Comment choisir la buse à ultrasons pour le revêtement d’alcool ?

Les alcools (méthanol, éthanol, isopropanol, etc.) sont des composants essentiels des améliorants de combustion propres et hautement volatils, et leur qualité d'atomisation détermine directement l'efficacité de la combustion, l'uniformité du mélange et la sécurité de l'améliorateur. La pulvérisation par atomisation ultrasonique, avec ses avantages d'atomisation à température ambiante, de taille de particule uniforme, de forte contrôlabilité et d'absence d'éclaboussures, est devenue le processus préféré pour préparer des améliorants de combustion à base d'alcool. Cet article, compte tenu de la faible viscosité, de la faible tension superficielle et de la forte volatilité des liquides alcoolisés, explique le principe technique de la pulvérisation par atomisation par ultrasons, analyse les caractéristiques structurelles et la compatibilité des différents types de têtes d'atomisation et clarifie finalement le schéma de tête d'atomisation optimal adapté à la pulvérisation d'améliorateurs de combustion à base d'alcool, fournissant ainsi une référence pour les applications industrielles.

 

I. Introduction Les améliorants de combustion sont des additifs clés pour améliorer l'efficacité de la combustion du carburant, réduire les émissions et améliorer les performances d'allumage. En raison de leur teneur élevée en oxygène, de leur forte volatilité et de leur bonne miscibilité avec le fioul, les alcools sont souvent utilisés comme principal solvant ou composant actif des améliorants de combustion (tels que les améliorants de combustion à base de méthanol- et les améliorants de combustion composites à base d'éthanol -). Les méthodes traditionnelles d'atomisation d'alcool (atomisation sous pression, atomisation à deux-fluides) souffrent de problèmes tels qu'une répartition inégale des gouttelettes, une consommation d'énergie élevée, un colmatage facile et une faible utilisation de matériaux. De plus, une pression élevée peut entraîner des pertes par volatilisation de l’alcool et des risques pour la sécurité.

 

La technologie de pulvérisation par atomisation ultrasonique décompose les liquides en gouttelettes uniformes de 1 -50 μm grâce à des vibrations à haute-fréquence. Il ne nécessite pas de haute pression, fonctionne à température ambiante et est parfaitement adapté aux caractéristiques des alcools. Il peut contrôler avec précision la taille des gouttelettes et la distribution des améliorants de combustion, améliorer l'uniformité du mélange des améliorants de combustion et du carburant et améliorer l'effet favorisant la combustion-. En tant que composant principal, le type de tête d'atomisation affecte directement l'efficacité de l'atomisation, le contrôle de la taille des gouttelettes et la stabilité à long terme ; il est donc crucial de sélectionner la tête adaptée aux caractéristiques spécifiques des alcools.

 

II. Caractéristiques des liquides alcoolisés et exigences pour la préparation d'améliorateurs de combustion

(I) Caractéristiques fondamentales des liquides alcoolisés
Les alcools courants (méthanol, éthanol, isopropanol) utilisés dans la préparation des améliorants de combustion présentent les caractéristiques clés suivantes :

 Faible viscosité : viscosité de 0,5 à 1,5 mPa·s à 20 degrés, extrêmement fluide, conduisant facilement à une atomisation instable et à une dérive de gouttelettes excessivement fines en raison de la faible viscosité ;

 Faible tension superficielle : 20-25 mN/m, bien inférieure à celle de l'eau, la faible tension superficielle les rend facilement cassables et faciles à atomiser, mais un contrôle des gouttelettes est nécessaire pour éviter une évaporation trop fine ;

 Haute volatilité : point d'ébullition 64,7-82,5 degrés, facilement volatil à température ambiante, nécessitant un temps de séjour réduit pendant l'atomisation pour éviter la perte par évaporation et les fluctuations de concentration ;

 Légère corrosivité : le méthanol est légèrement corrosif pour l'acier au carbone ordinaire, ce qui nécessite que la tête d'atomisation soit en alliage de titane, en acier inoxydable 304 ou en PTFE ;

 Inflammabilité : la vapeur forme un mélange explosif avec l'air, nécessitant des mesures anti-statiques et aucune étincelle à haute tension-pendant l'atomisation pour garantir la sécurité. • (II) Exigences relatives à la pulvérisation par atomisation dans la préparation d'améliorateurs de combustion
La préparation des améliorants de combustion nécessite une atomisation pour obtenir un mélange uniforme, une dispersion fine et une distribution quantitative précise des composants. Les exigences fondamentales sont les suivantes :

 

1. Taille des gouttelettes contrôlable : 10-30 μm est optimal. Des gouttelettes trop fines (<5μm) are prone to volatilization and loss, while those that are too coarse (>50 μm) entraînent un mélange inégal et une combustion retardée.

2. Distribution granulométrique uniforme : Coefficient de variation (CV)<15%, avoiding inconsistent combustion-enhancing effects due to differences in droplet size.

3. Non-colmatage et résistant à la corrosion- : convient au transport d'alcool à long-terme, évitant le colmatage des impuretés et les fuites de corrosion.

4. Faible consommation d'énergie et haute sécurité : atomisation à température ambiante, gaz vecteur à basse -pression, conception anti-statique, adaptée aux alcools inflammables.

5. Utilisation élevée du matériau : pas d'éclaboussures, pas de pulvérisation excessive, taux d'utilisation supérieur ou égal à 90 %, réduisant ainsi la perte d'alcool. III. Principe de la technologie de pulvérisation par atomisation ultrasonique pour les alcools

Le cœur de la pulvérisation par atomisation ultrasonique est basé sur l’effet piézoélectrique inverse et le principe de rupture des ondes capillaires. Il ne nécessite aucune force mécanique à haute-pression et est bien-adapté aux caractéristiques de faible viscosité et de forte volatilité des alcools :

1. Conversion d'énergie : le transducteur piézoélectrique en céramique à l'intérieur de la tête d'atomisation reçoit des signaux électriques à haute fréquence (20-120 kHz), générant des vibrations mécaniques axiales à la même fréquence (20 kHz=20 000 fois/seconde) ;

2. Formation de film liquide : l'alcool liquide est transporté vers la face d'extrémité vibrante de la tête d'atomisation à travers un canal d'écoulement de précision, formant un film liquide uniforme de taille micrométrique sous une vibration à haute fréquence ;

3. Rupture des ondes capillaires : L’énergie vibratoire génère des ondes capillaires stables à la surface du film liquide. Lorsque l'énergie dépasse la tension superficielle de l'alcool, les crêtes des vagues sont « déchirées », se brisant en gouttelettes uniformes de taille micrométrique ;

4. Distribution de gouttelettes : un gaz vecteur à basse pression (azote/air sec, 0,02-0,08 MPa) délivre uniformément les gouttelettes à la chambre de mélange ou au substrat, complétant ainsi la préparation par atomisation de l'aide à la combustion.

Ce procédé fonctionne à température ambiante et à basse pression, sans usure mécanique, correspondant parfaitement aux propriétés volatiles et inflammables des alcools. Simultanément, il contrôle avec précision la taille des gouttelettes, garantissant un mélange uniforme de l'accélérateur de combustion.

 

• Scénarios applicables : atomisation grossière à l'échelle industrielle et prémélange d'accélérateurs de combustion d'alcool, où un rendement élevé est privilégié par rapport à une uniformité élevée de la taille des particules.

Tête d'atomisation de focalisation/convergence (haute fréquence 60-120 kHz)

Principe structurel : canal d'écoulement en alliage de titane de précision + transducteur piézoélectrique haute fréquence ; le canal d'écoulement contractuel fait converger le gaz porteur, focalisant les gouttelettes dans un faisceau étroit (largeur de pulvérisation 10-20 mm) ;

Performance d'atomisation : taille des particules 5-20 μm, CV<10%, excellent uniformity; flow rate 0.1-10mL/min, precisely controllable;

Compatibilité avec l'alcool : ★★★★★ (optimale)

o Avantages : les vibrations à haute-fréquence produisent des gouttelettes de 10-20 μm, correspondant parfaitement à la taille optimale des particules de l'aide à la combustion ; granulométrie uniforme, pas de gouttelettes trop fines, réduisant la volatilisation de l'alcool ; alliage de titane + PTFE Scellé, résistant à la corrosion-et anti-statique ; Faible débit- précis et contrôlable, adapté aux formulations de micro-additifs ;

Inconvénients : volume d'atomisation inférieur, conception à tête unique-ne convient pas aux lots ultra-grands (plusieurs unités peuvent être connectées en parallèle) ;

Scénarios applicables : préparation raffinée, formulation quantitative précise et revêtement uniforme d'améliorateurs de combustion à base d'alcool de milieu-à-haut de gamme-alcool- ; idéal pour les laboratoires et les lignes de production pilotes.

 

(III) Tête d'atomisation en forme de diffusion/éventail- (moyenne fréquence 40-60 kHz)

Principe structurel : conception de canal d'écoulement vortex, dispersion rotationnelle du gaz porteur, gouttelettes éjectées en forme d'éventail/cyclone, largeur de pulvérisation 20-250 mm ;

Performance d'atomisation : taille des particules 10-30 μm, CV 10-15 %, débit 1-40 ml/min, adapté à la pulvérisation de grandes surfaces ;

Compatibilité avec l'alcool : ★★★★☆

oAvantages : les vibrations à fréquence moyenne- produisent des gouttelettes de 10-30 μm, adaptées aux besoins en matière d'aide à la combustion ; pulvérisation large-largeur, quantité d'atomisation modérée, adaptée à la production continue de lots moyens- ; matériau résistant à la corrosion-, adapté à une utilisation à long terme d'alcools ;

oInconvénients : les gouttelettes de bord sont légèrement plus grossières, l'uniformité est légèrement inférieure à celle du type de focalisation ; le gaz vecteur à basse-pression nécessite un contrôle précis pour éviter la dérive des gouttelettes ;

Scénarios applicables : production continue de lots moyens-d'aides à la combustion d'alcool, mélange et dispersion sur de grandes-zones, une solution de compromis équilibrant efficacité et uniformité.

(V) Comparaison des paramètres de base de quatre types de têtes d'atomisation (dimension de compatibilité avec l'alcool)

Tableau V. Conclusions de sélection et recommandations de processus pour les têtes d'atomisation des -améliorateurs de combustion à base d'alcool

 

(I) Conclusions de la sélection
Combinant les caractéristiques de faible viscosité et de volatilité des alcools avec la taille de particule optimale (10-30 μm), la haute uniformité et les exigences de faible volatilité des améliorants de combustion, les priorités de sélection sont claires :

1. Premier choix : les têtes d'atomisation focalisées/convergentes (60-120 kHz) conviennent à la préparation raffinée d'améliorateurs de combustion de milieu-à-haut de gamme-, avec une taille de gouttelettes de 10-20 μm, une excellente uniformité, une perte par volatilisation minimale, une résistance à la corrosion et un contrôle précis. Ils sont optimaux pour les lignes de production en laboratoire et à l’échelle pilote. Pour les lots ultra-larges, plusieurs têtes d’atomisation à focalisation peuvent être connectées en parallèle pour équilibrer l’uniformité et l’efficacité.
2. Deuxième choix : les têtes d'atomisation en forme de diffusion/éventail-(40-60 kHz) conviennent à la production continue de lots moyens-, avec une taille de gouttelettes de 10-30 μm, un débit modéré, une efficacité de pulvérisation élevée sur une grande surface et une excellente rentabilité. Ils constituent une solution de compromis couramment utilisée dans les chaînes de production industrielle.
3. Mélange grossier de grand-volume : les têtes d'atomisation de type transducteur Langzhiwan-(20-40 kHz) conviennent au prémélange de grand-volume d'aides à la combustion bas de gamme, mettant l'accent sur l'efficacité de l'atomisation, avec de faibles exigences en matière d'uniformité de la taille des particules, de faible coût et de maintenance simple.
4. Non recommandé : les têtes d'atomisation à mailles microporeuses produisent des gouttelettes trop fines, entraînant une évaporation importante de l'alcool et un risque élevé de colmatage ; convient uniquement aux applications spéciales de micro-volumes.

 

(II) Recommandations en matière d'appariement des processus

1. Sélection des matériaux : l'alliage de titane est préféré pour les parties de contact de la tête d'atomisation, suivi de l'acier inoxydable 304. Le PTFE doit être utilisé pour les joints afin d'éviter la corrosion par l'alcool.

2. Correspondance de fréquence : 80-100 kHz est préféré pour le méthanol/éthanol (type de focalisation). Pour les alcools à haute viscosité tels que l'isopropanol, la fréquence peut être réduite à 40-60 kHz (type diffusion).

3. Contrôle des gaz vecteurs : utilisez de l'azote (inerte) au lieu de l'air, à une pression de 0,03 à 0,06 MPa, pour réduire l'oxydation et la volatilisation de l'alcool.

4. Conception anti-volatilisation : le refroidissement à basse-température de la chambre d'atomisation (10-15 degrés) raccourcit la distance de distribution des gouttelettes et réduit la perte par volatilisation.

5. Protection de sécurité : l'équipement est mis à la terre antistatique, la chambre d'atomisation est scellée et une alarme de gaz combustible est fournie pour s'adapter aux caractéristiques inflammables des alcools.

 

VI. Résumé
Le cœur de la préparation d'aide à la combustion à base d'alcool-est une atomisation précise, uniforme et à faibles-pertes. La technologie de pulvérisation par atomisation ultrasonique est parfaitement adaptée aux caractéristiques de faible viscosité et de forte volatilité des alcools, et le choix de la tête d’atomisation est crucial. Les têtes d'atomisation focalisées/convergentes (60-120 kHz) sont le choix optimal pour la préparation raffinée d'améliorateurs de combustion à base d'alcool-en raison de leur taille de particules contrôlable, de leur grande uniformité et de leur faible perte par volatilisation. Les types de transducteurs à diffusion et Langevin conviennent respectivement aux scénarios d'atomisation grossière à moyenne- et à grande-échelles. Les types de mailles microporeuses ne sont pas recommandées pour un usage industriel en raison d'une volatilisation importante. En combinaison avec des mesures de soutien au processus, la qualité de l'atomisation peut être encore améliorée, garantissant l'efficacité de la combustion et la sécurité des améliorants de combustion à base d'alcool, fournissant ainsi une solution technique efficace et fiable pour la préparation industrielle d'additifs pour carburants propres.