Получение смазочных материалов на основе отходов производства растительных масел для использования в сельскохозяйственной технике

Введение. В связи с неуклонным ухудшением экологической обстановки во всем мире резко возрос интерес к практическому использованию продуктов растительного происхождения, в частности масел и смазок. Они нетоксичны, обладают высокой биоразлагаемостью, сырье для производства - возобнавляемое. В данной работе предлагается использовать отходы от производства растительных масел, объемы которых составляют 5-15% от получаемого чистого масла, в качестве сырья для получения технических смазок.

Отходы производства растительных масел в больших объемах присутствуют как в малотоннажном производстве, так и на крупных масло-производствах. По своим физико-химическим характеристикам большая часть отходов не пригодна для использования в пищевых целях, однако содержит компоненты, полезные для переработки в смазочные и консервационные материалы, востребованные сельскохозяйственным производством.

В системах смазки машин, работающих со значительными и длительными нагрузками, нефтяные масла имеют ряд преимуществ перед растительными, прежде всего из-за высокой стабильности. Однако композиции на основе продуктов растительного происхождения обладают лучшими вязкостно-температурными характеристиками в отличие от нефтяных масел, соответствуют современным требованиям к смазочным и гидравлическим маслам по смазывающей способности, защите от коррозии сплавов железа и цветных металлов, противопенным, деаэрационным и де-эмульгирующим свойствам.

Поэтому нами были исследованы возможности получения в условиях сельского товаропроизводителя экологически чистых гидравлических, трансмиссионных масел и пластичных смазок на основе отходов от производства растительных масел.

Материалы и методы. Исследование отходов производства растительных масел и композиций на их основе проводилось на базе лаборатории «Использования смазочных материалов и отработанных нефтепродуктов» ГНУ ВНИИТиН, а также сельскохозяйственных предприятий Тамбовской области с использованием методик физико-химического анализа состава и свойств растительных масел, отходов их производства, методик очистки смазочных материалов, определения противоизносных свойств смазочных композиций, стендовых и эксплуатационных испытаний, с использованием современных приборов и оборудования.

Результаты исследований и их обсуждение. Учитывая важность экологической составляющей проблемы переработки и использования смазочных материалов на основе отходов производств растительных масел, были исследованы процессы биологического разложения продуктов очистки растительных масел после их получения отжимом и центрифугированием.

Лабораторными исследованиями водопроводной воды, загрязненной минеральными маслами, растительными маслами и отходами их производства, а также продуктами их переработки установлено, что по биоразлагаемости они гораздо активнее, чем минеральные масла без присадок (И-12) или с присадками (М10-Г₂к). Определение биохимического потребления кислорода в водах, загрязненных исследуемыми маслами (рисунок 1), показало, что уже на третьи сутки хранения воды с примесями растительных масел или продуктов отходов их получения и переработки имеет место значительное снижение концентрации растворенного кислорода в этих водах, что свидетельствует об активных биоразлагающих процессах, протекающих в этих средах.

РМ - рапсовое масло; ПМ - подсолнечное масло; ПРМ - полимеризованное рапсовое масло; ОРМ - оксидированное рапсовое масло; Отст. РМ - отстой рапсового масла; ПОП ДІМ - продукты отходов получения подсолнечного масла.

Полученные данные достаточно хорошо соотносятся с высокой биоразлагаемостью растительных масел при их попадании в почву или водные ресурсы.

Технологии получения растительных масел из различных маслосемян идентичны. Отходы от производства кукурузного, льняного, рапсового и пр. масел по физико-химическим показателям сопоставимы с отходами получения подсолнечного масла и могут быть использованы для получения технических смазок.

Как показали исследования (таблица 1), нагрев отходов от производства подсолнечного и рапсового масел с доступом воздуха при температуре 300 °С в течение нескольких часов приводит к образованию вязких продуктов, которые могут служить в качестве вязкостных и проти-воизносных добавок, а также выступать в качестве основы для получения пластичных смазок или аналогов трансмиссионных масел.

Отходы ПМ и РМ при нагреве до 300°С с доступом воздуха уже за два часа трансформируются в высоковязкие продукты, совместимые с минеральными и растительными маслами, способные повышать их вязкость и улучшать смазывающую способность. Так, 3% добавка продукта оксидирования и полимеризации подсолнечного масла (фракция 8 часов) к индустриальному маслу И-20А незначительно увеличила его вязкость, но привела к существенному (20%) увеличению смазывающих свойств данного масла, оцененных по диаметру пятна износа на машине трения (таблица 2).

Не исключено, что такие продукты переработки отходов производства растительных масел могут найти применение как экологически чистые вязкостные и противоиз-носные добавки к минеральным и синтетическим маслам. Продукты переработки с меньшей кинематической вязкостью (от 15 до 20 мм /с при 100°С) имеют все необходимые свойства для их использования в качестве аналога трансмиссионной смазки в мало-нагруженных агрегатах.

Стендовые испытания продукта оксидирования и полимеризации отходов производства подсолнечного масла в малонагруженном редукторе показали, что этот материал может являться альтернативой трансмиссионным маслам эксплуатационных групп ТМ-2, 3 (ТЭп-15, ТАП-15В).

При более длительном нагреве отходов производства растительньгх масел можно получить из них пластичные смазки. Так, нагрев отходов производства рапсового масла в течение 8 - 10 часов при температуре 300°С превращает их в пластичный продукт, по своим характеристикам сопоставимый с пластичной смазкой общего назначения -солидолом (таблица 3).

В то же время, основными недостатками растительных масел, ограничивающими их широкое использование в качестве основы технических смазок, является присутствие в них специфических примесей растительного происхождения. Существующие способы очистки масел и оборудование для их осуществления не позволяют в условиях сельхозпредприятий решать задачи использования в собственном производстве экологически чистого смазочного материала на основе продуктов растительного происхождения.

В ГНУ ВНИИТиН разработан новый способ очистки жидкой части отходов производства подсолнечного, кукурузного, рапсового масел от нежелательных при-месейс получением масла, характеристики которого близки к основе минеральных масел. Основой способа является активизация процессов коагуляции водой, что может быть использовано и для очистки технических растительных масел, например рапсового, от примесей, нежелательных при эксплуатации масел в смазочных системах [1].

На основе разработанных ГНУ ВНИИТиН инновационных процессов удаления примесей разработана установка для очистки растительных масел и отходов их производства [2]. Очистка производится с использованием доступного коагулянта и позволяет получать продукты с более низкой температурой застывания, улучшенными смазывающими свойствами и незначительной пенообразующей способностью.

Стендовые испытания показали, что полученные аналоги гидравлических, трансмиссионных масел и пластичных смазок на базе подсолнечного и рапсового масел по своим трибологическим свойствам превосходят исходные растительные масла и отходы их производства и приближены по показателям к товарным нефтяным смазкам. В результате сравнительных эксплуатационных испытаний смазочных композиций на основе растительных масел и нефтяных масел М-8В2 и ТЭп-15 в агрегатах трансмиссии и гидравлических систем тракторов установлена возможность замены минеральных масел композициями из растительных масел или отходов их производств.

Для получения экологически чистых масел и смазок в условиях сельского товаропроизводителя разработано оборудование и несложные технологии получения гидравлического, трансмиссионного масел, пластичной смазки из жидких отходов от производства растительных масел. Технологическая схема приведена на рисунке 2.

Выводы

В целом внедрение малозатратных, адаптированных к условиям АПК технологических процессов получения экологически чистых масел и смазок из отходов производства растительных масел позволяет снизить потребление традиционных смазочных материалов нефтяного происхождения и, соответственно, снизить их негативное воздействие на окружающую среду при сохранении основных требований и свойств, предъявляемых к современным смазочным материалам.