物化实验思考题

物化实验思考题 五、思考题 (1)柴油的主要成分是什么,其燃烧后可能形成的产物有那些, 答:柴油的主要成分是C9,C18的链烷烃、环烷烃、总芳香烃、多环芳香烃(含少量 烷基苯、萘、硫、胶质)等;其燃烧可能形成的产物有水、二氧化碳、氮氧化物(NOx)、 碳烟(pm)等。 (2)乳化柴油与微乳柴油的区别,制备方法上有什么不同, 答:1、与乳化柴油相比，微乳燃油可长期稳定,不分层,且制备简单, 并能使燃烧更完全，燃烧效率更高,其节油率可达5 %,15 % ,排气温度下降20 %,60 % ,烟度下降40 %,77 % ,NOx 和 CO 的排放量降低25 %,在节能环保和经济效益上都有较为可观的效果。 2、制备方法的不同:微乳燃料的制备比较简单，只需要把油、水、表面活性剂、助表面活性剂按合适的比例混合在一起就可以自发形成稳定的微乳燃料。 (3)乳化柴油为什么不稳定,其对柴油发动机产生的损害是什么, 答:1、因为乳化柴油液滴大小多在0.1?2μm,有一定的分布，不透明，而微乳化柴油的液滴大小在5?10nm，分布均匀，透明;且乳化柴油可不必添加助乳化剂;热力学不稳定，易离心分层，而微乳柴油是热力学稳定体系，故乳化柴油不稳定。 2、乳化柴油产生较多的氮氧化物和碳烟，若积累较多，降低发动机动力，对于发动机的使用寿命有明显的缩短。 (4)为什么要进行柴油微乳液的研究,形成微乳柴油的通常条件是什么,其中各组分的作 用是什么, 答:1、因为普通柴油燃烧效率低，氮氧化物和碳烟等污染物排放多，对环境和能能源 造成较大的威胁，乳化柴油虽使燃烧效率提高了，但是它并不稳定，而且易分层; 所以为了提高效率和减少环境污染，我们需要研究液滴更小的微乳液。 2、形成微乳柴油的通常条件是液体透明、液滴大小在5?10nm、分布均匀、添加 了一定比例的乳化剂、热力学稳定。 3、微乳液中油与水是主要的组成成分;表面活性剂(即乳化剂)则是促进油与水 混溶，形成W/O或O/W体系;助表面活性剂则是促进乳化剂的乳化作用。 (5)什么是相图,什么是拟三元相图,绘制微乳柴油拟三元相图的作用是什么, 答:1、相图，也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些 参数(如温度、压力)之间关系的一种图。 2、通常对四组分或四组分以上体系，采用变量合并法，比如固定某两个组分的配比，使实际独立变量不超过三个，从而仍可用三角相图来表示，这样的相图称为拟三元相图。 3、根据相图可以初步推测体系的结构状态,能够比较直观地反映微乳体系相的变化,当体系有液晶相、凝胶相出现时,也能对微乳液及其相边界进行直观表示，也可以确定比较合适的微乳柴油各组分比例。 (6)确定微乳液结构性质的简单方法(W/0型乳液或0/W型乳液)有那些,其原理是什么, 答:1、通过电导、CoCl滤纸变色法、显微镜测颗粒大小等方式可研究微乳液的结构。 2 2.电导法原理:以水为外相的o/w型乳状液有较好的电导性能，而W/O型乳状液的电导性能很差，实验中分别测定水、柴油以及不同配比的乳化柴油的电导率，以判定不同配比乳化柴油的结构性能，依据微乳柴油燃烧减排机理，选择W/O型乳化柴油进行燃烧性能测定。 CoCl滤纸变色法原理:利用往乳状液中滴加数滴水溶性染料后，对乳液的染色2 情况进行微乳结构(W/O或O/W)鉴别。将滤纸充分浸泡在CoCl2 溶液中，烘干，滴上乳液， 若滤纸不变色仍为紫色，则为W/O型乳液，若变为红色则为O/W型乳液。滤纸变色原理是乳液外相的水和CoCl2反应生成Co(OH)2(紫色)的结果:CoCl2+2H2O= Co(OH)2+2HCl。 采用偏光显微镜初步观察乳液粒径大小:不同颗粒大小，对照射光的光路影响不同。 (7)为什么将柴油微乳化可提高柴油的燃烧效率，减少尾气排放,其可能的机理有那些, 答:1、微爆现象:在气缸温度急剧升高时，水微粒先沸腾气化，体积在万分之一秒内瞬间增大了1500倍左右，其气化膨胀相当于一次极小的爆炸。当油滴中的压力超过油的表面张力及环境压力之和时。水蒸气产生的巨大压力将冲破油膜的束缚，无数小液珠产生的阻力使油滴发生爆炸，油雾化成更细小的油滴。小油滴与空气接触的比表面积成倍提高，形成二次燃烧的雾化条件，爆炸后的细小油滴更易燃烧，其燃烧表面比纯燃油增加了104倍左右。因此，减少了物理上的不完全燃烧和排烟损失，提高了燃烧效率，使内燃机达到节能的效果。微爆产生的为数甚多的爆炸波，冲破了包围火焰面的CO2，N2惰性气体抑制层，促使空气形成强烈的紊流，紊流使空气、燃油蒸气在燃烧室内做更均匀的分布，同时使温度场也变得更加均匀，从而加快了燃烧速度，减少了后燃现象，避免了燃烧区间局部高温而产生的热解和裂化，使燃烧更加完全。 2、水煤气效应:在缺氧条件下，油燃烧产生热裂解，形成难以燃烧的碳，使排烟冒黑烟，而在水煤气存在时，水微粒高速汽化中所含的氧与碳粒子充分结合，并被完全燃烧而形成二氧化碳，从而大大提高喷燃雾化效果，使发动机燃烧效率提高，达到增强发动机动力、节省燃料的效果。 3、掺混效应:微爆产生的爆炸波冲破了包围在火焰周围的CO、N惰性气体层，促使空22 气形成强烈的紊流，紊流使空气和柴油蒸汽在燃烧室内做更均匀的分布，同时温度场也变得更加均匀，从而加快了燃烧速度，减少了后燃现象，避免了在燃烧区间的局部高温而产生的热解和裂化，使燃烧完全。 4.抑制NO的生成:燃烧乳化油时，由于水滴汽化、产生微爆均需吸热，由此可降低气缸工作温度，防止燃烧火焰局部高温，缩短燃烧时间，而且油掺水燃烧改善了空气和燃料混合比例，可以用较小的过量空气系数，即[N2]、[02]浓度大幅度降低，从而显著降低温度型和燃料型NOx的生成，抑制NOx对环境的污染。 (8) 氧弹量热技术的测量原理是什么,如何通过氧弹量热计测定微乳柴油的燃烧值,燃油 的完全燃烧与不完全燃烧有什么区别, 答:1、氧弹量热计的基本原理为能量守恒定律。样品完全燃烧放出的热量促使卡计及 周围的介质(本实验用水)温度升高，测量介质燃烧前后体系温度的变化值，可求算 该样品的恒容燃烧热。 2、在氧弹量热计与环境没有热交换情况下，其关系式为: mQ = W(卡计+水)•ΔT – m(点火丝)•Q(点火丝) 样V 求出各个未知值即可通过Qv=(W??T—m ?Q ) ,m 求出Qv。 (9)本实验乳化剂配方中，各种物质的作用是什么, 答:油酸作阴离子表面活化剂，CTAB 作阳离子表面活化剂，氨水是使HLB值亲水剂方向，正丁醇是作表面辅助剂。 二、实验原理 微乳液为两种互不相溶的液体在表面活性剂界面膜的作用下生成的热力学稳定、各向同性的透明的分散体系。 乳化燃油与通常的乳状液一样，也分为油包水型(W/o)和水包油型(O/W)。在乳化燃料燃烧过程中，由于有“微爆现象”、“水煤气反应”、掺混效应以及抑制NO生成效应的发生，所以乳化燃料具有节能降污的优点，引起人们广泛关注。 1、拟三元相图的研究方法 研究平衡共存的相数、组成和相区边界最方便、最有效的工具就是相图。对柴油微乳液的研究可采用拟三元相图的方法研究, 相图绘制简单，根据相图可以初步推测体系的结构状态,能够比较直观地反映微乳体系相的变化。 在水量一定的情况下，将复合表面活性剂往油中滴加，通过观察体系相的状态的变化以及体系中物质的重量比，通过拟三元相图的绘制，研究体系中物质的相溶性以及形成微乳液的条件。本实验采用此种方法进行乳化柴油的绘制。 2、乳化柴油燃烧热的测定: 量热法是热化学研究的基本实验方法，氧弹量热计的基本原理为能量守恒定律。样品完全燃烧放出的热量促使卡计及周围的介质(本实验用水)温度升高，测量介质燃烧前后体系温度的变化值，可求算该样品的恒容燃烧热。 在氧弹量热计与环境没有热交换情况下，其关系式为: mQ = W(卡计+水)•ΔT – m(点火丝)•Q(点火丝) (1) 样V m为柴油的质量(克); Qv为柴油的恒容燃烧热(焦/克);W(卡计+水)为氧弹卡计样 和周围介质的热当量(焦/度)，其值为14541.35J/K，?T为柴油燃烧前后温度的变化值。m(点火丝)为点火丝的质量，Q(点火丝)为点火丝(铁丝)的恒容燃烧热，其值为6694.4焦/克。在实验过程中无法完全避免“热漏”现象的存在，因此，实验中必须经过雷诺作图法或计算法校正柴油燃烧前后温度的变化值。通过(1)式，计算柴油燃烧的恒容热效应Qv(焦/克)。 为了避免平行测定中称量的差异对实验的影响，可通过Qv/m(J/g)(单位质量柴油燃烧放出的热量)，研究柴油和微乳柴油燃烧效率的不同;通过?T/?t(K/s)(即单位时间柴油燃烧时燃烧温度随时间的变化率)研究柴油和微乳柴油燃烧速率的不同。