Линия "холодного" смешивания смазочных материалов

Предлагаемая линия «холодного» смешивания смазочных материалов, включающая в себя: емкости хранения исходных смазочных компонентов и емкости хранения присадок, которые посредством трубопроводов, через задвижки связаны с коллектором, коллектор, - по меньшей мере, один первый насос с частотным преобразователем и соответствующую ему первую кавитационную колонну, по меньшей мере, один второй насос насос с частотным преобразователем и соответствующую ему вторую кавитационную колонну, емкость хранения конечного продукта. На оборудовании установлены датчики давления и температуры, первая пара установлена между первым насосом и первой кавитационной колонной, вторая пара на выходе из первой кавитационной колонны, третья пара установлена между вторым насосом и второй кавитационной колонной, четвертая пара на выходе из второй кавитационной колонны. При этом каждая кавитационная колонна состоит из трех внутренних горизонтальных перегородок с конусовидными отверстиями в каждой из них. Технический результат - энергосбережение и улучшение гомогенизации. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к области получения смазочных материалов, а именно для инициации кавитации и возникновения процесса «холодного» смешивания (блендинга) базовых масел и присадок для получения смазочных материалов (товарного масла). Уровень смешения - коллоидная структура.

Смесительные технологии широко используются в производстве смазочных материалов, особенно на заключительном этапе производства, когда в базовую основу вводятся присадки и другие компоненты, предусмотренные техническими условиями.

Все смесительные технологии, применяемые при производстве смазочных материалов, можно подразделить на два вида:

- Технологии, основанные на применении технических средств (мешалок, блендеров, миксеров и т.п.);

- Технологии, основанные на физических процессах и явлениях (кавитация, ультразвук и др.).

До сегодняшнего дня в производстве смазочных масел традиционными были технологии первого вида (так называемый «механический блендинг»). Но данные технологии устарели, так как основным недостатком таких технологий являются длительный процесс и большие энергозатраты, что противоречит мировым тенденциям и не соответствует курсу правительств развитых стран по внедрению и применению энергосберегающих технологий. Большие энергозатраты устаревшего метода и линии, объясняются необходимостью длительного подогрева компонентов масла (до +70-80°C), с целью снижения вязкости и получения тем самым однородной смеси.

Устройства смешивающие различные жидкости, в том числе и различные маслосодержащие жидкости, посредством кавитации также широко известны. Так, например, в патенте GB 1152354 A, от 14.05.1969 описано устройство, позволяющее смешивать различные жидкости на основе кавитации. Недостатком данных устройств является то, что данный процесс не управляемый, т.е. в процессе кавитации никаким образом не контролируется температура и давление. Кроме того сам процесс кавитации происходит при высокой температуре.

Известно устройство для смешивания масел см. патент WO 2008016937 A2, от 07.02.2008. В указанном документе описано устройство, содержащее: средства для подачи масла и жидкости в накопительную емкость; насос для перекачивания масла и жидкости; кавитационную колонну, где происходит смешение масла и жидкости из-за давления и тепла кавитационных пузырьков, производящих ударные волны (применение ультразвука), и сливной канал для вывода полученного смешенного масла. Данное устройство имеет ряд недостатков, и так оно благодаря конструкции кавитационной колонны не предназначено для смешения двух и более смазочных материалов (технических масел), а также при смешивании производят нагрев, что негативно влияет на полученные масла.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных выше недостатков и получением высококачественных смазочных материалов.

В предлагаемом техническом решении для реализации процесса смешения, используется эффект кавитации. Инициируют кавитацию две кавитационные колонны и два шестеренчатых насоса, создающие разность давления. При этом весь процесс смешивания проходит при температуре от +20C° до +30C°, в отличие от других методов при +70-80C°, данное отличие позволяет называть наш методхмешения «холодным».

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в энергосбережении и улучшения уровня гомогенизации.

Энергозатраты - важный, но не единственный аргумент при выборе данной смесительной технологии. Не менее важно также состояние компонентов в масле. Большинство смазочных материалов являются коллоидными системами, в которых твердую фазу образуют комплексообразующие вещества, природные или искусственно вводимые. При неправильном или не контролируемом процессе смешивания, легко может нарушиться молекулярная структура и в итоге можно получить смазочные материалы низкого качества. В связи с этим очень важно эффективно контролировать процесс смешения компонентов.

В смазочном масле коллоидную систему образуют присадки, многие из которых находятся в составе масла в виде мицелл. При таком состоянии большинство молекул присадок оказывается в изоляции от основного объема масла и не участвует в процессах смазывающего действия, что негативно отражается на сроках и качестве эксплуатации механизмов.

Для улучшения качества масла, при производстве необходимо добиться более высокой дисперсности и эффекта гомогенизации (более качественного смешения компонентов).

Таким образом, опираясь на факторы энергосбережения и наличия высокого уровня гомогенизации, нами был разработан маслосмесительный комплекс (линия «холодного» смешения смазочных материалов CCBL) основанные на принципах работы кавитации.

Кратко, сущность процесса «холодного» блендинга можно описать следующим образом: схлопывание миллиардов пузырьков в зоне кавитации образует множество микровзрывов, способных на молекулярном уровне смешивать органические комплексы.

Предлагаемая линия смешения смазочных материалов позволяют значительно повысить качество выпускаемой продукции, сократить энергозатраты, а в конечном итоге сократить и себестоимость продукции, так как отсутствует необходимость нагрева массы (как при традиционном методе) до оптимальной температуры смешиваемости т.е. до +70-80°C градусов.

При этом в контролируемом процессе кавитации четко прослеживается 100% эффект гомогенизации, и при таком высоком качестве смешения компонентов, дисперсность достигает 98%!!!

В результате, инновационная линия «холодного» смешения смазочных материалов CCBL позволяет сразу решить несколько актуальных вопросов: сократить время производства продукции, существенно снизить электропотребление, значительно повысить уровень экологии и качество продукции, оптимизировать рецептуры и состав вводимых компонентов, снизить себестоимость производства и увеличить прибыль предприятия.

Поскольку в процессе кавитации пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию, что позволяет достигать невероятно высокого качества смазочных материалов. Но данная температура зафиксирована на наноуровне, в реальных условиях температура процесса составляет не более +20°C, в итоге все процессы смешения происходят на молекулярном уровне и мы с уверенностью можем назвать данный метод «холодным» блендингом, а получаемые продукты - "высококачественными молекулярными смазочными материалами".

Молекулярный масштаб технологических действий, быстрота процесса смешения, небольшие энергозатраты при большой вязкости смешиваемых материалов и эффективность получаемых результатов, позволяют квалифицировать маслосмесительное оборудование (линию холодного смешивания смазочных материалов) и метод «холодного» смешения смазочных материалов CCBL - как энергосберегающую технологию с очевидными элементами НАНОТЕХНОЛОГИЙ.

«Холодный» метод смешивания смазочных материалов и специально разработанная линия смешивания для инициации данного метода, могут быть рекомендованы исключительно для производства смазочных масел широкого диапазона классов вязкости, а также для обработки товарных масел, произведенных промышленным способом.

Указанный технический результат достигается тем, что линия «холодного» смешивания смазочных материалов включает:

- по меньшей мере, две емкости хранения исходных смазочных компонентов и, по меньшей мере, одну емкость хранения присадок, которые посредством трубопроводов, через задвижки связаны с коллектором,

а также, последовательно связанные между собой трубопроводами:

- коллектор,

- по меньшей мере, один первый насос и соответствующую ему первую кавитационную колонну,

- по меньшей мере, один второй насос и соответствующую ему вторую кавитационную колонну,

- емкость хранения конечного продукта,

также в линии установлены датчики давления и температуры, первая пара установлена между первым насосом и первой кавитационной колонной, вторая пара на выходе из первой кавитационной колонны, третья пара установлена между вторым насосом и второй кавитационной колонной, четвертая пара на выходе из второй кавитационной колонны, при этом каждая кавитационная колонна состоит из трех внутренних горизонтальных перегородок с конусовидными отверстиями в каждой из них.

Предпочтительно, чтобы насос был выполнен шестеренчатым.

При этом количество конусовидных отверстий в каждой внутренней горизонтальной перегородке кавитационной колонны разное и на каждом уровне сокращается. Предпочтительно чтобы в нижней внутренней горизонтальной перегородке кавитационной колонны было выполнено семь конусовидных отверстий, в средней - шесть и в верхней пять. При этом конусность отверстий уменьшается к верху колонны, т.е. в каждой внутренней горизонтальной перегородке верхний диаметр отверстия меньше нижнего.

Кроме того температура смазочных компонентов и присадок, содержащихся в емкостях и подлежащих смешиванию не более +30 C° и не изменяется в процессе смешивания.

Заявленное техническое решение поясняется фиг. 1-4:

- на фиг. 1 показана общая схема предлагаемой линии «холодного» смешивания смазочных материалов;

- на фиг. 2 показан пример выполнения линии «холодного» смешивания смазочных материалов;

- на фиг. 3 показан процесс прохождения потока смазочных материалов в кавитационной колоне;

- на фиг. 4 показано структура масла под микроскопом, получаемого обычными средствами смешения и на основе предлагаемой линии «холодного» смешивания.

Линия для «холодного» смешивания смазочных материалов на основе кавитации, показанная на фиг. 1, предназначена исключительно для производства смазочных материалов. Базовые масла (до трех видов одновременно) и предрастворенные в них присадки поступают в коллектор/емкость 5 через задвижки 1-4. Затем по трубопроводу из коллектора смесь масел, первым шестеренчатым насосом 6 (см. фиг. 1) подается в кавитационную колонну 8. При этом перед кавитационной колонной на трубопроводе установлены датчики температуры и давления 7(1), а также и на выходе кавитационной колоны установлены датчики температуры и давления 7(2). При активной помощи частотных преобразователей (на фиг. 1 не показаны) достигается необходимая регулировка работы насосов, при которой возникает разность давления (на основе первой 7(1) и второй 7(2) группами датчиков), достаточная для появления кавитации в колоннах 8 и 8(1) при данной, конкретной вязкости смазочных материалов. Для производства разного вида смазочных масел, соответственно выставляются необходимые параметры и уровень регулировок частотных преобразователей.

Внутреннее строение кавитационных колон 8 специально разработано и состоит из трех внутренних горизонтальных перегородок с конусовидными отверстиями в каждой из них см. фиг. 3. Количество отверстий на каждой перегородке разное в нижней - семь, в средней - шесть и в верхней пять. В колонне основной поток смазочных материалов, нагнетаемый шестеренчатым насосом 6, последовательно разделяется соответственно на пять-семь потоков, при этом общая площадь проходных отверстий на каждом уровне сокращается, что обеспечивает увеличение давления и более качественное смешивание компонентов. Насос 6(1) создает разрежение, необходимое для возникновения гидравлической кавитации и прогоняет смазочную массу через колонну 8(1) для получения более высокого уровня гомогенизации и дисперсности. Максимальное давление в рабочем процессе в оборудовании 0,15-0,35 МПа (1,5-3,5 кгс/см). При превышении давления срабатывает клапан на насосе. Насос 6(1) может также работать, как циркуляционный, обеспечивая перемешивание смазочных материалов в емкости и работать на выдачу готового технического масла во внешнюю емкость. Контроль за процессом осуществляется с помощью частотных преобразователей, а так же датчиков давления и температуры 7(1), 7(2), 7(1.1) и 7(2.1) установленных парами в следующем порядке: первая пара 7(1) установлена для контроля давления и температуры в зоне максимального давления (между насосом 6 и колонной 8), вторая пара 7(2) установлена в зоне разрежения (на выходе из колонны 8). Третья и четвертая пары датчиков установлены аналогично первым - на насосе 6(1) и колонны 8(1).

Работа частотных преобразователей необходима для четкого контроля процесса кавитации и получения высококачественных смазочных материалов. В отличие от многих других установок и методов смешивания разных жидкостей с применением кавитации, для получения качественного готового смазочного масла, необходимо контролировать кавитационный процесс смешения базовых масел с присадками, с учетом конкретной вязкости и состава смазочного масла. Для удобства может использоваться компьютер опрашивающий в реальном времени датчики температуры и давления, и на мониторе которого отображается давление и температура, также посредством данного компьютера пользователь управляет частотными преобразователями и, соответствующими им насосами (для каждого насоса имеется свой частотный преобразователь).

В случае использования другого оборудования с бесконтрольным процессом кавитации происходит разрушение макромолекулы в составе масла, что негативно сказывается на итоговом качестве получаемой продукции и существенно снижает показатели вязкости смазочного масла см. фиг. 4.

После прохождения через оборудование линии, произведенные смазочные материалы сливаются в емкость готовой продукции. При необходимости масса прогоняется второй раз, при этом второй раз можно не применять частотные преобразователи, так как структура макромолекул после прохождения контролируемого процесса кавитации становится более упругой и не подлежит разрушению, делая получаемую продукцию уникальной по своим характеристикам и способную выдерживать самые суровые и жесткие условия эксплуатации. Это лишний раз подтверждает эффективность применения «холодного» смешения и предлагаемой линии смешивания. Также в линии предусмотрены задвижки 9, 9(1), позволяющие отключать в линии смешивания первую или вторую колонны с соответствующими им насосами, а также линия слива остатков масла в каждой из колонн с необходимыми задвижками, для технологических целей, например очистки. Слив массы из емкости готовой продукции на склад производится насосом слива.

Рассмотрим работу предлагаемой линии (см. фиг. 2) на примере производства одной тонны полусинтетического моторного масла SAE10W-40 с индексом вязкости, не менее 145 и температурой застывания не менее -33 C°, при использовании метода «холодного» блендинга и предлагаемой линии:

1. Подготовительный этап:

одновременно загружаем в емкость 5 (см. фиг. 1) три разных базовых масла И-20А, И-40А, ETRO-4, из емкостей 2(1), 3(1), 4(1), а также добавляем дипрессор (присадку), присадку OLOA59770 и загуститель К-16 из емкостей 1(2) (смотри таблицу 1). В течении 20-30 минут размешиваем компоненты при температуре +20-30C°, с целью равномерного распределения добавок и присадок по всему объему базового масла (данная процедура может производится любыми известными средствами, например лопастями перемешивающего насоса на фигурах не показанного);

таблица 1.
Технологическая карта. Расход базовых масел и легирующих активных элементов (присадок) при производстве моторного полусинтетического масла SAE10W-40.
	Наименование компонента	ед. измерения	масло 10w-40, кг.	норма расхода
			1.000	на 1 кг.
1	Базовое масло И-20А	кг	177	0,177
2	Базовое масло И-40А	кг	260	0,260
3	Базовое масло ETRO-4	кг	429	0,429
4	Присадка-дипрессор	кг	18	0,018
5	Пакет легирующих присадок ORONITEOLOA59770	кг	104	0,104
6	Загуститель К-61	кг	12	0,012

2. Основной этап:

запускаем оборудование, показанное на фиг. 1, предварительно, с учетом вязкости данного сорта масла (см. таблицу 2), выставив настройки частотных преобразователей в диапазоне от 0 до 30 Гц и управления частотой вращения соответствующего двигателя насоса (не более 1:10). Далее открываем задвижки и пропускаем предварительно подготовленную массу через установку где происходит процесс молекулярного смешения компонентов с эффектом кавитации, при температуре +20-30C°.

таблица 2.
Наименование показателя	10W-40
Вязкость кинематическая, мм2 /с (сСт)
при 40°C	103
при 100°C	14,5
Индекс вязкости, не менее	145
Температура застывания, °C	-33

3. Заключительный этап:

Происходит перекачка уже готовой продукции в емкость для хранения.

Производится отбор для проведения лабораторного анализа и расфасовка готовой продукции в тару.

Выше были раскрыты основные особенности линии «холодного» смешивания смазочных материалов, но любому специалисту в данной области техники, очевидно, что на основе раскрытых данных можно создать вариации линий смешивания смазочных материалов, например, выполняя большее количество кавитационных колон и соответствующих им элементов.

1. Линия "холодного" смешивания смазочных материалов, включающая в себя:

- по меньшей мере, две емкости хранения исходных смазочных компонентов и, по меньшей мере, одну емкость хранения присадок, которые посредством трубопроводов через задвижки связаны с коллектором,

а также последовательно связанные между собой трубопроводами:

- коллектор,

- по меньшей мере, один первый насос, управляемый первым частотным преобразователем, и соответствующую ему первую кавитационную колонну,

- по меньшей мере, один второй насос, управляемый вторым частотным преобразователем, и соответствующую ему вторую кавитационную колонну,

- емкость хранения конечного продукта,

также в линии установлены датчики давления и температуры, первая пара установлена между первым насосом и первой кавитационной колонной, вторая пара - на выходе из первой кавитационной колонны, третья пара установлена между вторым насосом и второй кавитационной колонной, четвертая пара - на выходе из второй кавитационной колонны, при этом каждая кавитационная колонна состоит из трех внутренних горизонтальных перегородок с конусовидными отверстиями в каждой из них.

2. Линия "холодного" смешивания смазочных материалов по п.1, отличающаяся тем, что насос выполнен шестеренчатым.

3. Линия "холодного" смешивания смазочных материалов по п.1, отличающаяся тем, что количество конусовидных отверстий в каждой внутренней горизонтальной перегородке кавитационной колонны разное и на каждом уровне сокращается.

4. Линия "холодного" смешивания смазочных материалов по п.3, отличающаяся тем, что в нижней внутренней горизонтальной перегородке кавитационной колонны выполнено семь конусовидных отверстий, в средней - шесть и в верхней пять.

5. Линия "холодного" смешивания смазочных материалов по п.1, отличающаяся тем, что температура смазочных компонентов и присадок не более 30°C.