Общие сведения об индустриальных маслах

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………………………….............5

1 Общие сведения об индустриальных маслах……………………………….......7

1.1 Классификация индустриальных масел……………………………………7

1.2 Вязкость индустриальных масел………………………………...…………8

1.3 Смазывающее свойство индустриальных масел………………....………..9

1.2 Регенерация индустриальных масел………………………………………11

1.2.1 Физические методы………………………………………………………12

1.2.2 Физическо-химические методы…………………………………………13

1.2.3 Химические методы……………………………………………………...15

2 Установки регенерации индустриальных масел……………………………...17

2.1 Маслорегенерационная адсорбционная установка Р-1000М……………17

2.2 Маслорегенерационная установка РИМ-1000…………………………....22

2.3 Установка для регенерации индустриальных масел УПТМ-8К………...24

3 Технологический расчет основного оборудования…………………………..26

3.1 Методика расчета лопастной мешалки………...………………………....26

3.2 Расчет лопастной мешалки………………………………………………...31 Заключение………………………………………………………………………..36

Список использованных источников…………………………………................37

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Регенерация нефтяных масел – это чрезвычайно эффективный источник экономии финансовых ресурсов. Она позволяет восстановить первичные свойства и повторно использовать продукт по назначению. Каждый вид смазочного масла требует индивидуального подхода к процессу его регенерации. Самыми простыми для восстановления считаются индустриальные и электроизоляционные типы масел, в то время как регенерация моторных масел затруднена.

В зависимости от типа исходного сырья и условий его последующего использования в результате регенерации на выходе можно получить 70-95% готового продукта.

При длительной эксплуатации индустриальных масел в них могут накапливаться побочные продукты окисления, загрязнения и прочие примеси. Все они вместе оказывают негативное влияние на эксплуатационные характеристики масел, резко снижая их качество.

Чтобы избежать поломки порой очень дорогостоящего оборудования, старые отработанные масла нужно вовремя менять на новые. Использованное сырье собирают, а потом подвергают специальной обработке с целью регенерации. Проведение подобных операций помогает сохранить масла для эксплуатационных надобностей, не проводя их утилизацию.

При регенерации индустриальных масел применяется целая совокупность операций, которые основываются на разнообразных физических, физико-химических и химических процессах.

Конечной целью регенерации является удаление из масел продуктов загрязнения и старения.

Цель курсового проекта:

1) спроектировать установку регенерации индустриальных масел по типу УПТМ-8К;

2) рассчитать лопастную мешалку в составе установки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) проанализировать литературные источники по теме работы;

2) на основании проведенного литературного обзора выбрать прототип проектируемой установки;

3) рассчитать необходимое оборудование;

4) провести эколого-экономическое обоснование предлагаемой технологии.

Общие сведения об индустриальных маслах

Индустриальные масла — дистиллятные нефтяные масла, используемые в качестве смазочных материалов, преимущественно в узлах трения станков, вентиляторов, насосов, текстильных машин, а также как основа при изготовлении гидравлических жидкостей, пластичных и технологических смазок [1].

Назначение индустриальных масел – обеспечить снижение трения и износа деталей металлорежущих станков, прессов, прокатных станов и другого промышленного оборудования. Одновременно индустриальные масла должны отводить тепло от узлов трения, защищать детали от коррозии, очищать поверхности трения от загрязнения, быть уплотняющим средством, не допускать образования пены при контакте с воздухом, предотвращать образование стойких эмульсий с водой или быть способными эмульгировать, хорошо фильтроваться через фильтрующие элементы, быть нетоксичными, не иметь неприятного запаха и т.д. В условиях применения смазочные масла подвергаются воздействию высоких температур и давлений, контактируют с различными металлами, воздухом, водой и различными агрессивными средами. Поэтому в период эксплуатации они окисляются – повышается вязкость, кислотное число, коррозионная активность, засоряются продуктами износа – усиливается абразивный износ, ухудшается фильтрование, появляются продукты деструкции – понижается вязкость, температура вспышки, появляется вода.

Классификация индустриальных масел

В основу современной классификации индустриальных масел различного назначения положен принцип их деления на группы в зависимости от области применения и эксплуатационных свойств.

Международной организацией по стандартизации (ISO) разработан ряд стандартов, касающихся классификации индустриальных масел:

ISO 6743/0-81 «Классификация смазок и индустриальных масел»

ISO 3448-75 «Смазочные материалы индустриальные. Классификация вязкости».

С учетом требований ISO и ГОСТа 17479.0-85 «Масла нефтяные. Классификация и обозначения. Общие требования» — разработан ГОСТ 17479.4-87 «Масла индустриальные технические требования».

Обозначение индустриальных масел согласно ГОСТ 17479.4-87 включает группу знаков, разделенных между собой дефисом:

– первый знак (прописная буква «И») — общий для всех марок независимо от состава, свойств и назначения масла;

– второй знак (прописная буква) — принадлежность к группе по назначению;

– третий знак (прописная буква) — принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам;

– четвертый знак (цифра) — принадлежность к классу вязкости.

Вязкость индустриальных масел

Вязкость индустриальных масел – одно из важных свойств, имеющих эксплуатационное значение, общее для большинства масел. При гидродинамических расчетах, связанных с конструированием узлов трения и подбором для них масла, обычно используют кинематическую вязкость. Ее обязательно нормируют для всех нефтяных масел. При выборе масла следует учитывать три критических значения вязкости: оптимальное при нормальной рабочей температуре, минимальное при максимальной рабочей температуре и максимальное при самой низкой температуре.

Вязкость масла в значительной степени зависит от давления. Это имеет особое значение при смазывании механизмов, работающих с большими удельными нагрузками и высоким давлением в узлах трения, что должно учитываться при конструировании и расчетах механизмов. Требуемый уровень вязкости в рабочих условиях положительно сказывается на смазывающих свойствах масла: между поверхностями трения создается прочный смазочный слой.

В зависимости от вязкости индустриальные масла подразделяют на лёгкие, средние и тяжёлые.

Лёгкие индустриальные масла [вязкость при 50 °С 5—10 сст (1 сст = 10^-6 м²/сек), t_заст до —25 °C] используют для смазки высокоскоростных малонагруженных механизмов. В эту группу входят: масла Л (велосит) и Т (вазелиновое), применяемые для смазки прядильных и крутильных машин в текстильной промышленности, шпинделей металлообрабатывающих станков и маломощных высокооборотных моторов; сепараторное масло Л для смазки лёгких сепараторов; швейное масло для швейных, вязальных и трикотажных машин; приборное масло МВП (t_заст —60 °С) для смазки контрольно-измерительных приборов и др.

Средние индустриальные масла (вязкость при 50 °С 10—50 сст, t_заст до —30°С) используют для смазки механизмов, работающих при средних режимах скоростей и нагрузок. В эту группу входят веретённые и машинные масла, а также сепараторное масло Т и телеграфное масло. Эти масла применяются во многих отраслях промышленности (лёгкой, металлообрабатывающей и др.); в частности, их используют для смазывания подшипников маломощных электродвигателей и гидросистем металлообрабатывающих станков.

Тяжёлые индустриальные масла (вязкость при 100 °С 10—30 сст, сравнительно высокие температуры застывания) применяют для смазывания промышленного оборудования, работающего при малых скоростяхи больших нагрузках, например кузнечно-прессового оборудования, червячных и зубчатых передач.

Физические методы

Физические методы позволяют удалять из масел твердые частицы загрязнений, микрокапли воды и частично - смолистые и коксообразные вещества, а с помощью выпаривания - легкокипящие примеси. Масла обрабатываются в силовом поле с использованием гравитационных, центробежных и реже электрических, магнитных и вибрационных сил, а также фильтрование, водная промывка, выпаривание и вакуумная дистилляция. К физическим методам очистки отработанных масел относятся также различные массо- и теплообменные процессы, которые применяются для удаления из масла продуктов окисления углеводородов, воды и легкокипящих фракций.

Отстаивание является наиболее простым методом, основанным на процессе естественного осаждения механических частиц и воды под действием гравитационных сил. В зависимости от степени загрязнения топлива или масла и времени, отведенного на очистку, отстаивание применяется как самостоятельный метод или предварительный, предшествующий фильтрации или центробежной очистке. Основным недостатком этого метода является большая продолжительность процесса оседания частиц до полной очистки, удаление только наиболее крупных частиц размером 50-100 мкм.

Фильтрация – это процесс удаления частиц механических примесей и смолистых соединений путем пропускания масла через сетчатые или пористые перегородки фильтров. В качестве фильтрационных материалов используются металлические и пластмассовые сетки, войлок, ткани, бумага, композиционные материалы и керамика. Во многих организациях, эксплуатирующих СДМ, в целях повышения качества очистки моторных масел увеличивается количество фильтров грубой очистки и в технологический процесс вводится еще один этап – тонкая очистка масла.

Центробежная очистка, осуществляемая с помощью центрифуг, является наиболее эффективным и высокопроизводительным методом удаления механических примесей и воды. Этот метод основан на разделении различных фракций неоднородных смесей под действием центробежной силы. Применение центрифуг обеспечивает очистку масел от механических примесей до 0, 005% по массе, что соответствует 13 классу чистоты по ГОСТ 17216-71, и обезвоживание до 0, 6% по массе.

 

Физико-химические методы

Широкое применение нашли физико-химические методырегенерации масел. К ним относятся коагуляция, адсорбция и селективное растворение содержащихся в масле загрязнений. Разновидностью адсорбционной очистки является ионно-обменная очистка.

Коагуляция, т. е. укрупнение частиц загрязнений, находящихся в масле в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, осуществляется с помощью специальных веществ – коагулянтов, к которым относятся электролиты неорганического и органического происхождения, поверхностно активные вещества (ПАВ), не обладающие электролитическими свойствами, коллоидные растворы ПАВ и гидрофильные высокомолекулярные соединения.

Процесс коагуляции зависит от количества вводимого коагулянта, продолжительности его контакта с маслом, температуры, эффективности перемешивания и т.д. Продолжительность коагуляции загрязнений в отработанном масле составляет, как правило, 20-30 минут, после чего проводится очистка масла от укрупнившихся загрязнений с помощью отстаивания, центробежной очистки или фильтрования.

Адсорбционная очистка отработанных масел заключается в использовании способности веществ, служащих адсорбентами, удерживать загрязняющие масло продукты на наружной поверхности гранул и на внутренней поверхности пронизывающих гранулы капилляров. В качестве адсорбентов применяют вещества природного происхождения (отбеливающие глины, бокситы, природные цеолиты) и полученные искусственным путем (силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения, синтетические цеолиты). Адсорбционная очистка может осуществляться контактным методом – в этом случае масло перемешивается с измельченным адсорбентом, перколяционным методом – тогда очищаемое масло пропускается через адсорбент, или методом противотока – когда масло и адсорбент движутся навстречу друг другу. К недостаткам контактной очистки следует отнести необходимость утилизации большого количества адсорбента, загрязняющего окружающую среду. При перколяционной очистке в качестве адсорбента чаще всего применяется силикагель, что делает этот медом дорогостоящим. Наиболее перспективным методом является адсорбентная очистка масла в движущемся слое адсорбента, при котором процесс протекает непрерывно, без остановки для периодической замены, регенерации или отфильтрования адсорбента, однако применение этого метода связано с использованием довольно сложного оборудования, что сдерживает его широкое распространение.

Ионно-обменная очистка основана на способности ионитов (ионно-обменных смол) задерживать загрязнения, диссоциирующие в растворенном состоянии на ионы. Иониты представляют собой твердые гигроскопические гели, получаемые путем полимеризации и поликонденсации органических веществ и не растворяющиеся в воде и углеводородах. Процесс очистки осуществляется контактным методом при перемешивании отработанного масла с зернами ионита размером 0, 3-2, 0 мм или преколяционным методом при пропускании масла через заполненную ионитом колонну. В результате ионообмена подвижные ионы в пространственной решетке ионита заменяются ионами загрязнений. Восстановление свойств ионитов осуществляется путем их промывки растворителем, сушки и активации 5%-ным раствором едкого натра. Ионно-обменная очистка позволяет удалять из масла кислотные загрязнения, но не обеспечивает задержки смолистых веществ.

Селективная очистка отработанных масел основана на избирательном растворении отдельных веществ, загрязняющих масло: кислородных, сернистых и азотных соединений, а также, при необходимости, полициклических углеводородов с короткими боковыми цепями, ухудшающих вязкостно-температурные свойства масел. В качестве селективных растворителей применяются фурфурол, фенол и его смесь с крезолом, нитробензол, различные спирты, ацетон, метил этиловый кетон и другие жидкости. Селективная очистка может проводиться в аппаратах типа «смеситель-отстойник» в сочетании с испарителями для отгона растворителя (ступенчатая экстракция) или в двух колоннах ­ экстракционной для удаления из масла загрязнений и ректификационной для отгона растворителя (непрерывная экстракция). Второй способ экономичнее, поэтому применяется более широко.

Разновидностью селективной очистки является обработка отработанного масла пропаном – при этом углеводороды масла растворяются в нем, а асфальтосмолистые вещества, находящиеся в масле в коллоидном состоянии, выпадают в осадок.

 

Химические методы

Химические методыочистки основаны на взаимодействии веществ, загрязняющих отработанные масла, и вводимых в эти масла реагентов. В результате химических реакций образуются соединения, легко удаляемые из масла. К химическим методам очистки относятся кислотная и щелочная, окисление кислородом, гидрогенизация, а также осушка и очистка от загрязнений с помощью окислов, карбидов и гидридов металлов. Наиболее часто используются сернокислотная очистка, гидроочистка, а также различные процессы с применением натрия и его соединений.

По числу установок и объему перерабатываемого сырья на первом месте в мире находятся процессы с применением серной кислоты. Однако в результате сернокислотной очистки образуется большое количество кислого гудрона – трудно утилизируемого и экологически опасного отхода. Кроме того, сернокислотная очистка не обеспечивает удаление из отработанных масел полициклических аренов и высокотоксичных соединений хлора.

Все шире при переработке отработанных масел используются гидрогенизационные процессы (гидроочистка). Это связано как с широкими возможностями получения высококачественных масел и увеличения их выхода, так и с большей экологической чистотой этого процесса по сравнению с сернокислотной и адсорбационной очистками. Недостатком процесса гидроочистки является потребность в больших количествах водорода, при том, что порог экономически целесообразной производительности (по зарубежным данным) составляет 30-50 тыс. т/год. Установка с использованием гидроочистки масел, как правило, блокируется с соответствующим нефтеперерабатывающим производством, имеющим излишек водорода и возможность его рециркуляции.

Для очистки отработанных масел от полициклических соединений (смолы), высокотоксичных соединений хлора, продуктов окисления и присадок применяются процессы с использованием металлического натрия. При этом образуются полимеры и соли натрия с высокой температурой кипения, что позволяет отогнать масло. Выход очищенного масла превышает 80 %. Процесс не требует давления и катализаторов, не связан с выделением хлоро- и сероводорода. Несколько таких установок работают во Франции и Германии. Среди промышленных процессов с использованием суспензии металлического натрия в нефтяном масле наиболее широко известен процесс Recyclon (Швейцария). Процесс Lubrex с использованием гидроксида и бикарбоната натрия (Швейцария) позволяет перерабатывать любые отработанные масла с выходом целевого продукта до 95 % [3].

 

 

Расчет лопастной мешалки

1 Выбор материалов

1) В соответствии с рекомендациями выбираем П = 0, 1*10^-3 м/год; L_h = 20 лет

Устанавливается прибавка на коррозию по формуле (1):

Ск = 0, 1·10^-3·20 = 2·10^-3 м

2)Рабочая среда – нефтепродукты

Температура = 100 °С

Материал для корпуса – Ст.3

3) Расчет допускаемого напряжения по формуле (2):

[σ ]* = 134 МПа

[σ ] = 0, 9·134 = 120, 6 МПа

2 Расчет геометрических размеров аппарата

2.1 Расчет оболочки, нагруженной внутренним давлением

Высота столба жидкости:

H_ж = 0, 6·1, 2 = 0, 72 м

Расчет гидростатического давление по формуле (4):

Р_гидр = 890·9, 8·0, 72·10^-6 = 0, 0063 МПа

Т.к. 0, 0063< 0, 04, то гидростатическое давление не учитывается. Тогда расчетное давление рассчитаем по формуле (5):

Р_р = 0, 8 МПа

1)Расчет толщины цилиндрической обечайки по формуле (6):

Пусть

Так как 0, 007 < 0, 8 мм (по условию), данное значение не подходит;

Пусть

Так как 1 > 0, 8 мм (по условию), данное значение подходит.

2) Расчет эллиптической крышки по формуле (7):

Пусть

Так как 0, 013 < 0, 8 мм (по условию), данное значение не подходит;

Пусть

Так как 1 > 0, 8 мм (по условию), данное значение подходит.

3) Расчет конического днища по формуле (8):

Пусть

D_p=0, 8·1200=960 мм

Так как 0, 436 < 0, 8 мм (по условию), данное значение не подходит;

Пусть

Так как 1, 436 > 0, 8 мм (по условию), данное значение подходит.

2.2 Расчет корпуса под наружным давлением

1) Расчет толщины цилиндрической обечайки по формулам (9-14):

Р_рн = 0, 1 – 0, 05 = 0, 05 МПа

Пусть

S=max{0, 26·1200·10^-2; 1, 1·0, 05·1200/(2·120, 6)}+2+0, 38= =max{3, 12; 0, 3}+2+0, 38 = 5, 5 мм

Так как 0, 38 < 0, 6 мм (по условию), данное значение не подходит;

Пусть

S=max{0, 26·1200·10^-2; 1, 1·0, 05·1200/(2·120, 6)}+2+0, 88= =max{3, 12; 0, 3}+2+0, 88=6 мм

Так как 0, 88 > 0, 6 мм (по условию), данное значение подходит.

Расчет допускаемого наружного давления по формулам (15-18):

Условие соблюдается 0, 05 < 0, 08 МПа

2) Расчет конического днища

Расчет допускаемого наружного давления по формулам (19-24):

Условие соблюдается 0, 05< 0, 19 МПа.

Исходя из проверочных расчетов и условий прочности и устойчивости, принимают толщину стенки (максимальную):

цилиндрической обечайки ,

эллиптической крышки ,

конического днища .

 

3 Расчет перемешивающего устройства

1) Расчет площади лобовой поверхности лопатки, вытесняющей жидкости по формулам (25-26):

Методом интерполяции получаем h = 0, 095;

м²

2) Расчет окружной скорости центра тяжести лопасти по формуле (27):

3) Расчет массы жидкости, вытесняемой лопастью по формуле (28):

4)Расчет работы по формуле (29):

5) Расчет затрачиваемой работы по формуле (30):

Так как b/h=5, методом интерполяции получаем φ =1, 2067;

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте рассмотрели методы регенерации индустриальных масел. Регенерация отработанных масел стала необходимой ввиду следующих причин: отработанные масла представляют собой серьезную угрозу, тем что обладают канцерогенными свойствами и длительное время не разлагаются в окружающей среде, но в то же время являются ценным сырьем или топливом [5].

Были рассмотрены установки Р-1000М, РИМ-1000 и УПТМ-8К. Произведен расчет лопастной мешалки в составе установки УПТМ – 8К. По результатам рассчитанных данных:

1) выбран материал Ст. 3;

2) допускаемое напряжение [σ ] = 120, 6 МПа;

3) толщина стенки (максимальная), нагруженной внутренним давлением:

– цилиндрической обечайки ;

– эллиптической крышки ;

– конического днища ;

4) толщина стенки цилиндрической обечайки под наружным давлением

S = 6 мм;

5) допускаемое наружное давление цилиндрической обечайки

6) допускаемое наружное давление конического днища

7) работа неподвижной лопасти

8) действительная работа, затрачиваемая для приведения во вращение одной лопасти .

Таким образом, установка УПТМ-8К является перспективной для регенерации индустриальных масел. Выход регенерированного масла составляет не менее 85%.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………………………….............5

1 Общие сведения об индустриальных маслах……………………………….......7

1.1 Классификация индустриальных масел……………………………………7

1.2 Вязкость индустриальных масел………………………………...…………8

1.3 Смазывающее свойство индустриальных масел………………....………..9

1.2 Регенерация индустриальных масел………………………………………11

1.2.1 Физические методы………………………………………………………12

1.2.2 Физическо-химические методы…………………………………………13

1.2.3 Химические методы……………………………………………………...15

2 Установки регенерации индустриальных масел……………………………...17

2.1 Маслорегенерационная адсорбционная установка Р-1000М……………17

2.2 Маслорегенерационная установка РИМ-1000…………………………....22

2.3 Установка для регенерации индустриальных масел УПТМ-8К………...24

3 Технологический расчет основного оборудования…………………………..26

3.1 Методика расчета лопастной мешалки………...………………………....26

3.2 Расчет лопастной мешалки………………………………………………...31 Заключение………………………………………………………………………..36

Список использованных источников…………………………………................37

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Регенерация нефтяных масел – это чрезвычайно эффективный источник экономии финансовых ресурсов. Она позволяет восстановить первичные свойства и повторно использовать продукт по назначению. Каждый вид смазочного масла требует индивидуального подхода к процессу его регенерации. Самыми простыми для восстановления считаются индустриальные и электроизоляционные типы масел, в то время как регенерация моторных масел затруднена.

В зависимости от типа исходного сырья и условий его последующего использования в результате регенерации на выходе можно получить 70-95% готового продукта.

При длительной эксплуатации индустриальных масел в них могут накапливаться побочные продукты окисления, загрязнения и прочие примеси. Все они вместе оказывают негативное влияние на эксплуатационные характеристики масел, резко снижая их качество.

Чтобы избежать поломки порой очень дорогостоящего оборудования, старые отработанные масла нужно вовремя менять на новые. Использованное сырье собирают, а потом подвергают специальной обработке с целью регенерации. Проведение подобных операций помогает сохранить масла для эксплуатационных надобностей, не проводя их утилизацию.

При регенерации индустриальных масел применяется целая совокупность операций, которые основываются на разнообразных физических, физико-химических и химических процессах.

Конечной целью регенерации является удаление из масел продуктов загрязнения и старения.

Цель курсового проекта:

1) спроектировать установку регенерации индустриальных масел по типу УПТМ-8К;

2) рассчитать лопастную мешалку в составе установки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) проанализировать литературные источники по теме работы;

2) на основании проведенного литературного обзора выбрать прототип проектируемой установки;

3) рассчитать необходимое оборудование;

4) провести эколого-экономическое обоснование предлагаемой технологии.

Общие сведения об индустриальных маслах

Индустриальные масла — дистиллятные нефтяные масла, используемые в качестве смазочных материалов, преимущественно в узлах трения станков, вентиляторов, насосов, текстильных машин, а также как основа при изготовлении гидравлических жидкостей, пластичных и технологических смазок [1].

Назначение индустриальных масел – обеспечить снижение трения и износа деталей металлорежущих станков, прессов, прокатных станов и другого промышленного оборудования. Одновременно индустриальные масла должны отводить тепло от узлов трения, защищать детали от коррозии, очищать поверхности трения от загрязнения, быть уплотняющим средством, не допускать образования пены при контакте с воздухом, предотвращать образование стойких эмульсий с водой или быть способными эмульгировать, хорошо фильтроваться через фильтрующие элементы, быть нетоксичными, не иметь неприятного запаха и т.д. В условиях применения смазочные масла подвергаются воздействию высоких температур и давлений, контактируют с различными металлами, воздухом, водой и различными агрессивными средами. Поэтому в период эксплуатации они окисляются – повышается вязкость, кислотное число, коррозионная активность, засоряются продуктами износа – усиливается абразивный износ, ухудшается фильтрование, появляются продукты деструкции – понижается вязкость, температура вспышки, появляется вода.

1234Следующая ⇒

Поделиться: