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UF膜法制备单分散乳化柴油的研究及应用

刘建  
【摘要】:乳化柴油是一种新型替代性化石燃料,常由柴油、水、少量表面活性剂及助剂构成W/O型乳化液。乳化柴油具有节能减排、降低环境污染、节约成本、提高柴油利用率等作用。 首先,本文通过测定乳液的分层体积确定了乳化过程所使用的乳化剂为Span-80和Tween-20,复配后HLB值为5.5。然后分别采用UF膜乳化法、均质法和搅拌法制备了W/O型乳化柴油考察了不同制备方法对乳液稳定性的影响,对比了在达到相同乳液品质时乳化剂的用量。此外,研究了UF膜法制备乳化柴油过程中的各工艺参数如乳化剂量、膜面剪切力、跨膜压差、乳化温度等对乳液分散系数、液滴尺寸、表面张力等的影响规律;进一步研究了Dean涡流模型在UF膜法制备乳化柴油过程中的作用,考察了螺径、螺距等模型参数对乳化过程的影响,并研究了Dean涡流效应对强化膜面剪切力,降低膜面污染,提高膜通量等方面的作用;最后通过对运行方式、跨膜压差、乳化温度、膜面流速等过程条件与膜通量及膜过程阻力系数的关系的研究,确定了膜乳化法工业化生产过程的最优条件。针对乳化过程中出现的膜通量降低等问题,提出了恢复膜通量的方法。结果表明:UF膜乳化法制备的乳液比传统乳化方法稳定时间提高2-2.5倍,而相同条件下乳化剂用量减少了50 %-65 %;当乳化剂浓度高于0.5 wt.%,连续相流速在2.0-5.0 m/s范围内,跨膜压差为0.02 MPa时,乳液分散系数α达到0.12-0.3,液滴尺寸为30-65 nm;在UF膜法制备乳化柴油过程中,利用Dean涡流效应能有效提高乳液品质。螺径dc及螺距b对De数及Dean涡流作用不同,螺径对De数及Dean旋流作用更明显。 同时发现,Dean涡流效应能有效抑制膜面污染层的形成,使螺旋形膜通量比直型膜的膜通量高2.5倍以上;工业生产中最佳的乳化条件为:跨膜压差0.12 MPa,乳化温度25℃,连续相流速0.66 m/s;膜通量出现降低后,先用纯水反洗30分钟,然后加入调节清洗液pH为12,循环浸泡30分钟后排空,换用含1%除油洗涤剂的纯水清洗30分钟;然后用工业乙醇浸泡1.5小时,可以使膜通量恢复率达到90 %以上。


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