ХЛАДОНОСИТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК C09K5/02 A23L3/36 

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.%:

Пропиленгликоль8,0-35,4Галогенид щелочных металлов14,2-31,7Водаостальное.

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 1Относительное уменьшение вязкости (ε, %) водно-пропиленгликолевого раствора хладоносителя в присутствии элекролита KBrКонцентрация электролита, моль/кгМассовая доля пропиленгликоля в водно-пропиленгликолевом растворе, %11,715,017,420,926,034,541,30,31,05,91,19,04,98,04,60,51,28,32,211,89,812,67,40,72,511,93,416,312,217,210,11,06,411,94,519,017,217,811,11,25,114,29,019,017,220,6*16,61,610,216,613,622,7*19,6*25,2*21,2*2,012,821,413,627,2*22,1*26,4*-2,412,820,218,127,2*27,8*28,1*-2,817,921,418,130,9*27,8*--

Таблица 2Относительное уменьшение вязкости (ε, %) водно-пропиленгликолевого раствора хладоносителя в присутствии электролита KJ0,34,74,17,68,34,57,09,80,59,59,313,413,210,612,713,70,711,911,817,317,413,618,017,61,016,618,621,1*21,1*16,720,2*24,5*1,221,4*22,2*26,9*22,4*19,727,6*29,4*1,626,1*24,3*28,8*26,1*25,8*30,8*33,8*2,026,1*30,2*32,6*28,1*27,3*32,4*38,2*2,428,5*31,1*36,5*38,7*29,5*40,4*39,7*2,833,3*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.

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.

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.%:

Пропиленгликоль8,0-35,4Галогениды щелочного металла14,2-31,7Водаостальное