ХЛАДОНОСИТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК C09K5/00 C23F11/12 

Изобретение относится к промежуточным хладоносителям и может быть использовано в пищевой и других отраслях промышленности в интервале температур от плюс 5 до минус 50 град.С.

Известны хладоносители на основе органических солей-ацетатов и формиатов, которые характеризуются низкой (до минус 50 град.С) температурой замерзания, нетоксичностью.

Недостатком таких хладоносителей является значительная скорость коррозии в присутствии ионов железа. Кроме того, эти хладоносители целесообразно использовать только в закрытых системах /1/.

На некоторых предприятиях в качестве хладоносителей используются растворы неорганических солей, в частности, кальция, который имеет хорошие теплофизические свойства, низкие температуры замерзания, вплоть до минус 55 град.С. Однако, хладоноситель на основе неорганических солей, имеет серьезный недостаток - высокую коррозионную активность, что приводит к быстрому разрушению системы трубопроводов /2/.

Известен хладоноситель для охлаждения и замораживания пищевых продуктов, который имеет следующий компонентный состав, % масс:

этиловый спирт 15,000-96,70 ингибитор коррозии 0,038-0,39 скипидар 0,010-0,10 вода остальное.

В качестве ингибитора коррозии хладоноситель содержит триэтаноламин и фосфорную кислоту в соотношении 5:1. Хладоноситель применим в диапазоне температур от 0 до минус 100 град.С, имеет малую вязкость, теплофизические характеристики, близкие к воде, экологически безопасен, не горюч при температурах от плюс 10 град.С и ниже /3/.

Недостатком данного хладоносителя является его горючесть и взрывоопасность. Кроме того, хладоносители с высоким содержанием этанола в процессе эксплуатации могут быть использованы не по прямому назначению.

Известен хладоноситель, содержащий пропиленгликоль, хлорид натрия и воду. Этот хладоноситель обладает рядом преимуществ, а именно: хладоноситель используется при отрицательных температурах - до минус 50 град.С и имеет низкую вязкость /4 - прототип/.

Недостатком данного хладоносителя является то, что скорость коррозии превышает значения, регламентированные ГОСТ 28084-89. Это обстоятельство ограничивает использование данного хладоносителя в холодильных установках.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение основного недостатка хладоносителей, содержащих неорганические соли - их высокой коррозионной активности по отношению к металлическим конструкциям, с которыми соприкасается жидкий хладоноситель. За счет снижения коррозионной активности увеличивается срок службы дорогостоящего холодильного оборудования и, как следствие, повышение экономической эффективности систем хладоснабжения с промежуточным хладоносителем.

Задача достигается за счет того, что в хладоноситель, содержащий пропиленгликоль, хлорид натрия и воду, дополнительно введен глюконат натрия при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Пропиленгликоль 34,80-39,90 хлорид натрия 12,70-11,40 глюконат натрия 0,22-0,42 вода остальное.

Скорость коррозии стали Ст20 в растворах этого хладоносителя в 1,7…1,8 раз выше допустимой 0,1 г/м²·сутки. Поэтому для обеспечения требований по коррозионной активности хладоносителя необходимо вводить в раствор ингибитор - замедлитель коррозии. В качестве ингибитора использовали глюконат натрия (СН₂ОН-(CHOH)₄-COONa). Использование глюконата натрия в качестве ингибитора основано на торможении анодной реакции окисления металла за счет сдвига электродного потенциала стали в положительную сторону и переводу ее в пассивное состояние. При этом скорость катодной реакции восстановления не замедлялась, что подтверждается подщелачиванием раствора после коррозионный испытаний - pH изменялся от 7,3 до 7,9. В приведенной выше формуле молекула растворителя, связанная с атомом кислорода. Так же были опробованы и другие ингибиторы, например, тиомочевина, натрий виннокислый и гексаметилендиамин, но их коррозионная эффективность по сравнению с глюконатом натрия оказалась значительно ниже.

Методика проведения коррозионных испытаний заключалась в следующем.

Испытание растворов производили на плоских шлифовальных пластинах в состоянии поставки металла, т.е. после оптимальной термической обработки. В качестве основной характеристики скорости общей коррозии V принимали потерю массы образца металла за определенный промежуток времени, отнесенный к единице площади, г/м²·сутки. Использовали также другой показатель - глубину коррозионного проникновения за единицу времени V^', мм/год.

Сопоставление величин наибольшего коррозионного разрушения, вычисленного по глубине камеры и потере массы, дает возможность охарактеризовать степень неравномерности коррозии. Этот фактор следует принимать во внимание при определении срока службы трубопроводов холодильных установок, так как неравномерная коррозия приводит к понижению прочности. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1. Скорость коррозии образцов сталей Ст20 в среде водно-пропиленовых электролитных хладоносителей при температуре 20 град.С. Продолжительность испытаний 500 часов. Образцы металла находились в жидкой фазе. Хладоноситель g₁, мм g₂, мм Δg, гр Концентрация ингибитора, % V, z/м² сутки V^', мм/год Защитный эффект ингибитора, % Безингибитора С ингибитором Без ингибитора С ингибитором 40% ПГ + 2,5 NaCl + H₂O 9,3156 9,3127 0,0029 0,30 0,17781 0,08989 0,00801 0,00416 44,81 45% ПГ + 2,2 NaCl + H₂O 9,1862 9,1836 0,0026 0,30 0,16734 0,08616 0,00777 0,00399 46,29 40% ПГ + 2,5 NaCl + H₂O 8,9033 8,9003 0,0038 0,22 0,17781 0,10022 0,00801 0,00464 44,24 45% ПГ + 2,2 NaCl + H₂O 9,3413 9,3374 0,0039 0,42 0,16734 0,08101 0,00777 0,003957 46,84

Из таблицы 1 видно, что в присутствии ингибитора глюконата натрия скорость коррозии образцов сталей в новых электролитных водно-пропиленгликолевых хладоносителях уменьшалась в 2 и более раза и достигала значения менее 0,1 г/м²·сутки, что соответствует принятым нормативам по этому практически значимому показателю.

Известно применение глюконата натрия в пяти промышленных целях /5/:

1. В промышленных моющих средствах.

2. Присадка в бетон и строительные смеси.

3. Присадка в цемент для нефтедобывающей отрасли.

4. Применение в металлургии.

5. Применение в пищевой промышленности - как добавка-комплексообразователь и усилитель вкуса.

В качестве ингибитора использование глюконата натрия в составе хладоносителя не известно из просмотренной научно-технической литературы.

Использование пропиленгликоля в масс.% 34,9-39,9 необходимы и достаточны, потому, что ниже этих значений раствор хладоносителя имеет температуру замерзания не менее минус 30 град.С, а выше - будет малорастворим хлорид натрия в водно-пропиленгликолевом растворителе. Превышение использования хлорида натрия приведет к выпадению соли в осадок, а при низкой концентрации хлорида натрия не будет достигнута требуемая температура. Выбор пределов глюконата натрия выбран исходя из нормативов по коррозионной активности хладоносителей, а так же при подборе меньшей концентрации не будет достигаться защитный эффект ингибитора.

Примеры осуществления.

1. Брали 5,12 кг пропиленгликоля и разбавляли водой в соотношении 1:1,50. В водно-пропиленгликолевый растворитель с массовой долей пропиленгликоля 40% внесли 1,87 кг хлорида натрия. Образовался раствор хлорида натрия в водно-пропиленгликолевом растворителе с концентрацией хлорида натрия 2,5 моль/кг. Скорость коррозии стали 20 в растворе составила 0,1778 г/м²·сутки. В этот раствор хлорида натрия в водно-пропиленгликолевом растворителе добавили 0,044 кг глюконата натрия в качестве ингибитора. Скорость коррозии стали 20 в растворе с ингибитором составила 0,0899 г/м²·сутки. Защитный эффект ингибитора оказался равным 50%. Водно-пропиленгликолевый раствор в присутствии ингибитора отвечает требованиям к хладоносителям по их коррозионной активности. Температура замерзания водно-пропиленгликолевого электролитного раствора с ингибитором составила минус 51,2 град.С.

2. Брали 6,66 кг пропиленгликоля и разбавляли водой в соотношении 1:1,22. В водно-пропиленгликолевый растворитель с массовой долей пропиленгликоля 45% внесли 1,91 кг хлорида натрия. Образовался раствор хлорида натрия в водно-пропиленгликолевом растворителе с концентрацией хлорида натрия 2,2 моль/кг. Скорость коррозии стали 20 в растворе составила 0,1673 г/м²·сутки. В этот раствор хлорида натрия в водно-пропиленгликолевом растворителе добавили 0,050 кг глюконата натрия в качестве ингибитора. Скорость коррозии стали 20 в растворе с ингибитором составила 0,0861 г/м²·сутки. Защитный эффект ингибитора оказался равным 51,5%. Водно-пропиленгликолевый раствор в присутствии ингибитора отвечает требованиям к хладоносителям по их коррозионной активности. Температура замерзания водно-пропиленгликолевого электролитного раствора с ингибитором составила минус 55,4 град.С.

3. Брали 5,8 кг пропиленгликоля и разбавляли водой в соотношении 1:1,5. В водно-пропиленгликолевый растворитель с массовой долей пропиленгликоля 40% внесли 2,12 кг хлорида натрия. Образовался раствор хлорида натрия в водно-пропиленгликолевом растворителе с концентрацией хлорида натрия 2,5 моль/кг. Скорость коррозии стали 20 в растворе составила 0,1778 г/м²·сутки. В этот раствор хлорида натрия в водно-пропиленгликолевом растворителе добавили 0,036 кг глюконата натрия в качестве ингибитора. Скорость коррозии стали 20 в растворе с ингибитором составила 0,1002 г/м²·сутки. Защитный эффект ингибитора оказался равным 56,1%. Водно-пропиленгликолевый раствор в присутствии ингибитора отвечает требованиям к хладоносителям по их коррозионной активности. Температура замерзания водно-пропиленгликолевого электролитного раствора с ингибитором составила минус 50,7 град.С.

Список литературы.

1. Генель Л.С., Галкин М.Л. Влияние хладоносителей на безопасность пищевой продукции. «Холодильный бизнес» - 2003, №9. С.40.

2. Успенская Л.А. Хладоноситель «Нордвэй» - лучшее становится доступным. «Холодильный бизнес» - 2003, №12. С.26.

3. Патент РФ №2250244, публ. 10.05.2008.

4. Патент РФ №2323953, публ. 10.05.2008.

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/e576.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к промежуточным хладоносителям, и может найти применение в пищевой и других отраслях промышленности. Хладоноситель содержит, мас.%: пропиленгликоль - 34,80-39,90; хлорид натрия 12,70-11,40 и глюконат натрия - 0,22-0,42. Предложенный хладоноситель обеспечивает снижение коррозионной активности хладоносителя, что сказывается на долговечности металлического оборудования. 1 табл., 3 пр.

Хладоноситель, включающий раствор хлорида натрия в водно-пропиленгликолевом растворителе, отличающийся тем, что он дополнительно содержит глюконат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
пропиленгликоль 34,80-39,90 хлорид натрия 12,70-11,40 глюконат натрия 0,22-0,42 вода остальное