CC BY
420
УДК 665.765
Ю. В. Патмаева, Ф. Р. Гариева
ПРОИЗВОДСТВО СМАЗОК: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
Ключевые слова: пластичные смазки.
В данной статье представлены современные способы усовершенствования производства смазочных материалов и интенсификации процесса. Разработана технологическая схема P&ID.
Keywords: greases.
The paper presents the modern ways to improve the production of lubricants and process intensification. The technological P&ID scheme was compiled.
Главными потребителями пластичных смазок выступают такие отрасли, как металлургия, железнодорожный транспорт, нефтегазодобывающая промышленность, машиностроение и металлообработка [1].
Целью проекта является создание производства пластичных смазок широкого спектра применения для ОАО «РЖД».
Пластичные смазки в России производятся на следующих предприятиях: ОАО «Пермский завод смазок и СОЖ», ОАО «РИКОС», КУЗАКС -филиал ОАО «РЖД», ОАО «Нефтемаслозавод», ОАО «Славнефть - Ярославский НПЗ им. Менделеева». Однако около 17% пластичных смазок ввозится из заграницы. Крупнейшими внешними поставщиками смазок являются украинские компании ОАО «АЗМОЛ» и ОАО «Агринол». Оборудование как российских, так и украинских заводов характеризуются большим моральным и физическим износом. Смазки, производимые на основе современных технологий, позволят намного повысить сроки службы и экономичность железнодорожной техники [2].
Проектирование осуществляется по заданию на разработку проектной документации предприятия по производству смазочных материалов различного назначения, а в частности рассматривается узел непрерывного производства редукторных смазок марок «Л» и «З».
При производстве товарных смазочных материалов в качестве компонентов используются базовые масла (нефтяные и синтетические), присадки, загустители и наполнители (рис.1).
Сырьем для получения указанных редук-торных смазок является трансмиссионное масло нигрол (ГОСТ 33-82, ГОСТ 2477-65, ГОСТ 6370-83), осевое масло (ГОСТ 610-72), жировой гудрон (ТУ 2 10-04-11/7-87), стеариновая кислота и гидроксид натрия (ГОСТ 2263-79) [3].
Производство смазочных материалов организовывается как полунепрерывный процесс в потоке системы непрерывного смешения и периодический процесс малотоннажных партий смазок в аппаратах периодического смешения.
Установка полунепрерывного производства сочетает преимущества периодического и непрерывного способов, учитывает специфику производства мыльных смазок и обеспечивает максимально возможную производительность при оптимальном качестве готовой продукции. Длительный опыт рабо-
ты установок полунепрерывного действия по производству смазок массового назначения подтверждает перспективность их широкого применения [4].
Рис. 1 - Составы смазочных материалов
Основные секции установки следующие: подготовки сырья и приготовления увлажненной мыльно-масляной реакционной смеси; выпаривания воды и термомеханического диспергирования загустителя в масле; охлаждения и кристаллизации расплава.
Аппаратурное оформление процесса производства смазок в значительной степени определяется реологическими свойствами смазок (прежде всего вязкостью) и промежуточных продуктов [1].
Для мыльных смазок отмечается резкое (в 50—80 раз) увеличение вязкости в процессе термомеханического диспергирования и ее зависимость от скорости деформирования [5]. Поэтому к конструкции перемешивающего устройства и реактора, в котором совмещаются стадии омыления, обезвоживания, получения и выдержки расплава, а также предварительного охлаждения, предъявляют сложные требования.
Для решения вышеуказанных проблем принято несколько новых технологических решений.
Варочные котлы - аппараты с перемешивающими устройствами - изолируются от теплопо-терь, оборудуются рубашкой, в которую подведена термическая жидкость, а в некоторые еще и охлаждающая вода (двухзонные рубашки). Таким образом, в одном аппарате можно производить и нагрев, и последующее охлаждение до нужных температур, не используя дополнительное оборудование. Это
экономически оправдано при небольших объемах производства серийных смазок [4].
Скребково-лопастные мешалки с переменным числом оборотов позволяют на каждой стадии менять режим перемешивания. Преимуществом данных мешалок перед обычными, с постоянным числом оборотов, является меньшее энергопотребление. Высокая эффективность этих перемешивающих устройств в вязкой среде и гибкое регулирование интенсивности перемешивания сокращают длительность процесса, одновременно повышая качество смазок и воспроизводимость свойств отдельных партий.
Электрообогрев резервуаров предпочтительнее, т.к. позволяет поддерживать температуру в автоматическом режиме с сигнализацией максимальной и минимальной температуры. По сравнению с аналогами экономия энергии составит около 15%, учитывая отсутствие утечки теплоносителя и потерь тепла при повышении температуры окружающей среды [6].
Поскольку предполагается на одной установке производить разные виды смазок, требуется максимально очищать транспортные системы. Коллектор оборудуется скребковым очистителем -скиммером. В качестве сборников-накопителей используют бункеры с обогреваемыми стенками, которые оснащаются системой замкнутой циркуляции смазок через гомогенизирующий клапан. Интенсивное выделение энергии при прохождении продукта через регулируемую область с малыми зазорами между клапаном и седлом производит сильный вихревой поток, при котором неоднородные массы измельчаются [7].
В производстве смазок приходится периодически останавливать процесс для очистки трубопроводов от отложений. К сожалению, в РФ не существует аналогов систем самоочищающихся трубопроводов фирмы FMC Group. Данная система работает при помощи автоматического циркулирования одной или двух чушек в замкнутом контуре и позволяет вести непрерывное производство [8].
Размещение оборудования на установках зависит от конкретных условий. Нами выбрана поэтажная компоновка с размещением оборудования в соответствии с направлением технологических потоков (на верхнем этаже — дозаторы, ниже — аппараты с мешалками, еще ниже — насосы и другое вспомогательное оборудование).
На первом этапе работы над проектом была разработана технологическая схема P&ID в широко используемой в настоящее время программе AutoCAD Plant 3D [9-10], в которой отражаются аннотации всего оборудования, а также его маркировка. Упрощенная схема приведена на рис. 2а, 2б.
Дозирующим насосным агрегатом Р-001, Р-002, Р-003 из расходных емкостей масло 1, омыляе-мые компоненты 2 и раствор (суспензия) гидрокси-да металла 3 подаются в поточный смеситель А-001. Масло перед поступлением в поточный смеситель нагревается в теплообменнике Е-001 до заданной температуры. В поточном смесителе происходит не только смешение, но и частичное омыление жиро-
вых компонентов. После этого смесь поступает в трубчатый змеевик выпарного аппарата К-001, в котором при повышенной температуре и давлении завершается реакция омыления жиров.
А-001
0-0-0-
Рис. 2а - Технологическая P&ID схема
К-001
Рис. 2б - Технологическая Р&ГО схема (продолжение)
Водомасляная суспензия мыла из змеевика через распылительное устройство поступает в выпарную камеру аппарата, где при помощи распыления в объеме и пленочного течения по поверхности
аппарата обезвоживается. В аппарате давление поддерживается вблизи атмосферного, для чего пары из выпарной камеры вакуум-насосом Р-004 отсасываются через конденсатор Е-002.
Обезвоженный продукт дозировочным насосом подается на термообработку в скребковый теплообменник Е-003, смешивается с остатками масла и присадками, подаваемыми дозировочным насосом, поступает в скребковый холодильник Е-004. Охлажденная смазка после скребкового холодильника поступает на фильтрование, гомогенизацию и деаэрирование, затем в емкость-накопитель и на расфасовку.
С учетом принятых технологических решений в программе Aspen Hysys был рассчитан материальный баланс производства смазок, а также произведена предварительная экономическая оценка будущего предприятия: NPV (на момент окупаемости проекта) составляет 700 млн. руб., IRR - 17% при ставке дисконтирования 15%, срок окупаемости - примерно 4 года. Поэтому можно сделать вывод, что проект экономически эффективен.
Литература
1. И. Г. Анисимов, К. М. Бадыштова, С. А. Бнатов и др.; Под ред. В. М. Школьникова/Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и примене-
ние: Справочник. Изд. 2-е - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. - 596 с.
2. Обзор российского рынка пластичных смазок и прогноз его развития в условиях финансового кризиса. [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.infomine.ru, свободный.
3. Ю.А. Ершов/ Коллоидная химия. М.: «ГЭОТАР - Медиа», 2012. - 352 с.
4. А. В. Кузнецов /Топливо и смазочные материалы. - М.: КолосС, 2007. - 199 с.
5. А.В. Быков/ Физические методы исследования. - Учебное пособие. - Тверь: ТГТУ, 2010. - 160 с.
6. Энергоэффективный обогрев технологического оборудования. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://professionali.ru/Soobschestva/energoeffektivnost_i_en ergosberezhenie..
7. Основы химмотологии. Химмотология в нефтегазовом деле: Учебное пособие. - М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2004. - 280 с.
8. Замкнутые самозачищающиеся системы трубопроводов. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.fmctechnologies.com/ru-RU/LoadingSystems/Technologies/ClosedPiggingSystems.a spx, свободный.
9. Матвеева Н.В., Мусин Р.Р. /3Б проектирование установки производства сверхвысокомолекулярного полиэтилена //Вестник Казанского технологического университета. 2013. №10, с. 146-148.
10. Бойкова К.И., Гариева Ф.Р. /Повышение эффективности установки АГФУ//Вестник Казанского технологического университета. 2013. №9, с. 208-210.
© Ф. Р. Гариева - к.х.н., проф. каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, garievafr@mail.ru; Ю. В. Патмаева - студ. той же кафедры.
