Хладоноситель Российский патент 2019 года по МПК C09K5/00 C09K5/10 C23F11/14 C23F11/18 

Изобретение относится к холодильной и отопительной технике, в частности, к жидким рабочим составам для применения в качестве промежуточного хладоносителя или низкозамерзающего теплоносителя и может быть использовано в химической промышленности в интервале температур от 0 до минус 30 °С.

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

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

Известен хладоноситель, 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 °С, имеет малую вязкость, теплофизические характеристики, близкие к воде, экологически безопасен, не горюч при температурах от плюс 10 °С и ниже.

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.

Существует хладоноситель с компонентным составом, % масс:

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

Он обладает рядом преимуществ, а именно: применяется в интервале температур от плюс 5 °С до минус 50 °С, обеспечивает снижение коррозионной активности за счет введения ингибитора коррозии – глюконата натрия.

Недостаток – применение только к определенным маркам стали.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является теплопередающая жидкость состава, % масс:

пропиленгликоль 10-65 нитрат натрия 0,003-0,15 бензоат натрия 0,015-0,75 продукты взаимодействия глицерина
с муравьиной кислотой 0,002-0,10 вода остальное

Она способствует замедлению скорости коррозии металлов. Недостаток – невозможность применения для всех материалов в широком интервале температур.

Техническая задача изобретения направлена на снижение коррозионной активности для большего количества материалов, таких как, сталь марки Ст3, чугун марки СЧ 20, медь, алюминий и латунь марки Л 80, представленных в системах охлаждения ДВС и прочих системах терморегуляции, применение его в более широком диапазоне температур и снижение стоимости хладоносителя.

Для решения технической задачи предложен хладоноситель, содержащий нитрат кальция, изопропанол и воду, отличающийся тем, что в него дополнительно введен бихромат калия при следующем соотношении компонентов, масс. %:

нитрат кальция 45,0 изопропанол 10,0 бихромат калия 0,5-1,0 вода остальное

Технический результат достигается за счет того, что введение бихромата калия затрудняет анодное растворение металла в водно-спиртовом растворе нитрата кальция и, вследствие этого, скорость коррозии металла уменьшается.

В качестве основного компонента выбран нитрат кальция, получаемый как побочный продукт при производстве сложных минеральных удобрений. По своим физико-химическим свойствам нитрат кальция близок к солевым растворам на основе хлоридов натрия и кальция, и после стабилизации изопропиловым спиртом может применяться на практике в качестве хладоносителя.

Также, в качестве ингибитора, был опробован моноэтаноламин, однако его коррозионная эффективность по сравнению с бихроматом калия оказалась значительно ниже.

Методика проведения коррозионных испытаний заключалась в следующем.

Исследование коррозионной активности водно-спиртового раствора нитрата кальция проводили при комнатной температуре вольтамперометрическим методом на указанных выше металлах и сплавах, в отсутствие добавок и в присутствии бихромата калия. Использовали трехэлектродную электрохимическую ячейку с хлоридсеребряным электродом сравнения и платиновым вспомогательным электродом. Поляризационные кривые снимали при помощи потенциостата IPC-Compact, изменяя потенциал рабочего стального электрода из катодной в анодную область со скоростью 10 мВ/с. Потенциалы в работе приведены по шкале стандартного водородного электрода. Токи отнесены к геометрической площади исследуемого электрода.

Для определения базовых параметров коррозионного процесса экстраполировали линейные участки анодной и катодной кривых до взаимного пересечения в точке с координатами Е_корр (потенциал коррозии) и lgi_корр (i_корр – скорость коррозии в токовых единицах).

Предлагаемый способ поясняется примерами (табл. 1, 2).

Таблица 1

Состав теплопередающей жидкости Теплопередающая жидкость Состав (прототип), мас.% Состав (предлагаемое изобретение), мас.% Пропиленгликоль 10 - Изопропанол - 10 Нитрат кальция - 45 Ингибиторы коррозии Нитрит натрия 0,003 - Бензоат натрия 0,015 - Продукты взаимодействия глицерина с муравьиной килотой 0,002 - Общее кол-во ингибиторов 0,02 0,5-5 Бихромат калия - 0,5-5 Вода остальное остальное

Таблица 2

Коррозионные потери для различных металлов Металл Состав (прототип), мас.% Состав (предлагаемое
изобретение), мас.% Алюминий 0,018 0,5·10^-6 Медь 0,02 1,2·10^-6 Сталь 0,07 0,4 Чугун - 0,035 Латунь - 0,1·10^-6

Эффективность добавок в отношении коррозионного процесса оценивали по стандартным параметрам: проницаемости, степени ингибиторной защиты, коэффициенту торможения. Эти параметры, найденные по пересечению линейных участков полулогарифмических поляризационных кривых, отвечающих протеканию парциальных процессов на металлы в исследуемой среде, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Параметры Сталь 3 Чугун
СЧ20 Медь Латунь Л80 Алюминий Без добавки К₂Сr₂О₇ Без добавки К₂Сr₂О₇ Без добавки К₂Сr₂О₇ Без добавки К₂Сr₂О₇ Без добавки К₂Сr₂О₇ рН раствора 7,9 7,7 7,9 7,7 7,9 7,7 7,9 7,7 7,9 7,7 Потенциал коррозии Е_корр, мВ -331 -443 -168 -201 -108 -91 73 -94 -711 -472 Ток коррозии i_корр, мкА/см² 72 36 8,5 2,93 22 3,3 17 0,4 10 1,8 Скорость коррозии K, г/(м²ч) 0,72 0,36 0,085 0,029 0,0000723 0,0000111 0,0000576 0,0000013 0,0000093 0,0000016 Проницаемость П, мм/год 0,80 0,40 0,094 0,035 8,1*10^-6 1,2*10^-6 80*10^-6 0,1*10^-6 3,4*10^-6 0,5*10^-6 Степень защиты Z, % – 50 – 65 – 85 – 97 – 82 Коэффициент торможения Y – 2,0 – 2,9 – 6,6 – 42,5 – 5,5

Видно, что в присутствии ингибитора скорость коррозии образцов металлов в новом водно-изопропиловом хладоносителе уменьшалась в 2 и более раза.

Добавление в хладоноситель ингибитора бихромата калия (0,5-1 масс.%) позволяет снизить ток коррозии, и связанные с ним параметры коррозионного процесса, замедляет процесс растворения металла, заметно увеличивая величину наклона анодных линейных участков поляризационных кривых. При увеличении содержания бихромата калия более 1 масс.% применение нового хладоносителя является экономически нецелесообразным и нарушает нормативы по коррозионной активности хладоносителей.

Предложенное соотношение компонентов позволяет:

- предотвратить выпадение избытка соли (предел растворимости) в заданном интервале температур (от 0 до минус 30⁰С)

- раствору не замерзать и не расслаиваться.

Выбор пределов бихромата калия определен, исходя из нормативов по коррозионной активности хладоносителей, и подтверждает защитное действие бихромата калия как пассиватора коррозионных процессов. Наиболее устойчивым из всех испытуемых металлов по отношению к новому хладагенту является алюминий.

Список литературы:

1. Геннель, Л. С. Влияние хладоносителей на безопасность пищевой продукции [Текст] / Л. С. Геннель, М. Л. Галкин // Холодильный бизнес, 2003. – № 9. – С. 40.

2. Пат. 2250244 РФ. Хладоноситель для охлаждения и замораживания пищевых продуктов [Текст] / В. В. Макаров, А. А. Петрыкин, В. П. Баранник, А. В. Шамонина. – № 2003116293/04; заявл. 03.06.2003; опубл. 20.04.2005; Бюл. № 11.

3. Пат. 2489467 РФ. Хладоноситель [Текст] / А. В. Бараненко, В. В. Кириллов, О. В. Волкова, А. Е. Сивачёв, А. О. Цимбалист. – № 2011115176/05; заявл. 18.04.2011; опубл. 27.10.2012; Бюл. № 22.

4. Пат. 2296790 РФ. Теплопередающая жидкость [Текст] / Л. С. Геннель, М. Л. Галкин. – № 2005127295/04; заявл. 31.08.2005; опубл. 10.04.2007; Бюл. 10.

Изобретение относится к холодильной и отопительной технике, в частности к жидким рабочим составам для применения в качестве промежуточного хладоносителя или низкозамерзающего теплоносителя. Хладоноситель содержит, мас.%: нитрат кальция 45,0, изопропанол 10,0, бихромат калия 0,50 – 1,0, воду – остальное. Технический результат – снижение коррозионной активности, применение хладоносителя в широком диапазоне температур: от 0^оС до -30^оС и снижение его стоимости. 3 табл.

Хладоноситель, содержащий нитрат кальция, изопропанол и воду, отличающийся тем, что в него дополнительно введен бихромат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат кальция 45,0 изопропанол 10,0 бихромат калия 0,50 – 1,0 вода остальное