В настоящей публикации автор возвращается к вопросу о трёхмерной гидравлической памяти формы в эмульсии, полученной по комплексному методу на многофункциональном аппарате.
Ключевые слова: эмульсия, ре-эмульсификационные свойства, топливо, топливные технологии, гидропоника, гидропонные технологии, сельскохозяйственное производство.
Испытания технологии и аппарата производились на эмульсии типа «вода в масло», где в качестве масла использовалось дизельное топливо и в качестве воды — обычная питьевая вода с концентрацией солей жёсткости в пределах 200 миллиграмм на литр.
При формировании испытательного стенда учитывались новейшие тенденции применения эмульсий в качестве топлива как на современных дизельных двигателях, так и на дизель-генераторах, индустриальных бойлерах и турбинах
Для дизельных двигателей и бойлеров наиболее трудным в процессе впрыска и сгорания топлива является разделение потока топлива перед насосом высокого давления, когда большая часть потока топлива направляется в насос высокого давления (сегодня давление составляет 2000 бар и более) после чего впрыскивается в камеру сгорания бойлера или в цилиндры двигателя, а меньшая часть возвращается в топливный бак
В случае использования однокомпонентного дизельного топлива этот принцип не создаёт никаких проблем, однако в случае применения эмульсий такой метод подачи топлива приводит к нарушениям устойчивости эмульсии и нарушениям в её однородности и равномерности в распределении по объёму воды и масла (дизельного топлива).
Метод приготовления эмульсии с формированием микрокапсул позволил добиться полной ре-эмульсификации при минимальных затратах времени (менее чем за секунду).
Само устройство для производства такого рода эмульсии многих типов представляет собой исключительно простую и компактную конструкцию цилиндрической формы, без подвижных частей — так называемый статический миксер (рис.1), в котором процесс эмульсификации длится не более доли секунды.
Рис.1. Устройство для эмульсификации и ре-эмульсификации
Это устройство исключительно универсально и может функционировать при давлении в магистралях от 3 до 50 бар (в современном дизельном двигателе давление в топливной магистрали — 3 бар).
Для комплексных испытаний была создана система, в которую входило само устройство и бак для ре-эмульсификации со всей периферией и насосами для ре-эмульсификации (рис.2).
Рис. 2. Испытательная установка с устройством для эмульсификации и ре-эмульсификации
Эта система является интегративной, так как и первичное производство эмульсии, и ре-эмульсификация производятся на одном и том же агрегате и при этом используются идентичные технологические приёмы.
Рабочий диаметр устройства в 25 миллиметров обеспечивает при линейном давлении в 3 бар производительность в 50 литров в час для первичной эмульсификации и 25 литров в час для ре-эмульсификации.
На следующем снимке показан бак для эмульсии объёмом 38 литров, инсталлированный в топливную систему современного серийного дизельного двигателя объёмом 2,4 литра.
Рис.3. Бак для эмульсииификации
В этом баке осуществляется процесс ре-эмульсификации, который базируется на парадоксальном свойстве эмульсии, полученной на изобретённом аппарате — эмульсия обладает трёхмерной гидравлической памятью формы.
В чём смысл такой трактовки этого отличительного признака изобретённой эмульсии?
По результатам более чем 1000 тестов на дизельном двигателе с указанной эмульсией, определено и доказано, что:
‒ эмульсия через некоторое время после формирования деструктирует и расслаивается на два слоя,
‒ один из дизельного топлива с примесью воды и один из воды с примесью дизельного топлива;
‒ в обоих случаях содержание примесей не превышает 5 %;
‒ при кратковременной (в пределах 15–25 секунд) гидродинамической активации деструктированной эмульсии, она полностью возвращается к первоначальному состоянию жидкой среды, состоящей из трёхмерных капсул с микро и нано каплями воды, окружёнными оболочками из дизельного топлива.
На следующем снимке видна эмульсия после формирования, которая содержит 20 % воды (питьевая вода без дополнительной очистки, с содержанием минеральных солей около 200 миллиграмм на литр).
Рис.4. Сформированная эмульсия
Приблизительно через час после приготовления эмульсия деструктирует и приобретает вид, показанный на рисунке 5.
Видны два слоя, причём эти слои прозрачны, что говорит о том, что размеры частиц в этой жидкости не превышают 200 нанометров.
Рис.5. Деструктурированная эмульсия
Необходимо отметить, что деструкция эмульсии также носит следы парадоксальности, так как и в образовавшемся слое с преобладанием воды, и в слое с преобладанием дизельного топлива под микроскопом видны капсулы эмульсии с характерной многоуровневой структурой в которой ядром сферической капсулы является микро-капля воды окружённая оболочкой из дизельного топлива.
При гидродинамическом активировании в процессе ре-эмульсификации вокруг сохранившихся капсул начинают формироваться новые капсулы, причём процесс формирования является исключительно кратковременным и эффективным при минимальных затратах энергии.
Кроме того, процесс ре-эмульсификации также повышает устойчивость и стабильность ре-эмульсифицированного продукта, что исключительно важно для многих отраслей в которых применяется так называемая вторичная эмульсия, например применение этого метода для приготовления эмульсии для гидропонных систем в тепличном хозяйстве, где важно сохранение структуры эмульсии на как можно более длительное время.
Для ре-эмульсификации жидкость подаётся на центрифугальный насос и возвращается обратно в бак.
Таким образом, если рассмотреть процесс применительно к гидропонным системам современных теплиц, можно увидеть имеющийся в этих технологических приёмах существенный потенциал в постоянной и практически бесконечной регенерации гидропонных жидкостей и растворов, причём с потенциальной возможностью электрохимически менять кислотность воды в эмульсии.
На рисунке 6 показана эмульсия после нескольких секунд воздействия — она внешне полностью соответствует первоначальному виду эмульсии.
Результаты работы двигателя на вновь произведённой эмульсии и на ре-эмульсифицированной полностью идентичны. Такие же результаты получены на промышленных бойлерах и дизель-генераторах.
Рис.6. Ре-эмульсифицированная эмульсия
На рисунке 7 видны капсулы эмульсии под микроскопом, отчётливо видна её трёхмерная структура.
Рис.7. Капсулы эмульсии
В ядре капсулы видны несколько сферических ядер, которые представляют из себя такие же капсулы меньшего размера. Они отличаются значительно меньшими габаритами, чем сама капсула (если размеры большой капсулы составляют от одного до трёх микрометров, то размеры внутренних капсул составляют каждая не более 300 нанометров, причём зафиксированы при измерениях капсулы размером не более 120 нанометров).
При расслоении эмульсии в слоях остаются именно самые малые капсулы, размером в 100–200 нанометров (то видно из химического анализа сепарировавших слоёв, показавших 5 % примесь дизельного топлива в воде и 5 % примесь воды в дизельном топливе).
Таким образом благодаря этим примесям и осуществляется процесс ре-эмульсификации, при котором нано капсулы вновь становятся центрами микрокапсул.
Этот процесс носит явно выраженный трёхмерный характер, и поскольку он проходит в среде жидкости, то он назван гидравлическим.
Так как после сепарации эмульсия приобретает совершенно другой вид и так как после ре-эмульсификации она полностью возвращается к первоначальному виду, мы имеем полное основание считать, что эмульсия имеет трёхмерную гидравлическую память формы (капсул эмульсии).
Это явление полностью подтвердилось при оперировании объёмами эмульсии в 1000 литров и активировании простым перемешиванием. Испытание производилось на промышленном бойлере производительностью в 10 тонн пара в час при пропорциях эмульсии в 20, 40 и 50 % воды. При всех пропорциях результаты восстановления эмульсией первоначального вида полностью подтвердились и после 3 месяцев после первичного приготовления эмульсии.
Так как эмульсию производили и на базе тяжёлого дизельного топлива, на следующем снимке под микроскопом видна структура микрокапсулы такой эмульсии.
Рис.8. Микрокапсула эмульсии при увеличении микроскопом
На следующем снимке показана эмульсия, полученная при 25 % воды в дизельном топливе.
Рис.9. Эмульсия из дизельного топлива с 25 % воды
Рис.10. Танк с 1000 литров эмульсии с гидромеханическим активатором
На рисунке 10 показан танк с 1000 литров эмульсии с гидромеханическим активатором. Этот танк был установлен на промышленном бойлере с производительностью 10 тонн пара в час. Эмульсия производилась заранее (период от производства эмульсии до сжигания доходил до двух и более месяцев).
Применение простейшего гидромеханического активатора позволяет инициировать процесс ре-эмульсификации при минимальном расходе электроэнергии (расход электроэнергии в пределах 4 рублей в час при расходе топливной эмульсии в 1200 литров в час).
Результаты, полученные в относительно больших объемах жидкости, свидетельствуют о возможности применения технологий эмульсификации и ре-эмульсификации в ирригационных системах современных теплиц и показали высокий потенциал. Постоянное присутствие интенсивных гидродинамических воздействий на гидропонный жидкий эмульсифицированный раствор позволяет помимо процесса сохранения свойств и параметров эмульсии также оптимизировать отдельные параметры и свойства эмульсифицированного раствора для дальнейшей интенсификации самого процесса сельскохозяйственного производства.
Необходимо признать, что представленный в настоящей публикации первичный информационный материал, касающийся парадоксов в инновационном эмульсификационном процессе, требует кроме топливных технологий также и детальной адаптации и интеграции во все возможные смежные технологические процессы.
Литература:
- Заявка на патент США 20100243953;
- Заявка на патент США 20100281766;
- Заявка на патент США 20110030827;
- Заявка на патент США 20110048353;
- Заявка на патент США 20120085428;
- Заявка на патент США 20120103306;
- Заявка на патент США 20140232021.
Приложение 1
|
United States Patent Application |
20100243953 |
|
Kind Code |
A1 |
|
September 30, 2010 |
Method of Dynamic Mixing of Fluids
Abstract
Methods are provided for achieving dynamic mixing of two or more fluid streams using a mixing device. The methods include providing at least two integrated concentric contours that are configured to simultaneously direct fluid flow and transform the kinetic energy level of the first and second fluid streams, and directing fluid flow through the at least two integrated concentric contours such that, in two adjacent contours, the first and second fluid streams are input in opposite directions. As a result, the physical effects acting on each stream of each contour are combined, increasing the kinetic energy of the mix and transforming the mix from a first kinetic energy level to a second kinetic energy level, where the second kinetic energy level is greater than the first kinetic energy level.
Приложение 2
|
United States Patent Application |
20100281766 |
|
Kind Code |
A1 |
|
November 11, 2010 |
Dynamic Mixing of Fluids
Abstract
Methods, systems, and devices for preparation and activation of liquids and gaseous fuels are disclosed. Method of vortex cooling of compressed gas stream and water removing from air are disclosed.
Приложение 3
|
United States Patent Application |
20110030827 |
|
Kind Code |
A1 |
|
February 10, 2011 |
FLUID COMPOSITE, DEVICE FOR PRODUCING THEREOF AND SYSTEM OF USE
Abstract
The current disclosure relates to a new fluid composite, a device for producing the fluid composite, and a method of production therewith, and more specifically a fluid composite made of a fuel and its oxidant for burning as part of different systems such as fuel burners, where the fluid composite after a stage of intense molecular between a controlled flow of a liquid such as fuel and a faster flow of compressed highly directional gas such as air results in the creation of a three dimensional matrix of small hallow spheres each made of a layer of fuel around a volume of pressurized gas. In an alternate embodiment, external conditions such as inline pressure warps the spherical cells into a network of oblong shape cells where pressurized air is used as part of the combustion process. In yet another embodiment, additional gas such as air is added via a second inlet to increase the proportion of oxidant to carburant as part of the mixture.
Приложение 4
|
United States Patent Application |
20110048353 |
|
Kind Code |
A1 |
|
March 3, 2011 |
Engine with Integrated Mixing Technology
Abstract
The present disclosure generally relates to an engine with an integrated mixing of fluids device and associated technology for improvement of the efficiency of the engine, and more specifically to an engine equipped with a fuel mixing device for improvement of the overall properties by inline oxygenation of the liquid, a change in property of the liquid such as cooling form improved combustion, or the use of re-circulation of exhaust from the engine to further improve engine efficiency and reduce unwanted emissions.
Приложение 5
|
United States Patent Application |
20120085428 |
|
Kind Code |
A1 |
|
April 12, 2012 |
EMULSION, APPARATUS, SYSTEM AND METHOD FOR DYNAMIC PREPARATION
Abstract
The invention relates to a fluid composite, a device for producing the fluid composite, and a system for producing an aerated fluid composite therewith, and more specifically a fluid composite made of a fuel and its oxidant for burning as part of different systems such as fuel burners or combustion chambers and the like. The invention also relates to an emulsion, an apparatus for producing an emulsion, a system for producing an emulsion with the apparatus for producing the emulsion, a method for producing a dynamic preparation with the emulsion, and more specifically to a new type of a stable liquid/liquid emulsion in the field of colloidal chemistry, such as a water/fuel or fuel/fuel emulsion for all spheres of industry.
Приложение 6
|
United States Patent Application |
20120103306 |
|
Kind Code |
A1 |
|
May 3, 2012 |
ENGINE WITH INTEGRATED MIXING TECHNOLOGY
Abstract
The present disclosure generally relates to an engine with an integrated mixing of fluids (gas or liquid) device and associated technology for improvement of the efficiency of the engine, and more specifically to an engine equipped with a fuel mixing device for improvement of the overall properties of the system with an engine by either inline oxygenation of the liquid or dynamic activation of a fuel with a secondary fluid such as water resulting in a change in property of the input fluid to help with burning ratios, cooling for improved combustion, or the use of re-circulation of exhaust from the engine to further improve engine efficiency and reduce/recycle unwanted emissions or combustion releases such as water.
Приложение 7
|
United States Patent Application |
20140232021 |
|
Kind Code |
A1 |
|
August 21, 2014 |
FLUID COMPOSITE, DEVICE FOR PRODUCING THEREOF AND SYSTEM OF USE
Abstract
The current disclosure relates to a new fluid composite, a device for producing the fluid composite, and a method of production therewith, and more specifically a fluid composite made of a fuel and its oxidant for burning as part of different systems such as fuel burners, where the fluid composite after a stage of intense molecular between a controlled flow of a liquid such as fuel and a faster flow of compressed highly directional gas such as air results in the creation of a three dimensional matrix of small hallow spheres each made of a layer of fuel around a volume of pressurized gas. In an alternate embodiment, external conditions such as inline pressure warps the spherical cells into a network of oblong shape cells where pressurized air is used as part of the combustion process. In yet another embodiment, additional gas such as air is added via a second inlet to increase the proportion of oxidant to carburant as part of the mixture.
