乳化油及空化反应

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1、简介乳化油乳化油是由基础油加入适量的防锈剂、乳化剂而制得的一种产品。油基外 观在常温下为棕黄色全浅褐色半透明均匀油体。根据用途不同分为1号、2号、3号、4号。其中：1号防锈性较好，2号清洗性较好，3号极压性较好， 4号是透明型的（适用于特种要求的金属加工冷却亦可作内燃机冷却液）。 乳化油与水按一定比例混合，调制成乳化液，具有防锈、清洗、极压性能， 适用于金属加工、切削等过程中作为冷却液使用。编辑本段主要用途乳化油主要用于综采工作面的液压支架中。液压支架是综采工作面的 关键设备之一，它由立柱、油缸、顶梁、底座、各种控制阀及 管路组成， 它的支撑、升降、移动、推溜和过载保护都是借助压力液体一一高含

2、水液 压液，在一定结构的管路和控制元件组成的系统中流动，来实现能量的传 递和转化。适用于金属加工的黑色、有色金属工件进行多工位加工和常用机床的 车、钻、镗、铰、功丝、压延的工序的高速、高精度切削、并能提高刃具 耐用度和切削效率。编辑本段性能解析通过专用设备进行乳化通常所说的乳化油是将燃油（汽油、柴油或重油）70%90 %加水近 30%10 % （质量乳化油比，下同），再加添加剂0.5 %1 %，而后通过专用设备进行乳化。使油液 成为油包水型分子基团，该分子基团的颗粒一般为0.510仇m，颗粒越小、 越均匀，乳化油的稳定期越长，一般16个月，乳化油的油水分离即破乳， 破乳后将失去其性能。燃烧过程

3、的物理作用即所谓“微爆”理论乳化油燃烧过程的物理作用即所谓“微爆”理论。油包水型分子基团， 油是连续相，水是分散相。由于油的沸点比水高，受热后水总是先达到沸 点而蒸发或沸腾。当油滴中的压力超过油的表面张力及环境压力之和时， 水蒸气将冲破油膜的阻力使油滴发生爆炸，形成更细小的油滴，这就是所 说的微爆或称二次雾化。爆炸后的细小油滴更容易燃烧。因此，油液燃烧 的更完全，使内燃机或油炉达到节能之效果。化学作用即水煤气反应。许 多文献在谈到乳化油节能、降污的原因时，指出了水煤气反应的重要性。 在缺氧条件下，燃料中由于高温裂解产生的碳粒子，能与水蒸气反应生成 CO和H2，使碳粒子能充分燃烧，提高了燃烧率，

4、降低了排烟中的烟尘含量， 经环保部门检测，烟度可降低50%。减轻大气污染和节约能源的双重效果通过上述的微爆及水煤气反应，乳化油燃料可获得减轻大气污染和节 约能源的双重效果。但是获得此双重效果是有条件的。例如，柴油机使用 乳化柴油，在气缸内高压条件下，由于油滴蒸发速率受到抑制，因此，延 长了油滴的蒸发时间。油滴中的水分在此时间内不断蒸发，微爆力度相对 减弱。从微爆角度认识，柴油机不可能获得大幅度节油的效果。但在气缸 内缺氧的条件下容易得到满足，为水煤气反应创造了条件。乳化柴油在柴 油机的运行实验证明，除节能、降污的效果外，气缸不腐蚀、不磨损、不 积炭，其动力性能基本保持不变。又如，常压工业锅炉具

5、备产生微爆与水 煤气反应的双重条件，故常压工业锅炉使用乳化重油可以收到良好的效果。水在其中起到的“媒介”作用前面谈到的微爆也好，水煤气反应也好，都离不开水，水在其中起到 的作用被称为“媒介”作用。在上述过程中水不会消耗，也不会增加，它 的综合作用是使碳粒子得到充分燃烧，抑制 NOx的生成。这是否意味着掺 水越多越好呢？不然，许多实验证明，掺水量增加，柴油打火难度也增加， 甚至打不着火；掺水量增加，柴油机动力性能下降。另外，在燃烧过程中， 大量的潜热与显热被蒸气带走，增加了排烟热损失，降低了热效率。因此， 掺水量的多少十分重要，适量掺水既节能又降污，掺水量过大反而达不到 预期效果。这也是符合辩证

6、法的。掺水量的多少有个“度”，众多实验认 为这个度为10%30% （30%时打火启动比较容易）。水在起媒介作用的同时， 高温、高压的水蒸气，在膨胀过程中也要做功 （即蒸汽机原理），这部分功 同油燃烧做功一样被利用。这是水的第 2个作用。粒度乳液中油包水型粒子的直径和微爆有关，对乳化液的稳定更为重要。 粒子直径愈小，油滴中水的质量减少，而油膜的表面张力相对增加，稳定 期愈长；但油滴太小，也会因上述原因使微爆力度下降。乳化柴油粒度为1 10 p m，而且5 p m的占90%是比较好的。对重油来说，乳化比较困难，但一旦乳化成功，却不容易破乳。原因 之一是水和重油的密度很接近；另外，重油中含有沥青质和

7、石蜡，它就是 一种天然乳化剂。乳化重油粒度一般为 220 p m，而且10 p m以下占90% 就可以了。编辑本段生产工艺把油、水、添加剂放在一起使之混合，并形成油包水型粒子，直径在 p m数量级，稳定期3个月乃至半年，制造起来是有一定难度的。首先是添加剂的选择。添加剂和燃油的热值、闪点、稳定期等因素均 有关系。此外，还要考虑燃油的经济性。添加剂性能很好，但若不经济， 制成的乳化油比柴油或汽油还要昂贵，显然是没有市场的，因而也是没有 前途的。我们的许多研究，不能走向市场，这恐怕是一个重要原因。因此， 添加剂的选取需要做大量的实验，从中优化出理想的添加剂配方，这个配 方视应用对象不同而有不同。乳

8、化油的制取可用机械的方法把按比例配好的油、水、添加剂进行搅 拌、剪切、混合、雾化等使粒子直径达到要求。报道中也有用机械进行初混而后通过超声的办法促使油、水、添加剂 乳化的。超声用于化学反应称为声化学，在声化学中超声乳化可加速化学反应过程，提高反应产率，避免某些副反应，降低反应条件等。超声波在 液体媒质中传播时会出现机械的、热的及空化等作用机制，对传声媒质产 生一系列的效应。超声乳化的主要优点是不用或少用表面活性剂。超声发 生器通过换能器将能量传递给油液。现已出现10 kW/h处理几千升设备。近年来也有把磁化技术用于燃油乳化的报道。编辑本段优点乳化油用于外燃与内燃设备的燃烧具有节能与降污两种效果

9、，对于轻 油与重油都具有普遍意义。限于客观条件，有时微爆与水煤气反应不能兼 得，降污效果明显，但节能效果欠佳。遇到这种情况，往往国人就持冷漠 态度。这就是80年代乳化研究进入低谷的一个原因。一些农民朋友，一看 乳化油是白色（柴油掺水），与柴油颜色不同，于是就轻易认为乳化油不好， 这种认识也带有盲目性。在国外，把降污放在了更为重要的地位，这恐怕 是应用乳化油超前于我们的一个原因。说到底降污也是一个经济问题，大 气污染了，回过头来再治理大气还是要花钱的。编辑本段未来发展人类将进入21世纪，中国作为人口大国，随着人民生活水平的提高， 能耗（估且只讲汽油与柴油）水平也在迅速提高。而天然石油的储量却是有

10、 限的，在积极探索新能源的同时，节约用油势在必行。乳化油既是节能油也是改善环境的绿色燃料油。贯彻节能与环保两大 基本国策与之有着密切的关系。当前应重视起乳化油的研究，特别是基础 理论的研究要有所突破。单纯的微爆理论与水煤气理论还不能解释众多的 异常现象，因而也限制了应用开发的突破，在实践中也要根据内燃与外燃 的需要，轻油与重油的不同优选不同的表面活性刘，形成系列产品，使乳 化油产品为我国人民服务，为人类造福，可以肯定，乳化油的应用前景是 十分广阔的。空化反应超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值 时发生的生长和崩溃的动力学过程。空化作用一般包括3个阶段

11、：空化泡的形成、长大和剧 烈的崩溃。当盛满液体的容器当通入超声波后，由于液体振动而产生数以万计的微小气泡， 即空化泡。这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区生长，而在正压区迅速闭合，从而在交 替正负压强下受到压缩和拉伸。在气泡被压缩直至崩溃的一瞬间，会产生巨大的瞬时压力， 一般可高达几十兆帕至上百兆帕。Suslick等人测得：空化可使气相反应区的温度达到5 200 K左右，液相反应区的有效温度达到1 900 K左右，局部压力在5.O5x10kPa，温度变化率 高达10K/s，并伴有强烈的冲击波和时速达400 km的微射流。这种巨大的瞬时压力，可以 使悬浮在液体中的固体表面受到急剧的破坏。通常将超

12、声波空化分为稳态空化和瞬间空化2 种类型：稳态空化是指在声强较低（一般小于10w/cm ）时产生的空化泡，其大小在其平衡尺 寸附近振荡，生成周期达数个循环。当扩大到使其自身共振频率与声波频率相等时，发生声场与气泡的最大能量耦合，产生明显的空化作用。瞬态空化则是指在较大的声强（一般大于 1Ow/cm ）作用下产生的生存周期较短的空化泡（大都发生在1个声波周期内）。超声波的广泛的运用于各个领域就是应用了其空化作用以及其空化伴随着机械效应、 热效应、化学效应、生物效应等等，机械效应和化学效应的应用，前者主要表现在非均相反 应界面的增大；后者主要是由于空化过程中产生的高温高压使得高分子分解、化学键断裂

13、和 产生自由基等。利用机械效应的过程包括吸附、结晶、电化学、非均相化学反应、过滤以及 超声清洗等，利用化学效应的过程主要包括有机物降解、高分子化学反应以及其他自由基反 应。超声波空化作用的强弱与声学参数以及液体的物理化学性质有关1. 超声波强度超声波强度指单位面积上的超声功率，空化作用的产生与超声波强度有 关。对于一般液体超声波强度增加时，空化强度增大，但达到一定值后，空化趋于饱和，此 时再增加超声波强度则会产生大量无用气泡，从而增加了散射衰减，降低了空化强度。2. 超声波频率超声波频率越低，在液体中产生空化越容易。也就是说要引起空化，频 率愈高，所需要的声强愈大。例如要在水中产生空化，超声波频率在400 kHz时所需要的 功率要比在10 kHz时大10倍，即空化是随着频率的升高而降低。一般采用的频率范围 2040 kHz。3. 液体的表面张力与黏滞系数液体的表面张力越大，空化强度越高，越不易于产生空 化。黏滞系数大的液体难以产生空化泡，而且传播过程中损失也大，因此同样不易产生空化。4. 液体的温度液体温度越高，对空化的产生越有利，但是温度过高时，气泡中蒸汽压 增大，因此气泡闭合时增强了缓冲作用而使空化减弱。