Введение:
Вода, основной элемент в различных промышленных процессах, служит основным средством теплопередачи благодаря своим уникальным теплофизическим свойствам. Однако ограничение, связанное с температурой замерзания воды, требует использования альтернативных жидкостей, таких как растворы антифризов, в конкретных сценариях.
Превосходство воды как средства теплопередачи:
Вода является отличным теплоносителем в промышленных системах благодаря своей высокой теплопроводности и теплоемкости. Эти свойства обеспечивают эффективное поглощение и передачу тепла, что делает воду идеальной средой в системах, требующих быстрого контроля температуры. Кроме того, низкая вязкость воды обеспечивает плавное течение по трубам и каналам, повышая эффективность системы. Низкое тепловое расширение снижает риск повреждения из-за изменений температуры. Более того, вода легкодоступна, недорога и экологически безопасна, что делает ее предпочтительным выбором во многих отраслях промышленности.
Ограничение воды – точка замерзания:
Несмотря на эти преимущества, у воды есть существенный недостаток – ее температура замерзания составляет 0°C. Это ограничение создает серьезную проблему в средах, подверженных отрицательным температурам, поскольку замерзшая вода может привести к сбою или повреждению системы.
Потребность в антифризах в промышленных процессах:
Чтобы преодолеть ограничение температуры замерзания воды, промышленность обращается к антифризам. Они жизненно важны в пищевой промышленности, где процессы часто требуют охлаждения. Аналогичным образом, в фармацевтическом производстве поддержание определенных температур имеет решающее значение для стабильности и эффективности продукта.
В пищевой и фармацевтической промышленности, а также в системах пожаротушения применяют безвредные водные растворы на основе пропиленгликоля или глицерина. В солнечных коллекторах используются жидкости на основе пропиленгликоля.
Природные растворы также используются в системах отопления частных домов, детских учреждений, промышленных предприятий, где необходимо минимизировать риск причинения вреда при попадании растворов в питьевую систему. Растворы на основе пропиленгликолей и глицерина более безопасны по сравнению с растворами этиленгликоля.
Водные растворы пропиленгликоля, разработанные лабораторией МастерХем, разделены на группы по температуре замерзания и защите от ржавчины.
Мастер ЭКО-20ПРО™
Мастер – запатентованный продукт компании MasterChem.
ЭКО – означает водный раствор на основе пропиленгликоля. (Другие диапазоны охлаждающих жидкостей MasterChem имеют значения
БИО — раствор глицерина и воды
EWS – раствор этиленгликоля и воды
-10; -20; -30; -40; -50 точка замерзания водных растворов по Цельсию.
НОР — водный раствор без добавок ржавчины
PRO – водный раствор с антикоррозийной добавкой – содержит ингибитор
например, Мастер ЭКО-20ПРО™ — водный раствор на основе пропиленгликоля, не замерзает при температуре до -20С и содержит добавки-ингибиторы.
Свойства водных растворов пропиленгликоля действительно имеют решающее значение для их использования в качестве теплоносителя в различных приложениях. Давайте обсудим эти свойства более подробно:
● Плотность: Водные растворы пропиленгликоля имеют более высокую плотность, чем вода, обычно на 6-8%. Эта плотность увеличивается с увеличением концентрации пропиленгликоля. Более высокая плотность этих растворов может повлиять на характеристики потока и теплопередачи систем, в которых они используются.
● Удельная теплоемкость и теплопроводность: как удельная теплоемкость, так и теплопроводность растворов пропиленгликоля ниже, чем у воды, и уменьшаются до 20% с увеличением концентрации пропиленгликоля. Это снижение становится более значительным при более низких температурах, особенно в минусовых условиях. Это означает, что способность раствора сохранять и передавать тепло снижается по сравнению с водой.
● Вязкость: Как кинематическая, так и динамическая вязкость водных растворов пропиленгликоля выше, чем у воды, примерно в 4-5 раз выше при положительных температурах. Когда концентрация пропиленгликоля увеличивается примерно до 55% (что обычно является практическим пределом), вязкость может увеличиться в 10-15 раз, особенно когда температура кристаллизации падает примерно до -40°С. Высокая вязкость при более низких температурах может повлиять на прокачиваемость и текучесть раствора, что является критическим фактором при проектировании и эксплуатации системы.
● Эти свойства делают водные растворы пропиленгликоля особенно полезными в тех случаях, когда могут возникать отрицательные температуры, например, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования, охлаждении и различных промышленных процессах. Рецептура этих решений представляет собой баланс между требуемыми свойствами антифриза и желаемыми характеристиками теплопередачи.
● Инженерам и техническим специалистам важно учитывать эти свойства при проектировании и эксплуатации систем, в которых используются водные растворы пропиленгликоля, для обеспечения оптимальной производительности и эффективности.
Повышенная вязкость водных растворов пропиленгликоля при отрицательных рабочих температурах фактически приводит к значительным гидравлическим потерям из-за трения в трубопроводах и преодолению гидравлического сопротивления во всех компонентах систем охлаждения и промышленного кондиционирования. Этот фактор имеет решающее значение при проектировании и эксплуатации системы, поскольку жидкости с более высокой вязкостью требуют больше энергии для перекачки, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов и потенциальной нагрузке на систему.
Кроме того, снижение удельной теплоемкости и теплопроводности растворов пропиленгликоля до 20% по сравнению с водой требует корректировки работы системы. Для обеспечения передачи необходимой тепловой мощности (энергии) может потребоваться увеличение скорости циркуляции теплоносителя или другие технические решения. Это может повлиять на эффективность процессов теплопередачи и общую производительность систем отопления и охлаждения.
Эти факторы становятся особенно важными в различных климатических условиях, где экстремальные температуры могут существенно повлиять на свойства жидкости. При проектировании и эксплуатации систем отопления и промышленного кондиционирования инженеры должны учитывать эти характеристики растворов пропиленгликоля. Это включает в себя рассмотрение альтернативных конструкций системы, таких как более крупные насосы или трубы, с учетом повышенной вязкости жидкости и снижения эффективности теплопередачи.
Таким образом, использование водных растворов пропиленгликоля при экстремальных температурах требует тщательного учета их теплофизических свойств для обеспечения эффективной и надежной работы системы. Это может включать детальный анализ параметров системы и потенциально более сложные или дорогостоящие конструкции систем для эффективного решения этих проблем.
Мастер ЭКО-10ПРО™ Теплофизические свойства 25% водного раствора пропиленгликоля, температура замерзания минус — 10°С.
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Средняя, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -10°C | 1028 | 3.92 | 0.465 | 10,231 | 9.81 |
| 0°C | 1025 | 3.95 | 0.470 | 6,180 | 6.02 |
| 20°C | 1019 | 3.98 | 0.478 | 2,860 | 2.81 |
| 40°C | 1011 | 4.00 | 0.491 | 1.421 | 1.40 |
| 60°C | 998 | 4.03 | 0.505 | 0.903 | 0.90 |
| 80°C | 981 | 4.05 | 0.519 | 0.671 | 0.68 |
| 100°C | 973 | 4.08 | 0.533 | 0.509 | 0.52 |
Мастер ЭКО-20ПРО™ Теплофизические свойства 37% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 20°С.
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Средняя, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -20°C | 1051 | 3.68 | 0.420 | 47.25 | 45.10 |
| 0°C | 1045 | 3.72 | 0.425 | 12.54 | 12.12 |
| 20°C | 1036 | 3.77 | 0.429 | 4,562 | 4.41 |
| 40°C | 1025 | 3.82 | 0.433 | 2,261 | 2.23 |
| 60°C | 1012 | 3.88 | 0.437 | 1,320 | 1.30 |
| 80°C | 997 | 3.93 | 0.441 | 0.897 | 0.91 |
| 100°C | 982 | 4.00 | 0.445 | 0.687 | 0.71 |
Мастер ЭКО-30ПРО™ Теплофизические свойства 45% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 30°С.
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Средняя, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -30°C | 1066 | 3.45 | 0.397 | 160.2 | 150 |
| -20°C | 1062 | 3.49 | 0.396 | 74.3 | 70 |
| -10°C | 1058 | 3.52 | 0.395 | 31.74 | 30 |
| 0°C | 1054 | 3.56 | 0.395 | 18.97 | 18 |
| 20°C | 1044 | 3.62 | 0.394 | 6,264 | 6 |
| 40°C | 1033 | 3.69 | 0.393 | 2,978 | 2.9 |
| 60°C | 1015 | 3.76 | 0.391 | 1.624 | 1.6 |
| 80°C | 999 | 3.82 | 0.391 | 1.10 | 1.1 |
| 100°C | 984 | 3.89 | 0.390 | 0.807 | 0.82 |
Мастер ЭКО-40ПРО™ Теплофизические свойства 53% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 40°С.
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Средняя, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -40°C | 1069 | 3.15 | 0.373 | 212.0 | 215 |
| -30°C | 1068 | 3.22 | 0.374 | 180.5 | 180 |
| -20°C | 1066 | 3.26 | 0.376 | 83.3 | 80 |
| -10°C | 1052 | 3.29 | 0.375 | 39.74 | 40 |
| 0°C | 1058 | 3.33 | 0.375 | 22.67 | 23 |
| 20°C | 1046 | 3.39 | 0.374 | 7,534 | 8 |
| 40°C | 1038 | 3.46 | 0.378 | 3.025 | 3 |
| 60°C | 1021 | 3.53 | 0.384 | 1.814 | 1.9 |
| 80°C | 1014 | 3.59 | 0.385 | 1.21 | 1.3 |
| 100°C | 992 | 3.66 | 0.390 | 0.843 | 0.85 |
Мастер ЭКО-50ПРО™ Теплофизические свойства 60% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 50°С.
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Средняя, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -50°C | 1071 | Не испытано | Не испытано | Не испытано | Не испытано |
| -40°C | 1070 | 3.12 | 0.353 | 243.0 | 245 |
| -30°C | 1069 | 3.20 | 0.354 | 195.5 | 196 |
| -20°C | 1067 | 3.24 | 0.355 | 92.3 | 93 |
| -10°C | 1054 | 3.27 | 0.324 | 41,2 | 42 |
| 0°C | 1059 | 3.30 | 0.355 | 24.3 | 25 |
| 20°C | 1047 | 3.36 | 0.353 | 8.2 | 9 |
| 40°C | 1039 | 3.44 | 0.357 | 3.87 | 4 |
| 60°C | 1023 | 3.51 | 0.363 | 1.886 | 1.9 |
| 80°C | 1017 | 3.57 | 0.364 | 1.38 | 1.4 |
| 100°C | 998 | 3.64 | 0.370 | 0.874 | 0.88 |
Температура замерзания водных растворов пропиленгликоля действительно является важным теплофизическим параметром, особенно в тех случаях, когда встречаются низкие температуры. Зависимость между концентрацией пропиленгликоля и температурой замерзания нелинейна.
Зависимость температуры замерзания от концентрации. По мере увеличения концентрации пропиленгликоля в воде температура замерзания раствора снижается. Это снижение температуры замерзания является нелинейным, то есть оно не уменьшается с постоянной скоростью по мере увеличения концентрации.
Практическая минимальная температура замерзания: при концентрации пропиленгликоля около 70% раствор достигает практической минимальной точки замерзания около -58°C. Дальнейшее увеличение концентрации, до 98%, лишь незначительно снижает температуру замерзания примерно до -60°С.
Стандартные концентрации: Обычно растворы пропиленгликоля используются в стандартных концентрациях 30–40%. Этот диапазон считается оптимальным для балансировки свойств антифриза и других физических характеристик раствора.
Соображения стоимости: Стоимость охлаждающей жидкости во многом зависит от концентрации пропиленгликоля. Использование концентраций выше 70% обычно не считается экономичным из-за минимального снижения температуры замерзания за пределами этой концентрации.
Плотность при 20°C: Плотность растворов пропиленгликоля также варьируется в зависимости от концентрации и обычно рассчитывается при стандартной температуре 20°C. Более высокие концентрации пропиленгликоля приводят к более высокой плотности.
Эти свойства имеют решающее значение для проектирования и эксплуатации систем, в которых пропиленгликоль используется в качестве теплоносителя, особенно в условиях переменных или низких температур. Инженерам необходимо понимать эти взаимосвязи, чтобы выбрать подходящую концентрацию для своего конкретного применения и обеспечить эффективность и экономичность системы.
Влияние концентрации чистого пропиленгликоля на температуру замерзания водного раствора. Плотность раствора при температуре 20°С.
| Концентрация пропиленгликоля, % | Точка замерзания (начало кристаллизации), t°C |
Плотность при 20°C |
| 31% | -15 °C | 1.022 |
| 36% | -20 °C | 1.028 |
| 42% | -25 °C | 1.031 |
| 45% | -30 °C | 1.035 |
| 50% | -35 °C | 1.038 |
| 55% | -45 °C | 1,040 |
| 60% | -55 °C | 1,042 |
| 65% | -57 °C | 1,043 |
| 70% | -58 °C | 1,044 |
Срок службы охлаждающих жидкостей Master ECO – не менее 7 лет. Цена охлаждающей жидкости зависит от концентрации основного базового компонента. При ее заказе и покупке необходимо учитывать процентное содержание пропиленгликоля в марке охлаждающей жидкости. От этого показателя зависит температурный диапазон, в котором всесезонная низкозамерзающая охлаждающая жидкость будет находиться в рабочем состоянии.
Порядок действий при аварийном отключении системы отопления.
Растворы пропиленгликоля и воды при нулевой температуре и ниже имеют высокий уровень вязкости. Поэтому, если система остыла, рекомендуется сначала включить сами ТЭНы, а затем запустить циркуляцию. Это снизит нагрузку на насосы.
© 2024 Сергей Веселков. Все права защищены.
Все права защищены, и никакая часть публикации не может быть воспроизведена, распространена или передана в любой форме и любыми средствами, включая фотокопирование, запись или другие электронные или механические методы, без вашего предварительного письменного разрешения.