ТЕПЛОХЛАДОНОСИТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК C09K5/00 C09K5/10 

Изобретение относится к тепловой и холодильной технике, а именно к жидким рабочим составам для применения в качестве теплохладоносителей, служащих для передачи тепла, и может быть использовано в холодильной технике, в теплообменных и нагревательных устройствах.

Известны теплохладоносители на основе природного бишофита, содержащего в качестве основного вещества шестиводный хлорид магния (более 92%), а также соли (хлориды, сульфаты, бромиды) других металлов (патент РФ №1594197, С09K 5/00, 1990).

Этот теплохладоноситель обладает высокой коррозионной активностью.

Наиболее близким к предлагаемому является теплохладоноситель, содержащий теплонесущую основу в виде водорастворимой соли металла (бишофит), регулятор рН в диапазоне 7,5-8,5 ед., а также ингибитор коррозии бихромат щелочного металла. (Патент РФ №2116326, С09K 5/00, 1998 г.).

В этом решении несколько снижена коррозионная активность за счет наличия пленкообразующего ингибитора коррозии, однако она остается достаточно высокой, кроме того, состав имеет узкую сырьевую базу и, как следствие, неоправданно высокую стоимость, особенно для систем с невысокими рабочими параметрами.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании эффективного, недорогого, имеющего широкую сырьевую базу, коррозионно-неактивного теплохладоносителя, способного стабильно работать в широком диапазоне рабочих температур.

Поставленная задача решается тем, что в теплохладоносителе, содержащем теплонесущую основу в виде водорастворимой соли металла, регулятор уровня рН в диапазоне 7,5-8,5 ед. пленкообразующий ингибитор коррозии в виде соли хромовой кислоты и воду, новым является то, что он дополнительно содержит адсорбционные ингибиторы коррозии, неорганические - гидро- и/или дигидрофосфаты щелочных и/или щелочноземельных металлов, и органические - ацетаты щелочных и/или щелочноземельных металлов, и неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ), при этом рН раствора составляет до 14 ед., в качестве водорастворимой соли металла используются водорастворимые хлориды щелочных и/или щелочноземельных металлов, в частности бишофит, в качестве регулятора уровня рН используются гидроокиси щелочного и/или щелочноземельного металла, в качестве соли хромовой кислоты используются хроматы щелочного и/или щелочноземельного металла.

При этом соотношение компонентов состава следующее, мас.%:

- водорастворимый хлорид щелочного и/или щелочноземельного металла (в частности бишофит)22,8-45,4- гидроокись щелочного и/или щелочноземельного металла (в расчете на гидроксил-ион)0,1-0,5- хромат щелочного и/или щелочноземельного металла (в расчете на ион хромового ангидрида)0,4-1,4- гидро- и/или дигидрофосфат щелочного и/или щелочноземельного металла, (в расчете на гидро/ дигидрофосфат-ион)0,2-1,6- ацетат щелочного и/или щелочноземельного металла, (в расчете на ацетат-ион)0,1-0,8- ПАВ0,01-0,2- водаостальное

Такой теплохладоноситель практически коррозионно пассивен, поскольку в нем использованы, во-первых, хроматный ингибитор коррозии, образующий на поверхности металла прочную оксидную защитную пленку, содержащую хромат-ионы, предотвращающие разрушение металла, а во-вторых, дополнительно содержит органические и неорганические ингибиторы, создающие адсорбционную защитную пленку на поверхности металла.

Соотношение компонентов состава позволяет обеспечить широкий диапазон рН, от 7,0 до 14 ед., что в свою очередь позволяет снизить коррозионную агрессивность теплохладоносителя, а возможность применения большого ассортимента эквивалентных веществ обеспечивает широкую сырьевую базу, т.е. снижает стоимость продукта.

В таблице 1 приведена рецептура состава с минимальным (А), оптимальным (Б) и максимальным (С) соотношением компонентов, при использовании бишофита в качестве водорастворимой соли металла.

Табл.1Наименование компонентовСодержание компонентов, мас.% АБВ1. Водорастворимая соль металла, в частности бишофит22,834,845,42. Гидроокись щелочного и/или щелочноземельного металла, в частности гидроокись натрия (в расчете на гидроксил-ион)0,20,250,33. Соль хромовой кислоты, в частности хромат натрия (в расчете на ион хромового ангидрида)0,71,01,24. Гидро и/или дигидрофосфат металла, в частности гидрофосфат натрия (в расчете на гидрофосфат-ион)0,30,50,85. Ацетат щелочного и/или щелочноземельного металла, в частности ацетат натрия (в расчете на ацетат-ион)0,20,40,66. ПАВ, например неонол0,050,10,27. ВодаОстальное

В таблице 2 приведены результаты исследования физико-химических и теплофизических характеристик нескольких составов, выполненных в соответствии с изобретением, на основе различных водорастворимых солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Табл.2ПоказательСольNaClCaCl₂MgCl₂БишофитКонцентрация С, мас.%23,129,920,645,4Плотность ρ, кг/м³1176128811551196Вязкость η, мПа. С1,73,52,83,6Уд. Теплоемкость c_р, кДж/ кг К3,352,953,153,25Коэф. Теплопроводности λ, Вт/м·К0,5490,5840,5210,540Температура замерзания, Тз, °С-21,1-55,0-33,5-51,5Водородный показатель рН, ед.7,5-147,5-127,5-8,6

Основным показателем, определяющим температурный интервал, в пределах которого возможно использование вещества в качестве теплоносителя, является температура его замерзания Анализ данных таблицы 2 показывает, что для тепловых систем в условиях умеренного холода, и с учетом экономических показателей могут служить теплоносители на основе NaCl, MgCl₂, тогда как для более низких температур более приемлемы теплоносители на основе CaCl₂, а также бишофита.

Раствор готовят следующим образом.

При комнатной температуре в воде в соответствии с рецептурой растворяют ингибиторы и регулятор уровня рН, отдельно растворяют соли металлов, смешивают до получения однородного состава, разводят водой до нужной плотности.

Из приведенных водосолевых составов наиболее эффективными являются составы на основе бишофита.

В таблице 3 приведены результаты исследований растворов различной плотности на основе бишофита.

Табл.3ХарактеристикаСоставыАБВ1. Плотность, кг/м³1150117512002. Температура замерзания, °С-32-42-523. Температура кипения, °С (при атмосферном давлении)1121141164. Водородный показатель рН, ед.7,5-8,65. Динамическая вязкость, мПа·с.2,22,83,46. Рабочий температурный режим, °С-30-+110-40-+115-50-+1207. Коррозионная агрессивность к металлам (сталь, Al, Cu), мм/год   - при 20°С
- при 100°С0,0024
0,0880,0014
0,0720,0022
0,08

Для сравнения, коррозионная агрессивность при нормальных условиях дисцилированной воды - 0,018 мм/год, а водопроводной воды соответственно 0,18 мм/год, коррозионная агрессивность известных теплоносителей на основе щелочных и щелочноземельных металлов более 1,5 мм/год, а с повышением рабочих температур может составлять несколько десятков мм/год, при условии свободного растворения кислорода в теплоносителе еще значительно увеличивается.

Технико-экономическая эффективность от применения нового теплохладоносителя:

- сокращается расход топлива более чем на 15%;

- увеличивается межремонтный период более чем в 2 раза;

- предотвращается образование отложений накипи;

- снижаются непроизводительные затраты на ремонт установки, работающей на данном антифризе;

- предлагаемый теплохладоноситель по сравнению с подобными составами в 2-3 раза дешевле;

- снижается пожаро- и взрывоопасность тепловой установки и производственного объекта в целом;

- предотвращается возможность размораживания тепловой системы при аварийных остановках;

- КПД тепловой установки остается высоким и постоянным в течение всего периода эксплуатации.

Экологическая безопасность от применения предлагаемого теплохладоносителя:

- предлагаемый раствор теплохладоносителя неагрессивен и по токсиколого-гигиенической характеристике относится к третьему классу опасности (вещества умеренно опасные) по ГОСТ 12.1.007-76;

- теплохладоноситель хорошо растворим в воде, поэтому легко удаляется с поверхностей водой;

- теплохладоноситель относится к негорючим и невзрывоопасным веществам и материалам по ГОСТ 12.1.044-89 и ГОСТ 12.1.017-80;

- производство теплохладоносителя безотходное. В воздушной среде и сточных водах в присутствии других факторов токсичные вещества не образуются.

Изобретение представляет собой теплохладоноситель, содержащий теплонесущую основу в виде водорастворимой соли металла, регулятор уровня рН в диапазоне 7,5-8,5 ед. в виде щелочного и/или щелочноземельного металла, пленкообразующий ингибитор коррозии в виде соли хромовой кислоты и воду, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит адсорбционные ингибиторы коррозии; неорганические - гидро- и/или дигидрофосфаты щелочных и/или щелочноземельных металлов, и органические - ацетаты щелочных и/или щелочноземельных металлов, и неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ), рН раствора составляет до 14 ед., в качестве водорастворимой соли металла используются водорастворимые хлориды щелочных и/или щелочноземельных металлов, в частности бишофит, в качестве регулятора уровня рН используются гидроокиси щелочного и/или щелочноземельного металла, а в качестве соли хромовой кислоты используются хроматы щелочного и/или щелочноземельного металла. Данный теплохладоноситель обладает пониженной коррозионной активностью. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Теплохладоноситель, содержащий теплонесущую основу в виде водорастворимой соли металла, регулятор уровня рН в диапазоне 7,5-8,5 ед. в виде гидроксила щелочного и/или щелочноземельного металла, пленкообразующий ингибитор коррозии в виде соли хромовой кислоты и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит адсорбционные ингибиторы коррозии, неорганические - гидро- и/или дигидрофосфаты щелочных и/или щелочноземельных металлов, и органические - ацетаты щелочных и/или щелочноземельных металлов и неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ), при этом рН раствора составляет до 14 ед., в качестве водорастворимой соли металла используются водорастворимые хлориды щелочных и/или щелочноземельных металлов, в частности бишофит, в качестве регулятора уровня рН используются гидроокиси щелочного и/или щелочноземельного металла, а в качестве соли хромовой кислоты используются хроматы щелочного и/или щелочноземельного металла.2. Теплохладоноситель по п.1, отличающийся тем, что соотношение компонентов в нем составляет, мас.%:

водорастворимый хлорид щелочного и/или щелочноземельного металла, в частности бишофит22,8-45,4гидроокись щелочного и/или щелочноземельного металла (в расчете на гидроксил-ион)0,1-0,5хромат щелочного и/или щелочноземельного металла (в расчете на ион хромового ангидрида)0,4-1,4гидро- и/или дигидрофосфат щелочного и/или щелочноземельного металла (в расчете на гидро/дигидрофосфат-ион)0,2-1,6ацетат щелочного и/или щелочноземельного металла (в расчете на ацетат-ион)0,1-0,8ПАВ0,01-0,2водаостальное