автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Усовершенствование технологии удаления водотопливных фракций из отработанного смазочного масла путём оптимизации процессов тепломассообмена

г

л

ХАНДОВ АЛЕКСЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

на правах р$от)си

РГ5 ОД

2 8 но я жя

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УДАЛЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНЫХ ФРАКЦИЙ ИЗ ОТРАБОТАННОГО СМАЗОЧНОГО МАСЛА ПУТЁМ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА

Специальность: 05.20.03. Эксплуатация, восстановление • и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете.

Научный руководитель:

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор А.В. Николаенко.

Кандидат технических наук, доцент А.П. Картошкин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук| профессор

Л.Е. Агеев

доктор технических наук, профессор М.К. Овсянников

Ведущая организация СЗ НИИМЭСХ

Защита диссертации состоится "23"июня 2000г. в 14ч. ЗОмин. На заседании специализированного совета KI20.37.05 по присуждению учёной степени кандидата технических наук в Санет--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 "ЛРмйАо 00г.

Учёный секретарь специализированного совета доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Общие закономерности трения, износа и смазки деталей двигателя, влияние на интенсивность их изнашивания свойств используемых масел, изменение этих свойств по мере старения масел, взаимосвязь процесса старения с условиями, в которых находится работающее масло, методы оценки качества применяемого масла вообще и как объекта очистки, в частности, и, наконец, процессы очистки циркуляционных масел - таков краткий перечень вопросов, на основе изучения которых могут быть вскрыты резервы повышения моторесурса и экономичности двигателей внутреннего сгорания.

В процессе эксплуатации масла подвергаются более или менее значительным трансформациям, характер и глубина которых зависят от условий работы и свойств масел. В большинстве случаев эти трансформации таковы, что не исключают возможности повторного использования масел после надлежащей очистки и удаления продуктов старения.

Регенерация отработанных нефтепродуктов является одним из лучших способов их утилизации, так как обеспечивает возможность многократного использования сырья, приводит к увеличению ресурсов производства масел, предохраняет окружающую среду от загрязнения.

Одним из важных вопросов данной проблемы является применение при регенерации масел комбинированных, экологически безопасных методов. Для их реализации необходимо использовать малогабаритные стационарные регенерационные установки небольшой производительности (до 50кг/час).

Цель исследований. Усовершенствование технологии удаления водотопливных фракций из отработанного смазочного масла путём оптимизации процессов тепломассообмена.

Объекты исследований. 1. Дизельное топливо марки "3" ГОСТ 30582. 2. Моторное масло МС-20 ГОСТ 21743-76. 3. Отработанное моторное масло ГОСТ 21046-86.

Научная новизна работы.

1. Модель процессов тепломассообмена, обеспечивающая сокращение энергетических затрат на удаление водотопливных фракций из смазочных масел.

2. Технология реализации математической модели, учитывающая мно-гокомпонентность смазочных масел.

3. Многокомпонентная смесь, включающая основные соединения, содержащиеся в топливах и маслах.

4. Количественные характеристики и закономерности изменения параметров тепломассообмена.

Практическая значимость работы.

1. Программа расчёта процессов газодинамики.

2. Методики подготовки многокомпонентных смесей и расчёта теплового баланса роторно-плёночной установки.

3. Параметры оптимизации процессов тепломассообмена.

4. Усовершенствованная технология удаления водотопливных фракций из отработанных смазочных масел.

Реализация результатов работы. Математическая модель процессов тепломассообмена при удалении водотопливных фракций из отработанных смазочных масел, методика расчета теплового баланса роторно-плёночной установки приняты к внедрению Академией прикладных технологий (Санкт-Петербург). Основные результаты исследований, реализованные в виде усовершенствованной технологии удаления ВТФ из ОСМ приняты к внедрению в научно-исследовательской лаборатории кафедры "Тракторы, автомобили и теплоэнергетика" СПГАУ.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: - научно-технических семинарах стран СНГ (СПГАУ), Санкт-Петербург, 1996-2000 гг.; - международной научно- технической конференции "Транском-97" (СПГУВК), Санкт-Петербург, 1997г.; -всероссийских научно-методических конференциях (СПГУВК), Санкт-Петербург, 1998-1999 гг.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах.

Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы, включающего 84 наименования, и 1 приложение. Содержит 150 страниц машинописного текста, включает 76 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится анализ состояния вопроса и сформулированы задачи исследования.

В процессе эксплуатации сельскохозяйственной техники смазочные масла подвергаются значительным изменениям, характер и глубина которых зависят от конструктивных, климатических и эксплуатационных факторов. В большинстве случаев эти изменения таковы, что не исключают возможности повторного использования смазочных масел после надлежащей обработки.

При регенерации отработанных смазочных масел (ОСМ) существует проблема удаления водотопливных фракций (ВТФ). В отечественной промышленности, как правило, ВТФ удаляют с помощью фильтров, сепараторов и испарителей. Снизить их содержание в ОСМ можно за счет уменьшения времени воздействия и понижения температуры кипения. Наиболее эффективно эта проблема решается в вакуумных роторно-пленочных установках (УПРТ). Между тем просто испарение топлива из ОСМ в УПРТ не проходит из-за высоких температур испарения топливных фракций. Поэтому процесс удаления ВТФ производят в условиях пониженного давления (0.05-О.ООбМПа). ОСМ, как объект исследования для регенерации, есть сложная по своему составу многокомпонентная смесь масел, содержащая в себе продук-

ты старения масел, воду и топливо. Базовый углеводородный состав масла остаётся неизменным. Трансформация присадок в результате их срабатывания мало влияет на углеводороды масла. При регенерации ОСМ особую трудность представляет отделение топливных фракций, так как они имеют одинаковую с маслом природу и состоят из углеводородов, отличающихся температурой выкипания, плотностью, вязкостью. Вода, находящаяся в ОСМ, образует с углеводородами топлива азеотропные смеси. Это благотворно влияет на процесс испарения углеводородов топлива из ОСМ.

УПРТ состоит из трёх теплообменных аппаратов: предварительного подогревателя ОСМ, испарителя и конденсатора. Испаритель представляет собой вертикальный цилиндр, подогреваемый снаружи теплоносителем (пар, глицерин, трансформаторное масло), по стенкам которого стекает ОСМ. ОСМ размазывается по стенкам испарителя лопатками ротора, ось которого совпадает с осью цилиндра, для обеспечения полного орошения поверхности цилиндра испарителя, интенсификации процесса теплоотдачи. Лопатки ротора расположены в несколько рядов. В ряду устанавливается не более четырёх лопаток. Лопатки распологаются в плоскости оси ротора. Длина лопаток вдоль оси ротора в два раза превышает их протяжённость по радиусу. Внутри УПРТ создаётся низкое давление для быстрого удаления ВТФ, которые под действием разности плотностей попадают в конденсатор, соединённый трубопроводом с испарителем и охлаждаемый холодной водой.

Известны малогабаритные регенерационные установки зарубежных фирм. В нашей стране проблемой регенерации занимаются ВИИТиН (г.Тамбов), МГАУ (Москва), ВНИПТИМЭСХ (г.Зерноград).

При хранении в условиях современного развития сельского хозяйства \/ ОСМ разных марок часто смешивают друг с другом. Поэтому необходимо разработать технологию удаления ВТФ из смеси ОСМ.

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

1. Провести анализ способов удаления водотопливных фракций из отработанных смазочных масел.

2. Разработать методы моделирования процессов газодинамики и теплового баланса.

3. Обосновать выбор компонентов модельных смесей.

4. Разработать методики подготовки многокомпонентых смесей.

5. Разработать методики лабораторных и экспериментальных исследований удаления водотопливных фракций из отработанных смазочных масел.

6. Исследовать процессы удаления водотопливных фракций лабораторными методами.

7. Провести экспериментальные исследования удаления водотопливных фракций.

8. Провести оценку эффективности научных разработок.

Во второй главе представлены расчётно-теоретические исследования процессов тепломассообмена при удалении водотопливных фракций из отработанных смазочных масел.

Предварительный расчётно-теоретический анализ процессов тепломассообмена показал необходимость разработки методики расчёта теплового баланса и модели процессов газодинамики УПРТ.

Большинство научных работ об УПРТ посвящены исследованию различных режимов работы аппарата, теплообмену в слое масла и на границе масла и газа. Поэтому была рассмотрена задача движения в испарителе удаляемых из ОСМ ВТФ.

Перемещение газа было рассмотрено в относительном движении, связав координаты точек пространства, занятого движущимся газовым потоком, с вращающейся цилиндрической системой координат. В относительном движении на частицы среды в общем случае действуют две инерционные массовые силы: центробежная и Кориолиса. Газ принимается несжимаемым, так как его скорость в канале далека от звуковой. Рассматривается движение газа в межлопастном канале, ограниченном двумя лопастями и стенкой, по которой стекает масло. В каждом таком канале процессы движения идентичны: наружная, смачиваемая маслом, стенка нагрета относительно внутренней (ось ротора), тепловые и динамические характеристики вблизи поверхностей каждой из перегородок симметричны. Это позволяет рассматривать течение и теплообмен лишь в одном из каналов. Для среды с постоянной плотностью центробежная сила потенциальна и не влияет на картину течения, локально уравновешиваясь давлением. Течение в канале характеризуется полем скорости с компонентами, зависящими от двух пространственных переменных г,ф и давлением, линейно падающем вдоль оси г. В таком поле скорости, когда ось вращения параллельна оси г, сила Кориолиса потенциальна, как и центробежная сила. Движение газа подчиняется ламинарному закону и описывается системой трёх уравнений Навье-Стокса в цилиндрических координатах:

(О

г дг

ВУ

г 5ф г рг дг

(2)

г ^ V ду V —- + ~ —— + V г дг г сг г

1 ЭК, 1 д2У. ' д2У.

Решена данная система с помощью Рп-метода. Суть этого метода состоит в том, что искомую функцию дифференциального уравнения в частных производных II порядка представляют в виде разложения в ряд Фурье

У= 2<Д. (г)соб(пЧ>)+ £„(г)51'п(пф)), где у=Дг, ф). Далее уравнение умножают

п=0

поочерёдно на со$(0ф), собф, со$(2ф), соб(Зф)..., бш(Оф), 5т(ф), 5ш(2ф), бш(3 ф)... и т.д., и интегрируя его в интервале от 0 до 2л, получают 2п обыкновенных дифференциальных уравнения, решая которые находят коэффициенты Ап (г) и В п (г). При решении данной системы Навье-Стокса исключается из рассмотрения либо Ан(т), либо В „(г) для удовлетворения граничного условия: равенства нулю всех скоростей на стенке лопасти ротора. Функция давления, представлена в виде:

э

где Рт - максимальное давление в поперечном сечение 11,=<К-го)/2,

К — радиус границы слоя ОСМ и газа, г0 - радиус вала ротора, Фг- корреляционный параметр Мартинелли, 1

--доля периметра, занимаемого стекающим маслом, поперечного се-

а

чения канала, по которому движется газ,

Хг— коэффициент сопротивления стекающей жидкости о газовый поток,

р—плотность газа, А,—эквивалентный диаметр. Граничные условия на стенке ротора: V | =0, где ф - угол между

лопатками ротора, Уг\г=г=0. Решение уравнения (1) подставляем в уравнение (2). При решении уравнения (2) используются следующие граничные условия: у =0, V |г=я =0)11, Рф-|г=г =-©!*.. При г=гомы подставляем -соЯ

для создания более интенсивной закрутки газа в межлопастном пространстве. Граничные условия осевой скорости: V | ф =0, V г |,=/г =0,

у \ =0 V I =¥ тах V I =0

Общий вид решения уравнения радиальной скорости (1) имеет

вид:К (г,<р)=В|(г)5т( ф — )+В^(г)з1Л(2ф —), где Я,(г) =(\г2 +(у3 +('4И +Г,/5 Ф. <р,

¡52(г)=02г2 ++ 1)4г4 С,„Оп - коэффициенты ряда.

Общий вид решения уравнения тангенциальной скорости (2) имеет вид: Кф=(Яо(0+Я,(#-))со5(ф^-),

р nPmF 6г6Д„

?>-F+-f~(-

•PoPV 35_il

Ф,

Зф„ Фо

COS- COS—

2 2

2 2

„ 71

9—__

2 2

<Ро Фо

8 r

4 „3 ¿V4 V ¿V®

--Y(Rs~RS)-7-г+--2~+ 2

15-îi 1-4 ° 15-4 24-4 35-4 48-4

Фо 4>o Фо К 4>o 4>o

где A3, A4, A7, A« - коэффициенты интегрирования.

Общий вид решения уравнения осевой скорости (3) имеет вид:

- . 2 2

ir рs(R -Г Г OS 1 ">

Q(r,<р)=(00(r)+Oj(/■))cos(q>—), где --r >

4,0 4vln— Г0 V

'o

Ôl(r)=--^f—r4+A15(q,)ru+Al4(q>)r-u

(16-H )KV

A14, A] 5 - коэффициенты интегрирования. Обозначения: Ф. - угол между лопастями,

Ps - максимальное давление в поперечном сечении канала, v—кинематическая вязкость газа, g—ускорение свободного падения.

Специальные программы, написанные на языке Turbo-Pascal, позволяют рассчитать распределения радиальной, тангенциальной и осевой скоростей.

Проведённые исследования показали, что в поперечном сечении межлопастного канала имеют место два максимума скорости (рис.1) с противоположными знаками у поверхности ротора и у противоположной границы, которой является тонкий слой (3-5мм) ОСМ, стекающего по стенке испарителя. В центре поперечного сечеиия канала находится зона застоя. Следовательно, в поперечном сечении канала находится вихрь скорости. При увеличении давления внутри испарителя застойная зона движения газа сдвигается к оси ротора, а максимум скорости, находящийся у стенки испарителя, значительно возрастает. При увеличении частоты вращения ротора происходит стабилизация вращательного движения газа, то есть происходит равномерное

возрастание числовых значений скорости по всему сечению канала, но максимум скорости около стенки испарителя остаётся наибольшим.

Осевая скорость (рис.2) уменьшается при увеличении длины канала по экспоненциальной зависимости. Направление движения газовой и жидкой фаз противоточное. Осевая скорость на выходе из цилиндра УПРТ при одинаковой температуре рабочей среды на входе будет одинаковой при различных значениях температурного перепада. А осевые скорости потока будут уменьшаться, чем больше температурный перепад рабочей среды в цилиндре УПРТ. Это означает, что с уменьшением температурного перепада скорость

□ 1200-1400

□ 1000-1200 □ 800-1000 □ 600-800 □400-600

□ 200-400

□ 0-200

Рис.1 Распределение скорости в поперечном сечении межлопастного канала (Р=0,01МПа, р=0,06812кг/м3, у= 157*10"*м2/с, п=164 об/мин).

□ 800-1000 □ 600-800

□ 400-600

□ 200-400

□ 0-200

Рис.2 Распределение осевой скорости в поперечном сечении канала при г=0.5м 0'=200°С: Р=0,01МПа, р=0,0458 кг/м\ у=331*]0^' м2/с Г=150°С: Р=0,01МПа, р=0,06812 кг/м3, у=157*10"6 м2/с).

торможения потока увеличивается при одном и том же давлении движущейся газовой среды.

Полученные числовые значения (рис. 1,2) необходимы для расчёта теплового баланса УПРТ.

В третьей главе приведены общая и частная методики лабораторных и экспериментальных исследований, даны описания лабораторной и экспериментальных установок и применяемого оборудования, а также методик: обоснования выбора компонентов исследуемой смеси, подготовки многокомпонентных смесей и расчёта теплового баланса УПРТ.

Общая методика предусматривает выбор способа и оборудования для регенерации ОСМ, проведение экспериментальных исследований процессов регенерации с использованием выбранного оборудования и проверку адекватности модели газообмена УПРТ.

Методика обоснования компонентов исследуемой смеси обусловливает состав модельной смеси и правильность его выбора. Выбранный углеводородный состав модельной смеси должен быть обусловлен: во-первых одинаковым количеством атомов углерода; во-вторых каждый из углеводородов является представителем одной из трёх углеводородных групп, а процентное содержание их в смеси соответствует процентному содержанию той или иной группы в дизельном топливе.

По методике подготовки многокомпонентных смесей были подготовлены три типа модельных смесей: смесь углеводородов (гептан, гексан, толуол, бензол, циклогесан) и воды, смесь дизельного топлива марки "3" и воды, смесь масляной основы МС-20, дизельного топлива марки "3" и воды в соответствующих пропорциях.

Методика лабораторных исследований содержит обоснование выбора способа и оборудования для регенерации ОСМ.

Методика экспериментальных исследований включает выбор технологии удаления ВТФ из ОСМ, а также исследование режимов работы данной технологии и анализ физико-химических свойств моторного масла.

Методика расчёта теплового баланса УПРТ с использованием модели процессов газодинамики позволяет дать общую оценку УПРТ по регенерации определённого объёма ОСМ.

В четвёртой главе приведены результаты лабораторных и экспериментальных исследований, результаты расчёта теплового баланса УПРТ, выбора параметров оптимизации процесса тепломассообмена, а также усовершенствованная технология удаления ВТФ из ОСМ.

Лабораторные исследования проводились на установке, имитирующей кубовое устройство для удаления ВТФ из ОСМ. По результатам лабораторных исследований установлено, что добавка воды (до 20%) в смесь углеводородов способствует более быстрой отгонке углеводородов с низкой температурой кипения, но процесс отгонки в целом проходит медленнее и при более высоких температурах, чем при отсутствии воды в смеси.

Графики были интерполированы на ПЭВМ пакетом вгарЬег. Ошибка интерполяции не превышает 1,2%. Зависимость объёмной доли отгона (Я) от

(

температуры (0 при изменении объёмного содержания воды (ч): К=АП3+В*12+С*1+0, где А=-0.006644*х+0.00668 В=0.00685 *х3 -0.230б*х2 +1,948*х-2.8656 С=-0.6434 *х3 +21,87*х2 -180.41 *х+342.29 0=19.97 *х3-684.155*х2 +6104*х-12б14

Добавка воды (до 20%) в дизельное топливо марки "'}" смеси даёт ощутимый эффект при разгонке лёгких и средних фракций топлива, то есть при температуре не более 140°С. Причём наибольшего эффекта можно достичь при процентном содержании воды, превышающем 15%, Добавка воды является экономически более выгодным способом отгона, чем, например, уменьшение давления.

Графики были интерполированы на ПЭВМ пакетом СпарИет. Ошибка интерполяции не превышает 1,5%. Зависимость объёмной доли отгона (Я) от температуры (0 при изменении объёмного содержания воды (х) для топлива марки "3":

К=А*Р+ВП2+СП+1) ,

где А=2.055*10"7*х3 -77.807*10"6*хг +9.766* 10"5*х-0.0002677 В=-6.146 * 10~5*х3 +0.002306*х2 -0.029*х+0.08144 С=0.006021 *х3 -0.222*х2 +2.808*х-7.673 0=-0.1743*х 3+6.308*х2 -80.05*х+232.024; Добавка воды (до 20%) в смесь масляной основы МС-20 и дизельного топлива марки "3" способствует увеличению температуры вспышки кубового остатка по мере испарения ВТФ. Водородный показатель кубового остатка уменьшается, а кислотное число увеличивается. На основании проведённых исследований был сделан вывод о том, что в лабораторной установке, являющейся прототипом кубового устройства, за счёт длительного контакта нагретого масла с кислородом воздуха происходит окисление масла. Поэтому кислотное число растёт. Увеличение процентного содержания воды ускоряет процесс отгонки ВТФ из смазочного масла и позволяет проводить это при меньших температурах. Лабораторная установка представляла собой модель кубового устройства периодического действия и, поэтому, содержала в себе все присущие им недостатки: длительность процесса, окисление масла, лако-образование на стенках устройства.

Графики отгонки смеси масляной основы МС-20, дизельного топлива марки "3" и воды были интерполированы на ПЭВМ пакетом СгарЪег. Ошибка интерполяции не превышает 1,5%. Зависимость объёмной доли отгона (II) от температуры (1) при изменении объёмного содержания воды (х): Я=А*1 ^В^+СП'+БП2 +Е*1+Р, где А=3.0992* 10"9*х-2.2219* 10'8

В=-2.329*10"п*х3 +8.73*10",о*х2 -6.614*10~9*х+8.2%*10"9 С=-7.154*10~6*х3 +2.51 *10^*х2 -0.002289*х+0.005% 0=8.33* 1 0"**х3 -0.02916*х2 +0.2635*х-0.6854 Е=-0.0484*х3 +1,692*х2 -15.28*х+39.973

1.143 *х3 -39.93 *х2 +362.6 *х-933.125

Экспериментальные исследования процесса удаления ВТФ проводились на полупромышленной УПРТ, позволявшей варьировать несколькими параметрами процесса: температурой, вакуумом, расходом удаляемых ВТФ. В результате проведённых исследований было установлено, что кислотное число убывает но мере увеличения процентного содержания воды при постоянной темпера туре теплоносителя. Больший эффект, чем давление приносит увеличение самой температуры. Было отмечено, что большего эффекта можно достичь при добавлении в смесь более 15% воды. Кроме этого, как показывает рисунок 3, теплоноситель не обязательно нагревать до 130-150 С. Например, при температуре теплоносителя равной 100 С можно достичь тех же числовых значений кислотного числа, что и при температуре 130 С, но при процентном содержании воды в смеси с ОСМ равном 25%.

Лредстанляло особый интерес проверить, как влияет отгонка ВТФ на изменение содержания в регенерированном масле присадок и продуктов старения масла. Для чего нами были записаны инфракрасные спектры (ИК) ре генерированного масла. Запись ИК-спектров осуществляли на приборе Брекоё-ВО в диапазоне волновых чисел 4000-600см-1. Процентное содержание присадок практически не меняется. Уменьшение их содержания начинается при увеличении процентного содержания воды в смеси более 15%. Что является важным при введении в масла присадок на заключительных стадиях регенерации.

Практически те же изменения происходят с содержанием аниона БСЬ, который является продуктом нейтрализации высокощелочными сульфонат-ными присадками двуокиси серы, которая попадает в масло в газообразном состоянии из камеры сгорания.

Продукты окисления ведут себя несколько иначе. Их содержание монотонно уменьшается по мере роста концентрации воды в ОСМ, а после увеличения процентного содержания воды в смеси более 15% скорость уменьшения резко возрастает.

На базе снятых опытных данных была получена зависимость давления паров смеси дизельного топлива марки "3" и воды от температуры насыщения (рис.5), позволяющая определить режим работы УПРТ, выбрать давление, создаваемое вакуумным насосом, и температуру нагрева ОСМ перед подачей в цилиндр испарителя.

Анализируя изменение кислотного числа для установки кубового и плёночного типа, мы попытались обобщить полученные данные в виде графиков (рис. 4) при объёмной доле воды 10%. Несмотря на различие в давлениях, при которых проводились опыты рисунок 4 показывает, что кислотное число на установке кубового типа резко возрастает, а на УПРТ уменьшается. Это характеризует установку кубового типа как экономически невыгодную, стимулирующую окислительные реакции в ОСМ, кислотное число которого и без того быилст большим.

Увеличение температуры теплоносителя даёт наибольший эффект при

С*/100, мгКОН/мл

О 4 В 12 16 20 Г, %

Рис. 3 График зависимости кислотного числа от доли »оды в смеси с ОСМ. (+ - Р=0,018МПа, 1=100°С; 0 - Р=0,015МПа, 1=100°С; I !-Р=0,018МПа, 1=140°С; о - Р=0,015МПа, 1=140°С)

КЧЛОО, мгКОН/мл 1

0.8

0.6

0.4

0.2

Р=0.05]

Р=0.01

)МГЬ

40 60 80 100 120 МО I, С

Рис. 4 Зависимость кислотного числа от температуры теплоносителя (+ кубовое устройство, 0 и □ - УПРТ).

Р, МПа 0.020

0.008 —

40 60 80 100 120 t, С

Рис. 5 Зависимость давления паров смеси дизельного топлива марки "3" и воды от i императоры насыщения.

отгонке ВТФ, но экономичным его назвать нельзя. На втором месте идёт добавка воды, которая как раз является экономически выгодной. Увеличение давления разрежения вело к ускорению процесса отгонки ВТФ, но в меньшей степени чем добавка воды и увеличение температуры. Все три вышеуказанных фактора способствуют уменьшению кислотного числа, увеличению температуры вспышки смазочного масла и объёмного содержания топливных фракций в отгоне, что взаимосвязано друг с другом.

Результаты расчётно-экспериментального исследования процессов удаления ВТФ из ОСМ с помощью модели теплового баланса УПРТ позволили получить количественные характеристики и закономерности изменения параметров тепломассообмена. Наиболее значимыми среди них являются следующие:

- доля теплоты, передаваемая теплоносителем к ОСМ возрастает, а доля потерь в окружающую среду уменьшается при увеличении температуры теплоносителя со ¡(10 С до 140 С в большей степени, чем при увеличении скорости его движения н два раза;

- потери теплоты конвекцией от ОСМ к воздушному потоку внутри испарителя и доля этой составляющей в тепловом балансе УПРТ возрастают соответственно при уменьшении давления в испарителе;

- тепловые потери через стенку трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор плдаютпри уменьшении давления внутри;

- время пребыпиния ОСМ в испарителе зависит от температуры ОСМ и длины испарителя н не зависит от частоты вращения ротора.

- расхождение расчётных и опытных данных находилось в пределах 3,5-14%.

Расчётно-экспериментальные исследования позволили оптимизировать интервалы изменения параметров процессов тепломассообмена УПРТ:

- частота вращения ротора при незакреплённом нижнем копне находится в пределах 250-300об/мин, а при закреплённом нижнем копне ротора 250-400об/мин. Количество лопаток не должно быть больше четырех во избежание их износа.

- давление внутри испарителя находится в пределах 0,02-0,0) МПа.

- температуру теплоносителя рекомендуется применять в пределах 130140 С. Работа УПРТ при более низких температурах ухудшает качество процесса удаления ВТФ. Увеличение частоты вращения также не даёт положительных результатов. Понижение давления вызывает трудности в организации технологического процесса, например, уменьшение час юты вращения ротора.

- решающим параметром при оптимизации параметров УПРТ является до-, бавка воды в ОСМ. Добавка воды в ОСМ для образования ВТФ не должна быть меньше 15% от объёма смеси ОСМ и воды. При хранении в условиях современного развития сельского хозяйства ОСМ разных марок часто смешивают друг с другом, а также с остатками неиспользованного горючего. В результате процентное содержание топливных фракций может значительно увеличиться. Смесь ОСМ при этом по составу превращается в смесь углеводородов. Поэтому при увеличении содержания топлив в ОСМ более 5% содержание воды рекомендуется увеличивать в три ¡¡аза по сравнению с содержанием топлива.

- температура ОСМ на входе в испаритель не должна превышать 100 С из-за наличия в нём воды, нагреваемой перед подачей в испаритель при атмосферном давлении.

Путём оптимизации процессов тепломассообмена была рачр.чботана усовершенствованная технология удаления ВТФ из ОСМ, позволяющая регенерировать смазочные масла различных марок и назначений, используемых в автотракторной технике. Перед проведением обработки в УГП'Т необходимо провести физико-химический анализ предварительно отслоенного ОСМ в соответствии с ГОСТ 21046-88 по показателям: кинематической вязкости, кислотного числа, процентного содержания воды и топлива, температуры вспышки. По результатам анализа назначается режим обработки.

На заключительной стадии проводится физико-технический анализ регенерированного масла и даётся заключение о его пригодности для применения по назначению.

Режимы обработки отработанных смазочных масел

Таблица 1. на роторно-

Содержание Содержание Добавка во- Температура Давление,

воды в ОСМ, топлива в ды, % теплоносите- Мла

% ОСМ, % ля, град.

М„ тт с„ tr Р

В норме Менее 5% >15% 140 0,02

В норме Более 5% L тт*3 130-140 0,015

Выше нормы Менее 5% >15-шв 140 0,02

Выше нормы Более 5% >mr*3-m„ 130-140 0,01-0,015

В норме Менее 5% 25% 100 0,015

В норме Более 5% шт*5 100 0,01

Выше нормы Менее 5% >25-шв 100 0,015

Выше нормы Более 5% >mT*5-mB 100 0,01

Выше нормы В норме 0 100 0,03

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В резулмате выполненных исследований разработана усовершенствованная технолог ия удаления водотопливных фракций из отработанного смазочного масла путём оптимизации процессов тепломассообмена, реализация которой обеспечивает сокращение энергетических затрат и времени, затрачиваемого на регенерацию ОСМ, а также применение комбинированных, экологически безопасных методов по удалению ВТФ.

Усовершенствованная технология базируется на следующих результатах исследований:

1. Разработанная модель процесса тепломассообмена и технология её реализации обеспечивает сокращение энергетических затрат на удаление ВТФ из ОСМ на 25% за счёт введения в ОСМ добавок воды от 15% до 40% и понижения температуры теплоносителя от 130140 С до 100 С. При увеличении процентного содержания воды более 40% в смеси с ОСМ исчезает экономическая эффективность добавки поды, так как энергетические затраты на передачу теплоты от теплоносителя, нагретого до 100°С, к ОСМ превысят затраты на нагрев одного ОСМ до 200 С без добавок воды. Выигрыш во времени, затрачиваемом на удаление ВТФ из ОСМ в УПРТ, возрастает от 23% до 44% при введении добавок воды от 15% до 40%. При увеличении добавок воды свыше 40% временные затраты будут по прежнему уменьшаться.

2. Обоснованная многокомпонентная смесь, включающая основные соединения компонентов, содержащихся в топливах и маслах, и методика её подготовки позволяют обосновать методики лабораторных и экспериментальных исследований удаления ВТФ из ОСМ и пропссти лабораторные исследования. При этом состав модельных смессП отвечает процентному содержанию углеводородных соединений. топлива и воды в ОСМ.

3. Лабораторными исследованиями установлено влияние добавок воды на испарение модельных смесей. При добавке в дизельное топливо

каждые 5% воды увеличивают количество удалённой смеси на 68%. Уменьшение абсолютного давления на 0,005МП;| приводит к увеличению количества удалённой смеси на 5%. При дооавке воды в модельную смесь, состоящую из масляной основы МС 20 и дизельного топлива, каждые 5% воды способствуют повышению эффективности испарения лёгких (на 5%) и средних фракции (на 10%) топлива. Температура вспышки возрастает в 1,1 раза при содержании в смеси не более 10% воды. При содержании воды более 10% рост увеличивается до 1,3 раз на каждые добавленные 5%. Температура греющей поверхности снижается с 200 С до 130-150°С.

4. Разработанная программа расчёта процессов газодинамики позволяют получить количественные характеристики, среди которых следует выделить следующие. При увеличении частоты прошения ротора (160-200об/мин) в 1,33 раза скорость в поперечном сечении канала увеличивается в 1,15 раза. При увеличении давления, создаваемого внутри УПРТ, в 3 раза (с 0,01Мпа до 0,03МПа) скорость паров ВТФ вблизи ОСМ, стекающего по стенке испарителя, увеличивается в 2,3 раза. При одинаковой длине канала, по которому движутся пары ВТФ, осевая скорость возрастает 1,1 раза при уменьшении температурного перепада ОСМ на входе и выходе п испаритель УПРТ с 50 С до 10*С.

5. Разработанная методика расчёта теплового баланса УПРТ позволяет получить закономерности изменения параметров тенломассооб-мена. Коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к поверхностям, непосредственно воспринимающим от него количество теплоты, зависят от скорости движения теплоносителя. При увеличении скорости в 2 раза они возрастают в 1,27 раза. Коэффициенты теплоотдачи от внешней стенки УПРТ в окружающую среду и от внутренней стенки цилиндра испарителя к ОСМ возрастаю! в 1,14 и1,4 раза при увеличении температуры теплоносителя от-1 (Ю С до 140°С. - доля теплоты, передаваемая теплоносителем к ОСМ возрастает в 1,61 раза, а доля потерь в окружающую среду уменьшается в 1,46 раза при увеличении температуры теплоносителя со 1()()"С до 140°С в большей степени, чем при увеличении скорости его движения в два раза (в 1,125 и 1,09 раза соответственно). Потери теплоты конвекцией от ОСМ к воздушному потоку внутри испарит еля и доля этой составляющей в тепловом балансе УПРТ возрастают в 1,3 и 2 раза (с 4% до 8%) соответственно при уменьшении давления в испарителе с 0,04МПа до 0,015МПа. Тепловые потери чере ) стенку трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор, падают в 2,3 раза при уменьшении давления внутри УПРТ с 0,04МПа до 0,015МПа. Время пребывания ОСМ в испарителе зависит от температуры ОСМ и длины испарителя и не зависит от часто!ы вращения ротора. При проведении эксперимента в диапазоне чисел оборотов

от 200 до .150 и температуре теплоносителя 130-140°С время пребывания ОСМ в УПРТ, длина испарителя которого составляла 0,6м, равнялось 15с.

6. Проведённый анализ способов удаления водотопливных фракций из ОСМ позволил выбрать способ тонкоплёночного испарения в качестве объекта усовершенствования технологии удаления ВТФ, а также провеет экспериментальные исследования. Способ тонкоплёночного испарения, который обеспечивает непрерывность удаления ВТФ из ОСМ при более низких (100-140°С), по сравнению с кубовыми устройствами (240-420 С) температурах за счёт увеличения поверхнос ти испарения в 3-5 раз и уменьшения времени пребывания масел в регенерационной установке с 15..30мин до 5.. 15с.

7. Экспериментальными исследованиями установлено, что наиболее экономически эффективным способом, ускоряющим процесс удаления ВТФ и УПРТ, по сравнению с повышением температуры теплоносителя со 100°С до 140 С является добавка воды в ОСМ, превышающая 15% от общего объёма регенерируемой смеси. Значение кислотного числа равное 0,004мгКОН/мл можно достичь при температуре теплоносителя 140 С и добавке воды 12%, либо при температуре теплоносителя 100°С и добавке воды 25%. Добавка воды позволяет снизить температуру нагрева со 130-150°С до 100 С; уменьшить кислотное число до уровня близкого к нулевому, предъявляемого к товарным маслам; уменьшить содержание присадок: при 20% добавке воды содержание присадки ПМСЯ (а,б) уменьшается в 1,13 раза, а присадки ВНИНП-354 в 1,23 раза.

8. На основании экспериментальных исследований удаления ВТФ из ОСМ и разработанной модели тепломассообмена проведена оптимизация таких параметров как: частота вращения ротора (250-400об/мип), давление внутри испарителя (0,01-0,02МПа), температура теплоносителя (100-140°С), содержание воды в ОСМ (15-40% от объёма смеси), температура ОСМ на входе в испаритель (не более 100 С). Оптимизация параметров процессов тепломассообмена позволила разработать усовершенствованную технологию удаления ВТФ из ОСМ. При аномальном, превышающем 5% содержании топлива в ОСМ необходима добавка воды, в три раза превышающая процентное содержание топлива. При регенерации смазочных масел, не относящихся к моторным добавка воды не нужна (см. таблицу 1).

9. Эффектаиность научных разработок характеризуется экономией энергетических затрат на нагрев 1кг ОСМ и поддержание требуемого температурного уровня (см. таблицу 1), которые составляют 25кВт. По сравнению с базовым вариантом, где суммарное снижение мощности на подготовительные операции и привод технологических систем составило 9,55кВт экономия энергетических затрат почти в 2Л раза больше. Кроме этого, уменьшается время, затрачи-

ваемое на удаление ВТФ 6 УПРТот1,2 до 2 раз при добавке воды от 10% до 40%.

10. Математическая модель процессов тепломассообмена при удалении водотопливных фракций из отработанных смазочных масел, методика расчёта теплового баланса роторно-плёночной установки приняты к внедрению Академией прикладных технологий (Санкт-Петербург). Основные результаты исследований, реализованные в виде усовершенствованной технологии удаления ВТФ из ОСМ приняты к внедрению в научно-исследовательскую работу лаборатории кафедры "Тракторы, автомобили и теплоэнергетика" СПГАУ.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Хандов А.М., Громашев C.B. Исследование процессов отгона водотопливных фракций при регенерации отработанных моторных масел. //Тез. докл. научно-тех. семинара стран СНГ(СПГАУ). -Спб., 1996. -с.30.,.32.

2. Хандов A.M. Постановка задачи газообмена роторно-пдёночного испарителя. // Тез. докл. Межд. научно-тех. конф. "Транском-97". -Спб.,1997. -с.146...148.

3. Хандов А.М., Картошкин А.П., Потапков А.Г. Регенерация азеотроп-ных смесей отработанных моторных масел. // Тез. докл. научно-тех. семинара стран СНЦСПГАУ). -Спб., 1998. -с.49.

4. Хандов А.М., Картошкин А.П., Потапков А.Г. Учёт компонентности топлив при моделировании системы регенерации масел. //Сб. научн. тр."Судостроение и судоремонт"(СПГУВК). - Спб, 1998. -С.106...109-.

5. Хандов А.М, Ашкинази JI.A., Картошкин А.П. Исследование процесса удаления водотопливных фракций из моторных масел. // Двнгателе-строение. - 2000. - №3. -с. 30-32.

Подписано к печати 10.'05.00. Заказ № 117 0бьем I печ.л. Тираж 100 экз.

-Отпечатано на ризографе СЗ НИИМЭСХ

ВВЕДЕНИЕ.

1. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1. Старение, очистка и регенерация смазочных масел.

1.2. Способы удаления водотопливных фракций из смазочных масел.

1.2.1. Анализ способов удаления водотопливных фракций.

1.2.2. Плёночное испарение как способ удаления воды и топлива из отработанного смазочного масла.

1.3. Задачи исследования.

2. Расчётно-теоретическое исследование процессов тепломассообмена при удалении водотопливных фракций из отработанных смазочных масел.

2.1. Обоснование необходимости усовершенствования процесса удаления водотопливных фракций.

2.2. Расчётно-теоретический анализ процессов тепломассообмена вроторно-плёночной установке.

2.3. Расчёт процессов газодинамики роторно-плёночной установки.

2.3.1. Моделирование процессов газодинамикироторно

-плёночной установки.

2.3.2. Решение уравнения радиальной скорости.

2.3.3. Решение уравнения тангенциальной скорости.

2.4. Расчётные характеристики процессов газодинамики.

2.5. Выводы.

3. Методика экспериментальных исследований, экспериментальная установка и применяемая аппаратура.

3.1. Общая методика и программа исследований.

3.2. Методика обоснования выбора компонентов исследуемой смеси.

3.3. Методика подготовки многокомпонентных смесей.

3.4. Методика расчёта теплового баланса роторно-плёночной установки.

3.5. Методика лабораторных исследований процесса удаления водотопливных фракций из отработанных смазочных масел.

3.6. Методика исследований процессов удаления водотопливных фракций нароторно-плёночной установке.

3.7. Методика определения физико-химических показателей регенерируемых масел.

3.8. Экспериментальная установка, применяемая аппаратура. Погрешность измерений.

4. Результаты расчётно-экспериментальных исследований по усовершенствованию технологии удаления водотопливных фракций.

4.1. Результаты расчёта теплового баланса роторно--плёночной установки.

4.2. Результаты лабораторных исследований процесса удаления водотоплиеных фракций.

4.2.1. Результаты лабораторных исследований процесса удаления смеси углеводородов и воды.

4.2.2. Результаты лабораторных исследований процесса удаления смеси дизельного топлива и вод.

4.2.3. Результаты лабораторных исследований процесса удаления водотопливных фракций из отработанных смазочных масел.

4.3. Результаты экспериментальных исследований удаления водотопливных фракций на роторно-плёночной установке.

4.4. Параметры оптимизации процессов тепломассообмена.

4.5. Технология удаления водотопливных фракций из отработанных смазочных масел на роторно-плёночной установке.

A.b. Выводы.

4.7. Оценка эффективности научных разработок.

Повышение надёжности, долговечности и экономичности двигателей внутреннего сгорания является одной из главных задач машинно-тракторного парка (МТП). Мировая практика эксплуатации МТП свидетельствует о том, что наряду с повсеместным совершенствованием конструкции и технологии изготовления двигателей, качество используемых масел и топлив является важнейшим фактором, определяющим их технический моторесурс.

В условиях эксплуатации качество используемого смазочного масла -одно из немногих средств, позволяющих без существенных затрат достигнуть ощутимого повышения долговечности и экономичности двигателя.

Для правильного и обоснованного выбора и последующего использования смазочных масел специалисту недостаточно располагать данными о существующей номенклатуре масел и присадок, о конструктивных особенностях систем смазки того или иного двигателя.

Общие закономерности трения, износа и смазки деталей двигателя, влияние на интенсивость их изнашивания свойств используемых масел, изменение этих свойств по мере старения масел, взаимосвязь процесса старения с условиями, в которых находится работающее масло, методы оценки качества применяемого масла вообще и как объекта очистки, в частности, и, наконец, процессы очистки циркуляционных масел - таков краткий перечень вопросов, на основе изучения которых могут быть вскрыты резервы повышения моторесурса и экономичности двигателей внутреннего сгорания.

В процессе эксплуатации масла подвергаются более или менее значительным трансформациям, характер и глубина которых зависят от условий работы и свойств масел. В большинстве случаев эти трансформации таковы, что не исключают возможности повторного использования масел после надлежащей очистки и удаления продуктов старения.

Регенерация отработанных нефтепродуктов является одним из лучших способов их утилизации, так как обеспечивает возможность многократного использования сырья, приводит к увеличению ресурсов производства масел, предохраняет окружающую среду от загрязнения

8,16,24,27,28,35,65,70,75,76].

Сбор и регенерацию отработанных масел ведут практически во всех промышленно развитых странах и в большинстве развивающихся стран. Доля смазочных материалов, подвергаемых регенерации, от общего сырья составляет: в США - 4.7%, Англии - 10.12%, Франции и Италии - 20.30% [21,43,80,83,84]. В нашей стране сбор отработанных масел составляет 10% от потребления свежих масел, а восстанавливается примерно 30% от собранных [43,55,59].

Целью диссертационной работы является усовершенствование технологии удаления водотопливных фракций из отработанных смазочных масел путём оптимизации процессов.

Научную новизну работы представляют следующие положения, выносимые на защиту:

1. Модель процессов тепломассообмена, обеспечивающая сокращение энергетических затрат на удаление водотопливных фракций из смазочных масел.

2. Технология реализации математической модели, учитывающая много-компонентность смазочных масел.

3. Многокомпонентная смесь, включающая основные соединения, содержащиеся в топливах и маслах.

4. Количественные характеристики и закономерности изменения параметров тепломассообмена.

Практическую значимость работы имеют:

1. Программа расчёта процессов газодинамики.

2. Методики расчёта теплового баланса роторно-плёночной установки и подготовки многокомпонентных смесей.

3. Параметры оптимизации процессов тепломассообмена. 8

4. Технология удаления водотопливных фракций из отработанных смазочных масел.

Тема диссертационной работы утверждена Советом инженерного факультета Санкт-Петербургского государственного аграрного университета и соответствует Республиканской целевой научно-технической программе "Механизация, энергетика, автоматизация и ресурсосбережение".

Общие выводы

В результате выполненных исследований разработана усовершенствованная технология удаления водотопливных фракций из отработанного смазочного масла путём оптимизации процессов тепломассообмена, реализация которой обеспечивает сокращение энергетических затрат и времени, затрачиваемого на регенерацию ОСМ, а также применение комбинированных, экологически безопасных методов по удалению ВТФ.

Усовершенствованная технология базируется на следующих результатах исследований:

1. Разработанная модель процесса тепломассообмена и технология её реализации обеспечивает сокращение энергетических затрат на удаление ВТФ из ОСМ на 25% за счёт введения в ОСМ добавок воды от 15% до 40% и понижения температуры теплоносителя от 130140 С до ЮО С. При увеличении процентного содержания воды более 40% в смеси с ОСМ исчезает экономическая эффективность добавки воды, так как энергетические затраты на передачу теплоты от теплоносителя, нагретого до 100°С, к ОСМ превысят затраты на нагрев одного ОСМ до 200 С без добавок воды. Выигрыш во времени, затрачиваемом на удаление ВТФ из ОСМ в УПРТ, возрастает от 23% до 44% при введении добавок воды от 15% до 40%. При увеличении добавок воды свыше 40% временные затраты будут по прежнему уменьшаться.

2.Обоснованная многокомпонентная смесь, включающая основные соединения компонентов, содержащихся в топливах и маслах, и методика её подготовки позволяют обосновать методики лабораторных и экспериментальных исследований удаления ВТФ из ОСМ и провести лабораторные исследования. При этом состав модельных смесей отвечает процентному содержанию углеводородных соединений, топлива и воды в ОСМ.

3. Лабораторными исследованиями установлено влияние добавок воды на испарение модельных смесей. При добавке в дизельное топливо каждые 5% воды увеличивают количество удалённой смеси на 68%. Уменьшение абсолютного давления на 0,005МПа приводит к увеличению количества удалённой смеси на 5%. При добавке воды в модельную смесь, состоящую из масляной основы МС-20 и дизельного топлива, каждые 5% воды способствуют повышению эффективности испарения лёгких (на 5%) и средних фракций (на 10%) топлива. Температура вспышки возрастает в 1,1 раза при содержании в смеси не более 10% воды. При содержании воды более 10% рост увеличивается до 1,3 раз на каждые добавленные 5%. Темперао о тура греющей поверхности снижается с 200 С до 130-150 С.

4. Разработанная программа расчёта процессов газодинамики и методика расчёта теплового баланса УПРТ позволяют получить количественные характеристики, среди которых следует выделить следующие. При увеличении частоты вращения ротора (160-200об/мин) в 1,33 раза скорость в поперечном сечении канала увеличивается в 1,15 раза. При увеличении давления, создаваемого внутри УПРТ, в 3 раза (с 0,01МПа до 0,03МПа) скорость паров ВТФ вблизи ОСМ, стекающего по стенке испарителя, увеличивается в 2,3 раза. При одинаковой длине канала, по которому движутся пары ВТФ, осевая скорость возрастает 1,1 раза при уменьшении температурного перепада ОСМ на входе и выходе в испаритель УПРТ с 50°С до 10°С.

5. Разработанная методика расчёта теплового баланса УПРТ позволяет получить закономерности изменения параметров тепломассообмена. Коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к поверхностям, непосредственно воспринимающим от него количество теплоты, зависят от скорости движения теплоносителя. При увеличении скорости в 2 раза они возрастают в 1,27 раза. Коэффициенты теплоотдачи от внешней стенки УПРТ в окружающую среду и от внутренней стенки цилиндра испарителя к ОСМ возрастают в 1,14 и 1,4 о о раза при увеличении температуры теплоносителя от 100 С до 140 С. Доля теплоты, передаваемая теплоносителем к ОСМ возрастает в 1,61 раза, а доля потерь в окружающую среду уменьшается в 1,46 о о раза при увеличении температуры теплоносителя со 100 С до 140 С в большей степени, чем при увеличении скорости его движения в два раза (в 1,125 и 1,09 раза соответственно). Потери теплоты конвекцией от ОСМ к воздушному потоку внутри испарителя и доля этой составляющей в тепловом балансе УПРТ возрастают в 1,3 и 2 раза (с 4% до 8%) соответственно при уменьшении давления в испарителе с 0,04МПа до 0,015МПа. Тепловые потери через стенку трубопровода, соединяющего испаритель и конденсатор, падают в 2,3 раза при уменьшении давления внутри УПРТ с 0,04МПа до 0,015МПа. Время пребывания ОСМ в испарителе зависит от температуры ОСМ и длины испарителя и не зависит от частоты вращения ротора. При проведении эксперимента в диапазоне чисел оборотов от 200 до 350 и температуре теплоносителя 130-140 С время пребывания ОСМ в УПРТ, длина испарителя которого составляла 0,6м, равнялось 15с.

6. Проведённый анализ способов удаления водотопливных фракций из ОСМ позволил выбрать способ тонкоплёночного испарения в качестве объекта усовершенствования технологии удаления ВТФ, а также провести экспериментальные исследования. Способ тонкоплёночного испарения, который обеспечивает непрерывность удаления ВТФ из ОСМ при более низких (100-140°С), по сравнению с кубовыми устройствами (240-420°С) температурах за счёт увеличения поверхности испарения в 3-5 раз и уменьшения времени пребывания масел в регенерационной установке с 15.30мин до 5.15с.

7. Экспериментальными исследованиями установлено, что наиболее экономически эффективным способом, ускоряющим процесс удаления ВТФ в УПРТ, по сравнению с повышением температуры теплоносителя со 100°С до 140 С является добавка воды в ОСМ, превышающая 15% от общего объёма регенерируемой смеси. Значение кислотного числа равное 0,004мгк0н/мл можно достичь при температуре теплоносителя 140°С и добавке воды 12%, либо при температуре теплоносителя 100 С и добавке воды 25%. Добавка воды о о позволяет снизить температуру нагрева со 130-150 С до 100 С; уменьшить кислотное число до уровня близкого к нулевому, предъявляемого к товарным маслам; уменьшить содержание присадок: при 20% добавке воды содержание присадки ПМСЯ (а,б) уменьшается в 1,13 раза, а присадки ВНИНП-354 в 1,23 раза.

8. На основании экспериментальных исследований удаления ВТФ из ОСМ и разработанной модели тепломассообмена проведена оптимизация таких параметров как: частота вращения ротора (250-400об/мин), давление внутри испарителя (0,01-0,02МПа), температура теплоносителя (100-140°С), содержание воды в ОСМ (15-40% от объёма смеси), температура ОСМ на входе в испаритель (не более 100°С). Оптимизация параметров процессов тепломассообмена позволила разработать усовершенствованную технологию удаления ВТФ из ОСМ. При аномальном, превышающем 5% содержании топлива в ОСМ необходима добавка воды, в три раза превышающая процентное содержание топлива. При регенерации смазочных масел, не относящихся к моторным добавка воды не нужна (см. табли-ДУ 1).

9. Эффективность научных разработок характеризуется экономией энергетических затрат на нагрев 1кг ОСМ и поддержание требуемого температурного уровня (см. таблицу 1), которые составляют 25кВт. По сравнению с базовым вариантом, где суммарное снижение мощности на подготовительные операции и привод технологических систем составило 9,55кВт экономия энергетических затрат почти в 2,5 раза больше. Кроме этого, уменьшается время, затрачиваемое на удаление ВТФ в УПРТ от 1,2 до 2 раз при добавке воды от 10% до 40%.

10. Математическая модель процессов тепломассообмена при удалении водотопливных фракций из отработанных смазочных масел, методика расчёта теплового баланса роторно-плёночной установки приняты к внедрению Академией прикладных технологий (Санкт-Петербург). Основные результаты исследований, реализованные в виде усовершенствованной технологии удаления ВТФ, из ОСМ приняты к внедрению научно-исследовательской лабораторией кафедры "Тракторы, автомобили и теплоэнергетика" СПГАУ.

143

1. Авдонин Ю.А., Олевский В.М., Попов Д.М. Исследование гидродинамики плёночного течения жидкости при противотоке газа. -Химическое и нефтяное машиностроение, 1965, №12. -с. 16.20.

2. Авдонькин А.Ф. Исследование гидродинамики и теплообмена в вертикальном плёночном роторном аппарате с жёстко закреплёнными лопастями. -Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. тех. наук, Л.: 1971, -17с.

3. Аверин Е.К., Кружилин Г.Н. Влияние поверхностного натяжения и вязкости на условия теплообмена при кипении воды. -Известия АНСССР, ОТН, 1955, №10, -С.131.137.

4. Арсенин В.Я. Математическая физика. Основные уравнения и специальные функции. -М.: Наука, 1966, -368с.

5. Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В.М. Справочник по тепло-обменным аппаратам. -М.: Машиностроение, 1988, -365с.

6. Бегачёв В.И. Исследование теплообмена в аппарате с механическим перемешивающим устройством. -Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н.,Л.: 1967,-18с.

7. Бенуа Г.Ф., Точильников Д.Г., Ронинский H.A., Селиванов Ф.Ю. Методика ускоренных натурных исытаний моторных масел для судовых дизелей. -Двигателестроение, 1979, №9, -С.56.58.

8. Бенуа Г.Ф., Данилова Е.В., Точильников Д.Г. Сравнение процессов старения товарного и регенерированного моторных масел при работе в судовом дизеле. Двигателестроение, 1979, №11, -с.46.,.48.

9. Бенуа Г.Ф., Данилова Е.В., Точильников Д.Г. Радиоиндикаторные исследования противоизносных свойств товарного и регенерированного масел. Двигателестроение, 1979, №12, -С.37.39.

10. Бутов Н.П. Система восстановления и использования отработанных автотракторных масел в АПК. -Автореф. дис. на соиск. уч. ст. д.т.н., Зерно-град, 1996, -40с.

11. Бухтер А.И., Холин И.Н., Непогодьев A.B. Ужесточение требований к качеству отработанных масел сырья регенерации. -Химия и технология топлив и масел, 1987, №9, -с.30.,.31.

12. Бэтчелор Д. Введение в механику жидкостей. -М.: Мир,1973, -758с.

13. Венцель C.B. Смазка двигателей внутреннего сгорания. -М.: Маш-гиз, 1963,-180с.

14. Гончаренко В.Г. Регенерация автотракторных масел. -Саратов: Облгосиздат, 1988, -104с.

15. Григорьев М.А., Бунаков Б.М., Долецкий В.А. Качество моторного масла и надёжность двигателей. -М.: Изд-во стандартов, 1981, -232с.

16. Громашев C.B. Совершенствование технологии удаления водотоп-ливных фракций из моторных масел путём разработки малогабаритной реге-нерационной установки и обоснование режимов её работы. -Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., СПб, 1997, -17с.

17. Гуреев A.A., Азев B.C., Камфер Г.М. Топливо для дизелей. Свойства и применение. -М.: Химия, 1993, -336с.

18. Демченко B.C., Иванов JI.B., Горенков А.Ф. Химия и технология горючего и смазочного материалов. -JL: 1971, -270с.

19. Доманский И.В. Гидродинамика и теплообмен в газожидкостных аппаратах химической технологии. -Автореф. дисс. на соиск. ст. д.т.н., JI.;, 1976,-42с.

20. Доманский И.В., Исаков В.П., Островский Г.М., и др. Машины и аппараты химических производств. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1982, -384с.

21. Евдокимов А.Ю., Фалькович М.И. Вторичная переработка отработанных масел за рубежом. -Химия и технология топлив и масел, 1988, №10, -С.42.45.

22. Живайкин Л.Я., Волгин Б.Н. Определение величин уноса жидкости с поверхности плёнки потоком газа. -Инженерно-физический журнал, 1961, т.4, №8, -С.114.116.

23. Житинкин A.A. Разработка и исследование роторного плёночного аппарата для непрерывной абсорбции углекислого газа поливинилхлоридной пастой. -Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Л.: 1967, -21с.

24. Заявка №94037575./ Способ очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций и устройство для его осуществления. //C.B. Грома-шев, А.П.Картошкин, Л.А. Ашкинази, М.И. Браславский, В.Я. Фрайштадт, 1994.

25. Закупра В.А., Козак В.А., Колосова Э.В., Выхрестюк Н.И. Содержание углеводородов в смазочном масле. -Химия и технология топлив и масел, 1979, №3 -С.58.62.

26. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел B.C. Теплопередача.- М.: Энергоиздат, 1981 -417с.

27. Исследование процессов отгона водотопливных фракций при регенерации отработанных моторных масел. /C.B. Громашев, A.M. Хандов. //Тез. докл. научно-тех. семинара стран СНГ(СПГАУ). -Спб., 1996, -с.30.,.32.

28. Исследование процесса удаления водотопливных фракций из моторных масел. /Л.А. Ашкинази, А.П. Картошкин, A.M. Хандов. // Двигателе-строение, 2000, №3 -с. 30-32 .

29. Кадер Т.Л., Олевский В.М., Дмитриев М.А. Гидродинамика газового потока в плёночной трубчатой колонне при противоточном течении фаз. -Теоретические основы химической технологии, 1971, т.5, №2, -с.259.,.267.

30. Калишевич Ю.И., Таубман Е.И., Кожелупенко Ю.Д. Экспериментальная оценка теплообмена при испарении воды в нисходящей плёнке. -Инженерно-физический журнал, 1971, т.21, №6, -с.1039.1043.

31. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1971, -784с.

32. Кириллов А.И., Рис В.В., Смирнов Е.И., Ходак А.Е. Расчёт трёхмерных турбулентных течений в турбомашинах на основе решения парабо-лизованных уравнений Навье-Стокса. -Теплоэнергетика, 1993, т.З, -с.28.31.

33. Кламман Д. Смазки и родственные продукты. Синтез. Свойства. Применение. Международные стандарты. /Пер. с англ. /Под ред. Ю.С. Заславского. -М.: Химия, 1988, -488с.

34. Коваленко В.П., Карпекина Т.П. Экономия масел и смазок при эксплуатации машин. -М.: Агропромиздат, 1988, -56с.

35. Коваленко В.П., Зыков С.А., Олейник А.Н. Регенерация отработанных моторных масел. -Тракторы и с.-х. машины, 1995, №1, -с. 13. 16.

36. Коган В.Б., Харисов М.А. Оборудование для разделения смесей под вакуумом. -Л.: Машиностроение, 1976, -375с.

37. Колешко С.Б. Разностная схема для решения уравнений стационарных течений вязкой жидкости. -Численные методы механики сплошной среды, Новосибирск, 1979, т. 10, №3, -с.100.104.

38. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Основные дифференциальные уравнения математической физики. -М.: Физматгиз, 1962, -767с.

39. Ленивцев Г.А., Глазков В.Р., Мартьянов В.Е. Обоснование режимов регенерации моторных масел с целью повторного их использования. //Химмотология: Матер. семин./О-во "Знание" РСФСР Моск. дом научно-тех. проп. -М., 1990, -с.85.88.

40. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.-М.:Наука, 1970, -304с.

41. Лошков Б.В. Физико-химические основы регенерации масел. -М,-Л.: Гостоптехиздат, 1948, -164с.

42. Лохтов В.Н., Малюсов В.А., Жаворонков Н.М. Определение фазовых сопротивлений в процессе плёночной ректификации по профилю концентраций. -Теоретические основы химических технологий, 1967, т.1, №3, -С.319.321.

43. Мисникевич А.Д. Регенерация отработанных масел в СССР и за рубежом. -Сер. "Ремонт предприятий" -М.: НИИТЭхим., 1987,-44с.

44. Морозов Г.А. Применение топлив и масел в дизелях. -Л.: Недра, 1964,-330с.

45. Мухортов И.В., Брагина Е.И. Зависимость свойств регенерированного моторного масла от глубины очистки сырья. //Тех. эксплуат., надёжн. и соверш. автомобилей. -Челябинск, 1996, -С.88.92.

46. Олевский В.М., Ручинский В.Р. Ректификация термически нестойких продуктов. -М.: Химия, 1972, -200с.

47. Олевский В.М., Ручинский В.Р. Роторно-плёночные, тепло- и мас-сообменные аппараты. -М.: Химия, 1977, -207с.

48. Павлов А.Г., Резников В.Д. Новые требования к моторным маслам за рубежом. -Химия и технология топлив и масел, 1994, №7-8, -С.33.37.49. Патент № 1610990 (СССР).50. Патент №198671 (ЧССР).

49. Постановка задачи газообмена роторно-плёночного испарителя. /A.M. Хандов.// Тез. докл. Межд. научно-тех. конф. "Транском-97". -Спб,1997, -с.146.148.

50. Проскуряков В.А., Драбкин А.Е. Химия и технология нефти и газа. -Л.: Химия, 1989, -421с.

51. Разработка малогабаритного модульного регенерационного комплекса. /A.B. Николаенко, А.П. Картошкин, C.B. Громашев, В.А. Филимонов. //Тез. докл. 8-ого научно-тех. семинара(Саратовский ГАИУ). -Саратов, 1995. -с.37.

52. Регенерация азеотропных смесей отработанных моторных масел. /А.П. Картошкин, А.Г. Потапков, A.M. Хандов // Тез. докл. научно-тех. семинара стран СНГ(СПГАУ), -Спб., 1998, -с.49.

53. Регенерация отработанных масел и их повторное использова-ние.Обз. информ. /Госагропром СССР. АгроНИИТЭИИТО. /Сост. КБ. Рыбаков, В.П. Коваленко, В.В. Нигородов. -М., 1989. -26с.

54. Резников В.Д., Шипулина Э.И. Критерии, определяющие необходимость смены судовых и тепловозных дизельных масел. //Химмотология: Матер. семин./0-во "Знание" РСФСР Моск. дом научно-тех. проп. -М., 1990, -С.40.47.

55. Рекомендации МСХ СССР по внедрению достижений науки и передового опыта в производство. / Реф. сб. ВАСХНИИЛ, ВНИИТ-ЭИСХ, Вып 6,-М., 1984, -C.74.78.

56. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. -Л.: Химия, 1971,704с.

57. Сбор и очистка отработавших масел. Обзор, информ. /Госагропром СССР. АгроНИИТЭИИТО. / Сост. К.В. Рыбаков, В.П. Коваленко, В.В. Нигородов. -М., 1988, -30с.

58. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчёта и исследования плёночных процессов. -Киев: Техника, 1975, -312с.

59. Технология очистки отработанных машинных масел. // Матер. 1-ой Гор. научн.-практ. конф.-ярмарки "Наукоёмкие природоохр. технол.", Тольятти, 27-30 июня 1994, Тольятти, 1994, -60с.

60. Толубинский В.И., Островский Ю.Н. Механизм парообразования и интенсивности теплообмена при кипении бинарных смесей. -Теплоотдача при изменении агрегатного состояния вещества. -Киев: Наукова думка, -С.7.16.

61. Трейманн A.A., Микалл В .Я., Смирде Э.К. Захлёбывание при условии умеренного вакуума. -Труды Таллинского политех, и-та, 1969, №283, -С.47.54.

62. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. -М.: Мир, 1972, -440с.

63. Устройство для определения маслянистости смазочных материалов. Патент РФ №2125256 МКИ 6 G 01 N 13/02. //Филимонов В.А., Картошкин А.П., Беляев Ю.Н., Ашкинази JI.A.; С-Петербургский государственний агротехнический университет.

64. Устройство для регенерации отработанных жидких масел: а.с. 1783225 СССР, МКИ 5F16N39/06. НЕМ. Пирожниченко, И.Я. Чернышенко, М.Д. Коневцев, И.Я. Чумаченко; Азово-Черноморский ин-т механ. с.х.

65. Учёт компонентности топлив при моделировании системы регенерации масел. /А.П. Картошкин, А.Г. Потапков, A.M. Хандов //Сб. научн. тр."Судостроение и судоремонт"(СПГУВК), Спб, 1998, -с. 106.109.

66. Федотов В.В., Плановский А.Н., Фокин А.П., Лебедев К.И. Обезвоживание химических реактивов в плёночных роторных аппаратах. -Хим. промышленность, 1971, №3, -С.237.238.

67. Филимонов В.А., Ашкинази Л.А., Картошкин А.П., Николаенко A.B., Беляев Ю.Н. Результаты исследований углеводородного состава смазочных масел в процессе эксплуатации и регенерации. -Журнал прикладной химии, 1999, №5, -с.685-689.

68. Фукс И.Г., Евдокимов А.Ю., Лашхи В.Л., Саидахмедов Ш.М. Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов. -М.: Изд."Нефть и газ", 1993, -164с.

69. Шашкин Л.И„ Брай И.В. Регенерация отработанных нефтяных масел. -М.: Химия, 1970, -304с.

70. Шишкин В.В. Исследование гидродинамики и теплообмена в вертикальном плёночном роторном аппарате с жёстко закреплёнными лопастями. -Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Л., 1972, -19с.

71. Щагин В.В., Двойрис Л.И. Старение и очистка дизельных масел. -Калининград, кн. изд., 1971, -200с.

72. Щур С.Г. Исследование гидродинамики и расчёт гидродинамических усилий, действующих на лопасти мешалки в аппарате с механическим перемешиванием. -Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Л.,1983, -16с.

73. Экологически чистые технологии регенерации отработанных смазочных масел. /Николаенко А.В., Картошкин А.П. // Экология и развитие Северо-Запада России: Тез. докл. второй межд. Конференции. -Спб., 1997, -с.43.,44.

74. Эколого-экономический антагонизм при вторичной переработке отработанных смазочных масел. /Картошкин А.П. // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей: Тез. докл. науч-но-тех. семинара стран СНГ, -СПб., 1997, -с.119.120.

75. Ярошенко В В. Гидродинамика и теплообмен в аппаратах с мешалками и неподвижным внутренним устройством. -Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Л., 1988,-17с.

76. Bhan O.K., Wei-Ping Tai, Brinkman D.W. -Fuel Science and technology Intern., 1986, v.4, №3. -p.303.325.

77. Booth G., Bachetti J.A. -Chemical Proc., 1983, v.46, №1. -p. 34.35.

78. Brinkman D.W. -CEP, 1986, №3. -p.67.70.

79. Condition monitoring of engine oils. /Sorab Jagadish, Van Arsdate W.E. /SAE Techn. Pap. Ser., 1990, №902066. -p.l.7.

80. Ind. Lubric. and Tribology, 1985, v.27, №1. -p.4.5.

81. Maies E. -Lubricat. Eng., 1987, v.43, №3. -р.162.166.

82. Tribologie und Schmierungstechnik, 1986, Jh. 33, №2. -s. 131.134.