Результаты лабораторных исследований очистки моющего раствора от нефтепродуктов трехпродуктовым гидроциклоном

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.352:631.311.5

Результаты лабораторных исследований очистки моющего раствора от нефтепродуктов трехпродуктовым гидроциклоном

Е.И. Мажугин

А.В. Пашкевич

(Поступила в редакцию 30.04.12)

Аннотация

В статье обоснована необходимость очистки моющих растворов, используемых для очистки поверхностей изделий от загрязнений на ремонтных предприятиях, и исследования конструкций трехпродуктовых гидроциклонов. Описана методика проведения исследований по оценке степени очистки моющих растворов трехпродуктовым гидроциклоном. Представлены результаты очистки. Получены графики, показывающие зависимость остаточной концентрации нефтепродуктов и степени очистки моющего раствора от температуры очищаемой жидкости. Приведены данные анализа взятых проб выделенных масел.

Abstract

The article bases the necessity of purification of cleaning solutions, used for the cleaning of surfaces from impurities at repair shops, and the research into constructions of three-product classifiers. We have described methods of research into the estimation of the degree of purification of cleaning solutions by three-product classifier. We have presented results of purification of cleaning. We have obtained graphs, which show the dependence of residual concentration of petrochemicals and the degree of purification of cleaning solution on the temperature of purified liquid. We have shown data of the analysis of extracted oils samples.

Введение

На предприятиях, выполняющих ремонт автотракторной и сельскохозяйственной техники, для очистки ремонтируемых объектов в больших объемах используются вода и моющие растворы, представляющие собой водные растворы синтетических моющих средств технического назначения. При работе моющие растворы насыщаются смываемыми твердыми загрязнениями и нефтепродуктами, что приводит к необходимости их замены. В большинстве случаев моющие растворы сливают в канализацию, что приводит к большим нагрузкам на очистные сооружения и может нанести значительный ущерб окружающей среде. Основным способом экономии расходов на моющие средства и воду и сокращения объемов сточных вод является технологическая очистка моющего раствора, которая предполагает его очистку с целью повторного использования. Проведенные многими авторами исследования по применению различных методов очистки моющих растворов и моечных вод показывают [1-3], что очистка с применением центробежных аппаратов является наиболее перспективной, так как позволяет очищать моющие растворы, не ухудшая их технологических свойств.

Наиболее простыми, надежными и высокопроизводительными центробежными аппаратами являются напорные гидроциклоны. Причем существуют так называемые трехпродуктовые гидроциклоны, способные выполнять очистку жидкостей от нефтепродуктов, которые часто условно называют маслами, и твердых частиц одновременно. Однако они обладают существенным недостатком - большими потерями очищаемой жидкости, уходящей из гидроциклона вместе с выделенными нефтепродуктами [4-6]. В связи с этим возникает необходимость исследования конструкций трехпродуктовых гидроциклонов с целью снижения потерь очищаемой жидкости, в данном случае - моющего раствора.

Анализ источников. Известны конструкции трехпродуктовых гидроциклонов, способные обеспечивать снижение потерь очищаемой жидкости. Так, в УО БГСХА предложено несколько конструкций гидроциклонов подобного назначения. В соответствии с одним из патентов [7] снижение потерь обеспечивается за счет установки перед выводным патрубком поплавка, всплывающего в растворе, но тонущего в масле, который открывает слив масла только после накопления в верхней зоне гидроциклона определенного объема масла. Но проверка работы такого гидроциклона показала низкую надежность его работы особенно при очистке раствора от масел с повышенной вязкостью. Вполне вероятным является наличие такого же недостатка и у гидроциклона [8] с поплавком, регулирующим размер сливной щели. Кроме того, данные конструкции не позволяют настраивать гидроциклон на нужное качество очистки.

Более надежная конструктивная схема трехпродуктового гидроциклона была предложена А.Н. Карташевичем и Е.И. Мажугиным [9]. Согласно этой схеме управление выводом масел производится посредством электромагнитного клапана. В основу автоматизации работы гидроциклона положено отличие в электропроводности или электрическом сопротивлении очищаемой жидкости и выделяемых масел. По мере очистки под крышкой гидроциклона происходит скопление выделенных из очищаемой жидкости масел, которые являются диэлектриками. Поэтому установка под крышкой гидроциклона контактов, связанных с электромагнитным клапаном, управляющим выводом масел, позволяет по электрическому сопротивлению жидкости, находящейся между ними, определять момент накопления масел и выводить их из гидроциклона. Однако анализ данной конструкции показал, что вследствие повышенной вязкости выделенных нефтепродуктов при открытии электромагнитного клапана избыточное давление в гидроциклоне может быть недостаточным для вытеснения масел из него. Это нарушает стабильность вывода нефтепродуктов и снижает надежность работы гидроциклона.

Нами была предложена конструкция трехпродуктового гидроциклона [10, 11] и система его управления [12], которые позволили устранить данный недостаток за счет установки дополнительных электромагнитных клапанов, связанных с электрическими контактами и позволяющих увеличивать давление внутри гидроциклона в процессе вывода масел и повысить надежность работы гидроциклона.

В результате проведения исследований были обоснованы рациональные параметры контактов [13], исследована зависимость производительности предложенного трехпродуктового гидроциклона от ряда переменных факторов [14]. Однако процесс очистки моющих растворов от масел подобным гидроциклоном оставался неисследованным. Для исследования очистки моющих растворов трехпродуктовым гидроциклоном от нефтепродуктов были проведены исследования по следующей методике.

Методы исследования.

Исследования проводились на описанной ранее лабораторной установке [14]. В качестве очищаемой жидкости использовался искусственно загрязненный нефтепродуктами водный раствор широко применяющегося моющего средства КМ-1 ТУ 2149-101-10968286-2000 марки 4. Раствор в объеме 70 литров заливался в бак. Концентрация моющего средства равнялась 5 г/л, что близко к концентрации сливаемых моющих растворов на ремонтных предприятиях [1].

Для имитации загрязненности раствора в него добавлялось отработанное моторное масло из расчета 15 г/л, что соответствует близкой к максимальной концентрации нефтепродуктов, которую может накапливать в себе моющий раствор [15], используемый при мойке деталей и сборочных единиц.

Нагрев и поддержание температуры раствора в необходимых пределах, соответствующих температурному режиму работы моечных машин, осуществлялся электронагревателем, находящимся на дне бака. Температура исследуемой жидкости изменялась от 20 до 60°С и контролировалась термометром ТЛ-2 ГОСТ 215-73 с пределом измерения 0-100С и ценой деления 1С. Верхний предел температуры был принят на основании ранее проведенных исследований по центробежной очистке моющих растворов [3, 16].

Для предотвращения возможного расслоения эмульсии «раствор - масло» исследуемая жидкость в баке постоянно перемешивалась системой гидравлического перемешивания, состоящей из перфорированной трубки, соединенной с напорной линией насоса.

Моющий раствор подавался в гидроциклон насосом марки КМ 8-18. При этом обеспечивалась постоянная подача раствора в гидроциклон, равная 24 л/мин, значение которой было обосновано ранее [14]. Давление на входе в гидроциклон контролировалось манометром МТП-100 ГОСТ 2405-80 с ценой деления 0,002 МПа, пределами измерений 0-0,1 МПа. Давление равнялось 20 кПа. Давление под крышкой гидроциклона контролировалось манометром МТП-60 ГОСТ 2405-80 класса точности 2,5 и с пределами измерений 0-0,06 МПа.

В процессе очистки раствора производился отбор проб. Отбор производился при установившемся режиме работы гидроциклона. Брались пробы жидкости, вытекающей из трубки слива очищенного моющего раствора и трубки вывода выделенных нефтепродуктов. Повторность отбора проб равнялась трем.

Степень очистки моющего раствора от нефтепродуктов оценивалась гравиметрическим методом [17]. Обработка данных проводилась в химико-экологической лаборатории УО БГСХА по следующей методике. Из отобранных проб при помощи мерного цилиндра второго класса точности бралась навеска объемом 100 мл и переливалась в предварительно взвешенную и доведенную до постоянной массы выпарительную чашку. Далее чашки с навеской взвешивались.

Отобранные пробы состоят из моющего раствора, включающего в себя воду и растворенное в ней моющее средство, и нефтепродуктов. Определение в пробах масс этих трех компонентов проводилось следующим образом.

Для определения массы воды в пробах выпарительные чашки с пробами помещались в сушильный электрошкаф и пробы выпаривались в течение 8-10 часов. Выпаривание начиналось при температуре 60С с постепенным ее увеличением до 103-105С [18]. После выпаривания воды и охлаждения чашки вместе со шкафом пробы снова взвешивались.

Масса воды в пробе моющего раствора определялась следующим образом:

(1)

где m_в - масса воды в пробе моющего раствора, г; m₁ - масса чашки с навеской, г; m₂ - масса чашки с навеской после выпаривания воды, г.

Для определения количества нефтепродуктов в моющем растворе выпарительные чашки снова помещались в сушильный шкаф и выдерживались в нем при температуре от 180 до 350С до практически полного испарения пробы. Затем для удаления неиспарившейся части нефтепродуктов чашки с раствором помещались в муфельную печь и выжигались при температуре 550С до полного озоления остатка. После остывания печи вместе с чашками последние с остатком также взвешивались. Остатком является в основном моющее средство.

Масса нефтепродуктов в пробе моющего раствора определялась по формуле:

(2)

где m_н - масса нефтепродуктов в пробе моющего раствора, г; m₃ - масса чашки с озоленной пробой, г.

Концентрация компонентов в исследуемой пробе определялась путем деления массы соответствующего компонента на объем пробы.

очистка гидроциклон моющий нефтепродукт

Основная часть

Оценка качества очистки моющего раствора от нефтепродуктов выполнялась по коэффициенту степени очистки К_м, значение которого определялось по следующей формуле:

(3)

где К_м - степень очистки моющего раствора от нефтепродуктов, %; С_м.о - концентрация нефтепродуктов в моющем растворе, поступающем на очистку, г/л; С_м - концентрация нефтепродуктов в моющем растворе после очистки, г/л.

По полученным результатам были построены зависимости, отображающие изменение остаточной концентрации нефтепродуктов в моющем растворе и степени его очистки в зависимости от температуры очищаемой жидкости и приведенные на рисунке.

Рис. Зависимости остаточной концентрации нефтепродуктов в моющем растворе и степени его очистки от температуры

Из рисунка следует, что при принятых режимах очистки с повышением температуры моющего раствора увеличивается и степень его очистки от нефтепродуктов. Так, при температуре раствора, равной 20С, концентрация нефтепродуктов в очищенной жидкости снижается по отношению к исходной на 12% и составляет 13,1 г/л, а при температуре 60С концентрация снижается на 66% и равняется 5,1 г/л. Это говорит о достаточно высокой эффективности очистки исследуемого раствора от нефтепродуктов предложенным гидроциклоном.

Исследование проб жидкости, вытекающей из трубки вывода масел, показало, что в них содержание нефтепродуктов колебалось от 57,8 до 65,3% в зависимости от температуры очищаемой жидкости, причем с увеличением последней концентрация их также повышается. Это подтверждает предположение, выдвинутое ранее [19], о том, что при очистке моющих растворов, представляющих собой эмульсию «масло в воде», под крышкой гидроциклона происходит его переход в эмульсию «вода в масле», в которой воды существенно меньше, чем масла.

Заключение

Проведенные исследования подтвердили эффективность использования трехпродуктового гидроциклона с управляемым выводом выделенных загрязнений для очистки загрязненного моющего раствора, о чем свидетельствует значительное снижение концентрации нефтепродуктов в очищаемой жидкости. К тому же данная конструкция позволила устранить существующий недостаток известных трехпродуктовых гидроциклонов, ограничивающий их область применения, - большие потери очищаемой жидкости. Это подтверждают пробы, взятые из сливной трубки нефтепродуктов, в которых воды существенно меньше, чем масел. Исследования также показали, что очистку необходимо проводить при повышенных температурах очищаемой жидкости, что позволит повысить степень очистки моющего раствора от нефтепродуктов.

Литература

1. Тельнов, Н.Ф. Технология очистки сельскохозяйственной техники / Н.Ф. Тельнов.- М.: Колос,1973. - 296 с.

2. Нефедов, Б.Б. Гидроциклонная очистка моющих растворов / Б.Б. Нефедов, А.Ф. Тельнов // Опыт применения новых моющих средств: сб. докладов семинара / ГОСНИТИ, - М., 1973. - С 101 - 108.

3. Мажугин, Е.И. Тонкослойное сепарирование моющих растворов, используемых при ремонте машин: дис. ...канд. техн. наук: 05.20.03 / Е.И. Мажугин. - М.: ГОСНИТИ, 1987. - 220 с.

4. Терновский, И.Г. Гидроциклонирование / И.Г. Терновский, А.М. Кутепов. - М.: Наука, 1994. - 350 с.

5. Пашкевич, А.В. Выбор конструкции трехпродуктового гидроциклона для очистки моющих растворов / А.В. Пашкевич // Механизация и электрификация сельского хозяйства: Межведомств. тематич. сб. - 2010. - Вып. 44, Т.2. - С.121-128.

6. Пашкевич, А.В. Обоснование конструкции трехпродуктового гидроциклона с автоматизированным выводом выделенных загрязнений / А.В. Пашкевич, Е.В. Самосюк // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: Междунар. науч.-практ. конф.; Могилев, 21-22 апреля 2011 г. - Могилев, 2011. - Ч. 1. - С. 69-70.

7. Трехпродуктовый гидроциклон: пат. 3231Респ. Беларусь, МПК С 02F 1/00, В 04С 11/00. / Е.И. Мажугин, А.Н. Карташевич. С.В. Глаз; заявитель Бел.гос. с/х акад. - № 19980898; заявл. 29.09.1998; опубл. 30.03.2000 // Афіцыйны бюл. / Нац. Центр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2000. - №2. - С.86.

8. Трехпродуктовый гидроциклон: пат. 11792Респ. Беларусь, МПК C 02F 1/00, B 04C3/04. / Е.И. Мажугин, А.Л. Казаков, А.В. Пашкевич; заявитель Бел.гос. с/х акад. - № а20060973; заявл. 10.04.2006; опубл. 30.06.2008 // Афіцыйны бюл. / Нац. Центр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2008. - №2. - С.71.

9. Трехпродуктовый гидроциклон: пат. 3323 Респ. Беларусь, МПК В 04С 5/00, В 04С 5/12. / Е.И. Мажугин, А.Н. Карташевич; заявитель Бел. гос. с/х акад. - № 960452; заявл. 03.09.1996; опубл. 30.06.2000 // Афіцыйны бюл. / Нац. Центр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2000. - №1. - С. 150 - 151.

10. Трехпродуктовый гидроциклон: пат. 5479 Респ. Беларусь, МПК B 04C5/00. / Е.И. Мажугин, А.В. Пашкевич, А.Л. Казаков, Левкин М.В.; заявитель Бел. гос. с/х акад. - № u20080838; заявл. 11.11.2008; опубл. 30.08.2009 // Афіцыйны бюл. / Нац. Центр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2009. - №4. - С.187.

11. Мажугин, Е.И. Автоматизированный трехпродуктовый гидроциклон для очистки моющих вод ремонтных предприятий / Е.И. Мажугин, А.В. Пашкевич, Ю.Н. Бушуев, Е.В. Самосюк // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения: сб. науч. работ Междунар. науч.-техн. конф., Брянск, 22-23 марта 2011г. / Брянская гос. с.-х. акад.; ред. совет: А.А. Тюрева, Р.Н. Куприенко. - Брянск, 2011. - С. 25-30.

12. Мажугин, Е.И. Система автоматизации работы трехпродуктового гидроциклона / Е.И. Мажугин, А.В. Пашкевич, Ю.Н. Бушуев // Вестник БГСХА. - 2011. - №2. - С. 134-138.

13 Мажугин, Е.И. Экспериментальное определение параметров электрического датчика для автоматизации управления выведением масел из трехпродуктового гидроциклона / Е.И. Мажугин, А.В. Пашкевич // Механизация и электрификация сельского хозяйства: Межвед. тематич. сб. - 2009. - Выпуск 43, Т.2. - С. 133-139.

14. Мажугин, Е.И. Определение рациональных режимов работы трехпродуктового гидроциклона / Е.И. Мажугин, А.В. Пашкевич // Вестник БГСХА. - 2011. - №4. - С. 139-143.

15. Фокин, О.И. Совершенствование технологии регенерации моющих растворов на предприятиях технического сервиса агропромышленного комплекса: автореф. дис. …канд. техн. наук: 05.20.03 / О.И. Фокин; [ФГОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина]. - М., 2009. - 19 с.

16. Тельнов, А.Ф. Исследование процесса очистки щелочных моющих растворов, применяемых на сельскохозяйственных ремонтных предприятиях: дис. … канд. техн. наук: 05.20.03 / А.Ф. Тельнов. - М.: ГОСНИТИ, 1972. - 148 с.

17. Нефтепродукты. Метод определения фрикционного состава: ГОСТ 2177-99. - Введ. 01.09.2000. - Минск: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 2000. - 23 с.

18. Российский химико-аналитический портал. Сухой остаток [Электронный ресурс] - 2012 - Режим доступа: http://www.anchem.ru/literature/books /muraviev/034.asp - Дата доступа: 18.03.2012.

19. Пашкевич, А.В. Обоснование возможности автоматизации работы трехпродуктового гидроциклона / А.В. Пашкевич // Вестник БГСХА. - 2011. - №4. - С. 167-171.

Размещено на Allbest.ru