hỗn hợp chất nhũ hũa vàchất ổn định nhũ phù hợp cho hệ

Đáng quan tâm hơn cả là các khí thải của loại động cơ chạy với nguyên liệu diesel và xăng.. Khi sử dụng, ta tiết kiệm được 1/ 3 lượng nhiên liệu và nồng độ khí CO2 sinh ra trong khí thải

LỜI MỞ ĐẦU

Ô nhiễm không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trongthành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, có mùi khóchịu, gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường sinh thái

Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cá thế giới chứkhông phải riêng của một quốc gia nào Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõrệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật Hàng năm con người khai thác và

sử dụng hàng tỉ tấn than đỏ, dầu mỏ, khí đốt Đồng thời cũng thải vào môi trường mộtkhối lượng lớn các chất thải khác nhau, làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lênnhanh chóng

Đáng quan tâm hơn cả là các khí thải của loại động cơ chạy với nguyên liệu diesel

và xăng

Ngày nay trên thế giới có xu hướng diesel húa các loại động cơ, nhiên liệu diesel sẽđược sử dụng ngày càng nhiều hơn so với nhiêu liệu xăng Cụ thể theo thống kê ở Mỹ có tới94% động cơ chạy bằng nguyên nhiên liệu diesel, ở Việt Nam là 21,7% Sỡ dĩ là do động cơnày có những ưu điểm vượt trội so với động cơ xăng như momen xoắn cao, bền, đặc biệt làkhả năng duy trì công suất trong những điều kiện hoạt động rộng Chi phí để sản xuất nhiênliệu diesel cũng rẽ hơn rất nhiều so với nhiêu liệu xăng do nú không phải sử dụng các quátrình chế biến phức tạp Khi sử dụng, ta tiết kiệm được 1/ 3 lượng nhiên liệu và nồng độ khí

CO2 sinh ra trong khí thải động cơ diesel ít hơn so với động cơ xăng ở điều kiện vận hànhtương đương

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm này chúng ta không thể không bàn về nhữngnhược điểm mà động cơ này gây ra đối với con người và môi trường sinh thái đó là hàmlượng NOx, PM, CO, muội, …trong khí thải rất cao Đã có rất nhiều điều luật được ban hànhnhằm giảm tải hàm lượng khí thải sinh ra bởi động cơ diesel như : Liên minh Châu Âu đãban hành điều luật Euro 4 có hiệu lực năm 2005 yêu cầu giảm PM trong khí thải tới 90% chocác đời động cơ diesel mới, ở Mỹ cơ quan bảo vệ môi trường EPA có ban hành điều luậtHDE 2007 là động cơ diesel phải giảm hàm lượng PM trong khí thải từ 85 – 90% còn

NOx phải giảm trên 25 – 30%

Để thực hiện được những yêu cầu nghiêm ngặt đối với môi trường, có rất nhiềubiện pháp đã được đề nghị như: sử dụng thiết bị bẫy hạt, bộ xúc tác oxy húa,

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

xúc tác có tính lựa chọn (SCR), bộ thiết bị tuần hoàn khí thải (ERG), sử dụngnhiên liệu sinh học biodiesel thay thế cho nhiên liệu thông thường…Nhược điểm của cácphương pháp này là đắt, kết cấu của động cơ bị thay đổi, biện pháp sử dụng thiết bị bẫyhạt thì sử dụng cho động cơ diesel cỡ nhỏ Đứng trước những thực trạng khó khăn nhưvậy, thay vì phải đi tìm một giải pháp phức tạp chúng ta bắt trước sự thành công của hailoại nhiên liệu nhũ tương đã được sử dụng phổ biến là: nhũ tương dầu FO và nhũ tươngbitum chẳng có lý do gì để ngăn cản chúng ta chế tạo loại nhũ tương diesel để thay thếcho nhiên liệu diesel cả.

Loại nhũ tương này cũng đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và sảnphẩm của nú cũng đã được thương mại húa như: PuriNOx của tập đoàn Lubrizol (Mỹ),Aquazole của Totalfinaele (Phỏp)…, và sử dụng ngoài thực tế: toàn bộ hệ thống xe buýt

ở London đã chuyển sang sử dụng loại nhiêu liệu này từ năm 203, các loại xe tải đườngdài ở California cũng vậy

Vì vậy việc hoàn thiện phẩm cấp của nhiên liệu diesel trở nên cấp thiết hơn baogiờ hết Để góp phần giải quết vấn đề này, chúng em đã tiến hành nghiên cứu hệ nhũtương nước - diesel, một dạng nhiên liệu sạch với mong muốn sẽ đáp ứng được nhu cầucủa con người về an toàn môi trường

 Mục đích đề tài

Đề tài nghiên cứu về vấn đề đưa nước vào nhiên liệu diesel ở dạng nhũ tươngnhằm giảm khói thải độc hại của động cơ diesel, gây độc hại đối với sức khỏe cộng đồngnhư giảm lượng khí NOX, cặn và cải thiện được hiệu quả cháy của nhiên liệu giúp môitrường trong sạch hơn Ngoài những ưu điểm đó, phương pháp này có quá trình thực hiệnmột cách đơn giản, cùng với đó là việc sử dụng nhiên liệu trong động cơ diesel mà khôngcần bất cứ sự thay đổi nào của động cơ

Trong đồ án này chúng em tập trung nghiên cứu tìm ra hỗn hợp chất nhũ hũa vàchất ổn định nhũ phù hợp cho hệ, tỉ lệ tối ưu của chúng, tìm cách đưa thêm phụ gia chứaoxy để hổ trợ quá trình cháy tốt hơn, cũng như xác định hàm lượng nước tối ưu đưa vào

mà nhiên liệu vẫn ổn định trong một thời gian dài Có thể nói đây là một nhánh nghiêncứu quan trọng trong nỗ lực tìm kiếm nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường đangđược chú ý rất nhiều ở nước ta

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

Chương I

TỔNG QUAN Lí THUYẾT

I.TỔNG QUAN VỀ NHIấN LIỆU DIESEL.

I.1 Nguồn gốc, đặc điểm và thành phần.

I.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm

Nhiên liệu dieslel là một trong những sản phẩm của quá trình chưng cất dầu thô, được

sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel – một loại động cơ rất phổ biến trong công nghiệp

và giao thông vận tải Có thể nói, nhiên liệu diesel ngày càng chiếm một vị trí quan trọngtrong đời sống hàng ngày nhờ những ưu điểm của nú, xu hướng phát triển trên thế giớihiện nay đó là diesel húa các loại động cơ

Khi so sánh nhiên liệu diesel (hay còn gọi là dầu diesel) với một loại nhiên liệu phổbiến khác là xăng, chúng ta dễ dàng nhận ra những sự khác biệt Chúng có mùi khác nhau

và diesel nặng hơn cũng như có độ nhớt (tinh dầu) lớn hơn xăng, tỷ trọng của diesel là

850 g/ l trong khi của xăng vào khoảng 720 g/ l, nhỏ hơn 15% Do vậy, ở điều kiệnthường, diesel bay hơi chậm hơn xăng – nhiệt độ sôi của diesel thậm chí còn thấp hơn cảcủa nước Khi cháy trung bình 1 lít nhiên liệu diesel tỏa ra khoảng 40, 9 MJ còn xăng chỉ

là 34, 8 MJ, cũng nhỏ hơn 15% Điều này kết hợp với công suất cao hơn của động cơdiesel,giải thích vì sao động cơ diesel lại đi được quãng đường xa hơn động cơ xăngtrong khi tiêu hao cùng 1 lượng nhiên liệu

I.1.2.Thành phần.

Diesel chưng cất từ dầu thô chứa khoảng 75% các hidrocacbon no (chủ yếu là parafin,iso- parafin và xycloparafin),25% còn lại là các hidrocacbon thơm (naphtalen vàalkybenzen) Nú còn được gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt độ sôi từ 250 đến

n-350 oC ở áp suất khí quyển(cú thể mở rộng hay thu hẹp tựy yêu cầu sản xuất) Do bản chấtcủa quá trình cháy trong động cơ diesel nên cấu tử tốt nhất cho nhiên liệu diesel là cáchidrocacbon n-parafin Các hidrocacbon dạng naphten và mạch nhánh có chất lượng kémhơn và kém nhất là các hidrocacbon thơm

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

Ngoài ra, trong nhiên liệu diesel còn có chứa một số phụ gia nhằm cải thiện chấtlượng nhiên liệu như phụ gia cải thiện trị số xetan, phụ gia chống đông đặc…

I.2.Phân loại nhiên liệu diesel.

Chất lượng của các loại diesel buôn bán trên thị trường phụ thuộc rất nhiều vào côngnghệ lọc dầu và nguồn gốc chất lượng của dầu thô.

• Phân loại nhiên liệu diesel dựa theo số vòng quay của động cơ

và trị số xetan của nhiên liệu :Theo cách phân loại này, có 2 nhóm nhiên liệu diesel :

- Nhóm 01 : Nhiên liệu diesel dùng cho động cơ cao tốc, phân

thành 2 loại nhiên liệu :

 Loại super : có trị số xetan bằng 50 và phạm vi độ sôi 180đến 320 oC được dùng cho động cơ tốc độ cao như xebuýt, xe hàng, xe tải Loại này thường được sản xuất từphân đoạn gasoil chưng cất trực tiếp

 Loại thường : có trị số xetan bằng 52 nhưng phạm vi độsôi rộng hơn, từ 175 đến 345 oC, thường được sản xuấtbằng cách pha trộn theo những tỷ lệ hợp lý các phân đoạnnaphtan, kerosene và gasoil nặng của các dây chuyền chếbiến sâu như cracking, hydrocracking Nhiên liệu nàycũng dùng cho động cơ siêu tốc,nhưng chất lượng kém hơnloại super

- Nhóm 02 : Nhiên liệu diesel cho động cơ tốc độ thấp cũng đòi hỏi có những tiêu

chuẩn chất lượng tương tự nhiên liệu cho động cơ cao tốc, tuy vậy trị số xetan của chúngkém hơn, chỉ bằng 40 đến 50, độ bay hơi thấp, điểm sôi cuối cao hơn

• Phân loại nhiên liệu diesel theo hàm lượng lưu huỳnh :

• Theo TCVN 5689- 1997, dựa vào hàm lượng lưu huỳnh có thể phân chia nhiên liệu diesel thành 2 loại như sau :

 Nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 0, 5 % khối lượng,ký hiệu là DO 0, 5 % S

 Nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh từ lớn hơn

0, 5 đến 1, 0 % khối lượng, ký hiệu là DO 1% S

I 3 Quá trình cháy trong động cơ diesel.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

Bên cạnh những ưu điểm đã đề cập ở trên, động cơ diesel còn có những nhược điểmnhư gây tiếng ồn, nồng độ các khí NO , PM, CO … trong khí thải tương đối cao (so với

nhiên liệu xăng) gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người Các khínày được tạo ra do các yếu tố nhiệt động học của quá trình cháy nhiên liệu trong động

cơ Để hiểu rõ bản chất cháy của các loại nhiên liệu này trước hết chúng ta phải xem xétnguyên lý làm việc của động cơ diesel

I 3 1 Nguyên lý làm việc.

Động cơ diesel cũng làm việc theo nguyên tắc 04 kỳ như động cơ xăng, nhưng khácđộng cơ xăng ở chỗ : Trong động cơ xăng : hỗn hợp nhiên liệu và không khí được bốccháy sau khi nến điệm điểm lửa ; còn ở động cơ diesel, hỗn hợp nhiên liệu được đưa vàoxylanh, ở đó không khí đã được nén trước và đã có nhiệt độ cao, nhiên liệu sẽ tự bốccháy

Động cơ xăng có tỷ số nén thấp hơn so với động cơ diesel (tỷ số nén là là tỷ số giữathể tích của xylanh khi piston nằm ở vị trí điểm chết dưới so với phần thể tích chết ở phầntrên) Với động cơ xăng, tỷ lệ đó là từ 7/ 1 đến 11/ 1, còn động cơ diesel là từ 14/ 1 đến17/ 1 ; Vì vậy động cơ diesel có công suất lớn hơn động cơ xăng trong khi tiêu hao cùng

1 lượng nhiên liệu

Hình 1: Mô tả buồng đốt của động cơ diesel

• Nguyên tắc :

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

Hành trình động cơ diesel theo 04 chu kỳ : hút, nén, cháy, thải Khi piston đi từ điểmchết trên xuống điểm chết dưới, van nạp mở ra, không khí được hút vào xylanh ; sau đóvan nạp đóng lại ; piston lại đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, thực hiện quá trìnhnén không khí Do bị nén, áp suất tăng, dẫn đến nhiệt độ tăng, có thể tới 500 đến 700 C

Khi piston đến gần điểm chết trên, nhiên liệu được phun vào xylanh (nhờ bơm caoáp) dưới dạng sương, khi gặp không khí ở nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy Khi cháy, áp suấttăng mạnh đến đẩy piston từ vị trí điểm chết dưới thực hiện quá trình dón nở sinh công cóích và được truyền qua hệ thống thanh truyền làm chạy máy Piston sau đó lại đi từ điểmchết dưới lên điểm chết trên để thải sản phẩm cháy ra ngoài qua một van thải và tiếp tụcthực hiện hành trình mới

I.3.2 Bản chất của quá trình cháy.

Nhiên liệu sau khi phun vào xy lanh không tự cháy ngay, mà phải có một thời gian đểoxy húa sâu các hydrocacbon trong nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, có khảnăng tự bốc cháy Khoảng thời gian đó gọi là thời gian cảm ứng hay thời gian cháytrễ Thời gian cảm ứng càng ngắn càng tốt, lúc đó nhiên liệu sẽ cháy điều hũa Nhưvậy, để có thời gian cháy trễ ngắn thì nhiên liệu phải có nhiều các chất n- parafin, vì cáccấu tử này dễ bị oxy húa, tức là rất dễ tự bốc cháy Còn các iso - parafin và các hợp chấthydrocacbon thơm khó bị oxy húa nên thời gian cháy trễ dài, khả năng tự bốc cháy kém

I 4 Quá trình hình thành khí thải trong động cơ diesel.

I 4 1 Độc tố và khói khí xả.

Tất cả các động cơ đốt trong nói chung và động cơ diesel nói riêng đều gây tiếng ồn

và làm bẩn môi trường, đặc biệt là khí xả

• Khí xả động cơ diesel : Trong thành phần của khí xả gồm có các chất không tham gia vào quá trình cháy, sảnphẩm cháy hoàn toàn và không hoàn toàn nhiên liệu và oxit nitơ Hàm lượng % theo thểtích của chúng như sau :

Bảng 1 : Thành phần khí thải trong động cơ diesel (% thể tích)

Oxit nitơ 0, 002 0, 5

• Độc tố của khí xả

Độc tố của khí xả được xác định bằng hàm lượng các chất oxi nitơ, oxit cỏcbon,anđờhớt, hydrocỏcbon mạch hở và hydrocỏcbon mạch vòng, khí sunfurơ có trong khíthải

Oxit nitơ là loại độc tố nguy hiểm nhất Chúng hình thành trong cơ thể con người cáchợpchất nitơ và axớt xianua (HCN), gây kích thích niêm mạc mắt và đường hụ hấp Khihàm lượng tính theo thể tích là 0, 004 0, 008 % có mặt trong môi trường sẽ gây hiện

tượng phù phổi

Oxớt cỏcbon cũng là một loại độc tố Khi hàm lượng tính theo thể tích của nú có trongmôi trường là 0,005% sau 1 giờ gây ngộ độc nhẹ, còn khi hàm lượng đến 1% thì sinh vậtbất tỉnh sau vài lần hít thở

Do độc tính cao của ụxớt nitơ và oxớt cỏcbon nên hàm lượng của chúng trong khí thảiphải hạn chế theo quy địng quốc gia cần phải tiêu chuẩn húa chất độc hại thải ra môitrường(NO hay CO) Khối lượng đơn vị của nú là tỷ số giữa khối lượng chất độc hạihình thành sau 1 giờ làm việc của động cơ diesel với công suất của nú (g/kWh)

Tương ứng tiêu chuẩn quốc gia khối lượng đơn vị của oxit cỏcbon trong khí xả động

cơ diesel không được vượt quá 10 g/ kWh Giới hạn cho phép khối lượng đơn vị của oxitnitơ thay đổi từ 11 đến 29 g/ kWh

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

Anđờhớt (chủ yếu là fomalđờhớt và acrụlein) bổ sung cho khí xả mùi khó ngửi Theothứ tự độc tố thì chúng xếp sau NO Hàm lượng cho phép của fomalđờhớt (HCHO)trong không khí giới hạn khoảng 6 mg/ m , còn acrụlein giới hạn khoảng 0, 25 mg/ m

Hàm lượng của chúng trong khí xả tăng lên ở các chế độ tải nhỏ và không tải khi nhiệt độcực đại của môi chất trong xylanh giảm xuống

Cỏcbua hydro cũng là chất độc hại, một số trong chúng xả ra môi trường gây nên sương

mù Cỏcbua hydro được hình thành trong vùng có hàm lượng oxy nhỏ, cũng như gần vớivách lạnh của buồng cháy Nếu khí xả có màu trắng hay màu xanh lam thì chứng tỏ trong

đó có cỏcbua hydro

Bồ hóng hay hình thành từ cacbon của nhiên liệu diesel, là kết quả của quá trình cháykhông hoàn toàn cục bộ Nếu xét bồ hóng đơn thuần như một tạp chất cơ học trong khíquyển thì mức độ gây ô nhiễm môi trường của nú không đáng kể Chính hydrocỏcbonthơm mạch vòng (PAH) được hấp thụ trên bề mặt bồ hóng có khả năng gây ung thư mớiđáng quan tâm

Oxit lưu huỳnh hình thành trong quá trình cháy nhiên liệu có lưu huỳnh, đó cũng làđộc tố Khi hàm lượng của nú có trong môi trường tính theo thể tích 0, 0007 0, 001 %

sẽ tác động xấu lên cuống họng, còn khi hàm lượng là 0,4% sinh vật sẽ chết ngay sau 3giây

• Khói trong khí xả : Chủ yếu được hình thành bởi hàm lượng muội trong khí xả Muội hình thành do sựphân rã các phân tử nhiên liệu dưới tác động của nhiệt độ cao khi thiếu oxy Muội tạothành trong khí xả động cơ diesel có dạng hạt vô định hình, có kích thước khoảng 0, 4

0, 5 m Phần lớn muội cháy hết trong quá trình giãn nở muội cháy hết nhờ tăng cường

tạo rối khí nạp trong xylanh

Với hydrocacbon mạch thẳng thì tốc độ hình thành các hạt muội tăng lên khi tăng khốilượng phân tử Khuynh hướng hình thành muội lớn nhất đối với các hydrocacbon thơm, cònhình thành muội nhỏ nhất đối với hydrocacbon no (parafin thường)

Đo khói theo tiêu chuẩn quốc gia được thực hiện nhờ thiết bị đo khói quang điện Giátrị tới hạn của khói trong khí xả động cơ diesel ứng với tiêu chuẩn quốc

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

gia phụ thuộc vào suất tiêu hao không khí, dm / s Khi giảm suất tiêu hao khí đến giới

hạn cho phép thì khói tăng lên Khói khí xả được xác định trong quá trình nghiên cứu thửnghiệm động cơ diesel Hạn chế khói không chỉ theo quan điểm bảo vệ môi trường, màcòn bảo vệ động cơ Một phần muội rơi vào dầu bôi trơn, phủ lên mặt xylanh, làm bẩndầu bôi trơn Muội có trong khí xả là một trong các nguyên nhân phá hỏng xupap

xả Khối lượng chất lắng đọng trên piston và thời gian đến lúc kết cốc trong rãnhxộcmăng phụ thuộc vào khói khí xả Mặt khác, tăng khói khí xả chứng tỏ cháy khônghoàn toàn, nên giảm hiệu suất chỉ thị động cơ

Có nhiều giả thiết khác nhau về sự hình thành NO nhưng cơ chế Zeldovich mở rộngđược ứng dụng rộng rãi nhất Cơ chế này bao gồm 03 phản ứng thuận nghịch :

O + N NO + N (1)

N + O NO + O (2)N+ OH NO + H (3)

Các hằng số phản ứng được cho trong bảng sau :

Bảng 2 : Các hằng số phản ứng trong giai đoạn hình thành khí

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

dưới tác dụng của áp suất cao, bề dày màng lửa rất bé và tồn tại trong thời gian rất ngắnnên đại bộ phận NO hình thành trong màng lửa Tuy nhiên, chính bộ phận NO hình thànhtrong màng lửa mới có khả năng tạo ra những chất của họ NO Từ những phân tích trên

đây, chúng ta nhận thấy tốc độ hình thành NO chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ của môichất và nồng độ oxy

• Cơ chế hình thành NO :

NO hình thành trong màng lửa sẽ nhanh chóng phản ứng với gốc

HO (chất trung gian của quá trình cháy) để biến thành NO

theo phản ứng :

NO + HO NO + OH (4)Tuy nhiên, NO tồn tại không bền vững trong khu vực nhiệt độ

cao, nú dễ dàng biến thành NO :

NO + O NO + O (5)

Vì vậy, khi động cơ làm việc ở chế độ không tải hay chế độ tải thấp, khu vực hìnhthành NO được làm mát bởi sự vận động của dũng khí nhiệt độ thấp trong buồng cháynên phản ứng (5) không diễn ra, do đó nồng độ NO gia tăng

Ở điều kiện làm việc bình thường, NO chiếm tỷ lệ rất thấp trong động cơ xăng nhưng

trong động cơ diesel, tỷ lệ này có thể đạt đến 30%

• Cơ chế hình thành protoxide nitơ N O :

Protoxide nitơ chủ yếu trong khu vực màn lửa dưới tác dụng của NO và các chất trung gian của vật cháy như NH, NCO :

NH + NO N O + H (6) NCO + NO N O + CO (7)

Vì trong khu vực oxy húa có sự hiện diện của các nguyên tử hydro tự do nên N O nhanh chóng bị phân hủy :

N O + H NH + NO (8)

c/ Cơ chế hình thành bồ hóng :

Trong ngọn lửa khuyếch tán, bồ hóng hình thành chủ yếu trong khu vực nhiệt độ cao

và giàu nhiên liệu Trong buồng cháy của động cơ diesel, bồ hóng hình thành ở khu vực

có nhiệt độ khí trong khoảng 1000 1800 K, áp suất buồng cháy nằm trong khoảng 50

100 atm Thời gian cần thiết để hình thành một hạt bồ hóng trong những điều kiện đótrong khoảng vài mili giây Nồng độ bồ hóng phụ thuộc nhiều vào chất lượngphun Đường kính hạt nhiên liệu càng lớn nồng độ bồ hóng càng cao Lượng bồ hóngthoát ra ngoài động cơ là kết quả cân bằng giữa quá trình tạo bồ hóng và oxy húa bồhóng

Bồ hóng được đặc trưng bởi nồng độ thể tích Fv (m3/ m3), nồng độ hạt N (hạt/ m3) vàđường kính trung bình của hạt d (m)

• Quá trình tạo bồ hóng :

- Tạo hạt cơ sở : Phản ứng ngưng tụ của các chất khí trong quá trình cháy làm xuất hiện các hạt nhân

bồ hóng Các chất khí có khả năng tạo bồ hóng gồm có hydrocacbon không bão hũa, đặc biệt là axetylen và hydrocacbon thơm mạch vòng (PAH) Các hạt nhân ban đầu đều có đường kính rất bé (nhỏ hơn 2nm) , nồng độ thể tích của bản than chúng có thể bỏ qua nhưng chính chúng là cơ sở để phát triển thành bồ hóng

Về mặt lý thuyết, hạt nhân của bồ hóng chỉ hình thành nếu trong phản ứng :

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

Nếu nhũ tương được hình thành bằng các lực cơ học thì lực ma sát sẽ sinh ra sự chênhlệch điện thế giữa hai pha Trong hầu hết nhũ tương dầu trong nước, các giọt dầu thườngtích điện âm

Khi chất nhũ húa được sử dụng, sự tập hợp các phân tử lên bề mặt giọt dẫn đến hiệntượng tích điện thêm hoặc đảo điện tích Khi các chất nhũ húa là ion được sử dụng thì sựthay đổi này diễn ra một cách rõ ràng Nếu chất nhũ húa là anion thì làm tăng điện tích

âm của các giọt dầu trong nhũ tương d/ n, còn chất nhũ húa là cation thì gây ra hiệntượng đảo điện tích.Nói chung, trong bất cứ trường hợp nào thì sự tích điện được tạo ratrên bề mặt các giọt nhũ đều chống lại sự lắng đọng nhũ Trong nhũ tương d/ n, khả năngtích điện trên các giọt tốt hơn trong nhũ tương n/ d

Hình 6: sự tích điện lên bề mặt giọt

II.3 2 Cấu tạo của lớp điện tích kép.

Nhũ tương ổn định hơn khi lớp màng ở bề mặt phân chia giữa hai pha tích điện Lớpđiện tích của các giọt nhũ có thể được tạo thành từ 3 cách : do quá trình ion húa, quá trìnhhấp phụ hoặc do sự tiếp xúc Khi các chất nhũ húa hấp thụ trên bề mặt các giọt, các nhóm

có khả năng hũa tan trong nước của nú bị ion húa, tạo thành lớp điện tích kép bao quanhhạt nhũ

Đối với nhũ tương được ổn định bằng các hợp chất không ion, lớp điện tích tại bề mặtgiọt không phải do sự hấp phụ các ion từ môi trường phân tán mà do sự ma sát khi cácgiọt nhũ tiếp xúc với nhau hay tiếp xúc với môi trường Điều này đã được nhiều tác giảnghiên cứu và chứng minh bằng thực nghiệm Cohen đã đưa ra quy

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

Tên húa học Loại Chỉ số HLB Ghi chú

A: anionN: không ion

Glyxerol monostearat N 3, 8

Sorbitan trilate (Span 85) N 1, 8

Sorbitan monooleat (Span 80) N 4 3

Polyoxyetylen lauryl ete N 9, 5

S : là chỉ số xà phòng húa của este

A : là chỉ số trung hũa của axit béo

- Đối với các dẫn xuất của dầu nhựa thông, sáp ong, rosin và lanolin:

HLB =

Trong đó:

E : là % khối lượng của polyoxyetylen

P : là % khối lượng của rượu đa chức

- Đối với các chất nhũ húa trong phần ưa nước chỉ gồm có các nhóm polyetylen, côngthức có thể rút gọn:

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh

Đồ án tốt nghiệpSV: Nguyễn Văn Tuấn SV: Nguyễn Văn Tuấn

ASTM D 5453