PL209795B1 - Sposób oczyszczania i regeneracji emulsji smarujących wyciągarki drutu oraz układ do oczyszczania i regeneracji emulsji smarujących wyciągarki drutu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania i regeneracji emulsji smarujących wyciągarki drutu pozwalający zwiększyć stopień zamknięcia obiegu wody w systemie smarującym wyciągarek drutu poprzez nową metodę odzyskiwania wody ze zużytych emulsji smarujących technikami membranowymi oraz układ do oczyszczania emulsji umożliwiający odzyskanie wody ze zużytych emulsji smarujących technikami membranowymi.

Znanym sposobem produkcji drutu o danej średnicy jest wyciąganie drutu przez stopniowe rozwalcowywanie elementów metalu o większej średnicy. Towarzyszące tej operacji ogromne siły tarcia metalu o metal zmniejsza się stosując smarowanie emulsjami wodnymi, które jednocześnie służą za medium odprowadzające ciepło tarcia. W zależności od rodzaju metalu i średnicy drutu stosuje się emulsje o różnym składzie i jakości wody. Wodę o podwyższonej jakości należy stosować do sporządzania emulsji stosowanych przy wyciąganiu cienkich drutów, o średnicach poniżej 0,1 mm (tak zwanych mikrociągów) co jest problemem, gdyż zakłady metalowe rzadko mają instalacje do oczyszczania wody. Do produkcji grubszych drutów (grubociągi) można stosować wodę wodociągową.

W trakcie procesu produkcyjnego w emulsji gromadzą się zanieczyszczenia oraz ulega ona degradacji termicznej. W efekcie wykonuje się okresowe wymiany zużytej emulsji na nową, do sporządzenia której używa się kolejną porcję czystej wody. Odprowadzane z procesu zużyte emulsje stanowią uciążliwy i trudny do oczyszczenia odpad.

Emulsje olejowo-wodne są trudne do rozdzielenia i znane sposoby ich oczyszczania z reguły polegają na termicznym lub chemicznym zniszczeniu rozproszonej fazy olejowej, na przykład przez dodatek substancji wiążących, co przedstawiono w patencie EP 0 867 429 A1. Wykorzystując różnicę gęstości płynu i siłę odśrodkową można olej oddzielić od wody stosując hydrocyklony, co przedstawiono w patencie USA 5456837. Sprawność rozdziału hydrocyklonu silnie zależy od średnicy kropel oleju i kąta rozwarcia stożkowego leja. Znanym sposobem oddzielania zanieczyszczeń olejowych od wody jest zastosowanie procesu membranowego zwanego ultrafiltracją (UF).

Sposób oczyszczania i regeneracji emulsji smarujących według wynalazku charakteryzuje się tym, że do oczyszczania emulsji powstałych przy produkcji drutów wykorzystuje się instalację membranową ultrafiltracyjną. Istota sposobu polega na tym, że zużytą emulsję smarującą z produkcji drutów przesyła się do odstojnika, w którym przetrzymuje się ją od 1 do 14 dni, po czym znad osadu zbiera się ciecz i jej część przetłacza się z prędkością liniową co najmniej 2 m/s wzdłuż powierzchni membrany ultrafiltracyjnej utrzymując ciśnienie transmembranowe nie przekraczające 2 bar. Odbiera się ultrafiltrat, do którego następnie dodaje się składniki emulsji stosowanej do smarowania wyciągarek drutów, po czym uzyskaną emulsję stosuje się ponownie do smarowania tych wyciągarek, zaś tą część ciecz która nie przeniknęła przez membrany zawraca się do reszty cieczy zebranej z odstojnika uzyskując koncentrat. Pozostały w odstojniku osad kieruje się do odwadniacza. Proces ultrafiltracji przerywa się, gdy objętość zebranego koncentratu osiągnie wartość równą 10% objętości cieczy odebranej z odstojnika. Korzystnie uzyskany koncentrat stosuje się do płukania odstojnika, zaś zawartość odstojnika po jego płukaniu tłoczy się do odwadniacza, a wydzieloną fazę wodną zawraca się do odstojnika. Korzystnie stosuje się membrany ultrafiltracyjne o konfiguracji rurowej. W przypadku produkcji cienkich drutów ultrafiltrat przed dodaniem składników emulsji doczyszcza się dodatkowo w procesie nanofiltracji.

Układ do oczyszczania i regeneracji emulsji smarujących według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera instalację membranową ultrafiltracyjną (UF). Istota układu polega na tym, że instalacja linii produkcji drutów połączona jest poprzez górny odpływ odstojnika z instalacją membranową UF, z której wylot koncentratu połączony jest z drugim wlotem do odstojnika. Odp ł yw z dna odstojnika połączony jest z odwadniaczem, z którego odpływ fazy wodnej połączony jest z trzecim wejściem do odstojnika. Odpływ permeatu z instalacji membranowej UF połączony jest z wlotem do zbiornika ultrafiltratu, z którego wylot połączony jest ze zbiornikiem emulsji roboczej. W przypadku produkcji drutów o małej średnicy odstojnik połączony jest dodatkowo z linią produkcji cienkich drutów, a zbiornik ultrafiltratu połączony jest z wlotem nadawy i wyjściem koncentratu instalacji nanofiltracyjnej (NF), z której wylot permeatu połączony jest z wlotem do zbiornika wody zmiękczonej. Wylot ze zbiornika wody zmiękczonej połączony jest z wejściem wody zasilającej do obiegu emulsji w linii produkcji cienkich drutów. Wylot koncentratu z instalacji nanofiltracyjnej NF połączony jest dodatkowo z odstojnikiem.

Sposób i układ według wynalazku pozwala na znaczne ograniczenie zużycia świeżej wody procesowej oraz ułatwia dalsze odzyskanie miedzi z zatężonych koncentratów. Eliminuje szybkie zaniePL 209 795 B1 czyszczanie się membran (fouling), który powoduje spadek wydajności i często może doprowadzić do zniszczenia instalacji.

Sposób i układ przedstawione są w przykładach wykonania i na rysunkach, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu do oczyszczania emulsji, a fig. 2 przedstawia schemat układu oczyszczania do którego podłączone są dwie linie produkcji drutów, przy czym jedna jest linią produkcji drutów o małej średnicy, a zbiornik ultrafiltratu połączony jest z instalacją nanofiltracyjną.

P r z y k ł a d 1

Instalacja 1 linii produkcji drutów połączona jest poprzez górny odpływ odstojnika 2 z instalacją membranową UF 3, z której wylot koncentratu połączony jest z drugim wlotem do odstojnika 2. Odpływ z dna odstojnika 2 połączony jest z odwadniaczem 5, z którego odpływ fazy wodnej połączony jest z trzecim wejściem do odstojnika 2, a odpływ permeatu z instalacji membranowej UF 3 połączony jest z wlotem do zbiornika ultrafiltratu 4, z którego wylot połączony jest ze zbiornikiem emulsji roboczej 6. Instalacja UF 3 składała się ze zbiornika nadawy (400 dm³) połączonego poprzez kilkustopniową pompę wirową (posiadającą układ regulacji przepływu i ciśnienia) z przemysłowym rurowym modułem ultrafiltracyjnym (membrana FP100 - PVDF, PCI), którego wylot (koncentrat) połączony był ze zbiornikiem nadawy. Trzeci króciec modułu, do odprowadzania wody przenikającej przez membrany (permeat), połączono ze zbiornikiem permeatu UF.

W fabryce kabli miedzianych z linii mikrociągu pobrano 1 m³ emulsji smarującej wycią garki drutu, którą następnie przetrzymano w odstojniku. Po 24 h z górnej części odstojnika pobrano 400 dm³ emulsji, którą napełniono zbiornik nadawy. Roztwór ten zawierał: 145 ppm oleju, 1600 ppm miedzi, 1750 ppm TOC oraz miał mętność równą 340 NTU. Rozkład średnic kropelek był bimodalny i mieścił się w zakresie od 0,1 do 100 mikrometrów (pomiar aparatem Malvern Instrument), co świadczyło o duż ym stopniu zuż ycia emulsji. Stosują c proces UF (ciś nienie transmembranowe 1,8 bara; 25°C; prędkość przepływu 2 m/s) wydzielono z nadawy 360 dm³ permeatu UF, który zawierał 7 ppm oleju, 1580 ppm miedzi oraz miał mętność 6 NTU.

Na bazie wyprodukowanego permeatu UF sporządzono nową emulsję, dodając do permeatu stosowany w linii grubociągu koncentrat DRAWLUB. Badania rozkładu średnic kropelek oleju w sporządzonej emulsji wykazały symetryczny gaussowski rozkład, średnia wartość 0,8 mikrometra, co potwierdza przydatność zastosowania wytworzonej emulsji do smarowania wyciągarki drutu.

Część koncentratu powstałego z oczyszczanej emulsji w instalacji UF (200 ml) skierowano do odwadniacza 5, gdzie ją rozdzielono przez wirowanie (9000 obr/min) i znad uzyskanego osadu zlano 185 ml fazy wodnej zawierającej 27 ppm oleju, 1620 ppm miedzi oraz mającej mętność 8 NTU.

Pozostałą część koncentratu zastosowano do wstępnego mycia zbiornika nadawy, po czym wypłukano go wodą wodociągową, wlano jej 70 dm³ i po godzinie mycia instalacji membranowej w obiegu zamkniętym uzyskano wydajności jednostkowe procesu UF zbliżone do wartości początkowych.

P r z y k ł a d 2

Zastosowano instalację UF opisaną w przykład 1. W fabryce kabli miedzianych z linii grubociągu pobrano 0,6 m³ emulsji smarującej wyciągarki drutu, którą następnie przetrzymano w odstojniku. Po 28 h z górnej części odstojnika pobrano 350 dm³ emulsji, którą napełniono zbiornik nadawy. Roztwór ten zawierał: 245 ppm oleju, 980 ppm miedzi, 1823 ppm TOC oraz miał mętność równą 4340 NTU. Rozkład średnic kropelek mieścił się w zakresie od 0,06 do 300 mikrometrów, co świadczyło o dużym stopniu zużycia emulsji. Stosując proces UF (ciśnienie transmembranowe 1,8 bara; 30°C; prędkość przepływu 2 m/s) z nadawy wydzielono 260 dm³ permeatu UF, który zawierał 9 ppm oleju, 978 ppm miedzi oraz miał mętność 5 NTU. Na bazie wyprodukowanego permeatu UF sporządzono nową emulsję, dodając do permeatu stosowany w linii grubociągu koncentrat DRAWLUB. Badania rozkładu średnic kropelek oleju w sporządzonej emulsji wykazały symetryczny gaussowski rozkład, średnia wartość 0,9 mikrometra, co potwierdza przydatność zastosowania wytworzonej emulsji do smarowania wyciągarki drutu.

P r z y k ł a d 3

Instalacja jak w przykładzie 1, z tym, że odstojnik 2 połączony jest dodatkowo z instalacją 7 linii produkcji cienkich drutów, a zbiornik ultrafiltratu 4 połączony jest dodatkowo z wlotem nadawy i wyjściem koncentratu instalacji NF 8, z której wylot permeatu połączony jest z wlotem do zbiornika wody zmiękczonej 9, z którego wylot połączony jest z wejściem wody zasilającej do obiegu emulsji w linii produkcji drutów 7, przy czym wylot koncentratu z instalacji NF 8 połączony jest także z odstojnikiem 2. Zbiornik ultrafiltratu 4 instalacji ultrafiltracyjnej UF 3 połączono z zasilaniem pilotowej instalacji nanofiltracyjnej 8 (pompa wysokociśnieniowa 30 bar) wyposażonej w moduł spiralny NF-90-2540 (FILMTEC),

PL 209 795 B1 którego wylot koncentratu połączono ze zbiornikiem ultrafiltratu 4 UF, a króciec odprowadzający wodę przenikającą przez membrany NF (permeat NF) połączono ze zbiornikiem wody zmiękczonej 9. Zastosowano emulsję opisaną w przykład 1 i przeprowadzono proces ultrafiltracji (ciśnienie transmembranowe 2 bary; temperatura nadawy 25 - 30°C i jej prędkość przepływu 2,5 m/s) uzyskując permeat UF o skł adzie podobnym do opisanego w przykł ad 1. Otrzymany permeat UF zebrany w zbiorniku 4 poddano dalszemu oczyszczaniu w procesie NF (20 bar), stosując 80% współczynnik odzysku wody. Otrzymany permeat NF zawierał 28 ppm Cu, związków organicznych równoważnych ilości 23 ppm TOC oraz miał mętność równą 0,62 NTU. Pozostały w zbiorniku 4 koncentrat NF przetłoczono do odstojnika 2 i zastosowano go do wstępnego przepłukania instalacji UF. Następnie instalację UF wypłukano wodą wodociągową. Uzyskany permeat NF zastosowano do sporządzenia emulsji (dodając koncentrat WIROL 5000), używanej w linii mikrociągu. W uzyskanej emulsji rozkład wielkości kropel był symetryczny, o średniej wielkości 0,75 mikrometra co świadczy o jakości odpowiedniej do smarowania wyciągarki drutu.

Po zakończeniu separacji emulsji instalację NF wypłukano wodą wodociągową i po godzinie mycia uzyskano wydajności jednostkowe zbliżone do wartości początkowych.

P r z y k ł a d 4

Instalacja jak w przykładzie 1. Przedłużono czas przebywania emulsji w odstojniku do 14 dni. Przebieg procesu UF był zbliżony do uzyskanego w przykład 1. Następnie proces UF powtórzono stosując emulsję o czasie przebywania 28 dni. Wydajność instalacji UF zmniejszyła się o 40% w stosunku do separacji emulsji z czasem przebywania 14 dni. Wydajność początkowa instalacji UF odzyskano myjąc moduł wodą wodociągową z dodatkiem detergentu.

P r z y k ł a d 5

Stosowano instalację UF i emulsję opisaną w przykład 1. Proces UF prowadzono zwiększając ciśnienie transmembranowe od 1 do 4 bar. Wraz ze wzrostem ciśnienia rosła wydajność procesu UF, ale dla ciśnień większych od 2 bar wzrost wydajność przestał być liniowy, co wynikało z narastającego wpływu foulingu (zanieczyszczenia membran).

Claims (9)

1. Sposób oczyszczania i regeneracji emulsji smarujących wyciągarki drutu miedzianego, znamienny tym, że zużytą emulsję smarującą z produkcji drutów przesyła się do odstojnika, w którym się ją przetrzymuje od 1 do 14 dni, po czym znad osadu zbiera się ciecz i jej część przetłacza się z prędkością liniową co najmniej 2 m/s wzdłuż powierzchni membrany ultrafiltracyjnej utrzymując ciśnienie transmembranowe nie przekraczające 2 bar i odbiera się ultrafiltrat, do którego następnie dodaje się składniki emulsji stosowanej do smarowania wyciągarek drutów, po czym uzyskaną emulsję stosuje się ponownie do smarowania tych wyciągarek, zaś tą część ciecz która nie przeniknęła przez membrany zawraca się do reszty cieczy zebranej z odstojnika uzyskując koncentrat.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pozostały w odstojniku osad kieruje się do odwadniacza.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces ultrafiltracji przerywa się, gdy objętość zebranego koncentratu osiągnie wartość równą 10% objętości cieczy odebranej z odstojnika.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że koncentrat stosuje się do płukania odstojnika.

5. Sposób według zastrz. 2 i 3, znamienny tym, że zawartość odstojnika po jego płukaniu tłoczy się do odwadniacza, a wydzieloną fazę wodną zawraca się do odstojnika.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się membrany ultrafiltracyjne o konfiguracji rurowej.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed dodaniem składników emulsji ultrafiltrat doczyszcza się w procesie nanofiltracji.

8. Układ do oczyszczania i regeneracji emulsji smarujących wyciągarki drutu, znamienny tym, że instalacja (1) linii produkcji drutów połączona jest poprzez górny odpływ odstojnika (2) z instalacją membranową UF (3), z której wylot koncentratu połączony jest z drugim wlotem do odstojnika (2), a odpływ z dna odstojnika (2) jest połączony z odwadniaczem (5), z którego odpływ fazy wodnej połączony jest z trzecim wejściem do odstojnika (2), a odpływ permeatu z instalacji membranowej UF (3) połączony jest z wlotem do zbiornika ultrafiltratu (4), z którego wylot połączony jest ze zbiornikiem emulsji roboczej (6).

PL 209 795 B1

9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że odstojnik (2) połączony jest dodatkowo z linią (7) produkcji cienkich drutów, a zbiornik ultrafiltratu (4) połączony jest z wlotem nadawy i wyjściem koncentratu instalacji NF (8), z której wylot permeatu połączony jest z wlotem do zbiornika wody zmiękczonej (9), z którego wylot połączony jest z wejściem wody zasilającej do obiegu emulsji w linii produkcji drutów (7), przy czym wylot koncentratu z instalacji NF (8) połączony jest dodatkowo z odstojni-