СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННОГО МАСЛА ИЗ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ Советский патент 1969 года по МПК C10M175/04 

Известен способ регенерации отработанного масла из смазочно-охлаждающей жидкости путем ее обработки минеральной кислотой при нагревании.

С целью более полного выделения масла предлагается полученную в процессе смесь дополнительно пропускать через пористый фильтрующий материал при повышенной температуре и образующийся при этом фильтрат разделять на водную и масляную фазы. Процесс в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в перемешивании при повышенной температуре минеральной кислоты с осадком отработанного про-катного масла. Кислоту применяют в количестве не менее 5% от теоретически необходимого для реакции с содержащимся в осадке железом. Перемешивание продолжают Б течение времени, необходимого для окончания реакции. В результате получают жидкую смесь «остаток - кислота, которая кажется однофазной .и не обладает способностью разделяться на слои при отстаивании. Жидкую смесь пропускают при повышенной температуре через пористую массу фильтрующего материала. Получаемый при этом фильтрат легко разделяется физическим методом на масляную и водную фазы, последняя из которых практически не содержит масла при правильной скорости фильтрования.

Установлено, что концентрация .примененной кислоты оказывает влияние на продолжительность реакции и до некоторой степени на скорость фильтрования, обеспечивающего хорошее разделение фильтрата на фазы. В результате большого содержания в осадке воды кислота разбавляется в достаточной степени, поэтому применяют предпочтительно концентрированную кислоту. При использовании

серной кислоты предпочитают кислоту в пределах от 48 до 66° Вё, т. е. 60-93%-ную. Количество кислоты, необходимое для увеличения скорости фильтрования и эффективности физического разделения, зависит, по-видимому, от содержания железа в обрабатываемом осадке. Для удобства количество применяемой кислоты определяют количеством, необходимым теоретически для реакции с железом, содержащимся в осадке. Значительное улучшение процесса зависит в некоторой степени от концентрации кислоты, количество которой должно быть не более теоретически необходимого.

При использовании разбавленной применявшейся для травления кислоты требуется более длительная обработка, чем в случае обработки концентрированными «свежими кислотами. Продолжительность обработки завикислоты, температуры обработки и количества обрабатываемого материала.

При температуре смеси «осадок-кислота, близкой к температуре кипения, продолжительность обработки находится в пределах от нескольких секунд до 1 час. Обычно при хорошем перемешивании реакция заканчивается во 1время добавления кислоты при периодическом процессе, причем кислоту приливают к горячему осадку постепенно. Приводимые примеры более точно определяют продолжительность обработки в различных условиях ведения процесса.

Обработку кислотой проводят при повышенной температуре, при которой понижается кажуш,аяся вязкость остатка, - при температуре выше 43°С, предпочтительно 73°С. Обычно обработку ведут при температуре, близкой к температуре кипения, т. е. порядка 101°С, при нормальном давлении. При наличии аппаратуры, рассчитанной на высокое давление, можно применять более высокую температуВ случае ведения процесса при 73-101°С используют следующие количества кислот (в Процентах от теоретически необходимого): Концентрированная серная

кислотаот 15 до 65

Использованная для травления серная кислотаот 50 до 75 Концентрированная солянаякислотаот 35 до 75

Использованная для травления соляная кислотаот 70 до 100 В конце, обработки осадок и кислота представляют собой однородную смесь, имеющую вид однофазной системы (эмульсии). Такая смесь почти не обладает способностью расслаиваться при длительном пребывании в спокойном состоянии. Эту смесь желательно фильтровать немедленно после ее образования, кратковременное хранение ее перед фильтрованием не ухудшает свойств смеси.

Смесь фильтруют при повышенной температуре через пористый фильтрующий материал, предпочтителен слой фильтрующего материала, отлагающийся на поверхности фильтра, в частности ротационного вакуум-фильтра. Для фильтрования можно использовать любой пористый материал. Толщина пористой массы, в первую очередь, зависит от типа фильтрующего материала и, во вторую очередь, от срока службы фильтрующего слоя. Хорошие результаты были достигнуты при использовании производственных ротационных вакуум-фильтров с диатомитом или перлитом в качестве фильтрующей среды при толщине слоя этого материала, отлагающегося на фильтре, равной 3,1-6,3 мм.

В качестве пористой массы можно применять перколятор, фильтр периодического или непрерывного действия с принудительным потоком или фильтр непрерывного действия, на поверхность которого предварительно наносят фильтрующий материал. Такой слой может непрерывпо обновлять или удалять с помощью ножа, когда толщина его достигнет определенной максимальной толщины. Пористая масса может быть в любой форме, пригодной для фильтрования.

Перколятор может содерл ать слой тонкоизмельченной фуллеровой земли, песка, окиси алюминия, целлюлозы стекловолокна, асбеста или металлической ваты. В фильтре можно использовать стеклянные или угольные маты, маты из металлической ваты и целлюлозы, пористые стеклянные керамические или металлические пластины и т. п. При фильтровании с предварительным образованием фильтрующего слоя можно применять любой материал, например фуллерову землю, диатомит, перлит, уголь, целлюлозу и асбест.

Используемый фильтрующий материал должен быть инертным в отношении кислоты, содержащейся в смеси осадка и кислоты.

Предпочтительная температура фильтрования находится в пределах от 71 до .

Получаемый фильтрат по внешнему виду похож на эмульсию, однако он скоро разделяется под воздействием силы тяжести на масляный и водный слои, практически не содержащий масла. Разделение можно проводить простым отстаиванием, или центрифугированием, или-другими подобными методами. Разделение на слои достигается предпочтительно при повышенной температуре, обычно равной температуре фильтрования.

Предлагаемый способ поясняется примерами, которые, однако, не ограничивают изобретение.

Пример 1. Прокатное масло представляет собой в основном масло из говяжьего сала. Свежесобранная пена содержит 55,0% по весу масла, 40,8% воды и 4,4% железа. Для полного удаления железа применяют 13,3% (100%-ной) серной кислоты в пересчете на количество масла в пене (во всех примерах необходимое количество 100%-ной кислоты указано в процентах от веса масла, содержащегося в пене). Свежая пена при нормальной температуре представляет собой полутвердый продукт черного цвета, очень вязкий нефильтрующийся..

А. Только вода. Для определения скорости фильтрования свежую пену кипятят с водой (около 10РС). Обработанная водой пена содержит примерно 55% воды, фильтруют на лабораторном фильтре следующим образом. Лабораторный вакуум-фильтр представляет собой воронку Бюхнера (диаметром около 12,7 см) с полипропиленовым фильтром. На фильтр наносят слой фильтрующего материала, применяя суспензию пены в горячем масле, при этом получают на фильтре отжатый осадок толщиной 9,6 мм. Для определения скорости фильтрования измеряют объем фильтрата, собранного в течение первых 15 сек. Скорость вычисляют в миллилитрах безводного масла в минуту. Во всех опытах вакуум был равен 630 мм рт. ст. Опыты показали, что разделение до некоторой степени может быть достигнуто при фильтровании при температуре 82°С или более высокой. Фильтрат, выделившийся непосредственно с фильтра, представляет собой эмульсию, однако после отстаивания в течение 10-15 мин разделяется на прозрачное масло и .водный слой темного ц}зета. Масляный слой кипятят с водой, причем стойкой эмульсии масло-вода не образуется. Скорость фильтрования небольшая, потери масла в осадке на фильтре недопустимо большие. Б. Кислота и фильтрование. Проводят ряд опытов с применением от О до 21% кислоты. Во -всех опытах используют серную кислоту 66° Вё. Пену и кислоту нагревают (около 101°С) и кипятят 2 мин. Полученную смесь пены с кислотой разделяют на две порции. Одну порцию фильтруют немедленно, как описано в п. А, применяя диатомит в качестве фильтруюш,ей среды, и определяют скорость фильтрования. Другую порцию отстаивают и периодически определяют степень осаждения. Ниже приведены результаты опытов: Содержание сернойСкорость фильтрокислоты в масле, %вания, мл/мин 048 186 2105 3105 4116 5116 9121 12158 15176 18176 21176 Предел от 2 до 9% соответствует примерно 15-65% серной кислоты, необходимой от теории, желательный предел 2-6% кислоты. Потеря масла в осадке на фильтре небольшая. Во всех опытах с кислотой удаляемая с фильтра эмульсия быстро разделяется под воздействием силы тяжести на прозрачное масло и водный довольно прозрачный слой. Масло светлого красновато-коричневого цвета. После промывки водой для удаления следов растворимых силикатов и кипячения со слабой кислотой для удаления следов железа получают масло светлого желтоватого цвета, которое не эмульгируется водой даже цри кипячении. В. Только кислота и осаждение. Вторую порцию смеси пены и кислоты осаждают при температуре 70°С, периодически определяя степень разделения на слои. а) Через 2 час смеси, обработанные 21, 18 и 15% кислоты, разделяются на 3 слоя: прозрачный масляный слой, прозрачный нижний водный кислый слой и промежуточный слой в виде стойкой эмульсии. В этих маслах не содержится металлического железа, так как был применен избыток кислоты. б)После осаждениЯ в течение примерно 2 час образцы, обработанные 9 и 12% кислоты, разделяются на два слоя: грязное масло темного цвета и тяжелый кислотный слой. В образце после обработки 9% кислоты содержится около 15% масла, а после обработки 12% кислоты - примерно 30% масла. В масле содержится ничтожное количество черных частиц. По-видимому, в тяжелом кислотном слое концентрируется значительное количество железа. При осаждении в течение нескольких дней слои изменяются незначительно. в)Образцы после обработки 1 и 6% кислоты практически не осаждаются в течение 8 час. После осаждения в течение нескольких дней в каждом из образцов выделяется небольшое количество масла черного цвета. Количество отделяющегося масла повышается при увеличении кислоты, применяемой для обработки. Таким образом, при добавлении небольшого количества кислоты скорость фильтрования увеличивается более чем в два раза по сравнению со скоростью фильтрования пены, насыщенной только горячей водой. Влияние небольшого количества кислоты на количество удаленного железа значительно больще, чем можно было ол :идать. Если бы улучшение скорости фильтрования было прямо пропорционально количеству железа, удаленного кислотой, то можно было бы графически установить прямую зависимость от 0% кислоты до точки нейтрализации. В случае обработки 1-6% кислоты кривая зависимости отклоняется от прямой линии, при увеличении количества кислоты скорость фильтрования кажется пропорциональной количеству удаленного железа. После удаления всего л :елеза скорость фильтрования практически постоянна. При осуществлении предлагаемого способа масло фактически не теряется, если не считать сравнительно небольшой нотери масла с осадком на фильтре (по ранее применявшейся технологии потери масла в нерастворимом осадке и в водном слое значительные). При ведении процесса по предлагаемому способу отпадает необходимость в продолжительном кипячении (до 8 час), применяемом при осуществлении известного процесса, требующего не менее 25-30% кислоты. Следовательно, создается возможность получить значительную экономию. Точное количество применяемой кислоты зависит от многих факторов, однако экономичность процесса достигается при небольшой добавке кислоты и при большом размере фильтра. Пример 2. К 200 г свежесобранной пены (43,6% воды, 5,4% железа и 51,0% масла) добавляют 5,1 г серной кислоты 66° Вё (5% от веса масла). Каждый образец нагревают о кипения и фильтруют на лабораторном фильтре при вакууме 380 мм рт. ст.

Результаты опытов:

Фильтрующий СкоростьКачество

материал фильтрования,осажденного

мл/минфильтрата

Перлит:

№ 30056

№ 20097

№ 100107

Солка флок41

(целлюлоза)

Асбестовое во-43

локно

Шесть листов36

фильтровальной бумаги Проводят также ряд

фильтрующими матери

150 г пены 3,9 г сериой

в пересчете на масло).

Результаты опытов:

Качество

Скорость фильтрата

фильтрования,

мл/мин

80

Прозрачный без эмульсии

102

Примерз.

А. Соляная кислота и фильтрование. В этих опытах применяют 38,0%-ную соляную кислоту. Свежесобранную пену (50,5% масла, 45,0% воды и 4,5% железа) для полного удаления железа обрабатывают 11,62% 100%-ной соляной кислоты в пересчете на масло. Опыты проводят при добавлении кислоты в количестве от О до 15,49% в пересчете на масло. Каждый образец смеси пены и масла нагревают до кипения и кипятят 30 сек. Каждую пробу делят на две части: одну из них тотчас фильтруют на лабораторном вакуум-фильтре, как описано в примере 1, предварительно создав на поверхности фильтра слой фильтрующего материала. Определяют скорость фильтрования. Другую часть пробы осаждают и периодически определяют степень разделения.

Результаты опытов:

НС1 в масла, %Скорость фильтрования, мл/мин

0,019

0,7464

1,4878

2,9566

3,6976

4,4386

6,64122

8,85162

11,63228

13,27202

Из приведенных данных видно, что максимальная скорость была достигнута при теоретически необходимом количестве кислоты, предпочтительно 4,4-8,85% или 35-75% от теоретического.

Свойства фильтрата близки к свойствам, полученным в опытах с применением свежей серной кислоты, описанных в примере 1. Регенерированное масло, как и в примере I,

пригодно для использования. Пример 4.

А. Соляная кислота и фильтрование. В опытах этой серии для обработки свежей пены применяют соляную кислоту, использованную

ранее для травления стали. Эта кислота содержит 5% НС1 и 20% хлорпого железа. Пена состоит из 49,4% масла, 46,0% воды и 4,6% металлического железа. Для осаждения такого количества железа требуется 12,14%

100%-ной соляной кислоты. Кислоту применяют В количестве от О до 19,1% в пересчете на масло. Каждую пробу смеси пены и кислоты нагревают и кипятят при температуре около 101°С 2 мин. Одну часть обработанной

смеси тотчас фильтруют «а лабораторном вакуум-фильтре, как описано в примере 1, предварительно создав фильтрующий слой целита 545. Отмечают скорость фильтрования. Другую часть пробы отстаивают при температуре

7ГС, периодически определяя степень разделения.

Результаты опытов:

оличество НС1

Скорость фильтрования, мл/мин

в масле,

0,0

15

1,48

28,7

2,235

31,1

2,98

34,7

35

3,73

4,47

38

6,71

38,3

8,94

52,8

11,8

105,7

13,4

113,2

15,65

151,7

19,1

162

После осаждения фильтрат обладает свойствами фильтратов, полученных в опытах со свежей серной и соляной кислотами, описанными в примерах 1 и 3. Регенерированное масло обрабатывают, как описано -в примере 1, до получения масла, пригодного для использования.

Соляная кислота, применявшаяся ранее для травления стали, достаточно разбавлена, поэтому требуется более длительное контактирование, чем в случае применения концентрированной соляной или серной кислоты. Следовательно, для удаления из пены железа в течение практически приемлемого периода требуется больше кислоты, чем теоретически необходимое. В данном случае желательно

ше в пределах от 70 до 100% от теоретически необходимого.

Б. Кислота и осаждение. Исследуют разные смеси кислоты и пены осаждением их при температуре 71°С.

а)После осаждения в течение 2 час проба, содержащая 19,1% кислоты, разделяется на прозрачное масло, темную эмульсию и воду зеленого цвета. Пробы с 15,65 и 13,4% кислоты содержат больше эмульсин, а масло включает много мелких частиц черного цвета. Во всех пробах обнаружены следы железа.

б)После осаждения нробы 11,8, 8,94 и 6,71% кислоты разделяются на три слоя, как в предыдущем случае, содержавших масла примерно 15, 10 и 7% соответственно. Эмульсия очень густая, а водный слой небольщой. Прн осаждении в течение 24 час слои не изменяются.

iB) Пробы, содержащие меньше кислоты, практически не осаждаются в течение 8 час. После осаждения из каждой пробы в течение 24 час выделяется небольшое количество масла черного цвета, пропорциональное количеству примененной кислоты.

Проводят три опыта в промышленных условиях. Фильтрование осуществляют на ротационном .вакуум-фильтре, предварительно создав фильтрующий слой. Два опыта ведут с применением свежей серной кислоты 66° Вё, один опыт - с серной кислотой, ранее использованной для травления стали.

Пример 5.

А. Кислота и фильтрование. 50 м свежесобранной пены, состоящей из 5,59% железа, 45% воды и 49,4% масла, помещают в кислотоупорный варочный сосуд и медленно в течение 20 мин добавляют 636 л/з (4,9% в пересчете на масло) серной кислоты 60° Вё, обрабатывая паром и воздухом. Текучесть смеси заметно повышается и температура ее достигает 90,6°С. В это время проба однородной смеси не содержит свободной кислоты,., но включает 2,95% свободного железа.

Смесь тотчас фильтруют на вращающемся вакуум-фильтре (с площадью поверхности 13,9 ж2). Диатомитовую землю, примененную в качестве фильтрующего материала, нредварительно наносят на фильтр в виде слоя с помощью суспензии этого материала в горячем масле. Средняя скорость фильтрования равна 1100 г/час при вакууме 300-350 мм рт. ст. Расход фильтрующего материала 6-10% в пересчете на масло.

Получаемая при фильтровании эмульсия быстро расслаивается на два слоя: первый слой - прозрачное масло светлого красновато-коричневого цвета и второй - водный слой светло-зеленого цвета (эмульсионный слой не образуется).

Масляный слой промывают водой и подвергают анализу: число омыления 151, содержание свободной жирной кислоты 20,7%. Затем масло промывают серной кислотой путем кипячения -в течение 10 мин. Масло быстро отделяется от водной фазы. После окончательной промывки водой масло теряет свою окраску и содерлхит 20,9% жирных кислот. Выход масла уменьщается за счет потерь в отфильтрованном осадке, которые составляют около 0,5% от полученного масла.

Б. Кислота и осаждение. Образец смеси, подаваемой на фильтр, осаждают. Из образца в течение 3 час выделяются следы воды и отделяется небольщой слой масла. Непрозрачное масло имеет темно-корнчневый цвет. Через 4с час количество масла несколько увеличивается, масло становится прозрачным, однако окраска масла не изменяется. Количест,во масла составляет примерно 10% объема образца. Температура образца во время осаждения превышает 65,6°С.

В. Обычная обработка. цену обрабатывают в лаборатории из.вестным способом,

применяя 34% (в пересчете на масло) кислоты 66° Вё. Выход составляет только 70% количества масла, содержавшегося вначале. Остальное масло находится в относительно прочной эмульсии. Цвет масла темнее, содержание свободной жирной кислоты больше (34,8%) чем в масле, полученном при обработке, описанной в п. А примера 5. Пример 6. А. Кислота и фильтрование. 13 жз свежесобранной пены, состоящей из 5,1% железа, 49,7% воды и 45,2% масла, помещают в варочный сосуд и медленно в течение 10 мин добавляют 272 жз (5,9% в пересчете на масло) серной кислоты 66° Вё, обрабатывая паром и воздухом. Текучесть смеси заметно увеличивается и температура ее повышается до 100°С при непрерывном нагревании. На этой стадии образец смеси не содержит свободной минеральной кислоты, количество железа

2,3%.

Однородную смесь фильтруют при указанной выше температуре на ротационном вакуум-фильтре (с площадью поверхности 13,9 м) после предварительного нанесения фильтрующего слоя. Слой состоит из дикалита 4156 (перлит), который наносят на фильтр в виде суспензии в горячем масле. Средняя скорость фильтрования, 1200 г/час при вакууме 380-430 мм рт. ст. Расход фильтрующей ереды 8-10% в пересчете на масло.

При осаждении под воздействием силы тяжести фильтрат быстро разделяется на два слоя: первый - слой прозрачное масло светлого красновато-коричневого цвета, второй -

водный слой светло-зеленого цвета (эмульсионный слой не образуется). Масляный слой разделяется на две порции. Первую из них промывают водой, анализируют, промывают кислотой, снова водой и вновь анализируют.

После первой промывки водой масло содержит 22,1% свободной жирной кислоты, имеет светло-коричневую окраску н легко отделяется от воды без образования эмульсии.

Вторую порцию промываЕОт кислотой без