1、實驗目的
1.1 學會柴油微乳體系擬三元相圖的繪製與研究方法，並根據相圖，選擇合適的柴油微乳液進行燃燒效能測定。
1.2 通過氧彈卡計進行燃燒效能的測定，比較柴油、微乳柴油燃燒時其燃燒效率的不同，對微乳柴油的經濟與環保價值進行評價。
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，了解恆壓燃燒熱與恆容燃燒熱的差別。
1.4 了解氧彈卡計的主要部件的作用，掌握氧彈卡計的量熱技術；熟悉雷諾**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 年首次報道微乳液以來,微乳的理論和應用研究獲得了迅速發展。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**的作用下生成的熱力學穩定、各向同性的透明的分散體系[1]。由於微乳液能形成超低介面張力,具有高穩定性、大增溶量、以及粒徑小等特殊性質,已引起人們廣泛關注[2]。
燃料中摻水, 能提高油料的燃燒效率, 降低燃燒廢氣中有害氣體的含量[3]。燃油摻水是乙個既古老又新興的課題。早在一百多年前就有人使用摻水燃油。
由於油、水在表面活性劑作用下形成的w/o或o/w乳液在加熱燃燒時水蒸氣受熱膨脹後能夠產生微爆，使得燃油二次霧化燃燒更加充分，提高了燃燒效率，大大降低了廢氣中的有害氣體的含量。但是由於一般的乳狀液穩定時間短，易分層，使得這一技術的應川受到了很大的限制[4]。
微乳燃料的製備比較簡單，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形成穩定的微乳燃料。微乳燃油可長期穩定,不分層,且製備簡單, 並能使燃燒更完全,燃燒效率高,節油率達5 %～15 % ,排氣溫度下降20 %～60 % ,煙度下降40 %～77 % ,nox 和co 排放量降低25 %,在節能環保和經濟效益上都有較為可觀的效果,已成為世界各國競相開發的熱點。隨著近年來對兩親分子有序組合體研究的不斷深入,微乳液理論在乳化燃油領域取得了突破性進展，開發透明、穩定、效能與原燃油差不多的微乳液燃料成為了研究熱點。
隨著經濟快速發展與人口的急劇增長, 80% ～90%的空氣汙染來自交通工具排放的尾氣,柴油不完全燃燒造成的環境汙染越來越受到人們的關注,**大氣汙染已成為人類面臨的重要課題。另一方面,由於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,而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境汙染，研究新型節油防汙染技術，包括最為人們青睞並具有節能效率高，減少尾氣汙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。
本著節能和環保兩個根本宗旨,各國都在加緊對微乳燃油效能的研究。微乳柴油的效能決定著它的應用,研究微乳柴油的效能就顯得十分重要[5]。
2.2 微乳柴油與燃燒減排機理
乳化燃油與通常的乳狀液一樣，也分為油包水型(w/o)和水包油型(o/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，被稱為連續相或外相。我們目前所見的大多數乳化燃料油都為油包水型乳化燃料。乳化燃料燃燒是個複雜的過程，對其節能降汙機理較為成熟的解釋是乳化燃料中存在的「微爆」現象和水煤氣反應，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—「微爆現象」
二十世紀六十年代初，前蘇聯科學家伊萬諾夫等人發現了乳化燃料的「微爆」現象，從而為乳化燃料的節能、降汙機理提供了理論基礎。油包水型分子基團，油是連續相，水是分散相，由於水沸點(100℃)低於燃油沸點(130℃以上)。在氣缸溫度急劇公升高時，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，其氣化膨脹相當於一次極小的**。
當油滴中的壓力超過油的表面張力及環境壓力之和時。水蒸氣產生的巨大壓力將衝破油膜的束縛，無數小液珠產生的阻力使油滴發生**，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，**後的細小油滴更易燃燒，其燃燒表面比純燃油增加了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，使內燃機達到節能的效果。微爆產生的為數甚多的**波，衝破了包圍火焰面的co2，n2惰性氣體抑制層，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，減少了後燃現象，避免了燃燒區間區域性高溫而產生的熱解和裂化，使燃燒完全。
2.2.2 化學作用—「水煤氣反應」
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分結合，並被完全燃燒而形成二氧化碳，從而大大提高噴燃霧化效果，使發動機燃燒效率提高，達到增強發動機動力，節省燃料的效果。
c + h2o= c0 + h2
c + 2 h2o = co2 +2h2。
co+ h2o= co2+ h2
h2 + 02 = h2o
上述反應過程中，提高了乳化燃料的燃燒率，降低了排煙中的煙塵含量。同時由於乳化水的蒸發作用，均衡了燃燒時的溫度場，從而抑制了nox的形成，達到節能環保的目的。
2.2.3 摻混效應
微爆產生的**波衝破了包圍在火焰周圍的co2、n2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，減少了後燃現象，避免了在燃燒區間的區域性高溫而產生的熱解和裂化，使燃燒完全。
2.2.4 抑制no的生成
no的生成主要有三個重要途徑:(1)由空氣中的no2在高溫區反應生成的熱反應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是柴油機的主要有害排放物。它是空氣在氣缸內燃燒的高溫條件下氧和氮反應而產生的。其中以no為主。
單缸發動機燃用乳化柴油的nox排放比純柴油低。這是由於乳化柴油中的水蒸汽稀釋燃氣與降低燃燒的最高溫度, 從而抑制nox的生成。柴油摻水乳化燃燒能有效地降低柴油機的排放濃度,這是極其有意義的[6]。
影響no生成的因素有:可燃混合物的組成，燃料在反應區停留時間，燃料溫度和工作壓力等。根據機理，nox的生成速度為:
d[nox]/dt = a·exp[-ea/rt]·[n2]·[02]1/2
可見無論在內燃機或是其它燃燒裝置上，nox的生成量與反應溫度呈指數關係增加。如果空燃比高，燃燒強度大，反應溫度高，停留時間長，nox則急劇增加。燃燒乳化油時，由於水滴汽化、產生微爆均需吸熱，由此可降低氣缸工作溫度，防止燃燒火焰區域性高溫，縮短燃燒時間，而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係數，即[n2]、[02]濃度大幅度降低，從而顯著降低溫度型和燃料型nox的生成，抑制nox對環境的汙染。
2.3 柴油微乳液的研究
對微乳柴油的研究通常包括為微乳燃油配方選擇合適的表面活性劑和助表面活性劑，並考察各組分對可增溶水量的影響，確定最佳的微乳燃油配方比例。然後針對微乳柴油體系，通過相圖、電導、nmr、ft-ir、分子光譜、螢光光譜、黏度法、電子顯微鏡等方式研究微乳液的結構。並進行燃燒效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及其組成和相區邊界最方便、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採用平面三角形來表示，稱為三元相圖[7]。對四組分體系，需要採用立體正四面體。而四組分以上的體系就無法全面的表示。
通常對四組分或四組分以上體系，採用變數合併法，比如固定某兩個組分的配比，使實際獨立變數不超過三個，從而仍可用三角相圖來表示，這樣的相圖稱為擬三元相圖。
柴油微乳液研究可採用擬三元相圖的方法研究, 相圖繪製簡單，根據相圖可以初步推測體系的結構狀態,能夠比較直觀地反映微乳體系相的變化,當體系有液晶相、凝膠相出現時,也能對微乳液及其相邊界進行直觀表示。
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，繼續滴加水，水與油的比例將會變動，體系發生這樣的變化: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，通過觀察體系相的狀態的變化以及體系中物質的重量比，通過擬三元相圖的繪製，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示方法
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恆定律。樣品完全燃燒放出的熱量促使卡計及周圍的介質（本實驗用水）溫度公升高，測量介質燃燒前後體系溫度的變化值，可求算該樣品的恆容燃燒熱。柴油為石油分餾產品,其中各烴分子所含碳原子數不同,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。
在氧彈量熱計與環境沒有熱交換情況下，其關係式為：
m樣qv = w（卡計+水）δt – m（點火絲）q（點火絲1）
m樣為柴油的質量（克）； qv為柴油的恆容燃燒熱（焦/克）；w（卡計+水）為氧彈卡計和周圍介質的熱當量（焦/度），其表示卡計和水溫度每公升高一度所需要吸收的熱量，w（卡計+水）一般通過經恒重的標準物如苯甲酸標定.苯甲酸的恆容燃燒熱為26459.6焦/克。
△t為柴油燃燒前後溫度的變化值。m（點火絲）為點火絲的質量，q（點火絲）為點火絲（鐵絲）的恆容燃燒熱，其值為6694.4焦/克。
在實驗過程中無法完全避免「熱漏」現象的存在，因此，實驗中必須經過雷諾作圖法或計算法校正柴油燃燒前後溫度的變化值。通過（1）式，計算柴油燃燒的恆容熱效應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/△t（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）、十六烷基三甲基溴化銨（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（每組一台）； 燒杯（50ml、250ml）、鑷子、玻棒、洗耳球、膠頭滴管等。
4、實驗步驟與現象
4.1 復合乳化試劑配比與配製:
4.1.1 復合乳化劑配比
油酸66.15% 十六烷基三甲基溴化銨(ctab)0.91% 氨水9.1%， 正丁醇 23.8%
4.1.2 復合乳化劑配製
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；先慢後快順時針攪拌2min後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.
1993 g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20min後，燒杯中的物質變成淺黃色油狀乳濁液，繼續邊加熱邊攪拌，約15min後該乳濁液變成黃色透亮、澄清的油狀液體；最後再直接加入0.5003gctab。製好的復合乳化劑放置備用。
二茂鐵柴油實驗報告完成版
華南師範大學實驗報告 學生姓名吳健華學號 20102401046 專業化學 師範 班級 10化學五班 課程名稱化學綜合實驗實驗型別 驗證 設計 綜合 實驗時間 2014 年 3 月 27 日指導老師何廣平老師 預習碼 56096實驗評分 二茂鐵對柴油的助燃和消煙作用 一 前言 1.1.實驗目的 1 ...
柴油機排放檢測分析實驗報告
柴油機尾氣排放實驗報告 學院 專業 化工學院 化學工程與工藝 學號 06112595 姓名 呂富元 指導教師 唐力 中國礦業大學機電實驗中心 柴油機尾氣排放測量實驗報告 一 基本情況記錄表 二 實驗 柴油機尾氣排放測量實驗報告 三 測量結果 四 測量結果分析及實驗體會 從這次試驗得知，柴油機的基本構...
實驗報告電路實驗報告要求
三一文庫 報告范文 實驗報告 電路實驗報告要求 同學您好 電路實驗課已經結束，請按題目要求認真完成實驗報告，並要仔細檢查一遍，以免退回，具體要求如下 一 繪製電路圖要工整 選取合適比例，元件引數標註要準確 完整。二 計算題要有計算步驟 解題過程，要代具體資料進行計算，不能只寫得數。三 實驗中測試得到...