surfactants are also included to ensure the storage time of the emulsion Cavitation equipment is designed and manufactured with optimal geometric parameters in order to create DO emulsion have the desired quality The installation and system layout are done in order to create emulsion follow continuous production technology In this study the effects of operating parameters such as inlet pressure and emulsifying temperature is determined Diesel - water emulsion properties are tested to use for conventional diesel engines without structural change MỤC LỤC TĨM TẮT ABSTRACT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG TÓM TẮT i ABSTRACT Chương I: TỔNG QUAN I Đặt Vấn Đề: II Lý Thuyết Về Hệ Nhũ Tương: Phương pháp tạo hệ nhũ tương: Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền nhũ: Chất nhũ hóa: Nhũ tương nhiên liệu: II Lý Thuyết Về Quá Trình Cavitation: 10 Khái niệm Cavitaion: 10 1.1 Khái niệm: 10 1.2 Những ứng dụng tượng Cavitation: 11 1.3 Nguyên tắc tạo Cavitation: 11 1.3.1 Sử dụng sóng siêu âm: 12 1.3.2 Ứng dụng nguyên tắc thủy động lực học: 13 Cavitation theo nguyên tắc thủy động lực học (Hydrodynamic cavitation): 13 2.1 Khái niệm: 13 2.2 Mô hình Hydrodynamic Cavitation: 14 2.2.1 Số Cavitation, σ: 14 2.2.2 Mơ hình chảy rối: 14 2.2.3 Động lực học bong bóng hơi: 16 2.2.4 Kết luận: 17 2.3 Thiết bị tạo Hydrodynamic cavitation: 18 2.3.1 Tổng quan thiết bị tạo Hydrodynamic cavitation: 18 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình Hydrodynamic cavitation: 22 Chương II: MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 26 I Tình Hình Nghiên Cứu Thuộc Lĩnh Vực Đề Tài: 26 II Mục Tiêu Nghiên Cứu Của Đề Tài: 29 Chương III: THỰC NGHIỆM 31 I Nguyên Liệu Và Hóa Chất Sử Dụng: 31 II Hệ Thống Thiết Bị Tạo Nhũ Tương DIESEL – NƯỚC: 32 III Quy Trình Cơng Nghệ Tạo Nhũ Tương DIESEL – NƯỚC: 37 IV Phân Tích Tính Chất Sản Phẩm: 42 Chương IV: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 44 I Khảo Sát, Xác Định Thông Số Thiết Bị Tạo Nhũ Theo Nguyên Tắc Hydrodynamic cavitation: 44 II Ảnh Hưởng Của Điều Kiện Vận Hành Lên Chất Lượng Nhũ Tương DIESEL – NƯỚC Tạo Thành: 50 Ảnh hưởng yếu tố áp suất: 50 Ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ: 55 Ảnh hưởng số Cavitation trình Cavitation thiết bị tạo nhũ: 58 III Độ Bền Nhũ Qua Quá Trình Tồn Trữ: 61 Chương V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 I Kết Luận: 65 II Kiến Nghị: 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 67 DANH MỤC HÌNH Hình I.1 Cấu tạo nhũ tương thuận nghịch…………………………………………………2 Hình I.2 Quá trình hình thành nhũ tương…………………………………………………….4 Hình I.3 Mơ tả hạt nhiên liệu nhũ tương…………………………………………………… Hình I.4 Hiện tượng vi nổ xảy nhiên liệu nhũ tương……………………………… Hình I.5 Mơ tả thiết bị dạng rotor/stator…………………………………………………….19 Hình I.6 Hiện tượng Cavitation xảy venturi……………………………………… 19 Hình I.7 Một số thiết bị tạo trình Cavitation dạng ống venturi…………………………20 Hình I.8 Cấu tạo thiết bị dạng đĩa nhiều lỗ………………………………………… 21 Hình I.9 Một số dạng đĩa lỗ thường dùng………………………………………………… 21 Hình III.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sản xuất liên tục nhũ tương DO…………………… 33 Hình III.2 Kết cấu thiết bị khuấy trộn va đập tốc độ cao………………………………….35 Hình III.3 Cấu tạo thiết bị Hydrodynamic cavitation dạng ống venturi…………… 35 Hình III.4 Cổ co hẹp tháo rời thiết bị venturi…………………………………… 37 Hình III.5 Phần hạ lưu phân kỳ thiết bị venturi……………………………………… 37 Hình IV.1 Ảnh hưởng thay đổi tỉ lệ α tới kích thước hạt nhũ……………………… 45 Hình IV.2 Ảnh hưởng đường kính hạt nhũ lên độ nhớt nhũ tương…………………45 Hình IV.3 Ảnh hưởng thơng số β tới kích thước hạt nhũ……………………………….47 Hình IV.4 Cấu tạo thiết bị tạo trình Cavitation dạng ống venturi tiết diện trịn……… 49 Hình IV.5 Phân bố kích thước hạt nhũ mẫu nhũ tương tuần hoàn qua thiết bị tạo Cavitation áp suất khác nhau………………………………………………………… 51 Hình IV.6 Phân bố kích thước hạt nhũ mẫu nhũ tương chạy liên tục qua thiết bị tạo Cavitation áp suất khác nhau………………………………………………………… 53 Hình IV.7 Phân bố kích thước hạt nhũ mẫu nhũ tương chạy liên tục qua hai thiết bị tạo Cavitation áp suất khác nhau………………………………………………………… 53 Hình IV.8 Ảnh hưởng áp suất đầu vào thiết bị tạo trình Cavitation tới kích thước mẫu nhũ tương DO chạy liên tục qua thiết bị tạo nhũ………………………………… 55 Hình IV.9 Ảnh hưởng áp suất đầu vào thiết bị tạo q trình Cavitation tới kích thước mẫu nhũ tương DO chạy liên tục qua thiết bị tạo nhũ………………………………… 55 Hình IV.10 Ảnh hưởng nhiệt dộ lên kích thước nhũ tương DO theo quy trình liên tục qua hai thiết bị tạo nhũ áp suất đầu vào kg/cm2………………………………………………57 Hình IV.11 Biến thiên lưu lượng lỏng theo áp suất đầu bơm……………………… 59 Hình IV.12 Biến thiên số Cavitation theo áp suất đầu bơm………………………… 60 Hình IV.13 Ảnh hưởng số Cavitation lên kích thước hạt nhũ trung bình mẫu nhũ tương liên tục qua hai thiết bị tạo nhũ……………………………………………………… 61 Hình IV.14 Phân bố kích thước hạt nhũ nhũ tương Diesel – Nước mẫu C11 ban đầu sau 45 ngày tồn trữ……………………………………………………………………… 63 Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Mẫu Nhiệt độ ttách lớp (ngày) C13 C14 C15 C16 35 40 45 50 7 dhạt nước (um) 1,51 – 4,47 (3,85) 1,51 – 6,72 (4,46) η40oC (cst) 3,9 3,4 Bảng IV.10 Kích thước hạt nhũ độ nhớt mẫu nhũ tương theo quy trình liên tục qua hai thiết bị tạo nhũ nhiệt độ khác với áp suất đầu vào thiết bị kg/cm2 Từ kết ta thấy bốn giá trị áp suất đầu vào thiết bị tạo trình Cavitation khảo sát giá trị p1 = kg/cm2 cho kết mẫu nhũ tương tốt Trong 16 mẫu thử nghiệm có tới mẫu áp suất kg/cm2 không bị tách lớp sau 30 ngày tồn trữ Khoảng nhiệt độ thử nghiệm chọn theo lời khuyên công nghệ chế tạo nhũ tương DO nghiên cứu trước, [14] Ta thấy khoảng nhiệt độ từ 35 – 50 °C áp suất đầu vào thiết bị tạo q trình Cavitation kích thước hạt nhũ giảm dần theo tăng nhiệt độ, đạt giá trị nhỏ điểm tăng trở lại Điều cho thấy khả có giá trị nhiệt độ tối ưu cho hiệu trình Cavitation cao xảy thiết bị tạo nhũ Hình IV.10 Ảnh hưởng nhiệt độ lên kích thước nhũ tương DO quy trình liên tục qua hai thiết bị tạo nhũ áp suất đầu vào kg/cm2 GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 57 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Từ kết thực nghiệm thấy giá trị áp suất đầu vào thiết bị tạo trình Cavitation nhiệt độ sản phẩm nhũ tương đạt chất lượng tốt p1 = kg/cm2 Tc = 45°C Ảnh hưởng số Cavitation trình Cavitation thiết bị tạo nhũ: Như bàn luận phần tổng quan đặc tính thủy lực thiết bị tạo trình Cavitation (Venturi) mơ tả cách tính hai thơng số đặc trưng lưu lượng dòng lỏng qua thiết bị số Cavitation, σ Số Cavitation thông số khơng thứ ngun đặc trưng cho điều kiện hình thành đặc tính q trình Cavitation xảy thiết bị thủy lực, tính theo cơng thức sau:  p  pv  L.v 20 Với p2 áp suất hồi phục phía sau phần co hẹp dòng chảy, p v áp suất chất lỏng, v0 vận tốc lỏng đoạn co hẹp, ρL khối lượng riêng chất lỏng Thông thường điều kiện lý tưởng tượng Cavitation xảy σ ≤ 1, nhiên nhiều trường hợp bong bóng tạo giá trị σ lớn 1, lí diện khí khơng tan lỏng thành phần rắn vi mô lơ lửng môi trường lỏng làm giảm độ bền kéo đứt lỏng [24, 29] Sử dụng mẫu nhũ tương Diesel – nước thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng áp suất đầu vào thiết bị lên kích thước hạt nhũ qua hai thiết bị tạo q trình Cavitation bảng ta tính giá trị σ bảng IV.11 Khi tính σ giá trị khối lượng riêng nhũ tương ρL = 860 kg/m3, áp suất bão hòa nhũ tương lấy giá trị trung bình pv= kPa GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 58 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Mẫu B11 B12 B13 B14 Áp suất đầu vào thiết bị kg/cm2 12 Lưu lượng lỏng, m3/s 7,83.10-4 9.10-4 1.10-3 1,08.10-3 Áp suất lỏng hồi phục hạ lưu, kg/cm2 1 1 Vận tốc lỏng Số cổ co Cavitation, hẹp, m/s σ 20,36 0,52 23,40 0,40 26,00 0,32 28,08 0,27 Bảng IV.11 Thông số thủy lực mẫu nhũ tương DO chạy liên tục qua hai thiết bị tạo nhũ áp suất đầu vào khác Hình IV.11 Hình IV.12 biểu thị tác động áp suất cung cấp bơm, áp suất đầu vào thiết bị tạo trình Cavitation lên lưu lượng qua thiết bị số Caviation Có thể thấy số Cavitation giảm theo tăng áp suất đầu vào thiết bị, tăng áp suất đầu vào làm tăng lưu lượng dòng lỏng qua thiết bị Sự tăng số Cavitation theo tăng áp suất đẩy giải thích tăng áp suất đầu bơm lưu lượng lỏng qua thiết bị tăng lên, lưu lượng tăng đường kính cổ co hẹp không thay đổi nên vận tốc phần này, v0 tăng lên, điều làm giảm σ, theo cơng thức tính σ [24] Hình IV.11 Biến thiên lưu lượng lỏng theo áp suất đầu bơm GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 59 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Hình IV.12 Biến thiên số Cavitation theo áp suất đầu bơm Khi khảo sát ảnh hưởng số Cavitation lên hiệu q trình Cavitation ta thấy kích thước trung bình hạt nhũ mẫu nhũ tương giảm theo giảm số Cavitation mô tả hình IV.13 Tuy nhiên giảm đạt giá trị tối ưu điểm tăng trở lại, giá trị tối ưu theo đồ thị σ ≈ 0,33 Như ta biết số Cavitation thể số lượng bong bóng tạo trình Cavitation, số σ giảm số lượng bong bóng tạo tăng, xung áp suất vỡ sau tăng (xung áp suất cuối tổng áp suất vỡ riêng phần bong bóng hơi) Điều làm cho suất trình Cavitation tăng lên Tuy nhiên σ giảm tới vượt qua giá trị đó, mật độ bong bóng trở nên cao đến mức điều kiện tắc nghẽn xảy (choked cavitation) Phần hạ lưu thiết bị bị đầy hoàn toàn lượng lớn bong bóng khí, bong bóng khí nhỏ tự kết hợp với để tạo thành bong bóng khí lớn – đám mây bong bóng Các bong bóng khí lớn tách khỏi lỏng mà khơng vỡ vỡ khơng hồn toàn cách nhẹ nhàng, điều làm giảm hiệu tượng Cavitation [13, 19, 23, 24, 30, 31] Vì kết luận trường hợp thiết bị tạo q trình Cavitation có giá trị σ tối ưu cho việc đạt hiệu cao trình GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 60 Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Hình IV.13 Ảnh hưởng số Cavitation lên kích thước hạt nhũ trung bình mẫu nhũ tương liên tục qua hai thiết bị tạo nhũ III Độ Bền Nhũ Qua Quá Trình Tồn Trữ: Việc pha nước vào Diesel có ba mục đích trình bày tăng lượng nhiên liệu, tiết kiệm tiêu hao DO, giảm phát thải chất gây nhiễm mơi trường Bên cạnh đó, nhũ tương DO tạo thành với mong muốn thay DO truyền thống, nên tính chất nhũ tương DO phải đảm bảo đáp ứng tính chất DO quy định TCVN 5689:2005 Ngoài ra, nhiên liệu nhũ tương phải có độ bền nhũ tốt thời gian tồn trữ, tính chất gần khơng thay đổi q trình tồn trữ Các mẫu nhũ tương tạo qua quy trình liên tục có kích thước hạt độ nhớt đạt chuẩn thực nghiệm đo thêm thông số đặc trưng nhằm so sánh với nhiên liệu Diesel truyền thống GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 61 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Mẫu % tt nước mhhctn / mDO+nước p1 kg/cm2 Tc, °C C3 15% 2% 45 C7 15% 2% 50 C10 15% 2% 40 C11 15% 2% 45 C15 15% 2% 40 dhạt nước (um) 1,51 – 4,47 (3,79) 1,51 – 4,47 (3,52) 1,51 – 4,47 (3,96) 1,32 – 4,47 (3,38) 1,51 – 4,47 (3,85) η40oC (cst) ttách lớp (ngày) 3,7 >30 4,0 >30 3,7 >30 4,1 >30 3,9 >30 Bảng IV.12 Các mẫu nhũ tương có kích thước hạt nhũ tốt độ nhớt đảm bảo Mẫu Điểm chớp cháy cốc kín (oC) Điểm đơng đặc (oC) Nhiệt trị (MJ/kg) C3 73 < -15 38, 4521 C7 74 < -15 38, 5692 C10 75 < -15 36, 8491 C11 73 < -15 37, 7077 C15 78 < -15 36, 8661 Bảng IV.13 Một số tính chất sản phẩm nhũ tương DO Tất tính chất mẫu nhũ tương DO đạt tiêu chuẩn quy định cho Diesel truyền thống, Diesel sử dụng thí nghiệm có nhiệt trị đo 43,80 MJ/kg, tỷ trọng 0,835 Trong trình tồn trữ sản phẩm nhũ tương, tính chất xác định lại thời điểm sau 20 ngày, 30 ngày, 45 ngày tồn trữ Hai tính chất có thay đổi rõ rệt độ nhớt kích thước hạt nhũ GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 62 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Độ nhớt (cSt) Mẫu Sau 20 ngày C3 Ban đầu 3,7 3,5 3, 3,2 C7 4,0 3,9 3,6 3,4 C10 3,7 3,6 3,5 3,4 C11 4,1 4,1 3,9 3,9 C15 3,9 3,7 3,7 3,6 Sau 30 ngày Sau 45 ngày Bảng IV.14 Thay đổi độ nhớt mẫu nhũ tương DO theo thời gian tồn trữ Nhìn chung, độ nhớt nhũ tương DO giảm theo thời gian tồn trữ, điều giải thích kết tụ hạt nước xảy trình chuyển động hỗn loạn lòng nhiên liệu nhũ tương Sự kết tụ hạt nước làm giảm đáng kể mật độ hạt nước, nguyên nhân làm giảm độ nhớt nhiên liệu nhũ tương Hình IV.14 Phân bố kích thước hạt nhũ nhũ tương Diesel – nước mẫu C11 ban đầu sau 45 ngày tồn trữ Từ hình IV.14 thấy sau 45 ngày tồn trữ, kích thước hạt nhũ trung bình tăng từ 3,38 μm lên 6,02 μm, xuất hạt nhũ có kích thước 10μm chiếm tỷ lệ đáng kể (hơn 30 %) Tuy nhiên, tổng thể nhiên liệu nhũ tương C11 độ bền GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 63 Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng nhũ, xác nhận cảm quan, kích thước hạt nhũ trung bình nằm khoảng kích thước phù hợp từ ~ 10 um Các tính chất khác nhũ tương, điểm chớp cháy, tỷ trọng, điểm đông đặc, thay đổi khơng đáng kể suốt q trình tồn trữ Như vậy, thấy nhiên liệu nhũ tương Diesel – nước tạo từ hệ thống công nghệ sản xuất liên tục nghiên cứu tồn trữ thời gian lâu mà đảm bảo tính chất cần thiết để sử dụng thay cho Diesel truyền thống GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 64 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Chương V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết Luận: Đề tài nghiên cứu bước đầu hệ thống hóa lại kiến thức kỹ thuật tạo bong bóng theo nguyên tắc Hydrodynamic cavitation Từ thấy kỹ thuật đơn giản có tiềm ứng dụng quy mơ cơng nghiệp cao so sánh với kỹ thuật siêu âm Đề tài thực thực nghiệm phân tích cho thấy khả sử dụng hiệu thiết bị dạng venturi công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương Diesel – Nước Thiết bị venturi tối ưu hóa mặt kết cấu, cần hai thiết bị loại để sản xuất nhũ tương Diesel – Nước theo quy trình liên tục Nhũ tương DO sản xuất có kích thước hạt nhũ nằm khoảng 1μm – 5μm, có thơng số độ nhớt, điểm chớp cháy cốc kín, điểm đơng đặc nhiệt trị đảm bảo sử dụng thay cho DO truyền thống Trong khuôn khổ đề tài, dải thông số chọn trước bước đầu mô tả ảnh hưởng thông số đặc trưng cho trình Cavitation áp suất đầu vào thiết bị, nhiệt độ tạo nhũ, số Cavitation tới chất lượng nhũ tương DO tạo thành, từ có kết luận ảnh hưởng thông số hiệu trình Cavitation Đề tài bước đầu bố trí hệ thống sản xuất liên tục nhũ tương Diesel – Nước quy mô Pilot, bước đầu xây dựng bước công nghệ việc sản xuất liên tục nhũ tương nhiên liệu Nhũ tương DO tạo từ quy trình Pilot đảm bảo tính chất nhiên liệu thay DO truyền thống Sản phẩm nhũ tương Diesel – Nước tạo từ đề tài có lượng nước chiếm 15% thể tích nhũ tương, giá trị áp suất đầu vào thiết bị venturi tối ưu kg/cm2, giá trị nhiệt độ tạo nhũ tối ưu 45°C, số lượng thiết bị venturi cần thiết tối thiểu cho việc sản xuất liên tục nhũ tương đảm bảo chất lượng thiết bị GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 65 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng II Kiến Nghị: Nhũ tương Diesel – Nước khuôn khổ đề tài thử nghiệm số tính chất nhiên liệu, chưa có điều kiện thử nghiệm số lượng lớn động thực tế, bước thực nghiệm nhũ tương DO nên thử nghiệm động xe bus động tàu biển nhằm khảo sát khả tương thích nhiên liệu với động cơ, hiệu suất nhiên liệu hàm lượng khí thải vào mơi trường Đề tài nghiên cứu dạng thiết bị đơn giản kỹ thuật Hydrodynamic cavitation venturi tiết diện tròn, nghiên cứu nên đề xuất sử dụng dạng thiết bị phức tạp có hiệu cao venturi tiết diện chữ nhật, venturi dạng vành khuyên cấu dạng đĩa lỗ Những dạng thiết bị cho hiệu trình cao hơn, đem lại khả phân tán cao hơn, tiền đề cho việc nghiên cứu nhũ tương Diesel – Nước có hạt nhũ kích thước nanomet Nhũ tương kích thước có độ bền nhũ tốt nhiều, không cần phải đưa chất hoạt động bề mặt vào để ổn định hệ nhũ Từ kết đề tài, nên tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện hệ thống công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương Diesel – Nước quy mơ Pilot Từ tạo sở cho việc sử dụng dạng nhiên liệu vào phương tiện giao thông vận tải thiết bị công nghiệp GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 66 Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Ballester JM, Fueyo N, Dopazo C Fuel 1996;75:695 [2] Tsukahara M, Yoshimoto Y International Congress and Exposition Detroit, Feb 24–28 1992 Warrendale, PA, USA: SAE; 1992 p 71 [3] Lawson A, Vergeer EC, Mitchell EW, Dainty ED Heavy-Duty Diesel Emission Control: A Review of Technology, vol 36 Montreal, Quebec, Canada: CIM; 1986 p 238 [4] Kozinski JA Combust Flame 1994;96:249 [5] Sjogren A Proc of the 16th Symp (Int) on Combustion, MIT, Aug 15–20 1976 Pittsburgh, Pa: The Combustion Institute; 1977 p 297 [6] Abu-Zaid M Energy Convers Manag 2004;45:697 [7] Holmberg K, Jönsson B, Kronberg B, Lindman B Surfactants and Polymers in Aqueous Solution 2nd ed Chichester: Wiley; 2003 p 461 [8] Rosen MJ Surfactants and Interfacial Phenomena New York:Wiley Interscience; 1989 p.326 [9] P.R Gogate, A.B Pandit, A review and assessment of hydrodynamic cavitation as a technology for the future, Ultrason Sonochem 12 (2005) 21–27 [10] M Sivakumar, A.B Pandit, Wastewater treatment: a novel energy efficient hydrodynamic cavitational technique, Ultrason Sonochem (2002) 123–131 [11] P Braeutigam, Z.L Wu, A Stark, B Ondruschka, Degradation of BTEX in aqueous solution by hydrodynamic cavitation, Chem Eng Technol 32 (2009) 745–753 [12] Y.T Didenko, W.B McNamara, K.S Suclick, Hot spot conditions during cavitation in water, J Am Chem Soc 121 (1999) 5817–5818 [13] T.A Bashir, A.G Soni, A.V Mahulkar, A.B Pandit, The CFD driven optimization of a modified venturi for cavitation activity, Can J Chem Eng 89 (2011) 1366–1375 [14] Phan Minh Tân, Nguyễn Vĩnh Khanh, Nghiên cứu công nghệ chế tạo thiết bị sản xuất nhũ tương Diesel quy mô pilot, suất m3/h, (2010) [15] S Arrojo, Y Benito, A theoretical study of hydrodynamic cavitation, Ultrason Sonochem 15 (2008) 203–211 [16] Parag R Gogate, Cavitational reactors for process intensification of chemical processing applications: A critical review, Chem Eng 47 (2008) 515–527 GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 67 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng [17] Y Zhao, R Feng, Y Shi, M Hi, Sonochemistry in China between 1997 and 2002, Ultrason Sonochem 12 (2005) 173 [18] S.S Save, A.B Pandit, J.B Joshi, Use of hydrodynamic cavitation for large scale microbial cell disruption, Chem Eng Res Des 75 (1997) 41 [19] ZHANG Xiaodong, FU Yong, LI Zhiyi, ZHAO Zongchang, The Numerical Simulation of Collapse Pressure and Boundary of the Cavity Cloud in Venturi, J Chem Eng (China) 17(6) 896 - 903 (2009) [20] M Sivakumar, A.B Pandit, Waste water treatment: a novel energy efficient hydrodynamic cavitation technique, Ultrason Sonochem (2002) 123–131 [21] V.S Moholkar, A.B Pandit, Bubble behavior in hydrodynamic cavitation: effect of turbulence, AIChE J 43 (1997) 1641–1648 [22] P Senthilkumar, A.B Pandit, Modeling hydrodynamic cavitation, Chem Eng Technol 22 (1999) 1017–1026 [23] P Senthilkumar, M Sivakumar, A.B Pandit, Experimental quantification of chemical effects of hydrodynamic cavitation, Chem Eng Sci 55 (2000) 1633–1639 [24] P.R Gogate, A.B Pandit, Engineering design methods for cavitation reactors II: Hydrodynamic cavitation, American Institute of Chemical Engineering Journal 46/8 (2000) 1641-1649 [25] P.S Kumar, V.S Moholkar, Conceptual design of a novel hydrodynamic cavitation reactor, Chemical Engineering Science 62 (2007) 2698-2711 [26] S Arrojo, Y Benito, A theoretical study of hydrodynamic cavitation, Ultrasonics Sonochemistry 15 (2008) 203-211 [27] Amit Sharma, Parag R Gogate, Amit Mahulkar, Aniruddha B Pandit, Modeling of hydrodynamic cavitation reactors based on orifice plates considering hydrodynamics and chemical reactions occurring in bubble, J Chem Eng 143 (2008) 201–209 [28] S Mujumdar, A.B Pandit, Emulsification by ultrasound, relation between intensity and ultrasound quantity, Ind J Chem Tech (1998) 277–284 [29] Christopher Earls Brennen, Cavitation Bubble Dynamics, Oxford University Press 1995 GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 68 Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng [30] Virendra Kumar Saharan, Mandar P Badve, Aniruddha B Pandit, Degradation of Reactive Red 120 dye using hydrodynamic cavitation, Chemical Engineering Journal 178 (2011) 100– 107 [31] Virendra Kumar Saharan, Manav A Rizwani, Aqeel A Malani, Aniruddha B Pandit, Effect of geometry of hydrodynamically cavitating device on degradation of orange-G, Ultrasonics Sonochemistry (2012) [32] Richard J Farn, Chemistry and Technology of Surfactants, Blackwell Publishing, (2006) [33] Lê Thị Hồng Nhan, Bài giảng chất hoạt động bề mặt, Đại học Bách Khoa TP HCM [34] Mai Hữu Khiêm, Giáo trình hóa keo, Đại học Bách Khoa TP HCM GVHD: PGS TS Phan Minh Tân, PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh HVTH: Nguyễn Quốc Bình Page 69 ... Nguyễn Quốc Bình Page Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Nhũ tương nhiên liệu: Nhũ tương nhiên liệu loại nhũ tương nước dầu nhiên liệu,... 27 Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng Như trình bày phần Cavitation q trình có tiềm ứng dụng lớn cơng nghệ hóa học Trong kỹ thuật tạo. .. Quốc Bình Page 11 Nghiên cứu công nghệ sản xuất liên tục nhũ tương DIESEL – NƯỚC ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng 1.3.1 Sử dụng sóng siêu âm: Tiềm kỹ thuật sóng siêu âm ứng dụng rộng rãi vật lý,