автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии удаления водо-топливных фракций из моторных масел путем разработки малогабаритной регенерационной установки и обоснования режимов её работы

Р Г Б ОД

О В : ;

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УДАЛЕНИЯ ВОДО-ТОПЛИВНЫХ ФРАКЦИЙ ИЗ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПУТЕМ РАЗРАБОТКИ МАЛОГАБАРИТНОЙ РЕГЕНЕРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ И ОБОСНОВАНИЯ РЕЖИМОВ ЕЕ РАБОТЫ

Специальность: 05.20.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-Пушкин-1997

На правах рукописи

ГРОМАШЕВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете.

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор телнических наук, академик, профессор А.В.Николаенко.

Наз'чный консультант: кандидат технических наук, доцент

А.П.Картошкин.

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, академик, профессор С.А.Иофинов; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ю.А.Микутепок.

Ведущая организация: фирма "Русский дизель".

^Защита диссертации состоится " " 1997 г.

в/у ч. мин, на заседании специализированного совета К 120.37.05 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург-Пушкин, Академический пр., д.23, ауд.719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан " ® ^ 1997 г.

Ученый секретарь /•' ( _ V /-?

специализированного совета, Л /7] ¡¡м^ ! доктор технических наук у (^^^Т ^шФнов ! ■

1/ '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Неотъемлемой частью эксплуатации машинно-тракторного парка (МТП) является рациональное использование нефтепродуктов, от качества которых в значительной степени зависит надежность работы тракторов, автомобилей и мобильных сельскохозяйственных машин. Рациональное использование маслопродуктов не только улучшает обеспечение народного хозяйства минеральными смазочными маслами, но и способствует сохранению запасов нефти, защите окружающей среды.

Сбору, очистке и повторному использованию отработанных масел уделяется в настоящее время большое внимание. Наиболее рациональным способом использования отработанных масел является регенерация и повторное использование по прямому назначению. При этом экономический эффект, не менее, чем в 2 раза, выше эффекта от использования их в качестве котельного топлива. В связи с этим весьма актуальным и важным является вопрос о регенерации масел, особенно непосредственно на предприятиях, эксплуатирующих автотракторную технику.

Цель исследований. Совершенствование технологии удаления во-до-топливных фракций (ВТФ) из моторных масел (ММ) путем разработки малогабаритной регенерационной установки для использования в условиях сельскохозяйственных предприятий, эксплуатирующих автотракторную технику.

Объекты исследований. 1. Моторное масло М-10-Г; по ГОСТ 858186. 2. Дизельное топливо марки "Л" по ГОСТ 305-82. 3. Малогабаритная регенерационная установка (МРУ) для удаления водо-топливных фракций из моторных масел.

Научная новизна. На основании проведенного анализа способов регенерации и путей их совершенствования разработана методика расчета роторно-пленочнего аппарата для удаления водо-топливных фракций из моторных .масел. По разработанной методике составлена программа расчета рогорно-пленочного аппарата (РПА) на PC/AT. Получены обоснованные конструктивные параметры малогабаритной регенерационной установки для удаления водо-топливных фракций. Обоснованы режимы обработки моторных масел на разработанной установке с целью удаления водо-топлибных фракций. Разработана усовершенствованная технология удаления водо-топливных фракций из моторных масел.

Практическая ценность. Разработанная малогабаритная регенерационная установка и усовершенствованная технология позволяют удалять водо-топливные фракции нз моторных масел непосредственно в условиях сельскохозяйственных предприятий, эксплуатирующих автотракторную технику.

Реализация результатов работы. Создан опытный образец малогабаритной регенерациоиной установки для удаления ВТФ го ММ. Рекомендации и разработки по результатам выполненных исследований приняты Ленинградским дизельным заводом фирмы "Русский дизель", фирмой "КЮЕХ" город Санкт-Петербург, СУ-860 треста "Мурманск-дорстрой", АООТ "Сантехмонтаж" Мурманского монтажного управления город Кола.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены. обсуждены и одобрены на: - научно-технических семинарах стран СНГ (СПГАУ;, Санкт-Петербург, 1994...1997 гг.; - научно-практической конференции (ТСХИ). Тверь, 1УУ5 г.; - научно-техническом семинаре (СГАИУ), Саратов, 1995 г.; - 1 республиканском научно-техническом семинаре (ТГА'ГА), Мелитополь, 1995 г.; - XIX научно-практической конференции (ТГСХА), Тверь, 1996 г.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7-ми печатных работах.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего /2?наике-новаиия, и приложений. Содерж;гН20 страниц машинописного текста, включает^ рисунков и ■/Ргаблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ влияния загрязнений на качество масел и работу двигателей внутреннего сгорания (ДВС), изучены физико-химические основы регенерации моторных масел, проанализированы способы регенерации и пути их совершенствования, рассмотрена возможность применения роторно-плеиочных аппаратов для удаления водо-топливных фракций.

В результате анализа установлено, что при работе любой сборочной единицы машин свойства смазочных материалов изменяются: происходит загрязнение механическими примесями и водой, продуктами износа деталей и сгорания топлива, накапливаются растворимые и взвешенные продукты окисления и др. Но, несмотря на глубокое изменение качества масла при работе в ДВС, основной его углеводородный состав меняется незначительно. Бели из масла удалить все механические примеси, воду, топливо и продукты окисления, общее количество которых обычно не превышает 4..Л 0 %, то вновь можно получить базовое масло хорошего качества. Именно на этом принципе основаны регенерация и повторное использование масел, позволяющие при правильной организации •значительно сократить расход моторных масел.

Для регенерации масел применяется множество различных аппаратов и установок, действие которых основано, как правило, на исполь-

зовзнин сочетания способов (физических, физико-химических и химических). Но эффективность их работы еще недостаточно высока. Это относится в первую очередь к регенерации моторных масел, содержащих разнообразные присадки в исходном состоянии, различную степень старения и загрязнения в отработанном состоянии, и объясняется тем, что отработанные моторные масла собирают в одну группу ММО.

Рассмотрение различных типов установок для регенерации моторных масел с целью удаления водо-топливных фракций позволило отдать предпочтение установкам с роторно-нленочными аппаратами.

В результате анализа состояния вопроса в соответствии с целью диссертационной работы поставлены следующие задачи исследований:

- обосновать выбор способа и оборудования для удаления водо-топливных фракций из моторных масел применительно к условиям эксплуатации автотракторной техники в сельскохозяйственных предприятиях;

- выполнить расчегно-теоретический анализ параметров и режимов работы роторно-штеночного аппарата для удаления водо-топливных фракций из моторных масел;

- разработать методику расчета роторно-пленочного аппарата для удаления водо-топливных фракций из моторных масел;

- разработать программу расчета роторно-пленочного аппарата на PC/AT;

- провести лабораторные исследования процесса удаления водо-топливных фракций из моторных масел;

- разработать малогабаритную регенерационнук? установку для удаления зодо-топливных фракций из моторных масел;

- провести исследования процессов регенерации с использованием разработанной установки для уточнения режимов удаления водо-топливных фракций из моторных масел;

- разработать технологию удаления водо-топливных фракций из моторных масел с использованием разработанной малогабаритной установки;

- внедрить разработки в производство. ■

Во второй главе проведено расчетно-теоретическое обоснование параметров и режимов работы РИА. По результатам анализа литературных источников разработана методика и- программа расчета на PC/AT роторно-пленочного аппарата для удаления ВТФ из ММ.

Выбор оптимального типоразмера и режима работы РПА осуществляется на основе гидродинамического и теплового расчета. Исходными данными для расчета роторно-пленочного аппарата являются: - производительность по исходному продукту - Он, кг/с; - начальная концентрация смеси - хн, %; - конечная концентрация смеси - хк, %; - рабочее давление в аппарате - Рр85, кПа; - температура греющего пара -tra, °С; - начальная температура смеси - t««, °С; - тештофизические

свойства смеси, выбираемые при средних концентрациях, температурах и давлении в аппарате.

Основная задача гидродинамического расчета заключается в выборе устойчивого пленочного течения жидкости и нахождения времени пребывания продукта в зоне нагрева.

Гидродинамический расчет роторно-пленочного аппарата обусловлен режимом его работы. Шарнирно-закрепленная лопасть может работать либо в режиме "стирания", когда ее кромка трется о внутреннюю поверхность корпуса аппарата, либо в режиме "плавания", когда между кромкой лопасти и корпусом самоустановливаегся некоторый зазор. Лопасть работает в режиме стирания, если К№ > К^-, и в режиме плавания, если Кэд < К^.

Схема установки лопастей ротора приведена на рис. 1. Лопасти изготавливаются из коррозионностойких сталей. При необходимости трущаяся кромка лопасти может быть снабжена накладкой из фторопласта или цветного металла.

Рис.!. Лопасть роторно-пленочного аппарата К - внутренний радиус аппарата, м; о - скорость вращения ротора, м/с; 5ст - толщина стенки аппарата, м; с, Ь, 5а - размеры попасти, м; ¡5 - угон наклона попасти, град

По коэффициенту Кэд определяют мощность, необходимую для вращения ротора:

К = К№рс^3Б4Н, (1)

где Р - диаметр аппарата, м; Н - длина лопастей или высота рабочей части аппарата, м.

Стандартные РПА имеют привод, мощность которого намного превышает мощность, необходимую для проведения технологического

процесса обработки жидкости. Расчет мощности необходим в основном для оценки условий тепломассообмена в аппарате.

При работе аппарата без подачи жидкости, т.е. в режиме сухого трения, мощность, затрачиваемую на вращение ротора можно определить по формуле:

vr ЗтОтт b + 2c f

N^lw.'DU.—.j-^. (2)

где Zn - количество лопастей, шт.: тт - масса лопасти высотой 1 м, кг; Ь, с - размеры лопасти, м (см. рнс.1); ß - угол наклона лопасти, град; f -коэффициент грения (при трении бронзы по стали f = ОД 2; стали по стали - f = 0,17; фторопласта по стали - f = 0,33).

Масса попасти высотой 1 м: mm = тл / Н, где тл - масса лопасти высотой Н, кг.

Прн работе аппарата в режиме "плавания" лопасти, когда образуется самоустанавливающийся зазор, коэффициент мощности находится по формуле:

Рс5Р2'Ь-с

При работе аппарата в режиме "стирания" мощность затрачивается на трение частично загруженной лопасти о корпус аппарата и на перемешивание жидкостной пленки. В этом случае коэффициент мощности определяется по формуле:

ТС f Г2(К№-КЮ) ^

km' йТЩ \ sin2ß + Н' (4)

Здесь KN3 - коэффициент мощности, затрачиваемой на перемешивание смеси, определяемый по формуле:

102

KN1 = 15;5-^Ä--^.sin2ß, (3)

KN3 =7,75-2^

1 + -

(5)

фКец6у

где параметр, характеризуемый зависимостью:

¥ = 2,4z-0'33 Re^ Fr¡s" sin/?, (6)

Числа подобия соответственно составляют: Ren л=4Г/7см- пленочный критерий Рейнольдса;

Кец6 = nD2 /усм • центробежный критерий Рейнольдса;

Fru5 = n2D/ g - центробежный критерий Фруда. Объем жидкости, удерживаемой в аппарате (удерживающую способность аппарата), можно найти по формуле:

Уж = пВдп ¿1 -г г/тоН = кОб^Н., (7).

где 8ПЛ - толщина пленки смеси, оставляемой за лопастью, м; Гвл -площадь сечения жидкостного валика, образующегося перед лопастью. м2; 5Ср - условная средняя толщина пленки в аппарате, м.

Определить толщину пленки и площадь сечения валика затруднительно, а среднюю толщину пленки можно рассчитать по формуле Нус-сельта:

,2 А«3

(8)

( & Р V'

8 =! О п5 —

По объему удерживаемой жидкости можно определить время пребывания смеси в аппарате:

■т = ^ж^см Р От '

Гр

где Оср - средний расход смеси через аппарат, кг/с.

Основная задача теплового расчета роторно-пленочного аппарата заключается в определении тестового потока, обеспечивающего теплообмен с устойчивым пленочным течением, т.е. без разрушения пленки паровыми пузырьками, образующимися при интенсивном кипении смеси, и выборе площади поверхности теплообмена, необходимой для проведения технологического процесса.

Площадь тегсюпередающей поверхности роторно-пленочного аппарата определяется по формуле:

р«ф<2+и]/(кдц,), (¡о)

где <3 - тепловой поток, который необходимо подвести к смеси, Вт; N -мощность, необходимая для вращения ротора, Вт; Д^ - средняя разность темлершур теплоносителей, °С.

Для цилиндрического аппарата средняя разность температур определяется по формуле;

л, ПП

При Л1б / Д1М й 2 средний температурный напор можно рассчитать по формуле:

л^^а^+д^), (12)

где Д16, Д1И - большая и меньшая разности температур теплоносителей.

Коэффициент теплопередачи между конденсирующимся паром и нагреваемой смесью, определяется с учетом загрязненности поверхно-

- " ТГ 5

стей: К =-----------------------------, (13)

1/а| + К1 + д„/лст+Н2 + 1/а2

где «], а2 - коэффициенты теплоотдачи от греющего пара к стенке и от стенки к перемешиваемой пленке, Ет/(.м?трад); К.,, К2 - термические сопротивления отложений со стороны греющего пара и смеси, мЧрад/Вт; 6С1 - толщина стенки аппарата, м; ЛС1 - коэффициент теплопроводности стенки, Вт.'(мтрад).

В результате рас четно-теоретических исследований установлено, что на технологический процесс удаления водо-топливных фракций из моторных масел основное влияние оказывают конструктивные параметры аппарата и свойства обрабатываемых масел.

На основании разработанной методики и при помощи программы расчета, написанной на языке Бейсик, выполнено обоснование оптимального типоразмера РПА для малогабаритной регенерационной установки производительностью до 50 кг/ч с целью применения в сельскохозяйственных предприятиях, эксплуатирующих автотракторную технику.

Роторно-пленочный аппарат характеризуется следующими основными параметрами: площадь теплообмена - Ё = 0,05 м2; диаметр аппарата - О - 0,05 м; высота аппарата - Н = 0,32 м: толщина стенок - ост = 0,004 м; число лопастей в поперечном сечении аппарата - & = 4 шт.; число лопастей в продольном сечении аппарата - хл = б шт.; толщина лопасти - о- - 0,003 м; диаметр вала ротора - с1в = 0,02 м; число оборотов ротора - п = 14,2 с4; мощность электропривода - Ы? = I кВт.

На основании выбранных параметров изготовлен роторно-пленочный аппарат с шарнирно-закрелленными лопастями, на основе которого собрана экспериментальная установка.

Б третьей главе приведены общая и частные методики экспериментальных исследований, даны описания экспериментальных установок и применяемого оборудования.

Общей методикой предусматривалось проведение комплексных исследований, заключающихся в определении возможности повторного использования моторных масел после регенерации в ДВС при эксплуатации автотракторной техники. На первом этапе в процессе лабораторных исследований обосновывался выбор способа и оборудования для регенерации ММ. На втором этапе проводились экспериментальные исследования процессов регенерации с использованием разработанного оборудования.

Методикой лабораторных исследований предусматривалось исследование моторных масел при их регенерации путем удаления водо-

топливных фракций. На различных этапах лабораторных исследований рассматривалось влияние давления, температуры, добавления воды и турбулизации смеси на процесс удаления ВТФ. При выполнении этих этапов проводились сравнительные исследования свежих моторных масел, искусственно созданных ММО и ММО отбираемых с ДВС,

Методика стендовых исследований включала в себя оценку удерживающей способности роторно-пленочного аппарата. Определение объема жидкости Vx;, удерживаемого на внутренней поверхности корпуса аппарата - является одной из основных задач гидродинамического расчета РПА. Знание величины V3: позволяет вычислить среднее время пребывания продукта tp в рабочей зоне аппарата, т.е. осуществить проверку возможности переработки термолабильных смесей и проведения требуемой глубины протекания химических превращений, а также осуществить разработку технологии обработки смеси и оценить ■эффективность аппарата.

Методика экспериментальных исследований предусматривала исследования процессов регенерации моторных масел с использованием разработанной установки. Экспериментальными исследованиями обосновывался выбор режимов работы разработанной установки и отрабатывалась технология удаления водо-топливных фракций из ММ.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований.

По результатам лабораторных исследований установлено, что отгон дизельного топлива (ДТ) из ММ на разработанной лабораторной вакуумной установке (ЛВУ) без вакуума начинается при 240 °С. При вакууме Ю кПа температура начала отгона снижается до 215 °С. Увеличение вакуума до 40 кПа позволяет снизить температуру начала отгона до 180 °С. Больший вакуум в сосуде создавать небезопасно, тле. происходит вспенивание смеси и выброс ее в холодильник.

Исследования показали, что добавление воды в обрабатываемое ММ позволяет увеличить количество отгона. Так, добавление J0 % воды позволяет отогнать 0,9 мл ДТ, что соответствует 18 % его начального содержания в смеси; 15 % воды - 1,2 мл ДТ или 24 %; 20 % воды - 1 мл ДТ или 32%.

Увеличение температуры греющей поверхности позволяет увеличить интенсивность процесса и процент уноса паров Д'Г парами воды. Так, в тех же условиях, но при trp = 210 °С, добавление 10 % воды позволяет отогнать 26 % ДТ; 15 % воды - 40 % ДТ; 20 % воды - 60 % ДТ.

Влияние температуры греющей поверхности и добавок воды на время процесса (t) и количество отгона (КО) показано на рис.2. Из графиков видно, что увеличение trp от 150 °С до 210 °С позволяет снизить время процесса примерно в 2 раза.

Результаты исследования кинетических закономерностей процесса удаления ВТФ дают основание полагать, что наибольшее влияние на

процесс оказывает температура греющей поверхности. Но, тз исследованиях ставилась задача определить минимально возможную температуру нагрева масла (для недопущения реакций крекинга) без увеличения времени процесса для полного удаления ВТФ. Снизить температуру нагрева масла и уменьшить время процесса позволяют вакуумироиа-ние {10...50 кПа) и добавки воды (10...30 %), при этом наблюдается более интенсивное испарение топливных фракций. Изменение частоты вращения мешалки в диапазоне Ю..Л4 с1 не сказывается на скорости протекания процесса. Перемешивание требуется лишь для равномерного распределения температуры по объему смеси и предотвращения реакций крекинга масла у стенок реакционного сосуда.

Рис.2. Зависимость количества отгона от времени сушки при различных температурах греющей поверхности и содержании воды и дизельного топлива в смеси (Ум* = 100 мл): О - ! 50 5С, О - 210 °С.

Содержании поды и дизельного то плис а в смеси: N3 пробы 1 2 3 4 5 6 ДТ,М1 5 0 5 5 5 5 В, ш О 10 5 10 15 20

Чтобы избежать недостатков, присущих кубовым устройствам периодического действия, для удаления ВТФ предлагается способ тонкопленочного испарения с применением роторно-пленочного аппарата. Сущность способа заключается в непрерывной подаче смеси, равномерно распределяемой в виде тонкой пленки на внутренней цилиндрической поверхности аппарата и турбулизиругмой лопастями ротора, ось которого совпадает с осью цилиндра, и испарении лепсолетучих фракций за счет подведения теплоты к пленке через стенку РПА. При

25

5

70

I. кин

этом испаряемые водо-топливные фракции удаляются из аппарата за счет разряжения, создаваемого вакуумным насосом.

Способ позволяет обеспечить непрерывность удаления ВТФ из ММ при меньших, чем в кубовых устройствах, температурах "за счет увеличения поверхности испарения и резко уменьшить время нахождения масла при максимальных температурах.

Для исследований удерживающей способности аппарата, по результатам расчетов, проведенным во 2 главе, при наложенных ограничениях на входные величины, проведен статистический анализ. В результате дисперсионного анализа выделены наиболее существенные факторы, влияющие на V*. Ими являются: производительность аппарата Ок и содержание воды в смеси Уе> С учетом этих факторов была проведена серия ■экспериментов. Результаты исследований совместного влияния О; и У£ на удерживающую способность приведены на рис.3.

F23 pgj

ЕШ ЕШ

с~п си

ЕИ

1 404 1.544 1.683 1.823 * .ss3 2.102 2.242 2,381 2.521 2.660 stive

Рис.3. Зависимость удерживающей способности от совместного действия произвошггелыюстн аппарата и содержания воды в смеси при п - 14,2 с1; & = 4; р = 45 = 8,5 10« м/с

В результате, проведенного на персональном компьютере PC/AT при помощи программы "Statistica", статистического анализа данных исследований влияния производительности аппарата и содержания воды в смеси на удерживающую способность получены линейные уравнения регрессии:

V*= 1,211 +0,125 GH и V* = 2,38? - 0,015V3, а также для их совместного влияния:

V*= 1,695 + 0,125- Gh- 0,015 VB.

Результаты сопоставления опытных и рассчитанных по ф.7 данных, показывают, что предложенная методика расчета роторно-

пленочного аппарата достаточно точна. Расхождение опытных и расчетных данных в основном не превышает 15 %.

Корреляционный анализ результатов сопоставления показывает, что между опытными и расчетными значениями V* существует тесная связь, выражаемая уравнением регрессии:

Ужт = 0,23188 + 0,99641Ужа.

С 95 %-ной вероятностью линейный коэффициент корреляции г составляет 0,98, что доказывает высокую степень зависимости опытных и расчетных данных. Проверка значимости коэффициентов регрессии произведена по вычисленным значениям [-критерия Стыодента при доверительной вероятности р = 0,95. Оценка адекватности математической модели произведена по критерию Фишера.

Экспериментальные исследования процессов регенерации с использованием разработанной малогабаритной регенерационной установки (рис.4) позволили отработать технологию удаления зодо-топливных фракций из моторных масел.

Рис.4. Схема экспериментальной установки

->■ О----»-

масло, топливо, вода; теплоноситель; воздух; 1 - емкость исходного масла; 2 - фгтътр грубой очистки; 3 - фильтр тонкой очистки: 4 - емкость отфильтрованного масла: 5 - емкость для «оды; 5 - питающий насос; 7 - питающий насос; 8 - подающий насос; 9 -насос-дозатор; 10 - пыгружной насос; 11 - смеситель; 12 - электродвигатель привода; 13 - роторпо-пленочный аппарат; 14 - смотровое окно; 15 - конденсатор; 16 - вакуумный насос; 17 - фичътр-ловуижа; 18 - разделитель фракций; 19 - сборник водяных фракций; 20 - сборник топливных фракций; 21 - сборник обработанного масла

В результате исследований построена математическая модель процесса удаления ВТФ на разработанной установке. Исследования показали, что основными факторами (входными параметрами), влияющими на выходные параметры обрабатываемого масла, являются: производительность аппарата Он> температура нагрева tra, давление в аппарате Разя и содержание воды в смеси VD.

За выходные параметры обрабатываемого масла приняты кинематическая вязкость масла уйм при 100 °С и температура вспышки tax, как наиболее полно характеризующие процесс удаления водо-топливиых фракций из моторных масел.

В соответствии с методикой, приведенной в 3 главе, проведены экспериментальные исследования обработки моторных масел с использованием разработанной малогабаритной установки.

По результатам исследований, на персональном компьютере PC/AT при помощи программы "Statistica", проведен статистический анализ данных исследований влияния технологических параметров процесса на физико-химические показатели обрабатываемого масла. При этом получена система линейных уравнений регрессии: 7<с, = 209,653 -1,077 -10' -С?,; "'уях - 11,2 - 0,09 -105 ■£?„; ^ =173,3 +1,38 ■ Vs; Гхх = 7,282 + ОД 23 • V,;

' tm = -54,871 + 1,744 • t„; 1 Гмм = -5,591 + 0,108 ■ tM;

=169,5+ 8,496[умм = 8,636 + 0,448 .Рт; а также для их совместного воздействия:

f tK„ = -75,716 - 2,0703 • Ю3 ■ G„ + 0,9358 - V, +1,5205 -trj! + 8,496- P^;

« -6,634 - 0,0946-Ю3 -Gb + 0,0924 • Vp + 0,0877 • trn + 0,4481 .

Значимость коэффициентов регрессии произведена по t-критерию Стьюдента при доверительной вероятности р = 0,95. Оценка адекватности математической модели произведена по критерию Фишера. Результаты проверки с использованием вычисленных значений остаточных дисперсий и дисперсий воспроизводимостей показали, что полученная математическая модель (при уровне значимости 0,05) вполне адекватно описывает исследуемый процесс.

На основе теоретических и экспериментальных исследований с учетом установленных закономерностей разработана технология удаления водо-топливных фракций из моторных масел с использованием разработанной установки.

Обработка масел проводится по результатам их предварительного физико-химического анализа (ФХА). Физико-химический анализ предварительно отстоянного .масла проводится по следующим основным показателям: кинематическая вязкость, щелочное число, массовая доля механических примесей,воды и топлива, температура вспышки.

По результатам ФХА назначается режим обработки (таблица). После этого начинается прогрев установки до рабочей температурь!, во время которого исходные емкости заполняются маслом и водой. По окончании этих операций, включается вакуумная система и начинается подача масла и воды через фильтры в смеситель. Приготовленная таким образом смесь направляется в роторно-пленочный аппарат. Первая порция обработанного масла (5... 10 л) направляется в исходную емкость на повторную обработку. Остальное масло направляется в сборник обработанного масла.

Таблица

Режимы обработки моторных масел на разработанной установке

№ п/п Результат анализа масла Рекомендуемый режим Примечания

1 2 3 4

1 Содержание воды выше нормы Он = 8,33 10» кг/с 1га = 120 °С Рвак = 4 хПа \'а = 0 %; п = 14,2 с' Первая порция обработанного масла (5... 10 л) направляется в исходную емкость

2 Содержание топлива выше нормы Он = 5,56 10-' кг/с 1ш= 150 ос Рвах = 4 кПа V. = 30 %; п= 14,2 с! ii _ п —

3 Содержание воды н топлива выше нормы Режим аналогичен 1 Добавление воды в смесь предыдущему | производится с учетом ее | содержания в масле

Если предварительный физико-химический анализ масла показал низкое щелочное число, а для работавшего моторного масла (к тому же содержащего водо-гопливные фракции) обычно это характерно, в обработанное масло вводится соответствующее количество присадок.

После охлаждения и отстоя обработанного масла вновь проводится физико-химический анализ и делается заключение о пригодности масла к дальнейшему применению.

Установка для удаления водо-топливных фракций из моторных масел может эксплуатироваться в агропромышленных предприятиях, транспортных организациях, нефтебазах и других предприятиях, связанных с эксплуатацией автотракторной техники.

В зависимости от конструктивного исполнения (стационарная или мобильная) установка располагается в помещении, на базе прицепа или автомобиля. Установку обслуживает оператор. По мере загрязнения емкости исходных н конечных продуктов очищаются от осадков и дру-

гих загрязнений. Периодически, но не реже, чем 2 раза в год, проводится осмотр установки, устраняются подтекания, производится подтяжка крепежных элементов.

Разработанная з'становка для удаления водо-топливных фракций из моторных масел создавалась с учетом возможности использования ее в качестве регенерационного модуля для малогабаритного регенера-ционного комплекса (МРК), разрабатываемого в СПГАУ на кафедре "Тракторы, автомобили и теплоэнергетика".

Т.к. МРК создается как маслорегенераиионное оборудование универсального типа, то для него более тщательно разрабатываются ступени очистки масел от механических примесей и введения присадок. Изменяя площадь рабочих поверхностей роторно-пленочного аппарата и сопряженного с ним оборудования, можно будет применять комплекс при различных объемах регенерации масел.

Помимо регенерации моторных масел комплекс сможет восстанавливать до первоначального качества трансмиссионные, индустриальные масла всех марок, а также компрессорные, трансформаторные и др.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанная на базе созданной малогабаритной регенераци-онной установки усовершенствованная технология удаления водо-топливных фракций из моторных масел позволяет производить регенерацию масел непосредственно в сельскохозяйственных предприятиях, эксплуатирующих автотракторную технику. Реализованный при этом способ тонкопленочного испарения обеспечивает непрерывность удаления В'ГФ из ММ при более низких (120..Л 50 °С), по сравнению с кубовыми устройствами (240...420 °С), температурах за счет увеличения поверхности испарения и уменьшение времени пребывания масел при максимальных температурах с 15...30 мин до 2.„6 с.

2. В результате расчетно-теоретического анализа разработаны методика и программа расчета роторно-пленочного аппарата, позволяющие определять основные конструктивные и технологические параметры испарительных устройств для регенерационных установок небольшой производительности (до 50 кг/ч).

3. Для регенерационной установки производительностью 20...50 кг/ч расчетами установлены следующие основные параметры роторно-пленочного аппарата: площадь теплообмена 0,05 м2 (при диаметре аппарата 0,05 м и высоте 0,32 м), толщина стенок 0,004 м, диаметр вала ротора 0,02 м, частота вращения вала ротора 14,2 с1 и мощность электропривода 1 кВт.

4. Лабораторными исследованиями установлено, что основное влияние на процесс удаления водо-топливных фракций из моторных масел оказывает температура греющей поверхности. Для недопущения

реакций крекинга масла» необходимо снижать температуру нагрева применением вакуумирования и добавлением воды. Увеличение вакуума до 40 кНа позволяет снизить температуру начала отгона водо-топливных фракций с 240 °С до 180 Ч\ добавление 10...30 % воды -примерно до 100 °С.

5. Экспериментальными исследованиями установлено, что на процесс удаления водо-топливных фракции т моторных масел основное влияние оказывают кокпруктттвные к технологические параметры аппарата и свойства обрабатываемых масел. Однако, при наложенных ограничениях, статистическим анализом выявлено, что наиболее существен!!;,¡ми факторами являются количество подаваемой в аппарат смеси и содержание в ней поды. Для этих Факторов получены линейные уравнения регрессии. При 'этом результаты сопоставления опытных и расчетных данных характеризуются расхождением не более i 5

6. Статистическим анализом результатов исследований влияния технологических параметров процесса регенерации па физико-химические показатели обрабатываемых масел получена система регрессионных уравнений. Результаты проверки показали, что при уровне значимости 0.05 полученная модель вполне адекватно описывает исследуемый процесс.

7. На основании теоретических и экспериментальных исследований с учетом установленных закономерностей протекания процессов регенерации разработана технология удаления водо-тогонтных фракций из ММ. включающая следующие основные этапы: - предварительный фи-зико-химическиГг анализ масла: - обработка масла на разработанной установке с целью удаления В'ГФ при реализации обоснованных режимов регенерации; - контроль качества обработанных масел.

8. Удаление водо-топлнвнь!Х фракций из моторных масел рекомендуется проводить нз следующем режиме: подача смеси в.аппзрат -5,56-104 кг/с; температура нагрева - 150 °С: вакуум в системе - 4 кПа; добавление воды - 30 %; частота вращения ротора - 14,2 с-1.

9. Повторное использование моторных масел после обработки по предлагаемой технологии обеспечивает их экономию при эксплуатации автотракторной техники. При реализации разработанной технологии обеспечивается также снижение времени обработки масел и энергоемкости процесса в 3...4 раза, по сравнению с известными кубовыми испарительными устройствами, и создаются более благоприятные экологические условия для работы.

16. Рекомендации и разработки по результатам выполненных исследований приняты Ленинградским дизельным заводом фирмы "Русский дизель", фирмой "R1GEX" город С-Петербург, СУ-860 треста "Мурманскдорстрой", АООТ "Сантехмонтаж" Мурманского монтажного управления город Кола.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

!. Способы очистки отработанных масел при их регенерации. /А.П.Картошкин, С.В.Громашев. -Тез. докл. научно-технич. семинара стран СНГ' (СП ГА У). -СПб., ¡994. -с. 30...32.

2. Удаление водо-топливных фракции при регенерации отработанных масел, /С.В.Громашев. //Тез. докл. XVUI научно-практич. конференции (Тверской CXI'i), -Тверь, 1995. -с. 96.

3. Разработка малогабаритного модульного регенерационного комплекса. /А .В.Н иколаенко. А.ГГКартошкин, СВ.Громашев, В. А.Филимонов. (I Тез. докл. VTT1 научно-технич. семинара (Саратовский ГАИУ). -Саратов, 1995. -с. 37.

4... Малогабаритные модульные регенерационные комплексы. /А.В.Н иколаенко, А.П.Картошкин, ВА.Филимонов, C.B.Í ромашев, П.А.Данилин. /.Тез. докл. I республиканского семинара (Таврический ГАТА). -Мелитополь, 1995. -с. 102.

5. Исследование процессов отгона водо-топливных фракций при 'регенерации отработанных моторных масел. /С.В.Громашев, А.М.Хандов. /,'Тез. докл. научно-технич. семинара стран СНГ (СШ'АУ). -СПб., 1996. -с. 30,..32"

6. Кинетика удаления водо-топливных фракций из работавших моторных масел. /С .ВД ромашев. /■Тез. докл. XIX научно-пракгич. конференции (Тверская ГСХА). -Тверь, 1996. -с. 214...215.

7. Обоснование выбора способа удаления водо-топливных фракций при регенерации отработанных моторных масел. /С.В.Громашев, А.П.Картошкин. //Сб. науч.ip.СШ'АУ.-СПб., 1997. -с. 170... 176,