RU159757U1 - Устройство для очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций - Google Patents

Abstract

1. Устройство для очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций, содержащее испарительную камеру с нагревателем, вакуумный насос, конденсатор, трубопроводы, подводящие очищаемое масло и отводящие очищенное масло и продукты отгонки, при этом вакуумный насос соединен на входе с конденсатором, сообщенным с трубопроводом, отводящим от испарительной камеры продукты отгонки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит форсунку и вакуумированную камеру; испарительная камера выполнена в виде сообщенных между собой расширяющейся камеры объемного капельного испарения и циклонного испарителя; форсунка встроена выходной частью в вакуумированную камеру, которая выходной частью сопряжена с расширяющейся камерой объемного капельного испарения, которая, в свою очередь, выходной частью сопряжена тангенциально с циклонным испарителем; вакуумный насос выполнен в виде эжектора; нагреватель расположен в верхней части на наружной поверхности циклонного испарителя, в крышку которого вмонтирован приемник пара; при этом приемник пара циклонного испарителя своим выходом сообщен с полостью конденсатора, а эжектор сообщен своей приемной воздушной полостью с данной полостью конденсатора, а также и с полостью вакуумированной камеры; причем трубопровод отработанной воды эжектора соединен со змеевиком конденсатора; циклонный испаритель через свое выходное отверстие сообщен с маслосборником очищенного масла, в котором размещен теплообменник, вход которого соединен с трубопроводом, подводящим очищаемое масло на очистку, а выход - с трубопроводом, подающим масло на форсунку, на котором далее последовательно установлены п

Description

Полезная модель относится к области регенерации отработанных моторных масел и может быть использована, в первую очередь, для удаления воды и низкокипящих фракций углеводородов из отработанного моторного масла, применяемого в судовых дизелях, которые попали в него в процессе эксплуатации, для повышения вязкости масла и повышения температуры вспышки масла - основных эксплуатационных показателей моторного масла для дальнейшего его использования после регенерации.

Как известно, существующие в настоящее время устройства для удаления фракций воды а также и топлива (водо-топливные фракции (ВТФ)), попавших в моторное масло для судовых дизелей, как в процессе эксплуатации, так и в процессе хранения и транспортировки, не удаляют ВТФ достаточно эффективно в силу некоторых конструктивных особенностей и недостатков. Необходимые эффективные малогабаритные регенерационные установки для восстановления эксплуатационных свойств отработанных и отбракованных моторных масел (ОММ) производительностью от 0,3 до 3 кубических метров в час для использования, в частности, в условиях эксплуатации морского судна (крен, дифферент и качка) отсутствуют, а применяемое зачастую сжигание ОММ в котельных установках судов ухудшает экологическую обстановку в акваториях портов и мирового океана, то есть не допустимы по экологическим условиям.

Известно устройство, состоящее из нагревателя, шестеренчатого масляного насоса, трубопроводов с клапанами, манометрами и термометрами, с фильтром или центрифугой с механическим приводом (патент РФ №2163253). Недостатком такого устройства является наличие механического привода и дополнительные расходы на сменно-запасные компоненты - масляные фильтра.

Также известно устройство, включающее емкость с нагревательным элементом, трубопроводы с клапанами и насосами, а также дополнительные фильтры тонкой очистки и дополнительный блок ваккумной перегонки смазочного материала (патент РФ.2232787, С10М 175/02). Недостатком известного устройства является необходимость использования для качественного осуществления процесса очистки оборудования устройства дополнительными фильтрами тонкой очистки и вакуумным блоком перегонки отработанного смазочного материала.

Известно также устройство для реализации способа получения нейтральных регенерированных масел из отработанных моторных масел посредством молекулярной перегонки (а.с. ЧССР №198671, кл. C10M 11/00), которое содержит испарительную камеру с нагревателем, снабженную трубопроводами для подвода и отвода продуктов отгонки и очищенное масло. Недостатком известного устройства является сложность создания ламинарного потока жидкости в пленке, в устройстве не обеспечивается процесс молекулярной дистилляции, наблюдается перегрев масла у стенок испарительной камеры, что приводит к повышенному осмолению масла, закоксовыванию поверхности теплообменника, снижению теплопередачи и повышению энергозатрат.

По большинству признаков наиболее близким к заявляемому решению является известное устройство для очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций (Заявка на выдачу пат. РФ 94037575, опубл. 27.07.1996), предназначенное для осуществления способа по удалению ВТФ из ОММ

По данному известному устройству, очистку осуществляют путем испарения низкокипящих фракций из подогреваемой тонкой пленки водомасляной эмульсии, которую приготавливают при соотношении компонентов 1:0,5-10, а масляную пленку турбулизируют на поверхности нагрева в вакууме. Для этого устройство, на котором осуществляется эта очистка, содержит испарительную камеру с нагревателем, снабженную трубопроводами, подводящими водомасляную эмульсию и отводящими очищенное масло и воду вместе с отделенными примесями, а также конденсатор для сбора масла. Испарительная камера связана с вакуумным насосом, а внутри камеры установлен лопастной ротор, создающий турбулизируемую масляную пленку на поверхности испарительной камеры.

Недостатками указанного известного устройства, помимо его непригодности для частного использования на морских судах, являются:

- а) наличие отдельной емкости для приготовлена эмульсии с использование значительного количества воды, испарение которой требует больших затрат энергии;

- б) конструкция устройства не обеспечивает возможность отделения от масла нелетучих макромолекулярных соединений и коллоидных частиц различной природы, присутствующих в отработанных маслах;

- в) использование в конструкции установки достаточно сложного ротора, вращающегося в условиях вакуума и повышенной температуры, так как закоксовывание нагретой поверхности стенок камеры и осаждение на лопастях, ротора твердых примесей приводит к уменьшению толщины масляной пленки и выходу из строя известного устройства.

По указанным причинам известное устройство применения не нашло.

Технической задачей заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков, создание такого очистного устройства, которое способно работать в условиях, в частности, эксплуатации морского судна (крен, дифферент и качка).

Указанная техническая задача достигается тем, что в известном устройстве для очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций, содержащем испарительную камеру с нагревателем, вакуумный насос, конденсатор, трубопроводы, подводящие очищаемое масло и отводящие очищаемое масло и продукты отгонки, при этом вакуумных насос соединен на входе с конденсатором, сообщенным с трубопроводом, отводящим от испарительной камеры продукты отгонки, В ОТЛИЧИЕ ОТ НЕГО в заявляемом устройстве дополнительно имеется форсунка и вакуумированная камера. Испарительная камера выполнена в виде сообщенных между собой расширяющейся камеры объемного капельного испарения и циклонного испарителя. Форсунка встроена выходной частью в вакуумированную камеру, которая выходной частью сопряжена с расширяющейся камерой объемного капельного испарения, которая, в свою очередь, выходной частью сопряжена тангенциально с циклонным испарителем. Вакуумный насос выполнен в виде эжектора. Нагреватель расположен в верхней части на наружной поверхности циклонного испарителя, в крышку которого вмонтирован приемник пара. При этом приемник пара циклонного испарителя своим выходом сообщен с полостью конденсатора, а эжектор сообщен своей приемной воздушной полостью с данной полостью конденсатора, а также и с полостью вакуумированной камеры. Причем трубопровод отработанной воды эжектора соединен со змеевиком конденсатора. Циклонный испаритель через свое выходное отверстие сообщен с маслосборником очищенного масла, в котором размещен теплообменник, вход которого соединен с трубопроводом, подводящим очищаемое масло на очистку, а выход - с трубопроводом, подающем масло на форсунку, на котором далее последовательно установлены подающий масляный насос, основной подогреватель масла и фильтр тонкой очистки масла. Причем маслосборник очищенного масла снабжен откачивающим масляным насосом, в напорный трубопровод которого встроен диспергатор-дозатор присадки.

Конструктивно целесообразно, в частном случае выполнения, когда форма циклонного испарителя образована сопряжением поверхностей двух тел вращения, верхней из которых является поверхность, образованная усеченным сверху и снизу эллипсоидом с длинной вертикальной осью, а сопряженной с ней нижней является поверхность, образованная эллиптическим параболоидом.

Эксплуатационно оправдано, в частном случае выполнения, когда расширяющаяся камера объемного капельного испарения выполнена в виде усеченного конуса с углом конусности, равным 5…10 градусов, при этом конечные поперечные входное и выходное сечения данной камеры установлены такими, которые образуют равенство скорости движения выходящих паровой и жидкой фракций факела, а длина самой камеры и диаметр ее выходного отверстия установлены такими, которые обеспечивают минимальное смещение оси факела при наличии динамических линейных и угловых перемещений корпуса устройства.

Заявленная совокупность отличительных и ограничительных признаков обеспечивает достижение поставленной технической задачи очистки - удаление водо-топливных фракций из отработанного или отбракованного моторного масла дизельных двигателей в судовых условиях и, что особенно важно, это можно осуществлять в процессе ходовой эксплуатации морского судна, то есть на ходу при бортовой и килевой качке или придвижении судна с бортовым креном или дифферентом.

Форма циклонного испарителя выполнена в виде такого циклонного термическо-вакуумном испарителя, который состоит из двух частей, например: форма составлена из двух тел вращения. Верхняя половина циклона представлена усеченным сверху и снизу эллипсоидом с длинной вертикальной осью. А нижняя часть - сопряженным эллиптическим параболоидом. Форсунка традиционно состоит из конусной запирающей иглы, которая при необходимом зазоре создает конусный факел для распыления ОММ в виде паромасляной эмульсии.

Заявляемое устройство эффективно тем, что для очистки ОММ от ВТФ, после удаления механических примесей (нагрев и фильтрация), применяется термо-вакуумное испарение при последовательном двухэтапном процессе отгона ВТФ: сначала - капельно-пленочная дистилляция в расширяющейся камере объемного (с небольшой конусностью) капельного испарения после форсунки 2, а затем - в циклонном пленочном испарителе, а именно - циклонном термическо-вакуумном испарителе - (ЦТВИ) соответственно, где, за счет конструктивных особенностей нагрева в верхней части и вакуумирования эжекторм, реализуется применение эффекта Ранка - Хилша.

Удаление ВТФ из ОММ происходит за счет создания эжектором в ЦТВИ вакуума, обеспечивающего испарение ВТФ на двух этапах: сначала - в расширяющейся камере объемного капельного испарения капельно-пленочное испарение, за счет турбулизации потока ОММ на выходе из форсунки, и затем - за счет организации пленочного течения масла по кругу внутренней подогреваемой поверхности ЦТВИ и испарения из пленки масла паров ВТФ, которые движутся спутно потоку пленки масла сверху вниз и благодаря его форме в виде сопряжения двух тел вращения, образуют внешний вихрь паров воды и топлива, движущийся по часовой стрелке.

Затем в нижней части ЦТВИ пары ВТФ, за счет вакуумирования ЦТВИ в верхней части, меняют свое направление против часовой стрелки и движутся вверх, образуя внутренний вихрь по эффекту Ранка - Хилша. Таким образом, из-за указанного эффекта температура внешнего вихря увеличивается, что улучшает процесс удаления ВТФ из пленки масла, а температура внутреннего вихря, соответственно, уменьшается, и поэтому поток паров ВТФ из-за охлаждения уменьшает свою температуру и объем и движется в сторону вакуумирования, попадая в конденсато-сборники, соответственно, воды и топлива отдельно. В совокупности этого, за счет исключения вращающихся в вакууме частей ротора, упрощается конструкция, обуславливающая ранее выход из строя устройства, обеспечивается возможность отделения от масла нелетучих макромолекулярных соединений и коллоидных частиц, исключаются закоксовывание нагретой поверхности стенок циклонного испарителя и излишний расход энергии на испарение воды, чему способствует и установка теплообменника в маслосборнике.

Благодаря наличию совокупности признаков частного выполнения, а именно «конечные поперечные входное и выходное сечения расширяющейся камеры объемного капельного испарения установлены такими, которые образуют равенство скорости движения выходящих паровой и жидкой фракций факела, а длина самой камеры и диаметр ее выходного отверстия установлены такими, которые обеспечивают минимальное смещение факела при наличии динамических линейных и угловых перемещений корпуса устройства», достигается возможность применения устройства на морских судах.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором дана общая схема установки регенерации масла, реализующей заявляемое устройство.

Заявляемое устройство содержит расширяющуюся камеру 1 объемного капельного испарения; форсунку 2, встроенную выходом в вакуумированную камеру 3, а также циклонный испаритель 4, сообщающийся с расширяющейся камерой 1 объемного капельного испарения, образующие совместно испарительную камеру. Причем вакуумированная камера 3 на выходе сопряжена с расширяющейся камерой 1 объемного капельного испарения. Циклонный испаритель 4 покрыт по всей своей поверхности теплоизоляцией 5, в верхней части его наружной поверхности расположен нагреватель 6, а в его крышку вмонтирован приемник пара 7. Камера 1 объемного капельного испарения своей выходной частью тангенциально сопряжена с циклонным испарителем 4 на его отверстии сопряжения 8 в верхней части поверхности. Циклонный испаритель 4 имеет выходное отверстие 9, расположенное в его нижней части. На подающем масло на форсунку 2 трубопроводе последовательно установлены подающий масляный насос 10, основной подогреватель масла 11 и фильтр тонкой очистки масла 12. На трубопроводе, подводящем очищаемое масло на очистку, установлен фильтр грубой очистки 13. Приемник пара 7 циклонного испарителя 4 своим выходом сообщен с полостью конденсатора 14, а вакуумный насос выполнен в виде эжектора 15, сообщенного своей воздушной полостью с данной полостью конденсатора 14, а также и с полостью вакуумированной камеры 3. Причем трубопровод отработанной воды 16 эжектора 15 соединен со змеевиком (не показан) конденсатора 14. Циклонный испаритель 4 через свое выходное отверстие 9 сообщен с маслосборником очищенного масла 17, в котором размещен теплообменник 18, вход которого после фильтра грубой очистки 13 соединен с упомянутым подводящим очищаемое масло на очистку трубопроводом, а выход - с упомянутым подающим масло на форсунку 2 трубопроводом до его подающего масляного насоса 10. Причем маслосборник очищенного масла 17 снабжен откачивающим масляным насосом 19, в напорный трубопровод которого встроен диспергатор-дозатор присадки 20.

Заявляемое устройство используют следующим образом: загрязненное масло через фильтр грубой очистки 13, теплообменник 18 насосом 10 подают на подогреватель масла 11. От подогревателя И через фильтр тонкой очистки 12 масло с параметрами давления от 1 до 2,5 МПа и температурой от 30 до 170°C поступает на форсунку 2. Из форсунки 2 линейный факел без крутки распыленного масла в виде узкого полого конуса через вакуумированную камеру распыла ОММ 3 со скоростью 25-40 м/с подается в камеру объемного капельного испарения 1, где за счет вакуума перегретые капли диспергированной в масле воды мгновенно испаряются.

«Микровзрывы», разрывая частицы распыленного форсункой 2 масла на десятки более мелких частиц, в сотни раз увеличивают поверхность испарения масла. Одновременно растет внутренняя турбулизация и поперечное сечение факела. В камере объемного капельного испарения 1 из масла испаряется вся вода и часть легких топливных фракций. Разрежение в вакуумированной камере распыла ОММ 3 используется для формирования факела распыленного масла и вакууммирования конденсатора 14. Давление (абсолютное) в камере объемного капельного испарения 1 и в циклонном испарителе 4 (далее циклоне) поддерживается в диапазоне от 0,01 до 0,03 МПа при температуре от 100 до 160°C.

Камера объемного капельного испарения 1 представляет собой конус, соосный с форсункой с небольшим углом конусности, например, в частном случае, от 5 до 10 градусов, расширяющийся по движению факела. Поперечное сечение камеры объемного капельного испарения 1, в частном случае выбрано таким, чтобы скорости движения паровой и жидкой фракций факела были примерно равными, а длина камеры и диаметр выходного отверстия 8 сопряжения камеры 1 соотносятся так, чтобы при заданных динамических линейных и угловых движениях корпуса устройства (не показано) перемещение оси факела на выходе за время прохождения масла от среза форсунки до выходного отверстия камеры 1 было меньше зазора δ_в между внешним диметром факела на входе через это отверстие 8 в циклон 4 из камеры 1 и диаметром самого данного отверстия.

За счет суммарного взаимодействия в пленке сил инерции движущегося масла, сил трения между маслом и стенкой циклона, внутренних сил трения в масле и центробежных сил движение пленки масла по стенке циклона осуществляется волнообразно попеременными вихрями, перекатывающимися по стенке циклона по спирали вниз, обеспечивая высокую интенсивность массо- и теплообмена в пленке и высокую интенсивность и полноту испарения топливных фракций из пленки.

Пары воды и топлива, испарившиеся в камере объемного капельного испарения 1 и отсепарированные в циклоне 4 за счет формы циклона и инерционных сил движутся в циклоне по двум вихрям: внешнему, движущемуся попутно перемещению пленки масла по спирали сверху вниз, и внутреннему, поднимающемуся снизу циклона вверх к выходному приемнику пара 7 циклона 4 по спирали с обратным вращением. За счет эффекта Ранка-Хилша температура внешнего вихря выше температуры внутреннего парового вихря, что способствует интенсификации процесса пленочного испарения.

Из выходного приемника 7 пары воды и топлива транспортируются в конденсатор 14, где за счет охлаждения они конденсируются до температуры 25-30°C и далее удаляются на утилизацию. Дополнительно к вакуумированной камере распыла ОММ 3 при температуре 30-35°C, для вакуумирования конденсатора 14, циклона 4 и камеры объемного капельного испарения 1 используют водяной эжектор 15. Отработанная вода эжектора по трубопроводу 16 используется для охлаждения конденсатора 14.

Пленка масла в циклоне после испарения топливных фракций самотеком через выходное отверстие 9 внизу циклона 4 стекает при температуре 120-100°C в маслосборник 17, установленный ниже циклона. В маслосборнике 17 очищенный нефтепродукт охлаждается маслом, поступающим на регенерацию через теплообменник 18, снижая тепловые затраты на работу установки. Из данного маслосборника откачивающим масляным насосом 19 охлажденное масло через диспергатор - дозатор присадки 20 и фильтр тонкой очистки 21 транспортируется в емкость чистого масла (не показано).

При отсутствии необходимости дозировать присадку в другом, частном варианте, откачивающий насос чистого масла 19 из схемы можно исключить, но в этом случае данная емкость чистого масла должна быть расположена ниже уровня маслосборника 17 на высоту больше высоты вакуума в циклоне, либо вакуумироваться вместе с циклоном 4. Для компенсации охлаждения факела масла, происходящего в камере капельного испарения 1, и масляной пленки в верхней части циклона 4, происходящего от интенсивного испарения, в верхней части циклона 4 установлен подогреватель 6.

На этапе капельного испарения из масла удаляется вся вода и большая часть легких топливных фракций, причем наличие в масле диспергированной воды увеличивает эффективность капельного испарения за счет вторичного распыла капель масла и местной турбулизации факела путем кавитации от микровзрывов перегретых капель воды в насадке (не показана) форсунки 2. Стабилизация этапа объемного капельного испарения обеспечивается формой данной цилиндрической камеры и высокой скоростью факела (обеспечивается конструкцией форсунки 2 (ноу-хау). Одновременно с дистилляцией, в камере объемного капельного испарения 1 из распыленного обезвоженного масла и паров воды и топлива формируется двухфазный узкий паро-жидкостный факел с высокой линейной скоростью, который непосредственно из данной цилиндрической камеры объемного капельного испарения тангенциально подводится на внутреннюю неподвижную поверхность в верхней части ЦТВИ.

Форму и размерные характеристики циклона 4 выбирают такими, чтобы обеспечить движение пленки масла на начальном этапе с высокой линейной и угловой скоростью по спирали сверху вниз и безотрывное течение пленки на всей поверхности циклона, исключить разбрызгивание пленки масла факелом, а движение паровой фазы в объеме циклона организовать с высокой угловой скоростью по двойной спирали: внешний вихрь сверху вниз спутно движению пленки масла и внутренний вихрь снизу вверх с противоположным вращением.

Тангенциальный подвод распыленного масла в верхней части циклона, его высокая линейная скорость и форма циклона, образованного сопряжением тел вращения, обеспечивают создание на его поверхности тонкой пленки масла, движущейся по внутренней поверхности циклона с высокой линейной и угловой скоростью. Высокая угловая скорость пленки на этапе пленочного испарения обеспечивают полное разделение паровой и жидкой фаз факела после этапа капельного испарения и эффективную стабилизацию пленки в поле центробежных сил при статических и динамических воздействиях, линейных и угловых перемещениях (наклонах) установки. При этом формирование пленки из обезвоженного на первом этапе масла, место подвода факела и вывод пленки масла из зоны воздействия факела, за счет формы циклона, исключают вторичное разбрызгивание масла в циклоне и капельный унос масла с паровой фазой. Форма циклона и место подвода факела обеспечивают движение пленки масла по спирали сверху вниз. Такое движение пленки масла характеризуется интенсйвным тепло и массообменном. В соответствии с эффектом Ранка-Хилша температура внешнего вихря выше температуры внутреннего вихря. Интенсивный тепло и массообмен в пленке и воздействие горячей паровой фазы на поверхность пленки масла в условии вакуума обеспечивают высокую скорость и полноту испарения из пленки топливных фракций и многократно превышают скорость испарения топливных фракций на этапе пленочного испарения по сравнению ламинарным движением пленки в традиционных ротационно-пленочных испарителях.

Claims (3)

1. Устройство для очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций, содержащее испарительную камеру с нагревателем, вакуумный насос, конденсатор, трубопроводы, подводящие очищаемое масло и отводящие очищенное масло и продукты отгонки, при этом вакуумный насос соединен на входе с конденсатором, сообщенным с трубопроводом, отводящим от испарительной камеры продукты отгонки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит форсунку и вакуумированную камеру; испарительная камера выполнена в виде сообщенных между собой расширяющейся камеры объемного капельного испарения и циклонного испарителя; форсунка встроена выходной частью в вакуумированную камеру, которая выходной частью сопряжена с расширяющейся камерой объемного капельного испарения, которая, в свою очередь, выходной частью сопряжена тангенциально с циклонным испарителем; вакуумный насос выполнен в виде эжектора; нагреватель расположен в верхней части на наружной поверхности циклонного испарителя, в крышку которого вмонтирован приемник пара; при этом приемник пара циклонного испарителя своим выходом сообщен с полостью конденсатора, а эжектор сообщен своей приемной воздушной полостью с данной полостью конденсатора, а также и с полостью вакуумированной камеры; причем трубопровод отработанной воды эжектора соединен со змеевиком конденсатора; циклонный испаритель через свое выходное отверстие сообщен с маслосборником очищенного масла, в котором размещен теплообменник, вход которого соединен с трубопроводом, подводящим очищаемое масло на очистку, а выход - с трубопроводом, подающим масло на форсунку, на котором далее последовательно установлены подающий масляный насос, основной подогреватель масла и фильтр тонкой очистки масла; причем маслосборник очищенного масла снабжен откачивающим масляным насосом, в напорный трубопровод которого встроен диспергатор-дозатор присадки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что форма циклонного испарителя образована сопряжением поверхностей двух тел вращения, верхней из которых является поверхность, образованная усеченным сверху и снизу эллипсоидом с длинной вертикальной осью, а сопряженной с ней нижней является поверхность, образованная эллиптическим параболоидом.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расширяющаяся камера объемного капельного испарения выполнена в виде усеченного конуса с углом конусности, равным 5-10 градусов, при этом конечные поперечные входное и выходное сечения данной камеры установлены такими, которые образуют равенство скорости движения выходящих паровой и жидкой фракций факела, а длина самой камеры и диаметр ее выходного отверстия установлены такими, которые обеспечивают минимальное смещение оси факела при наличии динамических линейных и угловых перемещений корпуса устройства.

Images