oder Emulsionseinspritzung auf die homogene Dieselverbrennung

2.2 Kraftstoff-Wasser-Emulsionen
Bei einem gegebenen Gesamtdampfdruck pg es liefert der Schnittpunkt zwischen
der Dampfdruckkurve (1) und der Wasser-Differenzdruckkurve (3) die
Siedetemperatur sowie die molare Dampfzusammensetzung einer siedenden
Emulsion. Bildet man z.B. eine Emulsion aus Hexan C6H14 und Wasser, so ist
ersichtlich, dass diese bei einem Druck von 1 bar bei etwa 60°C siedet. Der
Dampf besteht dabei aus ca. 20Mol-% Wasser sowie ca. 80Mol-% Hexan. Solange
die Partialdrücke sich gegenseitig beeinflussen, siehe Abschätzung im
Anhang A.2, ist diese Zusammensetzung des Dampfes unabhängig von den
jeweiligen Flüssig-Anteilen an Wasser und Kohlenwasserstoff.
Für Dieselkraftstoff ist das Verhalten komplexer, da dieser eine Mischung aus
Kohlenwasserstoffen darstellt und somit bei einem gegebenen Druck keine
konstante Siedetemperatur, sondern eine Siedekurve aufweist. Die Zusammensetzung
des Destillates lässt sich damit nicht mit obigem Verfahren direkt
aus der Dampfdrucktafel ermitteln, sondern wurde mit Hilfe einer Destillation
quantifiziert. Hierzu wurde die Basisemulsion unter atmosphärischem
Druck von 952 mbar erwärmt. Reines Wasser würde bei diesem Druck bei
98,2°C sieden [Nat], die Siedetemperatur der Emulsion dagegen wurde bei einer
Temperatur von 98,5°C beobachtet und steht damit im Kontrast zur oben
diskutierten Siedepunkterniedrigung. Dies erklärt sich durch die nicht vollständig
vorhandene Mischungslücke zwischen den beteiligten Substanzen.
Die Löslichkeit des Emulgators im Wasser erhöht zunächst dessen Siedetemperatur.
Der zusätzlich vorhandene Kraftstoff wiederum erniedrigt durch seinen
Partialdruckanteil die Siedetemperatur der Emulsion, womit sich schließlich
die gemessene Siedetemperatur einstellt.
Wie aufgeführt entspricht die molare Zusammensetzung des Dampfes den
Partialdrücken von Wasser/Emulgator und den verdampften Kraftstoffanteilen.
Dies spiegelt sich in der 2-phasigen Zusammensetzung des Destillates wider,
dessen Massenanteil Wasser YH2O = 66% durch Dekantieren leicht abgeschieden
werden konnte. Daraus lässt sich über die Annahme einer mittleren
Molmasse der Kohlenwasserstoffe von MK W = 150 g/mol der Molanteil des
Wassers zu χH2O =94% bestimmen:
χH2O = nH2O
ng es
=
YH2O· MK W
MH2O· (1−YH2O)+YH2O· MK W
19
(2.11)