2023年乳化柴油實驗報告

1、實驗目的

1.1學會柴油微乳體系擬三元相圖的繪制與研究方法，并根據(jù)相凰選擇合適的

柴油微乳液進行燃燒性能測定。

1.2通過氧彈卡計進行燃燒性能的測定，比較柴油、微乳柴油燃燒時其燃燒效

率的不同，對微乳柴油的經(jīng)濟與環(huán)保價值進行評價。

1.3通過對乳化柴油的燃燒熱的測定，掌握燃燒熱的定義，學會測定物質燃燒

熱的方法，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別。

1.4了解氧彈卡計的重要部件的作用，掌握氧彈卡計的量熱技術；熟悉雷諾圖

解法校正溫度改變值的方法。

2、實驗原理

2.1實驗背景知識

Schulman在1959年初次報道微乳液以來，微乳的理論和應用研究獲

得了迅速發(fā)展。1985年，Shah定義微乳液為兩種互不相溶的液體在表面活

性劑界面膜的作用下生成的熱力學穩(wěn)定、各向同性的透明的分散體系⑴。由于

微乳液能形成超低界面張力，具有高穩(wěn)定性、大增溶量、以及粒徑小等特殊性質，

已引起人們廣泛關注⑵。

燃料中摻水，能提高油料的燃燒效率，減少燃燒廢氣中有害氣體的含量

⑶。燃油摻水是一個既古老又新興的課題。早在一百數(shù)年前就有人使用摻水燃油。

由于油、水在表面活性劑作用下形成的W/0或0/W乳液在加熱燃燒時水蒸氣受

熱膨脹后可以產生微爆，使得燃油二次霧化燃燒更加充足，提高了燃燒效率，大

大減少了廢氣中的有害氣體的含量。但是由于一般的乳狀液穩(wěn)定期間短，易分層,

使得這一技術的應川受到了很大的限制⑷。

微乳燃料的制備比較簡樸，只需要把油、水、表面活性劑、助表面活性劑按

合適的比例混合在一起就可以自發(fā)形成穩(wěn)定的微乳燃料。微乳燃油可長期穩(wěn)定，

不分層，且制備簡樸，并能使燃燒更完全，燃燒效率高，節(jié)油率達5%?15%,

排氣溫度下降20%~60%，煙度下降40%?77%,NOx和CO排放量減

少25覽在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟效益上都有較為可觀的效果，已成為世界各國競相開

發(fā)的熱點。隨著近年來對兩親分子有序組合體研究的不斷進一步,微乳液理論在

乳化燃油領域取得了突破性進展，開發(fā)透明、穩(wěn)定、性能與原燃油差不多的微乳

液燃料成為了研究熱點。

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展與人口的急劇增長，80%?90%的空氣污染來自交通工具

排放的尾氣,柴油不完全燃燒導致的環(huán)境污染越來越受到人們的關注,根治大氣

污染已成為人類面臨的重要課題。另一方面，由于中國未來石油供需缺口將越來

越大，進口量呈逐步增大的趨勢，并且天然石油的儲備是有限的，人類面臨日益嚴

峻的能源危機。因此，如何提高燃油燃燒效率和減少環(huán)境污染，研究新型節(jié)油防

污染技術，涉及最為人們青睞并具有節(jié)能效率高,減少尾氣污染的燃料乳化以及

微乳化技術，己成為人們十分關心的問題。本著節(jié)能和環(huán)保兩個主線宗旨，各國

都在加緊對微乳燃油性能的研究。微乳柴油的性能決定著它的應用，研究微乳柴

油的性能就顯得十分重要⑸。

2.2微乳柴油與燃燒減排機理

乳化燃油與通常的乳狀液同樣，也分為油包水型(W/o)和水包油型(0/W),

在油包水型乳化燃料油中，水是以分散相均勻地懸浮在油中，被稱為分散相或內

相,燃料油則包在水珠的外層，被稱為連續(xù)相或外相。我們目前所見的大多數(shù)乳

化燃料油都為油包水型乳化燃料。乳化燃料燃燒是個復雜的過程，對其節(jié)能降污

機理較為成熟的解釋是乳化燃料中存在的“微爆”現(xiàn)象和水煤氣反映，也就是從

燃料的物理過程和化學過程來解釋。一些燃燒機理介紹如下：

2.2.1物理作用一“微爆現(xiàn)象”

二十世紀六十年代初,前蘇聯(lián)科學家伊萬諾夫等人發(fā)現(xiàn)了乳化燃料的“微

爆”現(xiàn)象，從而為乳化燃料的節(jié)能、降污機理提供了理論基礎。油包水型分子基

團，油是連續(xù)相,水是分散相，由于水沸點（100℃）低于燃油沸點（130℃以上）。

在氣缸溫度急劇升高時，水微粒先沸騰氣化,體積在萬分之一秒內瞬間增大了

1500倍左右，其氣化膨脹相稱于一次極小的爆炸。當油滴中的壓力超過油的表

面張力及環(huán)境壓力之和時。水蒸氣產生的巨大壓力將沖破油膜的束縛,無數(shù)小液

珠產生的阻力使油滴發(fā)生爆炸,油霧化成更細小的油滴。小油滴與空氣接觸的比

表面積成倍提高，形成二次燃燒的霧化條件,爆炸后的細小油滴更易燃燒,其燃燒

表面比純燃油增長了104倍左右。因此，減少了物理上的不完全燃燒和排煙損失,

提高了燃燒效率，使內燃機達成節(jié)能的效果。微爆產生的為數(shù)甚多的爆炸波，沖

破了包圍火焰面的CO2,N2惰性氣體克制層,促使空氣形成強烈的紊流，紊流

使空氣、燃油蒸氣在燃燒室內做更均勻的分布，同時使溫度場也變得更加均勻，

從而加快了燃燒速度,減少了后燃現(xiàn)象,避免了燃燒區(qū)間局部高溫而產生的熱解

和裂化，使燃燒完全。

2.2.2化學作用一“水煤氣反映”

在缺氧條件下，油燃燒產生熱裂解，形成難以燃燒的碳，使排煙冒黑煙，而在

水煤氣存在時，水微粒高速汽化中所含的氧與碳粒子充足結合，并被完全燃燒而

形成二氧化碳，從而大大提高噴燃霧化效果，使發(fā)動機燃燒效率提高，達成增強

發(fā)動機動力，節(jié)省燃料的效果。

C+H2OCO+H2

C+2H20=C02+2H2O

C0+H2O=co2+H2

H2+02=H20

上述反映過程中,提高了乳化燃料的燃燒率，減少了排煙中的煙塵含量。同

時由于乳化水的蒸發(fā)作用，均衡了燃燒時的溫度場，從而克制了NOX的形成，達

成節(jié)能環(huán)保的目的。

2.2.3摻混效應

微爆產生的爆炸波沖破了包圍在火焰周邊的CO,、岫惰性氣體層，促使空氣

形成強烈的紊流,紊流使空氣和柴油蒸汽在燃燒室內做更均勻的分布，同時溫度

場也變得更加均勻，從而加快了燃燒速度，減少了后燃現(xiàn)象，避免了在燃燒區(qū)間

的局部高溫而產生的熱解和裂化，使燃燒完全。

2.2.4克制NO的生成

N0的生成重要有三個重要途徑：(1)由空氣中的N0,在高溫區(qū)反映生成的

熱反映NOx;(2)火焰面上生成的活性NOx；③燃料中氮元素生成的燃料NOx。

因此，生成的NO可分為溫度型NOx和燃料型NOx,其中以溫度型NOx為主。

NOx是柴油機的重要有害排放物。它是空氣在氣缸內燃燒的高溫條件下氧

和氮反映而產生的。其中以NO為主。單缸發(fā)動機燃用乳化柴油的NOx排放比純

柴油低。這是由于乳化柴油中的水蒸汽稀釋燃氣與減少燃燒的最高溫度，從而

克制NOx的生成。柴油摻水乳化燃燒能有效地減少柴油機的排放濃度，這是極其

故意義的0。

影響NO生成的因素有:可燃混合物的組成，燃料在反映區(qū)停留時間，燃料溫

度和工作壓力等。根據(jù)J.B.Hower機理，NOx的生成速度為：

1/2

d[N0x]/dt=A-expE-Ea/RT]?[N2]?[02]

可見無論在內燃機或是其它燃燒裝置上,NOx的生成量與反映溫度呈指數(shù)關

系增長。假如空燃比高,燃燒強度大，反映溫度高，停留時間長，NOx則急劇增

長。燃燒乳化油時，由于水滴汽化、產生微爆均需吸熱，由此可減少氣缸工作溫

度，防止燃燒火焰局部高溫，縮短燃燒時間，并且油摻水燃燒改善了空氣和燃料

混合比例，可以用較小的過量空氣系數(shù)，即[N[、[02]濃度大幅度減少，從而顯著

減少溫度型和燃料型NOx的生成,克制NOx對環(huán)境的污染。

2.3柴油微乳液的研究

對微乳柴油的研究通常涉及為微乳燃油配方選擇合適的表面活性劑和助表

面活性劑，并考察各組分對可增溶水量的影響,擬定最佳的微乳燃油配方比例。

然后針對微乳柴油體系，通過相圖、電導、NMR、FT-IR、分子光譜、熒光光譜、

黏度法、電子顯微鏡等方式研究微乳液的結構。并進行燃燒性能與尾氣排放量測

定。

2.3.1擬三元相圖的研究方法

研究平衡共存的相數(shù)及其組成和相區(qū)邊界最方便、最有效的工具就是相圖，

在等溫等壓下三組分體系的相行為可以采用平面三角形來表達，稱為三元相圖

[7IO對四組分體系，需要采用立體正四周體。而四組分以上的體系就無法全面的

表達。通常對四組分或四組分以上體系,采用變量合并法，比如固定某兩個組分的

配比，使實際獨立變量不超過三個，從而仍可用三角相圖來表達,這樣的相圖稱為

擬三元相圖。

柴油微乳液研究可采用擬三元相圖的方法研究，相圖繪制簡樸,根據(jù)相圖可

以初步推測體系的結構狀態(tài),可以比較直觀地反映微乳體系相的變化,當體系有

液晶相、凝膠相出現(xiàn)時，也能對微乳液及其相邊界進行直觀表達。

在表面活性劑和助劑含量一定情況下，將水往油中滴加，水量很少時為油包

水型的球形微乳液，繼續(xù)滴加水，水與油的比例將會變動，體系發(fā)生這樣的變化:

對稱性水的球體一不對稱性柱體一層狀結構一水為外相的各種結構，最終為對稱

性油的球體，這是體系內部引力變動而引起各種結構迭變的結果，而研究此方面

最方便有效的工具就是相圖，因此，表面活性劑相圖的研究一直受到人們的關注。

也可以在水量一定的情況下，將復合表面活性劑往油中滴加，通過觀測體系相的

狀態(tài)的變化以及體系中物質的重量比，通過擬三元相圖的繪制，研究體系中物質

的相溶性以及形成微乳液的條件。

2.4量熱法與氧彈量熱裝置及結果表達方法

量熱法是熱化學研究的基本實驗方法,氧彈量熱計的基本原理為能量守恒定

律。樣品完全燃燒放出的熱量促使卡計及周邊的介質（本實驗用水）溫度升高，測

量介質燃燒前后體系溫度的變化值，可求算該樣品的恒容燃燒熱。柴油為石油分

譙產品,其中各燃分子所含碳原子數(shù)不同,通常以測定柴油燃燒過程中Qv的變

化來衡量柴油燃燒效率的大小。

在氧彈量熱計與環(huán)境沒有熱互換情況下，其關系式為：

m樣QV=W（卡計+水）?z\T-m（點火絲）?Q（點火絲）

（1）

m樣為柴油的質量（克）；Qv為柴油的恒容燃燒熱（焦/克）；W（卡計+水）為

氧彈卡計和周邊介質的熱當量（焦/度），其表達卡計和水溫度每升高一度所需要

吸取的熱量，W（卡計+水）一般通過經(jīng)恒重的標準物如苯甲酸標定.苯甲酸的恒容

燃燒熱為26459.6焦/克。AT為柴油燃燒前后溫度的變化值。m（點火絲）

為點火絲的質量,Q（點火絲）為點火絲（鐵絲）的恒容燃燒熱，其值為6694.4

焦/克。在實驗過程中無法完全避免“熱漏”現(xiàn)象的存在，因此，實驗中必須通

過雷諾作圖法或計算法校正柴油燃燒前后溫度的變化值。通過（1）式，計算柴油

燃燒的恒容熱效應Qv（焦/克）。

為了避免平行測定中稱量的差異對實驗的影響,可通過△T/m（K/g）（單位質

量柴油燃燒引起溫度的變化值）或Qv/g（J/g）（單位質量柴油燃燒放出的熱

量），研究柴油和微乳柴油燃燒效率的不同；通過△T/at（K/s）（即單位時

間柴油燃燒時燃燒溫度隨時間的變化率）研究柴油和微乳柴油燃燒速率的不同。

3、儀器與試劑

3.1實驗試劑

柴油0*、油酸（CP）、十六烷基三甲基澳化鐵（CTAB）（CP）、氨水（CP）、正

丁醇（CP）

3.2實驗儀器

燃燒熱測定裝置一套、充氧裝置一套、萬用電表、5安保險絲、1000ml

燒杯、磁力攪拌器、攪拌子（中）、電導率儀、氧氣、電子分析天平（每組一

臺）；燒杯（50ml.250ml）、鏡子、玻棒、洗耳球、膠頭滴管等。

4、實驗環(huán)節(jié)與現(xiàn)象

4.1復合乳化試劑配比與配制：

4.1.1復合乳化劑配比

油酸66.15%十六烷基三甲基浸化鏤(CTAB)0.91%氨水9.現(xiàn)，正丁

醇23.8%

4.1.2復合乳化劑配制

室溫下,將36.5006g油酸放入100ml的燒杯中,此時燒杯中的液體為淺黃

色油狀液體；再逐滴加入5.008g氨水，燒杯中生成乳白色膏狀物質；先慢后快順

時針攪拌2min后該白色膏狀物質變成淺黃色；再往燒杯中邊攪拌邊逐滴管加入

13.1993g正丁醇，此時淺黃色膏狀物質開始慢慢溶解，但仍有膏狀物質殘留；在

磁力攪拌器上不斷攪拌約2Omin后,燒杯中的物質變成淺黃色油狀乳濁液,繼續(xù)

邊加熱邊攪拌,約15min后該乳濁液變成黃色透亮、澄清的油狀液體；最后再直

接加入0.5003gCTABo制好的復合乳化劑放置備用。

4.2柴油-水-復合乳化劑微乳液柴油的制備

室溫下,稱取(5g)的水一柴油，其中［m(柴油0*)：m(水)分別為4.5：0.

5、4：1、3：2、2：3、1.5：3.5、1：4］樣品，分別放在50m1燒杯中，

逐漸往燒杯中滴加復合乳化劑，并不斷在磁力攪拌器上攪拌至溶液剛好變澄清，

靜置約20min后觀測，如仍透明，則記錄所加復合乳化劑的用量。根據(jù)重

量差減法記錄加入的復合乳化劑重量,并根據(jù)體系中所具有的柴油、水的重量，

計算柴油-水-復合乳化劑擬三元體系達成透明狀態(tài)時各物質的重量除根據(jù)各

不同配比擬三元體系中各個物質的重量外，把復合乳化劑作為一個組分，另兩個

組分分別為油和水,繪制擬三元相圖，用以觀測柴油微乳液體系的相行為。

4.3柴油乳化燃料燃燒性能測定

選擇柴油0#、4.5:0.5及4：1的乳化柴油作為燃燒體系，分別將約1.2克燃

油體系放入用埸，分別稱取四根鐵絲,記錄其重量，將鐵絲接在氧彈卡計的兩極

上,并將鐵絲浸沒柴油中，旋緊氧彈蓋，用萬用電表檢查電極是否為通路。向氧彈

量熱計中充以氧氣,彈內的氧氣壓力沖至LOMpa,放掉氧彈內的氣體，重新充

氣后再放一次氣,最后再往其中充氧氣（彈內的氧氣壓力沖至1.0Mpa）o充完

氣后，再用萬用電表檢查電極是否為通路。若通路,則將氧彈放入卡計的水桶內，

用量筒取3000mL自來水倒入桶內，裝好攪拌軸,蓋上蓋子，將貝克曼溫度計探頭

插入水中。氧彈兩電極用電線連接在點火器上，然后開動攪拌馬達，待溫度穩(wěn)定

上升后，每隔半分鐘讀取溫度一次，這樣連續(xù)記錄5min,便得到燃燒前期的溫

度。此時迅速按下點火器上的點火鍵通電點火,仍然隔半分鐘記錄一次溫度讀數(shù),

直到溫度出現(xiàn)最高點,此階段的溫度為燃燒期間的溫度；當溫度升高到最高點后,

繼續(xù)隔半分鐘連續(xù)記錄5min溫度,該階段溫度為燃燒后期的溫度。

實驗停止后，小心取出貝克曼溫度計，拿出氧彈，放出氧彈中的剩余氣體，

最后旋開氧彈蓋，檢查樣品的燃燒情況，若氧彈中有許多黑色的殘渣，表達燃燒

不完全。把燃燒后剩下的鐵絲取出并稱重，從鐵絲的原重量中減去未燃燒鐵絲的

重量后再進行計算。

5、實驗數(shù)據(jù)解決

5.1柴油乳化體系擬三元相圖繪制

表1復合乳化劑的制備數(shù)據(jù)整理

加復合乳化劑

燒杯/g燒杯+柴油/g燒杯+油+水/g

后/g

4.5:

35.145939.641640.13841.5533

0.5

4.0:1.034.537938.534939.556642.9891

3.0：2.033.04336.021738.021144.5633

2.0：33.493335.498938.498546.4622

3.0

4

1.5:3.546.339749.864357.6596

4.8318

1.0:4.024.749625.745229.75339.9977

復合

復合乳微乳柴

柴油：水柴油/g水/g柴油外水%乳化

化劑/g油/g

劑％

4.5：4.40.491.416.400.7010.22

0.0775

0.5957645374609

4.0：1.0213.438.450.40

3.9970.4730.1209

1.07251262

3.0:2.91.9996.5411.50.20.5

0.1736

2.0787422203586679

2.0:2.02.97.96312.960.1540.614

0.2313

3.005699678961

1.5073.52410.2740.60

1.5:3.57.79530.1175

962.8278877

0.9954.00710.20.00.67

1.0:4.015.24810.2628

(5844765319

以柴油、水和油酸分別為X、Y、Z,繪制擬三元相圖，如下:

柴油-水-復合乳化劑微乳柴油的擬三元相圖

圖1柴油-水-復合乳化劑微乳柴油擬三元相圖

圖1,顯示曲線右方是不共溶區(qū)域，中間為臨界線，其余部分均為共溶區(qū)

（即形成柴油-水一復合乳化劑微乳液柴油）。

5.2柴油0"、乳化柴油燃燒效率測定

5.2.1實驗數(shù)據(jù)記錄整理（見附表）

5.2.2柴油0#不完全燃燒的雷諾校正以及計算其燃燒熱

通過Origin解決數(shù)據(jù)，得到雷諾校正圖如下:

溫度

Data10_B[5]:slope=0.001

(5,78,26,816)1______

26.8-

26.6-

26.4-

26.2-

26.0-

25.8-

25.6-

25.4-

25.2-

25.0-

24.8-

24.6-

(5.78,24,392)

24.4-

1~~?時間

024881012141618

圖2柴油0#燃燒熱的測定雷諾校正

由上圖可以知道:41=2.424℃

根據(jù)公式：mQv-m點火絲Q點火絲=C△"!,有

Qv=（-CAT-m點火絲Q點火絲）/m柴油

已知：C—14541.35J/K,Q點火絲=—6694.4J/g,m柴油=1.2036,

m點火修=0.0066g,

代以上數(shù)據(jù)到Qv=(-CAT-m點火絲Q點火絲)/m柴油得：

Qv=[-14541.35J/KX2.424K-0.0066gX(-6694.4J/g)]

/1.2036g

=-29.249kJ.g'

△T/m柴油=2.014K/g

Qv/m^=~24.301kJ.g

-Q

△T/At=2.376X10K/s

5.2.34.5：0.5微乳柴油不完全燃燒的雷諾校正及計算其燃燒熱

通過Origin解決數(shù)據(jù)，得到雷諾校正圖如下：

溫度

27.0-J(5942690切”‘al0_B[32]:slope=0.003

26.8-

26.6-

26.4-

26.2-

26.0-

25.8-

25.6-

25.4-

25.2-

25.0-

24.8-

24.6-

24.4-

24.2-

時間

圖38：2乳化柴油燃燒熱的測定雷諾校正

由上圖可以知道:4丁=2.695℃

根據(jù)公式：-mQv-m點火絲Q點火絲=C△T,有

_

Qv-（CAT-m點火絲Q點火絲）/m柴油

已知:C=14541.35J/K,Q點火絲二一6694.4J/g,m柴油二1.2120g,

m點火絲=0?0082g,

代入上述數(shù)據(jù)于Qv=（-CAT-m點火絲Q點火絲）/m柴油得：:

Qv=[-14541.35J/KX2.695K-0.0082gX(-6694.4J/g)]/1.2

120g

=-32.289kJ.g1

△T/m柴油=2.224K/g

Qv/m柴油=-26.641kJ.g"

△T/At=2.495X1O'"K/s

5.2.44：1微乳柴油不完全燃的雷諾校正及計算其燃燒熱

通過Origin解決數(shù)據(jù)，得到雷諾校正圖如下:

濕度

27DData10_B[5]:slope=O.OCB

26JB-

(5.87.26.860)

266-

264-

262-

26D-

25JB-

25J6-

圖47：3乳化柴油燃燒熱的測定雷諾校正

由上圖可以知道:4T=2.638℃

根據(jù)公式:~mQv-m點火絲Q點火絲二C有

_

Qv=（CAT-m點火絲Q點火絲）/m柴油

已知：C=14541.35J/K,Q點火絲二一6694.4J/g,^l柴油=L2128g

m點火絲=0.0120g,

代入上述數(shù)據(jù)于Qv=（-CAT-m點火鈴9點火絲）/m柴油得：

Qv=-[14541.35J/KX2.638K-0.0120gX（-6694.4J/g）]/1.2128

g

=-31.563kJ.gT

△T/m柴油=2.175K/g

Qv/mw26.025kJ.g1

△T/At=2.442X1O''K/s

6、結果與討論

6.1由微乳柴油的擬三元相圖可以看到相圖分為兩個相區(qū)，左邊為共溶區(qū)，右

邊為不共溶區(qū)，中間為臨界線。如圖所示，我們所得到的微乳區(qū)面積比較小，經(jīng)分

析，也許因素為：

①正丁醇作為輔助表面活性劑,存在于界面活性劑之間，參與液滴界面膜的形成，

同時還要分派到油相和水相中，使兩相性質得到改善，從而有助于表面張力的減

少和微乳液的形成。醇量太少,很難改變界面膜的流動性。而本次實驗我們所采

用的復合乳化劑中正丁醇質量分數(shù)為23.8%,含量相對較少，因此得到的微

乳區(qū)面積并不大。

②本次實驗復合乳化劑中各成分的作用分別為：油酸作陰離子表面活化劑,CTA

B作陽離子表面活化劑,氨水是使HLB值親水劑方向，正丁醇是作表面輔助

劑。配置不同配比的微乳液，所加入的復合乳化劑的量不同。

復合乳化劑對于微乳液的制備具有很大的影響，故復合乳化劑的制備是本次實驗

的關鍵。在制備復合乳化劑時，各種試劑的加入順序影響很大，攪拌時間和攪拌

速度也存在一定的影響。在本次實驗過程中,我們先加油酸,再逐滴滴加氨水,接

著加入正丁醇,最后加入CTAB,整個過程用時約40分鐘,最后得到澄清、透亮

的復合乳化劑。在制備微乳柴油的時候，隨著微乳液中含水量的增長，乳化劑的

用量也逐漸增長,制備出來的微乳柴油的透明度都相稱不錯,放置一個星期后也

無分層或渾濁現(xiàn)象出現(xiàn)。本實驗中的得到的微乳區(qū)較小，也許是由于制備復合乳

化劑時各種試劑的加入順序不妥，又或者是制備微乳柴油時復合乳化劑的用量不

妥。

6.2柴油0#、不同組分及配比的乳化柴油燃燒效率

在測定柴油燃燒效率的時候，我們采用了不完全燃燒的形式，由于完全燃燒可比

性不大，并且沒有必要，而在實際使用的時候，我們的柴油一般都是不完全燃燒

的。在本次實驗中，我們做了柴油0#和4.5：0.5及4：1這三個樣品，結果發(fā)

現(xiàn)，4.5：0.5的燃燒熱是最大的，柴油0"的燃燒熱最小。但實驗過程中，我們

觀測到，燃燒完后柴油0#得到的炭黑最多，另一方面是4.5:0.5的乳化柴油，

4:1的乳化柴油燃燒后得到的炭黑是最少的，實驗現(xiàn)象與計算值明顯不符合。

為了避免平行測定中稱量的差異對實驗的影響，以得到更精確的實驗結果,我又

計算了各柴油的△T/m(K/g)(單位質量柴油燃燒引起溫度的變化值)、Qv/g

(J/g)(單位質量柴油燃燒放出的熱量)，以研究柴油0"和微乳柴油燃燒效率

的不同;接著我又通過計算aT/at(K/s)(即單位時間柴油燃燒時燃燒溫度隨

時間的變化率)研究柴油0,和微乳柴油燃燒速率的不同。通過計算，得到如下結

果：

柴油0*4.5:0.5微乳柴油4:1微乳柴油

燃燒熱(kj/g)-29.249-32.289—31.563

Qv/m柴油(kJ/-24.30

-26.641-26.025

g)1

△T/m(K/g)2.0142.2242.175

2.376X10

△T/At(K/-3

2.495X10”2.442X10

s)-3

通過精密的計算，再次證明了，無論從燃燒效率還是從燃燒速度來看，4.5：0.5

的微乳柴油都是最高效、最高速的。4：1的微乳柴油燃燒后炭黑最少，但燃燒值

卻比4.5：0.5的微乳柴油的小,也許是由于4:1的微乳柴油含柴油量相對較少,

但燃燒比較完全。

6.3根據(jù)以上結果對乳化柴油的形成過程、經(jīng)濟價值與社會與環(huán)境價值進行初

步評估。

由以上計算可以知道，我們制備出來的微乳液在燃燒方面取得了較好的效果,在

環(huán)境價值上來說，其污染也是比較少的。但是由于加入了大量的復合乳化劑，導

致成本是純柴油的十幾倍，并無經(jīng)濟效益，主線無法在實際中應用。要制得經(jīng)濟

效益較高的的柴油微乳液,關鍵在于制備出優(yōu)良的復合乳化劑，這也將是我們日

后的重點研究對象。

7問題思考

7.1柴油的重要成分是什么？其燃燒后也許形成的產物有那些?

答：柴油重要由C-H化合物組成，涉及烷燒、環(huán)烷燒、烯燒、煥燒、二烯煌以及

芳香煌。在這幾種成分中，烷煌都占有最大的比例。其完全燃燒后也許形成的產

物：水、二氧化碳，在高溫缺氧時不完全燃燒,易炭化形成炭煙。

7.2乳化柴油與微乳柴油的區(qū)別？制備方法上有什么不同？

答:與乳化柴油相比，微乳燃油可長期穩(wěn)定，不分層，且制備簡樸，并能使燃燒更

完全，燃燒效率高，節(jié)油率達5貯15%,排氣溫度下降20%~60%,煙度下降

40%?77%,NOx和CO排放量減少25%,在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟效益上都

有較為可觀的效果，已成為世界各國競相開發(fā)的熱點。

制備方法不同：微乳柴油的制備比較簡樸，只需要把油、水、表面活性劑、助表

面活性劑按合適的比例混合在一起就可以自發(fā)形成穩(wěn)定的微柴油。乳化柴油由柴

油70%+助劑15%+水15%混合而成，采用油水法可以制備乳化柴油，環(huán)節(jié)如下：

選定所要加入的乳化劑，采用HLB值篩選法控制所要加入乳化劑的量;用玻璃棒

攪拌使各種乳化劑混合均勻。

7.3乳化柴油為什么不穩(wěn)定?其對柴油發(fā)動機產生的損害是什么？

答：乳化柴油用的添加劑，是以減少界面張力為設計目的,讓表面活性劑組成的

復合界面膜，強力而牢固地吸附在油水表面，但它不是熱力學上的穩(wěn)定體系，故

穩(wěn)定性不好,大多一3個月不分層,不錯的也只有半年左右。乳化油屬于熱力學不

穩(wěn)定體系,隨環(huán)境條件的改變、放置時間變長會出現(xiàn)穩(wěn)定性差、存儲時間短及燃

燒不穩(wěn)定等現(xiàn)象,使內燃機工作不正常并產生銹蝕等危害。限制了它的推廣應用

范圍。

7.4為什么要進行柴油微乳液的研究？形成微乳柴油的通常條件是什么？其中

各組分的作用是什么？

答：近年來，隨著我國農業(yè)和交通運送業(yè)的飛速發(fā)展，對石油的需求量增大，而

石油資源有限，于是出現(xiàn)了石油供應局限性、價格上漲的趨勢。人類面臨日益嚴

峻的能源危機。但經(jīng)濟的可連續(xù)發(fā)展必須是在保護生存環(huán)境、節(jié)約寶貴資源和減

少能耗的前提下的發(fā)展。因此，如何提高燃油燃燒效率和減少環(huán)境污染,研究新

型節(jié)油防污染技術，涉及最為人們青睞并具有節(jié)能效率高,減少尾氣污染的燃料

乳化以及微乳化技術，己成為人們十分關心的問題。微乳燃料的制備比較簡樸，

只需要把油、水、表面活性劑、助表面活性劑按合適的比例混合在一起就可以自

發(fā)形成穩(wěn)定的微乳燃料。其中各組分的作用是，醇的種類和表面活性劑復配比例

對水最大增溶量有很大影響。醇碳數(shù)適中時，醇更易富集于界面上，增長了界

面面積，使增溶水量增長，