ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГОМОГЕНИЗАЦИИ В КАЧЕСТВЕ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ

Введение
Процесс гомогенизации представляет собой операцию измельчения и диспергации частиц для получения полностью гомогенной структуры. Экстремальное уменьшение размеров частиц дисперсной фазы приводит к достижению целого ряда существенных преимуществ для получаемых продуктов, таких как полное устранение или существенное замедление процесса разделения фаз, что позволяет достичь более высокого уровня стабильности продукта, улучшенной структуры продукта, повышения органолептических характеристик и сохранения свойств.
Ультразвук используют в качестве катализатора в интенсификации физико-химических явлений в жидкостях. Кавитация, возникающая в ультразвуковом поле, содействует ускоренному смешиванию жидкостей. Между разными жидкостями пограничные слои разрушаются, а процессы, происходящие в этих слоях, значительно прибавляют скорость.
Эффект гомогенизации достигается на основе таких факторов, как:
 Резкий рост скорости и турбулентности потока;
 кавитация, играющая важную роль в процессе измельчения частиц;
 ударение на большой скорости частиц продукта об отражательное кольцо, которые испытывают при этом большое напряжение среза.
В настоящее время невозможно представить себе получение большого числа продуктов без операции обработки в гомогенизаторе. Перечень такого рода продуктов весьма обширный и постоянно пополняется новыми областями применения гомогенизаторов и новыми продуктами.
Цели дипломной работы:
 получение тонкодисперсной водотопливной эмульсии;
 подобрать оптимальную частоту для получения устойчивой гомогенной структуры;
 определение перспектив использования соответствующей технологии.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
 выполнить теоретическое обоснование перспективности применения водотопливной эмульсии на основе мазута марки М 100 и воды;
 провести теоретические исследования получаемого водомазутного топлива при различных технологических режимах работы оборудований;
 провести ряд экспериментов на лабораторных установках и найти идеальные параметры на ультразвуковом оборудовании для получения однородности смеси;
 провести сравнительный анализ относительно дисперсности среды на разных оборудованиях;
 провести экологические и экономические исследования перспектив применения обводненного гомогенного топлива.
Научная новизна работы заключается:
 в проведении экспериментов в рамках лаборатории кафедры НГДиНХ с целью получения водотопливной эмульсии;
 в нахождении оптимальных режимов работы (оптимальной частоты) ультразвуковой установки для получения гомогенной эмульсии на основе мазута и воды;
 в проведение микроскопических исследований структуры полученного топлива с помощью микроскопа Zeiss Axio Observer в лаборатории НОЦ «Нанотехнологии».
 рассмотрена экономическая целесообразность применения водотопливной композиции.
 

Содержание

Введение 4
1 Общая часть 6
1.1 Постановка проблемы 6
1.1.1 Структура водотопливной эмульсии 6
1.1.2 Деэмульгирование системы 7
1.2 Решение проблемы 9
1.2.1 Способы получения ВТЭ 12
1.2.2 Применение ультразвуковой гомогенизации 15
1.2.3 Классификация водотопливных эмульсий 17
1.2.4 Устойчивость эмульсии 18
1.2.5 Механизм сгорания водомазутной эмульсии 20
2 Технологическая часть 25
2.1 Области применения гомогенизатора 25
2.2 Ультразвуковой гомогенизатор 28
3 Экспериментальная часть 31
3.1 Получение водотопливной композиции и обработка данных 32
3.1.1 Приготовление водотопливной эмульсии на установке ЭЛ-1 32
3.1.2 Приготовление водотопливной эмульсии на установке И10-840 33
3.1.3 Приготовление водотопливной эмульсии совмещенным методом 34
3.1.4 Обработка полученных данных 35
3.2Сравнительная характеристика 35
3.2.1Сравнительный анализ проб относительно диаметра 36
3.2.2 Сравнительный анализ проб относительно площади 42
3.2.3 Совмещенная характеристика дисперсности частиц 45
3.3 Повторный анализ проб 48
4 Промышленная безопасность 51
4.1 Требования безопасности при проведении экспериментальных работ в лаборатории 53
4.1.1 Средства индивидуальной защиты 53
4.1.2 Правила пожарной безопасности в лаборатории 53
4.1.3 Правила электробезопасности в лаборатории 55
4.1.4 Правила безопасной работы с химическими веществами 55
4.1.5 Мероприятия по оказании первой помощи в лаборатории 56
4.2 Требования к защите от ультразвука 57
5 Экономическое обоснование целесообразности использования водотопливных эмульсий 58
Заключение 63
Список литературы 64

Цели дипломной работы:
 получение тонкодисперсной водотопливной эмульсии;
 подобрать оптимальную частоту для получения устойчивой гомогенной структуры;
 определение перспектив использования соответствующей технологии.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
 выполнить теоретическое обоснование перспективности применения водотопливной эмульсии на основе мазута марки М 100 и воды;
 провести теоретические исследования получаемого водомазутного топлива при различных технологических режимах работы оборудований;
 провести ряд экспериментов на лабораторных установках и найти идеальные параметры на ультразвуковом оборудовании для получения однородности смеси;
 провести сравнительный анализ относительно дисперсности среды на разных оборудованиях;
 провести экологические и экономические исследования перспектив применения обводненного гомогенного топлива.
Научная новизна работы заключается:
 в проведении экспериментов в рамках лаборатории кафедры НГДиНХ с целью получения водотопливной эмульсии;
 в нахождении оптимальных режимов работы (оптимальной частоты) ультразвуковой установки для получения гомогенной эмульсии на основе мазута и воды;
 в проведение микроскопических исследований структуры полученного топлива с помощью микроскопа Zeiss Axio Observer в лаборатории НОЦ «Нанотехнологии».
 рассмотрена экономическая целесообразность применения водотопливной композиции.

Список литературы
1. ГОСТ 12.0.004-2015 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Организация обучения безопасности труда. Общие положения. – Введ. 2017-03-01. – М.: Изд. ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». – 2015. – 77 с.
2. ГОСТ 12.1.003-2014 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Шум. Общие требования безопасности. – Введ. 2015-11-01. – М.: Изд. ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». – 2015. – 27 с.
3. ГОСТ Р 13.3.047-2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.– 2006. – 64 с.
4. ГОСТ 12.4.009-83 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание (с Изменением N 1). – Введ. 01-01-1985. – М.: ИПК Издательство стандартов, – 2005. – 8с.
5. ГОСТ 12.4.113-82 *(2016) Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Работы учебные лабораторные. Общие требования безопасности. – Введ. 1983-07-01. – М.: «Государственный комитет СССР по стандартам». – 1982. – 8 с.
6. ГОСТ IEC 61010-1-2014 Безопасность электрических контрольно-измерительных приборов и лабораторного оборудования. Часть 1. Общие требования. – Введ. 2015-09-01. – М.: Изд. ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». – 2015. – 130 с.
7. ГОСТ IEC 61010-2-020-2013. Безопасность электрических контрольно-измерительных приборов и лабораторного оборудования. Часть 2-020. Частные требования к лабораторным центрифугам. – Введ. 2015-09-01. – М.: Изд. ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». – 2014. – 26 с.
8. ГОСТ 10585-2013. Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия. – Введ. 01.01.2015. – М.: Стандартинформ, 2014. – 12 с. (Межгосударственный стандарт)
9. ГОСТ 12.3.002-2014 Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения. – Введ. 2016–01–07.– М.: Стандартинформ, 2015. – 34 с. (Межгосударственный стандарт).
10. ГОСТ 12.2.051-80 (2013) Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Оборудование технологическое ультразвуковое. Требования безопасности.-2017.-12с.
11. ГОСТ Р 12.4.213-99 (ИСО 4869-3-89) Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Средства индивидуальной защиты органа слуха. Противошумы. Упрощенный метод измерения акустической эффективности противошумных наушников для оценки качества.-2015.-76с.
12. ПНД Ф 12.13.1-03 Методические рекомендации. Техника безопасности при работе в аналитических лабораториях (общие положения). – М: Министерство природных ресурсов РФ. – 2003. –30 с.
13. ТОИ Р-112-19-95 Типовая инструкция по охране труда для лаборантов химического анализа на предприятиях нефтепродуктообеспечения
14. РД 34.44.215-96. Методы определения качества водомазутных эмульсий используемых в виде жидкого котельного топлива. Введ. 1996-12-14. – М.: Департаментом науки и техники РАО ЕЭС РФ. -1996 – 32 с.
15. Вережников В.Н. Избранные главы коллоидной химии / В.Н. Вережников. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2011. –237 с.
16. Воликов А.Н. Сжигание жидкого и газообразного топлива в котлах малой мощности / Автореф. дис. канд. техн. наук. - Л.: Недра, 1989. – 160 с.
17. Волощук. В.М. Процессы коагуляции в дисперсных системах/ В.М. Волощук, Ю.С. Седунов, - М.:Гидрометеоиздат, 1975. –320 с.
18. Грег С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / С. Грег, К. Синг. – М.: Изд. «Мир», 1970. – 407 с.
19. Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллодиов и тонких пленок/ Б.В. Дерягин. – М., 1986. – 145 с.
20. Захаров Л.Н. Начала техники лабораторных работ / Л.Н. Захаров – Л.: Химия, 1981 –192 с.
21. Иванов В.М. Топливные эмульсия и суспензии / В.М. Иванов, Б.В. Канторович. – М.: Металлолургоиздат.- 1963. –183 с.
22. Катин В.Д. Подготовка и сжигание водомазутных эмульсий и охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте: монография / В.Д. Катин, И.В. Вольхин. ‒ Владивосток: Дальнаука, 2010. ‒ 166 с.
23. Корягин В.А. Сжигание водотопливных эмульсий и снижение вредных выбросов / В.А. Корягин // Снижение вредных выбросов на промышленно-отопительных котельных. – 1995. №1. – 373 с.
24. Левина Е.Ю. Анализ качественных, экологических и экономических показателей водно-топливных эмульсий // Федерального государственного бюджетного научного учреждения Всероссийского научно-исследовательского института использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве / Е.Ю. Левина – 2013. – 150 с.
25. Павлов Б.П. Подготовка водомазутных эмульсий для сжигания в топочных устройствах / Б.П. Павлов, СП. Батуев, К.В. Щевелев // Повышение эффективности использования газообразного и жидкого топлива в печах и отопительных котлах. - Л.: Недра, 1983 – 216 с.
26. Ребиндер П.А. Избанные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидные химия / П.А. Ребиндер. – М.: наука, 1978. -58 с.
27. Абдилдинова А.С. Анализ возможности сжигания водомазутной эмульсии / А.С. Абдилдинова, А.А.Талтенов, Т.Б.Сулейменов, Д.К.Саржанов // Актуальные проблемы транспорта и энергетики: пути их инновационного решения/ Евразийский Национальный Университет им. Л. Н. Гумилева; Астана.- 2016. – С. 14-19.
28. Аттия М.А. Влияние структуры водотопливной эмульсии на экологические и экономические показатели дизеля / М.А. Аттия, А.Р. Кульчицкий // Двигателестроение. – 2012. № 3. –С. 16-20.
29. Васильева Е.В. Устойчивые эмульсии на микроуровне по дисперсной фазе / Е. В. Васильева, А. Б. Голованчиков, В. Н. Карев / Волгоградский государственный технический университет Волгоградский филиал Российского государственного университета туризма и сервиса / ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ. – 2014. №1(128) –С. 51-54.
30. Вольхин И.В. Повышение эколого-энергетической эффективности работы котельных установок при сжигании водомазутных эмульсий / И.В. Вольхин, В.Д. Катин // Владивосток: ДВГТУ, 2003. ‒ Вып. 134. ‒ С. 61‒52.
31. Вольхин И.В. Совершенствование технологии подготовки к сжиганию водотопливных эмульсий / И.В. Вольхин, В.Д. Катин // Исследования в области естественных наук/ Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. – 2013 - №1. – С. 27-31.
32. Головко В.М. Гомогенизация топлива и топливных смесей // Промышленная и экологическая безопасность. - 2015. НГН №3. – С. 76-78.
33. Дунин А.Ю. Ультразвуковой диспергатор для получения дизельных топливных эмульсий / А.Ю. Дунин, Р.И. Нигметзянов, Д.С. Фатюхин, А.И. Дубинин, А.Н. Ливанский, В.Д. Титков // Вестник МАДИ. – 2012. №1. – С. 76-81.
34. Забродин А.Г. Анализ физико-механических свойств мазута и устройство для его эффективной подготовки и сжигания / А. Г. Забродин, С. Я. Алибеков, А. В. Маряшев,Р. С. Сальманов, С. С. Филимонов // г. Йошкар-Ола. – 2013.– С. 226-230.
35. Зверева Э.Р. Улучшение реологических свойств топочных мазутов / Э.Р. Зверева, И.А. Мутугуллина, Р.В. Зиннатуллина, А.Р. Хабибуллина // Проблемы энергетики. – 2012. № 7-8. – С. 28-33.
36. Иванов А.С. Водотопливная эмульсия для двигателей внутреннего сгорания / А.С. Иванов // Агроинженерия. – 2009. № 4. – С. 66-67.
37. Катин В.Д. Разработка нового устройства для подготовки к сжиганию обводнённого мазута в котельных предприятий железнодорожного транспорта / В.Д. Катин, И.В. Вольхин // Дальневосточный государственный университет путей сообщения. – 2015. №3. – С.120-124.
38. Кожевников Ю.А. Разработка и исследование установки приготовления композитного котельного биотоплива из отходов животноводческих ферм и нефтехозяйств // Технологии и средства механизации сельского хозяйства. – 2014. – С. 21-24.
39. Парсаданов И.В. Применение водотопливной эмульсии в автотракторном дизеле. Энергетические и экономические показатели. (Часть II) / И. В. Парсаданов, А. А. Теплицкий, И. Н. Карягин и др. // Двигатели внутреннего сгорания. – 2011. № 2. – С. 121-123.
40. Петрушенко Ю.Я. Ультразвуковая технология получения водомазутных эмульсий/ Ю.Я. Петрушенко, В.К. Ильин // Энергетика Татарстана. – 2010. №1. – С. 35-38.
41. Пчелин В.А. Гидрофобные взаимодействия в дисперсных системах/В.А. Пчелин. – М.: Знание, 1974. – С.12-15.
42. Сумм. Б.Д. Объекты и методы коллоидной химии в нанохиии / Б.Д. Сумм, Н.И. Иванова // Успехи химии, 2002. – Т.57, №10. – С.1018 – 1028.
43. Федорова У.Д. Эффективность использования водо-мазутных эмульсий в котельных агрегатах / У.Д. Федорова, Е.А. Лебедева // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5-1. – С. 184-186.
44. Яминский В.В. Коагуляционные контакты в дисперсных системах / В.В. Яминский. – М.: Химия, 1982. – С.56-57.
45. Hielscher – Ультразвуковая технология [Электронный ресурс] https://www.hielscher.com/ru/homogenize_01.htm (дата обращения 11.04.2018).
46. Гомогенизация топлива установками УСБ [Электронный ресурс] https://globecore.ru/products/smesevye-benziny-kompaundirovanie-t/poluchenie-gomogenizirovannogo-topli.html (дата обращения 11.04.2018).