Хладоноситель

Изобретение относится к хладоносителю, включающему раствор пропиленгликоля, который дополнительно содержит галогенид щелочных металлов с концентрацией 1,0-2,8 мол/кг. Соотношение компонентов хладоносителя составляет пропиленгликоль 8,0-35,4 мас.%, галогенид щелочных металлов 14,2-31,7 мас.%, вода - остальное. В качестве галогенида щелочного металла используют бромид или йодид. Технический результат - снижение вязкости хладоносителя. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к промежуточным хладоносителям, которые используются в пищевой промышленности.

Известны следующие группы хладоносителей, представляющие собой водные растворы:

- неорганических солей;

- органических солей;

- одно- и многоатомных спиртов и их эфиров [1, 2].

Хладоносители каждой из этих групп имеют свои достоинства и свои недостатки. В частности, хладоносители на основе неорганических солей обладают хорошими теплофизическими свойствами, нетоксичны, но оказывают сильное коррозионное действие на конструкционные материалы.

Хладоносители на основе органических солей - ацетатов и формиатов характеризуются низкой вязкостью, хорошими теплофизическими свойствами, нетоксичностью. Применение этих хладоносителей целесообразно в интервале температур от минус 20 до минус 50°С.

К недостаткам этих хладоносителей следует отнести увеличение их коррозионной активности в присутствии продуктов коррозии - ионов железа. Кроме того, эти хладоносители можно использовать только в закрытых системах [3].

Использование хладоносителей на основе одноатомных спиртов ограничено низкими температурами кипения, высокой летучестью, а также токсичностью (например, метанол).

Пропиленгликоль является пищевой добавкой, его растворы оказывают невысокое коррозионное действие. Теплофизические свойства пропиленгликолевых теплоносителей практически не изменяются в процессе эксплуатации. По комплексу показателей они являются конкурентноспособными в диапазоне температур от минус 1 до минус 20°С. При более низких температурах ухудшаются теплопередающие свойства, главным образом за счет значительной вязкости водных растворов пропиленгликоля [2].

Недостатком этих хладоносителей является - высокая вязкость при низких температурах эксплуатации.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого изобретения, - снижение вязкости хладоносителей на основе водных растворов пропиленгликоля. Снижение вязкости хладоносителя, в свою очередь, дает возможность снизить энергозатраты при его движении по трубопроводам.

Технический результат достигается за счет того, что хладоноситель, содержащий водный раствор пропиленгликоля, дополнительно содержит галогениды щелочного металла с концентрацией 1,0-2,8 моль/кг при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пропиленгликоль	8,0-35,4
Галогенид щелочных металлов	14,2-31,7
Вода	остальное.

В качестве галогенидов щелочного металла используют бромид и йодид.

Выбор электролитов связан с их природой и свойствами. Далеко не все электролиты, будучи внесенными в водно-пропиленгликолевый раствор, способствуют снижению вязкости. Напротив, присутствие многих электролитов приводит к увеличению вязкости. Природа электролита, его концентрация определяют то или иное изменение вязкости в водно-органическом (смешанном) растворителе определенного состава. Таким образом, электролит и смешанный растворитель избирательны по отношению друг к другу, причем эффект воздействия одного и того же электролита с одной и той же концентрацией (в моль/кг) на систему полипропиленгликоль - вода с различной массовой долей пропиленгликоля может быть разной. Теоретические предпосылки и экспериментальные данные привели к тому, что в качестве галогенидов щелочного металла предлагается использовать бромид и йодид. В результате образуются трехкомпонентные растворы, в которых галогениды являются растворенными веществами, а водно-пропиленгликолевые растворы, как отмечалось выше, становятся растворителями. Такие системы можно назвать растворами электролитов в смешанном водно-пропиленгликолевом растворителе.

Для получения хладоносителя с вязкостью меньшей, чем вязкость исходного водно-пропиленгликолевого раствора, необходимо, чтобы массовая доля пропиленгликоля в трехкомпонентном растворе составляла 8,0-35,4 мас.%. При меньшем (менее 8,0, мас%) содержаний пропиленгликоля снижается эффективное действие вносимого электролита, поскольку такие водно-пропиленгликолевые растворы не обладают значительной вязкостью, они менее "чувствительны" к присутствию электролита. В растворах с массовой долей более 35,4 мас.% понижается растворимость галогенидов щелочного металла, что ограничивает возможности снижения вязкости хладоносителя. Массовая доля галогенидов в растворе должна составлять 14,2-31,7 мас.%. Содержание меньше нижнего предела не приводит к значительному снижению вязкости. Использование растворов, в которых содержание электролитов выше 31,7 мас.%, лимитируется их растворимостью в водно-пропиленгликолевом растворителе. В целом, предел используемых концентраций пропиленгликоля, галогенида щелочного металла в трехкомпонентном растворе обусловлен взаимной избирательностью компонентов по отношению друг к другу. Поэтому максимальный эффект (снижение вязкости) может быть достигнут только в определенном концентрационном диапазоне по массовой доли каждого компонента. Галогениды щелочного металла позволяют уменьшить вязкость водно-пропиленгликолевого растворителя за счет разрыва связей между компонентами смешанного растворителя и образования сольватированных ионов.

Введение предложенного электролита в раствор полипропиленгликоля приводит к тому, что температура замерзания становится более низкой по сравнению с температурой замерзания водно-органического раствора. Понижение температуры кристаллизации дает возможность сместить температурный диапазон применения хладоносителя в более отрицательную область.

Примеры осуществления.

1. Пример 1. Брали 5 кг пропиленгликоля и разбавляли водой в соотношении 1:3,78. Получили 20,9%-ный раствор полипропиленгликоля в воде. Кинематическая вязкость раствора, измеренная при температуре 20°С с помощью капиллярного вискозиметра, составляла 1,691 мм²/с. В полученный раствор вносили 7,97 кг бромида калия. Получили раствор электролита в смешанном водно-пропиленгликолевом растворителе. Концентрация бромида калия в таком растворе составляла 2,8 моль/кг. Кинематическая вязкость полученного раствора при температуре 20°С составляла 1,168 мм²/с. Относительное уменьшение вязкости ε составило 30,9% (см. табл.1).

Пример 2. 5 кг пропиленгликоля разбавляли водой в массовом соотношении 1:1,9. Получили 34,5%-ный раствор пропиленгликоля в воде. Кинематическая вязкость этого раствора, измеренная при температуре 20°С с помощью капиллярного вискозиметра, составила 3,032 мм²/с. В полученный раствор добавляли 5,78 кг йодида калия, при этом образовался раствор электролита в смешанном водно-пропиленгликолевом растворителе. Концентрация электролита в таком растворе составляла 2,4 мм²/с. Относительное уменьшение вязкости ε составило 43,6% (см. табл.2).

Остальные примеры, подтверждающие применение электролита, представлены в таблицах 1 и 2.

Из таблицы 1 видно, что наиболее эффективно действие бромида калия при использовании водных растворов пропиленгликоля с массовой долей пропиленгликоля от 20,9 до 35,4%, при этом концентрация бромида калия, вносимого в водно-пропиленгликолевый раствор, должна составлять 1,6-2,8 моль/кг. В полученном растворе массовая доля бромида калия в этом трехкомпонентном растворе составляет от 16,0 до 25%.

Из таблицы 2 следует, что в большей степени действие йодида калия проявляется в растворах с массовой долей пропиленгликоля от 11,7 до 41,3%, при этом концентрация йодида калия, вносимого в водно-пропиленгликолевый раствор, должна изменяться от 1,0 до 2,8 моль/кг. В полученном растворе массовая доля пропиленгликоля составляет от 8,0 до 35,4%, массовая доля йодида калия в этом трехкомпонентном растворе составляет от 14,2 до 31,7%.

Таблица 1
Относительное уменьшение вязкости (ε, %) водно-пропиленгликолевого раствора хладоносителя в присутствии элекролита KBr
Концентрация электролита, моль/кг	Массовая доля пропиленгликоля в водно-пропиленгликолевом растворе, %
11,7	15,0	17,4	20,9	26,0	34,5	41,3
0,3	1,0	5,9	1,1	9,0	4,9	8,0	4,6
0,5	1,2	8,3	2,2	11,8	9,8	12,6	7,4
0,7	2,5	11,9	3,4	16,3	12,2	17,2	10,1
1,0	6,4	11,9	4,5	19,0	17,2	17,8	11,1
1,2	5,1	14,2	9,0	19,0	17,2	20,6*	16,6
1,6	10,2	16,6	13,6	22,7*	19,6*	25,2*	21,2*
2,0	12,8	21,4	13,6	27,2*	22,1*	26,4*	-
2,4	12,8	20,2	18,1	27,2*	27,8*	28,1*	-
2,8	17,9	21,4	18,1	30,9*	27,8*	-	-

Таблица 2
Относительное уменьшение вязкости (ε, %) водно-пропиленгликолевого раствора хладоносителя в присутствии электролита KJ
0,3	4,7	4,1	7,6	8,3	4,5	7,0	9,8
0,5	9,5	9,3	13,4	13,2	10,6	12,7	13,7
0,7	11,9	11,8	17,3	17,4	13,6	18,0	17,6
1,0	16,6	18,6	21,1*	21,1*	16,7	20,2*	24,5*
1,2	21,4*	22,2*	26,9*	22,4*	19,7	27,6*	29,4*
1,6	26,1*	24,3*	28,8*	26,1*	25,8*	30,8*	33,8*
2,0	26,1*	30,2*	32,6*	28,1*	27,3*	32,4*	38,2*
2,4	28,5*	31,1*	36,5*	38,7*	29,5*	40,4*	39,7*
2,8	33,3*	34,5*	36,5*	36,0*	34,8*	43,6*	42,1*
*) зоны таблицы, в которых действие электролитов проявляют наибольший эффект.

Источники информации

1. Коптелов К.А. Теплофизические и коррозионные свойства хладоносителей контуров промежуточного охлаждения для пищевой промышленности. Холодильный бизнес, 2000, №3.

2. Генель Л.С., Галкин М.Л., Сорокин С.С. Некоторые особенности применения теплоносителя на основе пропиленгликоля в холодильном оборудовании. Холодильная техника, 2000, №5.

3. Генель Л.С., Галкин М.Л. Выбор промежуточных хладоносителей, Холодильный бизнес, 2005, №1.

1. Хладоноситель, включающий водный раствор пропиленгликоля, отличающийся тем, что хладоноситель дополнительно содержит галогениды щелочного металла с концентрацией 1,0-2,8 моль/кг при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пропиленгликоль	8,0-35,4
Галогениды щелочного металла	14,2-31,7
Вода	остальное

2. Хладоноситель, отличающийся тем, что в качестве галогенида щелочного металла используют бромид.

3. Хладоноситель по п.1, отличающийся тем, что в качестве галогенида щелочного металла используют йодид.