处理切削液的方法和装置与流程

本发明涉及混合物的分离技术领域，具体涉及一种处理切削液的方法和装置。

背景技术：

随着现代机械制造业的快速发展，切削液在机械加工中得到了广泛应用，用量迅速增加。但切削液使用一定期限后就会失效，变成工业废液。切削液失效的主要原因是其在循环使用过程中不可避免地混入某些杂质，如金属粒子(碎屑)、灰尘、磨料粉粒、纤维、游离的杂油、切削油中的水等。当这些杂质含量较高时，在使用中会有损于刀具和被加工表面。再者，这些杂质是切削液氧化变质的主要催化剂，它们会加速切削液的化学变化导致较高的酸性和较大的界面张力，从而使切削液变质失效。如何处理废弃切削液，回收其中的油，减少废弃污染物排放，已成为切削液研究的一个重要课题。

目前一般企业常用生化法、凝聚法、重力分离法、沉淀法、曝气法、电解法、气浮法等对切削液进行处理。但上述几种工艺在回收切削液中的废油，净化切削液中的废水上仍存在效果不佳、效率不高的情况。

技术实现要素：

本发明提供一种处理切削液的方法和相应装置。

一方面，本发明的实施例涉及一种处理切削液的方法，包括：

(1)将切削液加热到50℃至95℃范围内；

(2)将加热后的切削液静置，使其分为上下两层，其中上层为油相，下层为水相；

(3)将分层后的切削液进行液液分离，得到油相和水相；以及

(4)在第一操作压力下，将所述水相流经第一级陶瓷膜，得到透过所述第一级陶瓷膜的第一过滤液和被所述第一级陶瓷膜截留形成的第一浓缩液，将所述第一浓缩液的至少一部分回流作为所述第一级陶瓷膜的进水。

在某些实施例中，除了对水相采用单级陶瓷膜分离外，本发明的方法可以包括对所述水相采用多级陶瓷膜分离。当采用多级陶瓷膜分离时，上一级分离出的过滤液，经过加压，进入下一级陶瓷膜，下一级陶瓷膜分离得到的浓缩液的至少一部分回流，与上一级分离出的过滤液混合，作为下一级陶瓷膜的进水。在某些实施方式中，本发明的方法包括两级陶瓷膜分离步骤，在上述(1)-(4)步骤的基础上，还包括如下步骤：

(5)在第二操作压力下，将所述第一过滤液流经第二级陶瓷膜，得到透过所述第二级陶瓷膜的第二过滤液和被所述第二级陶瓷膜截留形成的第二浓缩液，将所述第二浓缩液的至少一部分回流作为所述第二级陶瓷膜的进水，其中，所述第二操作压力高于所述第一操作压力。

在某些实施例中，在步骤(1)中，切削液可以被加热至较高的温度，例如上述的50℃至95℃，优选60℃至90℃范围内，更优选70℃至85℃范围内。

在某些实施例中，在步骤(2)中，所述静置的时间可根据实际分层情况决定，待油相和水相的界面清晰即可。在某些实施例中，静置时间可以是20至120分钟。

在某些实施例中，在步骤(2)中，所述静置过程中，使所述加热后的切削液自然冷却。在另外一些实施例中，在步骤(2)中，所述静置过程中，使所述加热后的切削液保温在60℃至80℃范围内，优选地，保温在80℃。

另一方面，本发明的实施例涉及一种处理切削液的装置，包括：

加热单元，包括加热设备和温度控制设备，用于将切削液加热到50℃至95℃范围内；

液液分离单元，用于将加热后的切削液静置，使其分为上下两层，其中上层为油相，下层为水相，并将分层后的切削液进行液液分离，得到油相和水相；

第一级陶瓷膜分离单元，包括第一级陶瓷膜和第一增压设备，用于在第一操作压力下过滤所述水相，得到透过所述第一级陶瓷膜的第一过滤液，和被所述第一级陶瓷膜截留形成的第一浓缩液；

第一回流单元，用于将所述第一浓缩液的至少一部分回流至所述第一级陶瓷膜的进水；以及

用于连接所述加热单元、所述液液分离单元、和所述第一级陶瓷膜分离单元的管道。

在某些实施例中，所述第一级陶瓷膜的孔径在20至50nm范围内，操作压力为2-10bar，过膜温度在50℃至95℃范围内。

在某些实施例中，本发明的装置可以包括多级陶瓷膜分离单元，在这种情况下，本发明的装置除了包括第一级陶瓷膜分离单元外，还包括，例如，第二级、第三级、第四级，等等的陶瓷膜分离单元。当采用多个陶瓷膜分离单元时，上一级的过滤液出口与下一级陶瓷膜分离单元的入口相连接，下一级陶瓷膜分离单元的浓缩液出口与上一级陶瓷膜分离单元的入口相连通。其中，下一级陶瓷膜的孔径小于上一级陶瓷膜的孔径，下一级陶瓷膜的操作压力大于上一级陶瓷膜的操作压力。在某些实施方式中，本发明的装置还包括第二级陶瓷膜分离单元，包括第二级陶瓷膜和第二增压泵，用于在第二操作压力下过滤所述第一过滤液，得到透过所述第二级陶瓷膜的第二过滤液，和被所述第二级陶瓷膜截留形成的第二浓缩液；以及第二回流单元，用于将所述第二浓缩液的至少一部分回流至所述第二级陶瓷膜的进水。进一步地，所述第二级陶瓷膜的孔径在1至20nm范围内，操作压力为3-20bar，过膜温度在50℃至95℃范围内。

在某些实施例中，本发明的装置还包括第一能量回收单元，用于使所述水相与所述第一浓缩液之间进行能量交换。更进一步地，本发明的装置还包括第二能量回收单元，用于使第二级陶瓷膜分离单元的进液与第二浓缩液之间进行能量交换。

在某些实施例中，本发明的装置还包括第三回流单元，用于将所述第一浓缩液的至少一部分回流至所述加热单元。

本发明的处理切削液的方法和相应的装置，首先通过加热破乳，然后进行油水分离，最后通过陶瓷膜过滤对水相进行进一步处理。在整个过程中，不使用化学药剂，采用加热、过滤等物理方法，操作简便。如上所述，陶瓷膜过滤可以采用单级陶瓷膜单元，也可以采用多级陶瓷膜单元。

附图说明

附图以及下面的详细描述用于帮助理解本发明的特征和优点，其中：

图1为依据本发明实施例的处理切削液的装置100的结构示意图。

具体实施方式

除非本申请中清楚地另行定义，所用到的科学和技术术语的含义为本申请所述技术领域的技术人员通常所理解的含义。本申请中使用的“包括”、“包含”、“具有”或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。

本申请中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于所述具体数量，还包括与所述数量接近的、可接受的、不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”、“左右”等修饰一个数值，意为本发明不限于所述精确数值。在某些实施例中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。本发明中的数值范围可以合并及/或互换，除非另行清楚说明，数值范围包括其所涵盖的所有数值子范围。

在说明书和权利要求中，除非清楚地另行指出，所有项目的单复数不加以限制。本申请说明书及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的材料或实施例等。

除非上下文另外清楚地说明，术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。

本说明书中提及“一些实施例”等，表示所述与本发明相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或不可能出现于其它实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以以任何适当的方式结合。

本申请中提及的“油相”是指以油为主要成分的混合物，例如“油相”中仍可能含有少量水。同样，本申请中提及的“水相”是指以水为主要成分的混合物，例如“水相”中仍可能含有少量油或其它成分。

以下结合附图说明本发明的实施方式。图1为依据本发明实施例的处理切削液的装置100的结构示意图。装置100包括加热单元101，液液分离单元103，油相储罐105，水相储罐107，第一级陶瓷膜分离单元109，第一过滤液储罐111，以及连接管道。其中，所述连接管道包括：加热单元101的进液管151，加热单元101与液液分离单元103的连接管道153，液液分离单元103分别与油相储罐105、水相储罐107的连接管道155、157，水相储罐107与第一级陶瓷膜分离单元109入口的连接管道159，第一级陶瓷膜分离单元109的过滤液出口与第一过滤液储罐111的连接管道163，以及，连接第一级陶瓷膜分离单元109的浓缩液出口与水相储罐107的回流管道165。

加热单元101包括加热设备和温度控制装置，用于加热待处理切削液。在某一具体实施例中，加热单元101采用电加热棒对切削液进行加热。

液液分离单元103包括任何能够实现油相和水相分离的设备。在某些实施例中，液液分离单元103采用以油相与水相的密度差为推动力的重力分离罐。

第一级陶瓷膜分离单元109包括第一级陶瓷膜和第一增压设备，用于过滤所述水相，得到透过所述第一级陶瓷膜的第一过滤液，和被所述第一级陶瓷膜截留形成的第一浓缩液。所述第一级陶瓷膜的孔径在20至50nm范围内，操作压力为2-10bar，过膜温度在50℃至95℃范围内。所述第一增压设备可以采用离心泵。

在使用装置100处理切削液时，切削液通过管道151进入加热单元101，在加热单元中被加热至50℃至95℃范围内；然后将加热后的切削液通过管道153引入液液分离单元103中静置，使其分为上下两层，其中上层为油相，下层为水相，静置时间可根据分层情况而定，例如静置直至油水界面清晰为止，在某些实施例中，静置时间是20至120分钟；然后，将分层后的切削液进行液液分离，得到油相和水相，将油相通过管道155引入油相储罐105，将水相通过管道157引入水相储罐107；将水相通过管道159引入第一级陶瓷膜分离单元109中，进行加压过滤，得到第一过滤液和第一浓缩液；将第一过滤液通过管道163引入第一过滤液储罐，将第一浓缩液通过回流管道165回流至水相储罐107。

对于油相储罐105中的油相，可以进行资源化利用，例如，可以作为燃料，或者输送至炼油厂进一步回炼。

在某些实施例中，装置100还包括水相储罐107与加热单元101之间的连接管道161，用于将水相储罐107中液体的至少一部分回流至加热单元101。水相储罐107中的液体包括来自液液分离单元103的水相，以及来自第一陶瓷膜分离单元109截留的第一浓缩液，将此液体的至少一部分通过管道161回流至加热单元101，可以再次通过加热和液液分离进行油水分离。

在某些实施例中，装置100还包括连接第一过滤液储罐111和水相储罐107的回流管道175，用于将第一过滤液的至少一部分回流至水相储罐。随着分离进行，第一过滤液储罐中的第一过滤液的油的浓度不断增高，容易造成孔径更小的第二级陶瓷膜的堵塞，因此将第一过滤液的至少一部分回流到水相储罐，能够保持第一过滤液储罐中油的浓度的稳定。

在某些实施例中，装置100还包括清洗液储罐113和连接清洗液储罐113与每一级陶瓷膜的管道，例如管道167、177。清洗液储罐113中所储存的清洗液，作为一个实施例，采用5％质量分数的氢氧化钠热溶液(例如，80℃)。当陶瓷膜被堵塞后，可以将陶瓷膜在10bar的压力下使用清洗液清洗1小时，从而恢复陶瓷膜的至少一部分的通量。

在某些实施例中，装置100还包括：第二级陶瓷膜分离单元117，第二过滤液储罐119，连接第一过滤液储罐111和第二级陶瓷膜分离单元117入口的管道169，连接第二级陶瓷膜分离单元117过滤液出口与第二过滤液储罐119的管道171，以及，连接第二级陶瓷膜分离单元117浓缩液出口与第一过滤液储罐111的回流管道173。第二级陶瓷膜分离单元117可以将第一过滤液进行再次过滤，达到进一步纯化的目的。所述第二级陶瓷膜的孔径在1至20nm范围内，操作压力为3-20bar，过膜温度在50℃至95℃范围内。

在某些实施例中，装置100还包括第三、第四等多级陶瓷膜分离单元(未图示)。所述第三、第四级陶瓷膜分离单元的连接方式可类比第二级陶瓷膜分离单元的连接方式。其中，后一级陶瓷膜的孔径小于前一级陶瓷膜的孔径，后一级的操作压力高于前一级的操作压力。

在某些实施例中，装置100还包括第一能量回收单元115，用于使第一级陶瓷膜分离单元109的进液与第一浓缩液之间产生能量交换。第一浓缩液带有高压，通过能量回收装置，能够对第一陶瓷膜分离单元的进料加压。进一步地，装置100还可以包括第二能量回收单元121，用于使第二级陶瓷膜分离单元117的进液与第二浓缩液之间产生能量交换。在某些实施例中，能量回收装置是一个轴的两端带有涡轮的一个机械机构，利用第二浓缩液的高压流动冲击其中的第一涡轮，使第一涡轮旋转，通过轴带动第二涡轮旋转，第二涡轮的旋转用于提高第二级陶瓷膜分离单元117的进液的压力。

以下通过对比例和具体实验示例来进一步说明本发明的处理切削液的方法。示例中所采用的陶瓷膜为南京福林德环保科技有限公司出品的50厘米长，孔径分别为25nm、8nm的陶瓷膜元件。

对比例

取20公斤切削液加入进料罐，不加热，在室温下经过离心泵加压至10bar，直接进入0.5米长8nm孔径的单支陶瓷膜，切削液被分离成两个流股：第一流股是透过陶瓷膜的过滤液，第二流股是被陶瓷膜截留的浓缩液。收集过滤液；将浓缩液回流至进料罐，随切削液原料进入上述陶瓷膜继续处理。随着过滤进行，陶瓷膜的过滤液流量逐渐减小，约过5分钟，无过滤液流出，此时共收集到透过陶瓷膜的过滤液15ml。

示例一

取20千克切削液加入进料罐，将切削液加热至80℃，静置30分钟，切削液出现分层，上层为密度较小、呈褐色的油相，下层为密度较大，呈半透明淡黄色的水相，分离得到的油相和水相的质量分别为0.6千克、19.4千克。将分离后的水相经过离心泵加压至10bar，进入0.5米长8nm孔径的单支陶瓷膜，水相被分离成两个流股：第一流股是透过陶瓷膜的过滤液，第二流股是被陶瓷膜截留的浓缩液。收集过滤液；将浓缩液返回至水相储罐，然后用陶瓷膜继续处理，如此循环。随着过滤进行，透过陶瓷膜的过滤液流量逐渐减小，约过60分钟，无过滤液流出，此时共收集到透过陶瓷膜的过滤液2.2千克。

示例二

取示例一中的得到的浓缩液10千克，加热至80℃，静置30分钟后，分成油相和水相，油相和水相的重量分别为0.1千克、9.9千克。

示例三

取20千克切削液加入进料罐，将切削液加热至80℃，静置30分钟，切削液出现分层，上层为密度较小、呈褐色的油相，下层为密度较大，呈半透明淡黄色的水相，分离得到的油相和水相的质量分别为0.6千克、19.4千克。将分离后的水相经过离心泵加压至5bar，进入0.5米长25nm孔径的单支陶瓷膜，水相被分离成两个流股：透过陶瓷膜的第一过滤液和被陶瓷膜截留的第一浓缩液。收集第一过滤液；将第一浓缩液返回至水相储罐，然后用陶瓷膜继续处理，如此循环。随着过滤进行，第一过滤液流量逐渐减小，约过120分钟，无第一过滤液流出，此时共收集到透过陶瓷膜的第一过滤液12.3千克。

将收集到的、透过25nm陶瓷膜的第一过滤液经过离心泵加压至10bar，进入0.5米长8nm孔径的单支陶瓷膜，第一过滤液被分离成两个流股：透过陶瓷膜的第二过滤液和被陶瓷膜截留的第二浓缩液。收集第二过滤液，将第二浓缩液与第一过滤液混合，然后用8nm孔径陶瓷膜继续处理，如此循环。随着过滤进行，第二过滤液的流量逐渐减小，约过80分钟，无第二过滤液流出，此时共收集到透过陶瓷膜的第二过滤液5.6千克。

在上述对比例中，直接采用陶瓷膜处理切削液，虽然通过陶瓷膜过滤得到了过滤液，但该处理切削液的方法非常容易造成陶瓷膜的堵塞，需要频繁清洗陶瓷膜。

在示例一中，采用了本发明实施例的液液分离加单级陶瓷膜过滤的方法，首先采用加热破乳，静置分层，液液分离得到油相和水相，将切削液中的大部分油分离出，然后将水相用陶瓷膜处理，得到较纯净的过滤液。在陶瓷膜过滤过程中，陶瓷膜不容易堵塞。

在示例二中，加热陶瓷膜截留的浓缩液，发现，加热后浓缩液分为油相和水相两层，说明对于陶瓷膜截留的浓缩液，可以再次通过加热的方法进行油水分离。

在示例三中，采用了本发明实施例的液液分离加两级陶瓷膜过滤的方法，首先采用加热破乳，静置分层，液液分离得到油相和水相，将切削液中的大部分油分离出，然后将水相用陶瓷膜处理，采用两级不同孔径陶瓷膜的组合，提高陶瓷膜处理水相的效率，在同等条件下能够得到更多澄清的液体，陶瓷膜也不容易堵塞。

以上的处理切削液的装置及方法仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。