Способ регенерации водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости Советский патент 1989 года по МПК C10M175/04 

1

Изобретение относится к холодной прокатке металла и предназначено для

.регенерации смазочно-охлаждающих .жидкостей (СОЖ) на масляной основе.

представляющих собой системы, в которых масло диспергировано в дисперсионной среде, например воде, в частности смаз,очно-охлаждаю1дих эмульсий типа масло/вода, и может быть использовано в машиностроении, металлообработке.

Целью изобретения является повышение степени очистки СОЖ и ее срока службы.

Смазочно-охлаждающая жидкость, применяемая для обработки металла, например для холодной прокатки, представляет собой устойчивую водомасля- ную эмульсию типа масло в воде. СОЖ готовится на основе технического эмульсола либо растительного масла (пальмового, подсолнечного и др.).

Свежеприготовленная СОЖ до подачи ее на прокатный стан представляет собой эмульсию, например, пальмового масла, содержащую 5000-10000 мг/л эмульгированного пальмового масла с эмульгатором - натриевыми мылами жирных кислот, свободных масел 100 мг /л, механических примесей 20 мг/л, хлоридов 100 мг/л.

В процессе эксплуатации СОЖ загрязняется незаэмульгированными (свободными) маслами, попадакяцими в нее из гидравлических систем прокатных станов или за счет подаваемой на стан технологической смазки,-/механическими примесями за счет истирания металла и износа прокатных валков и водорастворимыми неорганическими солями, вносимыми с обрабатываемым металлом из-за неполной отмывки металла после непрерывного травильного агрегата. Кроме того, вследствие высокой температуры и давления, создаваемого в зоне деформации металла, происходит старение эмульсии и полимеризация смазочных материалов, что приводит к образованию механических примесей органического происхождения (взвеси, смолистые и сажистые вещества) .

Например, после эксплуатации эмульсии на прокатном стане в тече- , ние 70 сут без очистки, в-ней содержится эмульгированных масел 4430 мг/л, свободных (неэмульгированных) масел 2820 мг/л, хлоридов 816 мг/л, меха- ,нических примесей 1225 мг/л.

Предлагаемьй способ предусматривает непрерывное удаление из системы СОЖ свободных (неэмульгированных) масел и механических примесей .путем

0

0

очистки всего объема СОЖ, вькодящего из стана холодной прокатки, отстаиванием с последующей флотацией и фильтрованием.

Процессы флотации и фильтрования могут осуществляться в одном аппарате (отстойник-флотатор). Часть жидкой фазы, очищенной от механических примесей и свободных неэмульгированных масел, после фильтрования подают .на ультрафильтрацию(УФ).

При ультрафильтрации соли проходят через мембр аны с фильтратом и

с выводятся из процесса, а эмульгированные масла остаются в концентрированной СОЖ. На фильтре ультрафильтра к концентрату эмульсии добавляют воду, ЧТ00Ы довести концентрадаю смазочных материалов в очищенной СОЖ до первоначального значения (т.е. количество добавленной воды должно быть равным количеству фильтрата). После чего эту часть регенерирован5 ной СОЖ co диняют, с оставшейся

частью СОЖ после фильтрования и снова направляют на стан в качестве рабочей СОЖ. Количество выведенного фильтрата после ультрафильтрации COJff зависит от солесодержания свежеприготовленной COW: (Со), от нормы допустимого солесодержания в СОЖ (Сц), от емкости системы регенерации СОЖ (Q), от скорости загрязнения (характеризующейся продолжительностью пе5 риода нарастания солесодержания СОЖ от свежеприготовленной до предельно допустимой нормы загрязненности) t, от размера естественных потерь СОЖ с загрязнениями при отстаивании, фло0 тации и фильтровании (q), от солесодержания регенерированной рабочей СОЖ (Ch) и определяется по формуле

0

q

а 1Cк-Со)

-kt

)(СР-СО)

, ;мз/сут,,.(1)

где q - количество жидкой фазы,

удаляемой при отстое, флотации и фильтровании совместно с загрязнениями, м /сут;

Q - объем СОЖ в системе регенерации, м ;

С - концентрация неорганических солей в исходной СОЖ,кг/м ;

С - предельно допустима я концентрация неорганических солей в СОЖ,

Ср -К С ff

t,. концентрация неорганических солей в регенерируемой СОЖ,

Эремя достижения предельно допустимой концентрации неорганических солей в регенерируемой СОЖ при отстое, флотации и фильтрации, сут; К - эмпирический коэффициент,

равный 0,75-0,95.

Использование при ультрафильтрации мембран с размерам пор в интервале 300-600 А позволяет добиться высокой степени разделения. В качестве мембран используют блоки трубчатые ультрафильтрационные с площадью фильтрации каждого блока 0,5 м. В зависимости от размера пор мембран необхог дима разная суммарная площадь фильтрации, т.е. разное количество ультрафильтров, так как производительность ультрафильтров зависит от размера пор.

Вывод растворимых неорганических солей из системы повышает стабиль- .ность СОЖ, вследствие чего сокращается образование деэмульгированного масла в СОЖ.

14

Предлагаемый способ может быть осуществлен с использованием для отстаивания и флотации отстойника- флотатора, для фильтрования - ленточного бумажного фильтра, для ультОсуществление процесса регенерац в течение 25 сут показывает, что ув личение концентрации неэмульгирован ных масел и механических примесей н значительно (205-215 мг/л .. и 95- 105 мг/л.соответственно), в то врем как содержание хлоридов увеличивает по сравнению с первоначальным в 3 2Q раза и существенно превосходит крит ческую концентрацию 600 мг/л против 400 мг/л.

П р и м е р 2, Очистку от загряз нений с помощью первых трех стадий процесса: отстаивания, флотации и

рафильтрации - трубчатых ультрафильт- 35 отстаивания, флотации и ров. J5 фильтрования осуществляют в течение

Производительность горизонтального отстойника 350-400 , время пребывания эмульсии в отстойнике 15- 20 мин, удельная нагрузка. 4-6,5 м / /м ч. Расход воздуха на напорную флотацию 4-8 , давление в напорных баках 0,35-0,4 ЬШа, расход воды на рециркуляцию 33-62%.

Для фильтрования могут быть использованы ленточные бумажные фильтры площадью 7,2 м2 с производительностью до 600 м /ч.

На стадии ультрафильтрации используются трубчатые ультрафильтрационные блоки. Площадь фильтрующей поверхности блока 0,5 м, рабочее давление 0,3-0,5 МПа, скорость движения СОЖ в блоках 4-5 м/с.

Пример 1 (известный способ). Очистку от механических примесей и свободных масел осуществляют путем отстаивания, флотации и фильтрования. Первоначально на установку нап

40

10 сут. После этого, когда концентра ция хлоридов .в СОЖ составляет 380 мг/л, что соответствует ,95, часть жидкой фазы после фильтрования подают на ультрафильтрацию, причем количество отведенного из системы фильтрата после ультрафильтрации определяют по формуле (1).

При этом м, ,200 кг/м 45 ,400 кг/мз, сут.

В зависимости от q и К q в опытах составляло 45-60 л/ч.

При регенерации СОЖ в течение

50 25 сут было показано, что концентрация загрязнений в регенерированной СОЖ меньше, чем по известному способу и составляет 195-200 мг/л для неэмульгированных масел (по известному

55 205-215 мг/л), 65-80 мг/л для механических примесей (по известному 95- 105 мг/л) и 315-380 мг/л для хлоридов (по известному 590-620 мг/л). .и Концентрация хлоридов не превышает

х ,

145646А

равляют эмульсию, имеющую состав свежей СОЖ. Кроме того, в систему ежесуточно добавляют в среднем 2,5 кг/сут неэмульгированного масла, 1 кг/сут механических примесей и О/ 0,25 кг/сут хлоридов, моделируя тем самым загрязнение эмульсии в процессе прокатки.

1Q Процесс регенерации эмульсии проводят в течение 10 сут. В результате показано, что в течение 1.0 сут происходит медленное нарастание загрязнений в СОЖ: концентрация неэмульгиро- ,g ванного масла 190-200 мг/л, механических примесей 65-80 мг/л, хлоридов 360-380 мг/л (соответствующие концентрации в свежей эмульсии 100 мг/л, 20 мг/л, 200 мг/л). Концентрация хлоридов через 10 сут приближается к критической (400 мг/л).

Осуществление процесса регенерации в течение 25 сут показывает, что увеличение концентрации неэмульгированных масел и механических примесей незначительно (205-215 мг/л .. и 95- 105 мг/л.соответственно), в то время как содержание хлоридов увеличивается по сравнению с первоначальным в 3 Q раза и существенно превосходит критическую концентрацию 600 мг/л против 400 мг/л.

П р и м е р 2, Очистку от загрязнений с помощью первых трех стадий процесса: отстаивания, флотации и

0

5

5 отстаивания, флотации и 5 фильтрования осуществляют в течение

35 отстаивания, флотации и J5 фильтрования осуществляют в течение

40

10 сут. После этого, когда концентрация хлоридов .в СОЖ составляет 380 мг/л, что соответствует ,95, часть жидкой фазы после фильтрования подают на ультрафильтрацию, причем количество отведенного из системы фильтрата после ультрафильтрации определяют по формуле (1).

При этом м, ,200 кг/м 5 ,400 кг/мз, сут.

В зависимости от q и К q в опытах составляло 45-60 л/ч.

При регенерации СОЖ в течение

0 25 сут было показано, что концентрация загрязнений в регенерированной СОЖ меньше, чем по известному способу и составляет 195-200 мг/л для неэмульгированных масел (по известному

5 205-215 мг/л), 65-80 мг/л для механических примесей (по известному 95- 105 мг/л) и 315-380 мг/л для хлоридов (по известному 590-620 мг/л). .и Концентрация хлоридов не превышает

критической и СОЖ пригодна для дальнейшего использования.

Физический смысл объемной скорости удаления q, определяемой по формуле, заключается в том, что она представляет собой количество засоленного фильтрата, выделяющегося при ультрафильтрации COF, которое должно быть выведено из сисфемы в процессе регенерации СОЖ. На практике можно .получить любое значение объемной скорости удаления q путем подключения необходимого количества ультрафильтров.

В таблице приведены результаты исследований при осуществлении известного способа, где показано содержание механических примесей, неэмульгированных свободных масел и хлоридов после фильтрования при прохождении СОЖ последовательных стадий отстоя, флотации .к фильтрования в течение различного времени (сут5 и результаты опытов регенерации СОЖ предлагаемь1м способом, где показано содержание хлоридов в рабочей после ее ультрафильтрации.

Там же. (в таблице) показана объем ная скорость удаления фильтрата (q) которая определяется по формуле q 24 G; . м /сут,

удельная производительность ультрафильтра при ультрафильтрации данной СОЖ (для большинства СОЖ при размере пор л

Zs;t;

где

С -

1

500 А ,05 )

Ч

24

,1 М

t. время работы одного ультрафильтра в сутки, ч;

& - ПЛОЩАДЬ одного ультрафильтра,

24 - количество часов, ч.

Как следует из данных таблица, обработка циркулирующей СОЖ.по предлагаемому способу позволяет добиться постоянной концентрации хлоридов в СОЖ ниже критической (400 мг/л) и . тем самым значительно увеличить срок ее службы} применение ультрафильтрационных элементов с мембранами, имеющими размер пор 300 - 600 А поз

воляет добиться регенерации-СОЖ, используя небольшие площади фильтрования.

Формула изобретения

Способ регенерации водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости путем ее отстоя с последующей флотацией и фильтрованием, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки жидкости и срока ее службы в процессе обработки металg лов, часть жидкой фазы после фильтрования подают на ультрафильтрацию, полученный концентрат на фильтре после ультрафильтрации разбавляют водой, смешивают с оставшейся частью

Q жда;кой фазы после фильтрования и полученную смесь подают для исполь зования при обработке металлов, а фильтрат по сле ультрафильтрации выводят из процесса со скоростью, определяемой по формуле Яо(Ск-Со)

-,

5

-4.

(1-е

)(Ср-С„)

где - количество жидкой фазы, уда- ляемой при отстое, флотации и фильтрации совместно с

Q загрязнениями, м /сут;

5

0

С„ С 5

0

объем смазочно-охлаждающей жидкости в системе регенерации, м ;

концентрация неорганических солей в исходной смазочно- охлаждающей жидкости, предельно допустимая концентрация неорганических солей в смазочно-охлаждающей жидкости, С. концентрация неорганических солей в регенерируемой смазочно-охлаждающей жидкости, К - эмпирический коэффициент,

равный 0,75-0,95; t, - время достижения предельно . допустимой концентрации неорганических солей в регенерируемой смазочно-охлаждающей жидкости при отстое, флотации и фильтраций, сут,

Составитель Е.Пономарева Редактор Г.Гербер Техред М.ДйдьпсКорректор Г.Решетник

Заказ 7523/22Тираж 446Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение касается производства смазочно-охлаждающей жидкости, в частности регенерации водной эмульсии. Цель - повышение степени очистки жидкбсти и ее срока службы в процессе обработки металлов. Регенерацию ведут отстаиванием жидкости с последующей ее флотацией и фильтрованием. При этом часть жидкой фазы после фильтрования подвергают ультрафильтрации с получением на фильтре концентрата, который разбавляют водой и смешивают с оставшейся жидкой фазой от фильтрования. Полученную смесь подают на использование при обработке металлов, а фильтрат после ультрафильтрации выводят из процесса с необходимой скоростью. Последнюю определяют по.ф-ле (Ск-Со)/(1- -е) (Ср-Сд) MVcyT, где q - количество жидкой фазы, удаляемой при отстое, флотации и фильтрации совместно с загрязнениями, м /сут/ х - показатель степени, равен ) 6 - объем смазочно-охлаждающей жидкости в системе регенерации, С - концентрация неорганических солей в исходной смазочног охлаждающей жидкости, кг/м J Сц - предельно допустимая концентрация солей в смазочно-охлаждающей жидкости, кг/м j ,j - г концентрация неорганических солей в регенерируемой смазочно-охлаждающей жидкости, кг/м ; ,75-0,95 - эмпирический коэффициент; t - время достижения предельно допустимой концентрации неорганических солей в регенерируемой смазочно-охлаждающей / гжидкости при отстое, флотации и фильтрации, сут. Эти условия позволяют добиться. постоянной концентрации хлоридов металлов в смазочно-охлаждающей жидкости ниже критической