Хладоноситель
Владельцы патента RU 2489467:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий" (RU)
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.
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.
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 |
