Реферат: Дослідження мікрофільтрації (очищення) відпрацьованих моторних масел

Аналіз результатів показує, що при фільтрації масла через вуглеграфітні вальцованні стрижні, продуктивність процесу з ростом тиску практично не збільшується. При фільтрації через невальцованні вуглеграфіті стрижні продуктивність росте пропорційно тиску. При фільтрації через керамічні стрижні продуктивність різко збільшується при зміні тиску від 0,1 до 0,5 Мпа, а при подальшому збільшенні тиску приріст продуктивності падає. Керамічні стрижні найбільш сприйнятливі до зміни перепаду тиску на фільтруючій перегородці.

Фільтрати масла M-10Г2 досліджувалися в минаючому світлі. Фільтрат, отриманий через вальцованні вуглеграфітні стрижні, прозорий, має яскраво-червоне фарбування. Це характеризує його як високодисперсний органозоль, тому що поглинаються короткі хвилі, що мають синє фарбування. При цьому радіус часток становить 0,5 мкм і нижче.

Фільтрат масла, отриманий через невальцованні вуглеграфітні стрижні, мутний, має темно-червоне фарбування, що характеризує його як ультрамікрогетерогенний органозоль із радіусом часток від 3 мкм і нижче.

Фільтрат, отриманий через керамічні стрижні, прозорий, має темно-червоне фарбування, що характеризує його як колоїдно-дисперсний органозоль із радіусом часток від 1 мкм і нижче.

Крім того, була проведена порівняльна оцінка оптичної щільності фільтратів у порівнянні зі свіжим товарному маслом М-10М2 на фотокалориметрі ФЭК-56ДО.

Оптична щільність першого фільтрату нижче очищеного на центрифузі масла у два рази при довжині хвилі 500 нм; другого фільтрату в 1,5 рази, третього - в 1,2 рази при тій же довжині хвилі. Це дозволяє зробити висновок, що у фільтраті масла знижується кількість забруднюючих часток від 3 мкм і нижче.

Аналіз залежності продуктивності мікрофільтрів від тиску на основі реологічних властивостей колоїдних систем дозволяє зробити висновок, що при обраному режимі фільтрації відбуваються турболентне плин рідини в капілярах мікрофільтра /52/. Тому що турболентний режим фільтрації не є оптимальним, те необхідні додаткові випробування з метою пошуку оптимальних режимів фільтрації на основі більше глибокого вивчення реологічних і інших властивостей колоїдних систем масла.

У результаті проведених досліджень отримані гідравлічні характеристики фільтруемости товарного й відпрацьованого масла М-10М2 через керамічний фільтр. Характеристики дають підставу припустити, що найбільш значний вплив на швидкість фільтрації роблять температурний режим і перепад тиску на поверхні мікрофільтра. Під впливом температури й тиску змінюється в'язкість масла, причому дія цих факторів на процес нерівнозначно. Підвищення тиску приводить до деформації шаруючи осаду на поверхні мікрофілътра, переходу плину фільтрату через капіляри з ламінарного режиму до турболентного, тобто підвищується опір фільтрування.

Для відпрацьовування режиму фільтрації масел, на блоці мікрофільтрів була проведена серія експериментальних досліджень. Визначалася продуктивність мікрофільтрів (мембран), виготовлених з кераміки, при мікрофільтрації масла М10М2, очищеному центрифугування на маслоочисної установці СУОМ-1H.

Протягом роботи блоку продуктивність подачі залишалася практично незмінної. За результатами експерименту побудована графічна залежність зміни продуктивності блоку від тиску й температури (мал.2).

Залежність продуктивності мембрани від тиску й температури.

1-40ос; 2-60 ос; 3-95 ос; 4-120 ос; 5160 ос

Мал.5

Аналіз графіка показує, що при температурі до 95°С и при зміні тиску від 2 до 10 кг/див2 спостерігається експериментальна крапка А, при якій блок досягає найбільшої продуктивності.

При температурі масла понад 95°С продуктивність при росту тиску різко підвищується.

Селективність блоку мікрофільтрів визначається по оптичній щільності фільтрату масла до вихідного, тобто очищеному на центрифугах по формулі:

 (1)

де  селективність блоку мікрофільтрів;

1, 2 - оптична щільність вихідного й фільтрату масла при λ=800 нм.

Залежність селективності блоку мікрофільтрів від температури процесу наведена на мал.3

Залежність селективності мембрани від температури масла.

Мал. 6.

Установлено, що при температурі понад 95°С різко падає проникність фільтрату масла.

Це пов'язане зі зниженням в'язкості масла і його контактом про електронагрівниками, які при даних температурах сприяють збереженню високодисперсних сажистих часток у ньому.

При знижених температурах масла селективність блоку мікрофільтрів зростає, тобто на поверхні мікрофільтра найбільше ефективно затримуються частки мікродомішок.

У табл.3 наведені результати фізико-хімічного аналізу масел при різних режимах фільтрації, які також підтверджують, що при знижених температурах фільтрації знижується концентрація механічних домішок у маслі.

Фізико-хімічні показники фільтра масла М1ОГ2

На основі експериментальних даних отримані залежності швидкості фільтрації масла в керамічних мікрофільтрах від часу процесу при різних: режимах фільтрації, які наведені на мал.4.

Експериментальна залежність швидкості мікрофільтрації масла.

Аналіз експериментальних даних і залежностей

(мал.7) показує, що основні закономірності процесу мікрофільтрації протікають відповідно до класичних законів фільтрування пористих глибинних фільтрів.

В початковий період часу мікрофільтрації переважає процес закупорки пор одиничними забрудненнями (залежність V=f (g)).

Надалі із часом фільтрації відбувається зменшення діаметра мікропор за рахунок адгезії мікрозабруднень у них (залежність ) і утворення шаруючи осаду на поверхні фільтра

На основі експериментальних даних і розрахунку критериальної залежності Eu=f (Sh) побудована поверхня вибору режимів фільтрації масла (мал.8).

На отриманій поверхні є критична крапка А, що відповідають найбільш раціональному режиму фільтрації масла мікрофільтрами даного типу. Таким чином, у результаті уведених експериментів було отримане підтвердження теоретичних передумов, викладених в 2 главі дійсної роботи.

При цьому встановлено, що найбільш раціональний режим роботи для керамічних блоків мікрофільтрів на маслі М10М2 визначається наступними параметрами: перепад тиску на перегородці ∆Р=0,5 МПа; температура масла 80оС, питома продуктивність

Поверхня вибору режимів мікрофільтрації масла.

4. Дослідження стабільності технологічного процесу

Для дослідження стабільності технологічного процесу мікрофільтрації масла була проведена серія спеціальних експериментів.

Блок мікрофільтрів працював на очищеному відпрацьованому маслі при перепаді тиску на перегородці мікрофільтра 0,5 МПа, робочій температурі масла 80ос і часу фільтрації до повної закупорки пор.

На даному режимі визначалася швидкість фільтрації, селективність очищення, світлопроникність, і фізико-хімічні показники фільтра. За отриманими результатами експерименту побудована залежність швидкості фільтрації від часу процесу.

Ресурс роботи керамічних фільтрів визначається залежністю Eu=f (Sh), що представлена на мал.9.

Критериальна залежність Eu=f (Sh) для визначення ресурсу мікро фільтра.

Мал.9

Отриману критериальну залежність Eu=f (Sh) можна розбити на три ділянки. Перша ділянка ОА - визначає раціональний ресурс роботи мікрофільтра, коли процес поділу системи "масло-мікродомішок" найбільш ефективний. Друга ділянка АВ - визначає зону залишкового ресурсу, при якому процес мікрофільтрації економічно доцільний. Третя ділянка ВР - характеризує зону, коли процес економічно не ефективний. У підсумку ресурс мікрофільтра визначається ділянкою ОВ, тобто по досягненню часу, що відповідає крапці В необхідно зупинити процес мікрофільтрації й зробити промивання мікрофільтра.

Для оцінки фільтратів був проведений порівняльний аналіз різних масел марки М10М2. Для аналізу були взяті свіже масло з нафтосклада господарства, відпрацьоване масло із двигуна трактора Т-40АМ після 300 мото-годин роботи, очищене масло на установці СУОМ-1М, філътрат очищеного масла й маслі з картера двигуна трактора Т-40АМ після 16 мото-годин роботи. Результати фізико-хімічного аналізу масел представлені в табл.4

Фізико-хімічні показники масел М1ОГ2

Аналіз даних табл.3 показує, що процес фільтрація очищеного масла дозволяє знизити зміст механічних домішок в 6,5 рази в порівнянні з очищенням відцентровими апаратами й в 2,5 рази поліпшити світлопроникність. Зміст миючих присадок у фільтраті знизилося на 3% у порівнянні з очищеним маслом і на 12% у порівнянні з відпрацьованим. Зміст механічних домішок у товарному маслі майже в 10 разів перевищує припустимі, значення, в'язкість на 2% нижче стандарту.

Фільтрат містить в 2 рази менше механічних домішок і на 10% знижена в'язкість за рахунок деструкції полімерів у процесі експлуатації у двигуні. У цілому показники фільтрату наближаються до відповідних вимог стандарту, а при уведенні в нього композиції присадок буде відповідати стандарту.

По даних видах масел був зроблений спектральний аналіз результати якого представлені на гістограммах (мал.6).

По змісту забруднень і продуктів зношування двигуна (Fe; Al; Cr; Cu; Si) фільтрат зіставимо з товарним маслом і в багато разів піку, чим в очищеному маслі.

Результати порівняльного аналізу дозволяють затверджувати про значну ефективність процесу мікрофільтрації масла керамічними фільтрами й можливості доведення відпрацьованих масел до рівня свіжих товарних.

Результати спектрального аналізу масла М10М2.

Мал.10: 1-товарне масло; 2-фільтрат відпрацьованого масла; 3-відпрацьоване масло; 4-очищене відпрацьоване масло; 5-товарне масло через 16 мото-годин роботи.