Environmentally friendly coolants, application features, properties

Abstract

Characteristics and fields of application of most common intermediate coolants: salty coolants, aqueous solutions, propylene glycol, as well as coolants of new generation — Ecosol and Ecofrost are considered.

Full Text

Современные аммиачные холодильные установки отличаются минимальной заправкой хладагентом, что в разветвленных системах холодоснабжения достигается введением промежуточного хладоносителя и применением малоемких по хладагенту и эффективных по теплообмену испарителей.

В этой связи эффективность работы установки во многом будет определяться степенью совершенства теплофизических свойств хладоносителя.

Наряду с этим одним из важнейших требований к хладоносителям сегодня является их экологическая безопасность, не менее важная для них, чем для хладагентов. Объясняется это тем, что количественно хладоносителя в установке намного больше, чем хладагента, а контур хладоносителя менее герметичен, чем контур хладагента. Так, в открытых испарителях хладоноситель непосредственно контактирует со средой машинного отделения и обслуживающим персоналом.

В ряде случаев термообработка продукта осуществляется прямым погружением его в хладоноситель, что возможно только при полной их совместимости и соблюдении строгих санитарiю-гигиенических требований.

К применению в системах термообработки пищевых продуктов допущены, например, водные растворы хлоридов кальция и натрия, пропиленгликоля и глицерина.

Солевые водные растворы (хлориды кальция и натрия) хорошо известны и проверены на практике. Раствор СаС1₂ имеет большую коррозионную активность, чем раствор NaCl, по отношению к черным металлам и меди. Однако из-за более низкой температуры замерзания и меньшей стоимости раствор хлорида кальция находит большее распространение. Показатели Ld₅₀ для хлоридов кальция и натрия равны соответственно 1 000 и 3000 мг/кг.

По причине высокой коррозионной активности оба солевых раствора применяют с добавлением сильного ингибитора типа ПБ 8.2, созданного в конце 60-х годов исследователем Тамарой Дмитриевной Колпаковой. Этот ингибитор представляет собой продукты конденсации альдегидов и аминов. Испытания, проведенные на железнодорожном рефрижераторном составе, показали, что введение ингибитора обеспечивает высокую степень защиты черных металлов (скорость коррозии не превышала 0,15 г/м² в сутки).

Водный раствор хлорида кальция имеет широкий температурный диапазон применения от ^45 до +35 °C (более высокие температуры нагрева приводят к гидролизу с образованием соляной кислоты).

Данные по динамической вязкости 30%-ного раствора СаС1₂ приведены на рисунке. В диапазоне -20...-40 °C этот показатель для СаС1₂ в 5-7 раз ниже, чем у весьма распространенного в холодильной технике пропиленгликоля (ПГ). Температура замерзания водного раствора ПГ достигает -65 °C при концентрации 60 % по объему. Несмотря на высокую вязкость при температурах ниже -15 °C, водные растворы ПГ являются самыми распространенными среди хладоносителей органической основы, используемыми при охлаждении продуктов. По Мерку, показатели Ld₅₀ для ПГ близки к глицерину.

В то же время из литературных источников последних лет известно, что полная безвредность этого вещества вызывает сомнения. В частности, по данным исследовательского центра компании NEWAYS, прямой контакт ПГ с кожей может вызвать нарушение работы печени и повреждение почек. В январе 1991 г. Американская Ассоциация врачей-дерматологов опубликовала отчет о связи дерматита с использованием
ПГ в косметике, в котором показано, что пропиленгликоль является одним из основных раздражителей кожи даже при низких концентрациях.

В России существует документ, подписанный заместителем главного санитарного врача страны, согласно которому ПГ относится к веществам 3-го класса токсичности, работу с которыми следует производить в защитной одежде. Обнаружено слабое наркотическое и раздражающее действие ПГ. Предельно допустимая концентрация ПГ в воздухе рабочей зоны составляет 7 мг/м.

Пожалуй, единственное вещество, полностью безупречное в экологическом и токсикологическом отношении, это водный раствор глицерина. Однако высокая вязкость и стоимость ограничивают его распространение в холодильной технике.

Альтернативой рассмотренным выше веществам являются хладоносители Экосол и Экофрост, которые в холодильной технике находят ограниченное применение из-за дефицита сведений по их свойствам.

Экосол готовят на основе этилкарбитола, малотоксичного вещества с Ld₅₀ = 5500 мг/кг по Мерку. Вязкость Экосола меньше, чем у ПГ и тем более глицерина. Имеется разрешение к применению Экосола в пищевой промышленности при теплообмене с продуктом через стенку. Достоинством Экосола является низкая коррозионная активность (благодаря использованию эффективного набора ингибиторов), что позволяет использовать его практически со всеми конструкционными материалами, резинами и пластмассами. В холодильной технике определенный опыт применения Экосола накоплен в ЗАО «Промхолод». На основании этого опыта можно рекомендовать предпочтительный температурный диапазон применения Экосола: -20...+100 °C, хотя в зависимости от марки антифриза точками его замерзания будут -40 °C для Экосола 40 и -60 °C для Экосола 65.

В области низких температур предпочтение следует отдавать Экофросту, который представляет собой водный раствор этилового спирта с ингибиторами и денатурирующими добавками. Благодаря этому хладоноситель практически не оказывает коррозионного воздействия на основные конструкционные материалы, не разрушает резину и пластмассы. Экофрост отвечает самым строгим экологическим требованиям, Ld₅₀ для этилового спирта составляет 7060 мг/кг. Рабочий температурный диапазон хладоносителя -80...+40 °C. Температура замерзания Экофроста определяется концентрацией спирта в воде. Существуют слабоконцентрированные (Экофрост 20) и сильноконцентрированные растворы (Экофрост 80). Цифра в марке означает абсолютную величину отрицательной температуры замерзания раствора. Как следует из рисунка, вязкость Экофроста 60 одна из наиболее низких. Недостатком Экофростов 40, 60 и 80 является их горючесть, хотя водные растворы с содержанием спирта меньше 35 % негорючи. Желательно использовать Экофросты в закрытых системах. Тоннажное производство Экофростов налажено в НПО «Химсинтез» (г. Красноармейск, Московская обл.).

Зависимость динамической вязкости ц низкотемпературных хладоносителей от температуры t:1 Экофрост 60; 2 фризиум (концентрация 47 %, температура замерзания -55°С); 3 — раствор хлорида кальция (концентрация 29,9 %, температура замерзания —55 °C); 4 — Экофрост 40; 5 — Экосол 40;6 — пропиленгликоль

Теплофизические свойства хладоносителей Экосол и Экофрост приведены в книге и ряде статей авторов.

В торговом комплексе в Москве, разработанном фирмой “Резерв”, применены местноцентральные СКВ, снабжаемые холодной водой от центральной холодильной станции и использующие холод наружного воздуха.

На рис. 1 представлен разрез торгового комплекса и показаны помещения, обслуживаемые от местно-центральных СКВ. В таблице приведены данные о потребности СКВ в холоде в расчетных условиях теплого и холодного периодов года при параметрах Б в климате Москвы [1]. Для каждой СКВ в таблице даны расчетные потребности в холоде для центрального приточного агрегата и местных вентиляторных агрегатов.

В теплый период года от центральной холодильной станции, расположенной в подвальном помещении на уровне —7,5 м, насосами подается холодная вода с температурой