CN115138277A - 一种润滑脂均质冷却方法及装置 - Google Patents

一种润滑脂均质冷却方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种润滑脂均质冷却方法及装置，涉及石油化工产品的生产工艺方法领域。该一种润滑脂均质冷却加工方法及装置，包括将待处理润滑脂中，按比例泵入溶剂，通过静态混合器混合均匀，然后通过管线均质器和分布器进入喷淋冷却塔中蒸发脱除溶剂，对润滑脂进行均质和冷却。通过此方法生产出性能优良的润滑脂产品，打破了目前存在的生产瓶颈，解决了润滑脂产品流程化大批量生产存在的问题，在现有批量润滑脂生产流程中，在调配好的合格需要包装的较高温度的润滑脂中，加入溶剂，然后进入均质和冷却装置，实现均质与冷却，同时也脱除气泡；冷却装置通过冷凝器连接到真空系统，回收溶剂并循环使用。

Description

一种润滑脂均质冷却方法及装置
技术领域
本发明涉及石油化工产品的生产工艺方法技术领域，具体为一种润滑脂均质冷却方法及装置。
背景技术
润滑脂由于具有用量少、润滑系统设计简单等特点，在机械设备中得到大量的应用，80%的轴承采用润滑脂润滑。据统计，2020年全国润滑脂产销量达到40万吨以上，因此润滑脂具有广泛的用途和市场容量。
大批量的润滑脂的生产普遍采用流程化生产工艺，大体分为皂化（反应）、冷却（急冷）、剪切均质、调整、加剂、脱气、冷却、包装。其中的脱气工艺要求，前期在冷却釜内冷却程度不能太高，需要保持在100℃以上，否则由于表观粘度大和流动性差，气泡不易脱除，还导致流动性差、不易泵送。因此脱气工艺完成后，润滑脂的温度仍然较高，常常超过100℃，通常达120℃。
流程化生产要求工序间的紧密衔接，这个时候如果直接进入包装工序，会导致产品稳定性差，且超过塑料材质包装物耐受温度。而自然冷却到润滑脂稳定并且适合塑料材质包装物的温度需要花费很长时间，导致生产效率下降，流程不畅。尽管金属包装物可以耐受更高的温度，但是出料温度高于100℃、甚至高于80℃都会导致润滑脂处于不稳定状态，包装后性能仍然会随时间发生变化，甚至超出合格范围。
润滑脂中稠化剂分散在基础油中并形成结构骨架，使基础油被吸附和固定在结构骨架中，由于稠化剂通过毛细吸附浸润等分子间作用力将润滑油禁锢，润滑脂为非牛顿流体，具有触变性。在没有外力或外力小于其强度极限的情况下，不具有流动性。而物质传热主要依靠三种方式：传导、对流和辐射，对于100-120℃的物质来说，辐射传热基本可以忽略不计，主要依靠传导和对流传热。由于润滑脂为非牛顿流体，静止状态下传热基本上靠传导，而传导传热受传热系数控制。虽然钢铁导热系数较高，约为40W/m.K，但是润滑脂的导热系数很低，小于0.4W/m.K，为钢铁的1%以下，紧靠钢铁材质的润滑脂热量会很快传导出去，但是内部的润滑脂的热量通过润滑脂传导到最外侧会很困难，所以静态情况下，润滑脂降温很慢。
由于牛顿流体传热即使在静态下也同时存在热对流和热传导两种传热方式，而且热对流是动态宏观的传热方式，传热的效率远远高于静态和微观的热传导，如导热油的导热系数为0.1-0.16W/m.K，而其对流传热系数在100W/m2.K以上。所以相同条件下，常见的液体类牛顿流体的冷却比润滑脂等膏状非牛顿流体快得多。
目前对此有一些解决方案，方案一是采用带冷却水的三辊机碾磨，虽然解决了冷却问题，却有效率低、气泡多、外观差的问题，不适合大批量产品；方案二是采用薄膜冷却器，存在设备投资大、需要额外消耗能量、适应性差、效率仍不理想、润滑脂中仍然会有气泡等问题；方案三是直接在冷却釜里完成均质和冷却工作，却存在冷却到适合包装的温度的润滑脂再通过脱气罐脱气的效果差的问题。
由此可见，润滑脂的冷却速度缓慢是一个现实存在的问题，提高润滑脂的冷却速度是本发明要达到的第一个目的。
由于生产前期反应生成的稠化剂颗粒和纤维存在不均匀，颗粒大小不一，外观粗糙，而且严重影响使用性能，特别是精密轴承的润滑对润滑脂的颗粒度要求更高，否则会导致震动和噪音，造成温升高，降低轴承使用寿命。所以在生产流程中必须对润滑脂进行均质操作，即对润滑脂输入机械能或动能，让润滑脂和金属挡板高速碰撞，以破碎和分散大的稠化剂颗粒，提高润滑脂稠化剂的颗粒和分布的均匀性。采用的目前润滑脂均质方法是胶体磨、三辊机和高压均质机。普遍存在设备投资大、能耗大、磨损快、效率低的问题。
在生产流程中，强化润滑脂的均质效果，减少甚至取消其它均质设备和工艺是本发明要达到的第二个目的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种润滑脂均质冷却方法及装置，并用此方法生产出性能优良的润滑脂产品，打破了目前存在的生产瓶颈，解决了润滑脂产品流程化大批量生产存在的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种润滑脂均质冷却方法，包括以下步骤：
S1、将待处理润滑脂中，按比例泵入溶剂，通过静态混合器混合均匀，然后通过管线均质器和分布器进入喷淋冷却塔中蒸发脱除溶剂，对润滑脂进行均质和冷却；
S2、冷却后的润滑脂从喷淋冷却塔底部泵出，供后续包装工序，气态溶剂通过真空管线中串联的冷凝器回收回用。
优选的，所述润滑脂中加入的溶剂类型为：醇类、醚类、酯类、卤代烷和水的一种或几种组合。
优选的，所述润滑脂中加入溶剂包括但不限于：丁醇、乙二醇二乙醚、二氯乙烷、三氯乙烯和水中的一种或几种组合。
优选的，一种润滑脂均质冷却加工装置，包括计量泵一、计量泵二、静态混合器、管线均质器、喷淋冷却塔、冷凝器和溶剂回收罐，所述计量泵一通过管线与静态混合器的左侧入口端相连，所述计量泵二通过管线与静态混合器的底端入口相连，所述静态混合器的顶端出口与管线均质器相连，所述管线均质器的顶部出料口通过管线与喷淋冷却塔的顶端入口相连，所述喷淋冷却塔的顶端出口通过管线与冷凝器相连，所述冷凝器的出口通过管线与溶剂回收罐的顶端入口相连。
优选的，所述计量泵一和静态混合器之间的管线中设置有单向阀一，所述计量泵二和单向阀二的管线中设置有单向阀二。
优选的，所述静态混合器和管线均质器之间安装有压力表，所述喷淋冷却塔的左侧顶端安装有真空表一，所述溶剂回收罐的左侧顶端安装有真空表二。
优选的，所述静态混合器的底端设置有润滑脂进口，所述静态混合器的左侧端设置有溶剂进口，所述静态混合器的内部设置有多个挡流板，所述静态混合器的顶端设置有混合料出口；所述管线均质器的底端设置有物料进口一，所述管线均质器的顶端设置有物料出口。
优选的，所述喷淋冷却塔的顶端设置有物料进口二，所述喷淋冷却塔的内部设置有分布器，所述分布器和物料进口二的输出端相连，所述喷淋冷却塔的内部设置有物料隔离板，所述喷淋冷却塔的顶端右侧设置有气体出口，所述喷淋冷却塔的底部输出端设置有出料阀；所述计量泵一的入口料A为溶剂，所述计量泵二的入口料C为待处理润滑脂，所述溶剂回收罐顶端接口B为真空接口。
本发明提供了一种润滑脂均质冷却方法及装置。具备以下有益效果：
1、本发明提出一种润滑脂等膏状物的均质冷却方法，并用此方法生产出性能优良的润滑脂产品，打破了目前存在的生产瓶颈，解决了润滑脂产品流程化大批量生产存在的问题。
2、本发明是在现有批量润滑脂生产流程中，在调配好的合格需要包装的较高温度的润滑脂中，加入溶剂，然后进入均质和冷却装置，实现均质与冷却，同时也脱除气泡；冷却装置通过冷凝器连接到真空系统，回收溶剂并循环使用。
附图说明
图1为本发明的设备布置图；
图2为本发明的静态混合器示意图；
图3为本发明的管道均质器示意图；
图4为本发明的喷淋冷却塔示意图；
图5为本发明的冷却方法流程示意图。
其中，1、计量泵一；2、计量泵二；3、单向阀一；4、单向阀二；5、静态混合器；501、润滑脂进口；502、溶剂进口；503、挡流板；504、混合料出口；6、压力表；7、管线均质器；701、物料进口一；702、物料出口；8、喷淋冷却塔；801、物料进口二；802、分布器；803、气体出口；804、物料隔离板；805、出料阀；9、冷凝器；10、溶剂回收罐；11、真空表一；12、真空表二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1-5所示，本发明实施例提供一种润滑脂均质冷却方法及装置，包括以下步骤：
S1、将待处理润滑脂中，按比例泵入溶剂，通过静态混合器5混合均匀，然后通过管线均质器7和分布器802进入喷淋冷却塔8中蒸发脱除溶剂，对润滑脂进行均质和冷却；
S2、冷却后的润滑脂从喷淋冷却塔8底部泵出，供后续包装工序，气态溶剂通过真空管线中串联的冷凝器9回收回用。
润滑脂中加入的溶剂类型为：醇类、醚类、酯类、卤代烷和水的一种或几种组合。
润滑脂中加入溶剂包括但不限于：丁醇、乙二醇二乙醚、二氯乙烷、三氯乙烯和水中的一种或几种组合。
其中，润滑脂均质冷却方法，适用并不限于锂基脂、钙基脂、复合锂基脂、复合锂基脂、聚脲脂、复合磺酸钙脂、复合铝基脂。
其中，润滑脂均质冷却方法所生产的润滑脂，特别适合精密轴承的润滑。
其中，润滑脂均质冷却方法也适用于类似的膏状物的均质与冷却。
一种润滑脂均质冷却加工装置，包括计量泵一1、计量泵二2、静态混合器5、管线均质器7、喷淋冷却塔8、冷凝器9和溶剂回收罐10，计量泵一1通过管线与静态混合器5的左侧入口端相连，计量泵二2通过管线与静态混合器5的底端入口相连，静态混合器5的顶端出口与管线均质器7相连，管线均质器7的顶部出料口通过管线与喷淋冷却塔8的顶端入口相连，喷淋冷却塔8的顶端出口通过管线与冷凝器9相连，冷凝器9的出口通过管线与溶剂回收罐10的顶端入口相连。
计量泵一1和静态混合器5之间的管线中设置有单向阀一3，计量泵二2和单向阀二4的管线中设置有单向阀二4。
静态混合器5和管线均质器7之间安装有压力表6，喷淋冷却塔8的左侧顶端安装有真空表一11，溶剂回收罐10的左侧顶端安装有真空表二12。
静态混合器5的底端设置有润滑脂进口501，静态混合器5的左侧端设置有溶剂进口502，静态混合器5的内部设置有多个挡流板503，静态混合器5的顶端设置有混合料出口504；管线均质器7的底端设置有物料进口一701，管线均质器7的顶端设置有物料出口702。
喷淋冷却塔8的顶端设置有物料进口二801，喷淋冷却塔8的内部设置有分布器802，分布器802和物料进口二801的输出端相连，喷淋冷却塔8的内部设置有物料隔离板804，喷淋冷却塔8的顶端右侧设置有气体出口803，喷淋冷却塔8的底部输出端设置有出料阀805；计量泵一1的入口料A为溶剂，计量泵二2的入口料C为待处理润滑脂，溶剂回收罐10顶端接口B为真空接口。
在润滑脂经过皂化反应，高温炼制，冷却急冷，加油和添加剂调配，初步均质等工艺环节后，经检测控制指标合格，需要脱气和冷却后进行包装，此时，润滑脂温度较高，普遍超过120℃；而为了包装和产品稳定的需要，希望包装时润滑脂温度降为60～80℃，传统的方法是脱气后在脱气罐中冷却，或泵送到中间铁桶中冷却，待冷却到包装工艺所需的温度后，再进行分装，其中冷却时间的长短受环境温度、容器大小等等的影响，冷却时间一般需要10-20个小时，极大地干扰了工艺流程的顺利流畅运行，降低了效率，本发明通过在待降温润滑脂中加入一种或几种溶剂，通过专门设计的管路，利用增强的闪蒸和空化效果，实现了润滑的均质和冷却，实现了均质、冷却和包装工艺的连续化，极大提高了生产效率。
具体来讲，本发明依据待降温润滑脂的比热容，以及所用溶剂的蒸发潜热，需要降低的温度差，计算出所需的润滑脂/溶剂流量比，将润滑脂和溶剂在管道中按比例混合均匀，可以采用静态混合器等方法以确保充分混合，然后通过数个专门设计的管道均质器，多次闪蒸与空化作用，强化对润滑脂的均质，最后通过分布器从塔顶进入真空喷淋冷却塔，通过闪蒸，脱除润滑脂中的溶剂和气泡，同时降低润滑脂的温度，当一批润滑脂处理完成后，就可以直接从冷却塔的底部泵出均质、冷却好的润滑脂进行分装，配上螺杆泵或螺旋推进出料器，也可以进行边冷却脱气、边出料包装的连续工艺。
所用溶剂需要考虑到沸点不能太高，在100℃左右，以免残留；相对惰性，安全，最好不燃，易得，经济，不能与管道和润滑脂中的组分反应；可选溶剂类型限制在卤代烃、水、以及水和醇、醚的混合物；添加溶剂量太多，也会导致蒸发不完全，残留量大，使润滑脂温度过低，导致后续泵送困难。建议溶剂量不超过计算量的1.1倍；当然溶剂量太少，润滑脂的温度不能冷却到希望的程度，建议溶剂量最少为计算量的0.9倍。
在真空系统中加入冷凝器9和溶剂接收罐10，以回收溶剂、重复使用，为了达到好的冷却、脱气和溶剂回收效果，真空度需要保持在－0.09Mpa以上，冷却塔需要保温。
本发明通过在现有工艺流程中增加加入溶剂、在管线均质器7和溶剂回收过程，使整个生产流程更加顺畅，缩短生产时间，提高生产效率，降低生产成本，保证产品质量，具有投入低，效果好的特点。
实施例二：
在锂基脂生产过程中，3吨产品经过急冷、调配、初步均化后，温度约为120℃，然后，经齿轮计量泵以60kg/min的流量经一个管道均质器输入真空喷淋冷却塔，冷却塔真空度保持为－0.09Mpa，根据文献，润滑脂比热容按3KJ/kg℃计算，溶剂正丁醇水溶液9：1汽化热为758.4KJ/Kg，为了将润滑脂温度从120℃降到80℃，经计算计量加入溶剂量为9.5kg/min。
处理后润滑脂温度实测为82℃，冷凝器溶剂回收率为98%，过程耗时50min，产品性能和外观正常，而传统工艺在脱气罐中自然冷却到80℃需要一天以上（根据季节的环境温度有所变化），且内外温度还不均匀。
所得润滑脂经过1000目精密过滤后用作精密轴承润滑脂，振动值和寿命等指标与传统三辊机均质、冷却工艺所得产品相当，数据见如下表1：
表1：发明工艺处理锂基脂的分析数据及与传统工艺数据的对比
项目 传统工艺 本发明工艺 试验方法
外观 浅黄色光滑油膏 浅黄色光滑油膏 目测
工作锥入度，1/10mm 277 279 GB/T269
滴点，℃ 197 196 GB/T4929
钢网分油（100℃，24h），% 2.15 1.95 NB/SH/T0324
延长工作锥入度（10<sup>5</sup>次），1/10mm 318 315 GB/T269
轴承振动值（加速度），dB6205轴承 36 35 GB/T32333
轴承寿命（125℃），h 1950 1980 ASTMD3336
润滑脂稠化剂微观结构
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 577465DEST_PATH_IMAGE002
 SEM
实施例三：
在复合锂基脂生产过程中，产品重量为2吨，经初步冷却、均化和调配后准备进行最终的均质、冷却和脱气，泵送流量为50kg/min，初始温度为130℃，经2个管道均质器后进入喷淋冷却塔，喷淋冷却塔真空保持为－0.09Mpa，润滑脂比热容为3KJ/Kg℃，溶剂二氯乙烷汽化热为323.6KJ/Kg，计划将润滑脂从130℃降温到85℃，则通过计量泵加入溶剂量为20kg/min，冷却后润滑脂温度降到83℃，溶剂回收率为99%，耗时40min，产品性能和外观正常，而传统工艺在脱气罐中2吨润滑脂自然冷却到85℃需要24h以上（根据季节的环境温度有所变化），而且内外温度不均匀，产品检测数据见如下表2：
表2：发明工艺处理复合锂基脂的分析数据及与传统工艺数据的对比
项目 传统工艺 本发明工艺 试验方法
外观 浅黄色光滑油膏 浅黄色光滑油膏 目测
工作锥入度，1/10mm 243 242 GB/T269
滴点，℃ 295 294 GB/T3498
钢网分油（100℃，24h），% 0.25 0.20 NB/SH/T0324
延长工作锥入度（10<sup>5</sup>次），1/10mm 268 265 GB/T269
水淋流失量（38℃，1h）,% 1.36 1.42 SH/T0109
润滑脂稠化剂微观结构
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 901130DEST_PATH_IMAGE004
 SEM
实施例四
在复合磺酸钙脂生产过程中，产品重量为1吨，经初步冷却、调整后准备进行均质和冷却，输送速度为10kg/min，初始温度为160℃，冷却塔真空保持为－0.09Mpa，润滑脂比热容为3KJ/Kg℃，溶剂水的汽化热为2246KJ/Kg。设计将润滑脂从160℃降温到80℃，则通过计量泵加入溶剂水量为1kg/min。冷却后润滑脂冷却到76℃，溶剂水回收率为99%，耗时100min，产品性能和外观正常，而传统工艺在脱气罐中润滑脂自然冷却到80℃需要24h以上（根据季节的环境温度有所变化），产品检测数据见如下表3：
表3：发明工艺处理复合磺酸钙基脂的分析数据及与传统工艺数据的对比
Figure 1
以上实施例表明，采用本发明的均质与冷却工艺流程，与传统均质工艺相比，具有相当的外观质量，同时降低能耗；与传统冷却工艺相比，可以缩短冷却时间，提高生产效率，降低产品成本，同时稳定产品质量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种润滑脂均质冷却方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将待处理润滑脂中，按比例泵入溶剂，通过静态混合器（5）混合均匀，然后通过管线均质器（7）和分布器（802）进入喷淋冷却塔（8）中蒸发脱除溶剂，对润滑脂进行均质和冷却；
S2、冷却后的润滑脂从喷淋冷却塔（8）底部泵出，供后续包装工序，气态溶剂通过真空管线中串联的冷凝器（9）回收回用。
2.根据权利要求1所述的一种润滑脂均质冷却方法，其特征在于：所述润滑脂中加入的溶剂类型为：醇类、醚类、酯类、卤代烷和水的一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的一种润滑脂均质冷却方法，其特征在于：所述润滑脂中加入溶剂包括但不限于：丁醇、乙二醇二乙醚、二氯乙烷、三氯乙烯和水中的一种或几种组合。
4.一种润滑脂均质冷却加工装置，包括计量泵一（1）、计量泵二（2）、静态混合器（5）、管线均质器（7）、喷淋冷却塔（8）、冷凝器（9）和溶剂回收罐（10），其特征在于：所述计量泵一（1）通过管线与静态混合器（5）的左侧入口端相连，所述计量泵二（2）通过管线与静态混合器（5）的底端入口相连，所述静态混合器（5）的顶端出口与管线均质器（7）相连，所述管线均质器（7）的顶部出料口通过管线与喷淋冷却塔（8）的顶端入口相连，所述喷淋冷却塔（8）的顶端出口通过管线与冷凝器（9）相连，所述冷凝器（9）的出口通过管线与溶剂回收罐（10）的顶端入口相连。
5.根据权利要求4所述的一种润滑脂均质冷却加工装置，其特征在于：所述计量泵一（1）和静态混合器（5）之间的管线中设置有单向阀一（3），所述计量泵二（2）和单向阀二（4）的管线中设置有单向阀二（4）。
6.根据权利要求4所述的一种润滑脂均质冷却加工装置，其特征在于：所述静态混合器（5）和管线均质器（7）之间安装有压力表（6），所述喷淋冷却塔（8）的左侧顶端安装有真空表一（11），所述溶剂回收罐（10）的左侧顶端安装有真空表二（12）。
7.根据权利要求4所述的一种润滑脂均质冷却加工装置，其特征在于：所述静态混合器（5）的底端设置有润滑脂进口（501），所述静态混合器（5）的左侧端设置有溶剂进口（502），所述静态混合器（5）的内部设置有多个挡流板（503），所述静态混合器（5）的顶端设置有混合料出口（504）；所述管线均质器（7）的底端设置有物料进口一（701），所述管线均质器（7）的顶端设置有物料出口（702）。
8.根据权利要求4所述的一种润滑脂均质冷却加工装置，其特征在于：所述喷淋冷却塔（8）的顶端设置有物料进口二（801），所述喷淋冷却塔（8）的内部设置有分布器（802），所述分布器（802）和物料进口二（801）的输出端相连，所述喷淋冷却塔（8）的内部设置有物料隔离板（804），所述喷淋冷却塔（8）的顶端右侧设置有气体出口（803），所述喷淋冷却塔（8）的底部输出端设置有出料阀（805）；所述计量泵一（1）的入口料A为溶剂，所述计量泵二（2）的入口料C为待处理润滑脂，所述溶剂回收罐（10）顶端接口B为真空接口。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3475335A (en) * 1963-12-24 1969-10-28 Texaco Inc Method and apparatus for continuous grease manufacture
CN102660376A (zh) * 2012-04-24 2012-09-12 秦军 一种润滑脂冷却方法
CN205957756U (zh) * 2016-06-06 2017-02-15 克拉玛依金鑫油田环保工程有限公司 油水混合蒸汽喷淋冷却塔及撬装式油水混合蒸汽冷却装置
CN114210176A (zh) * 2021-12-15 2022-03-22 北京民利储能技术有限公司 一种耦合热回收的二氧化碳捕捉工艺、仿真方法

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