Теплоносители

В холодильной технике наибольшее распространение получили следующие теплоносители: вода; водный раствор хлористого натрия (NаС1); водный раствор хлористого кальция (СаС12); этиленгликоль; пропиленгликоль; глицерин; метиловый спирт (метанол). 
Теплоносители можно условно разбить на три группы: вода, рассолы и антифризы. 
Вода. Наиболее универсальным теплоносителем является вода и ее применение оправдано во всех холодильных системах, обеспечивающих охлаждение помещений, камер или технологического оборудования при температуре выше 0°С. Как правило, это крупные установки и системы кондиционирования воздуха и промышленные охладители жидкости (чиллер). 
Обладая хорошей текучестью, большой теплоемкостью и высокими значениями коэффициента теплоотдачи, вода является очень хорошим теплоносителем и с точки зрения термодинамики и теплопередачи. Стоимость воды невелика, она практически не вызывает коррозии трубопроводов и аппаратов холодильных машин.
Недостатком воды как теплоносителя является высокая температура замерзания, что существенно ограничивает ее применение. 
Рассолы. Для понижения температуры замерзания теплоноси¬телей используют водные растворы солей, которые получили название рассолов. Чем больше растворено соли в воде, тем ниже температура замерзания раствора, но это понижение температуры замерзания не бесконечно. Раствор любой соли в воде имеет определенную концентрацию, при которой температура замерзания раствора минимальна. Такая концентрация раствора соли в воде получила название эвтектической концентрации (или эвтектики), а раствор — эвтектического раствора.
В холодильной технике используют два вида рассола — водный раствор хлористого натрия (NaCl) и хлористого кальция (СаСl2). 
Минимальная температура раствора хлористого натрия -21 oС. Она достигается при эвтектической концентрации 23 % соли в воде. Раствор хлористого натрия используют для охлаждения и замораживания мяса, рыбы и других продуктов преимущественно орошением. Раствор хлористого натрия (поваренная соль) безопасен для человека, что позволяет использовать его при контакте продукта с охлаждающей или замораживающей средой, т.е. теплоносителем.
Водный раствор хлористого кальция (СаС12) используют в технологических процессах замораживания или хранения продуктов, когда температура охлажденного теплоносителя (рассола) должна быть ниже -18 oС. Эвтектическая температура раствора хлористого кальция составляет -55 °С при концентрации, около 30 %. Недостатком раствора хлористого кальция являет его токсичность и коррозионная активность к материалу трубопроводов.
Характеристики растворов хлористого натрия и хлористого кальция в воде приведены в табл. 2.3 и 2.4.
Таблица 2.3

  Характеристика водного раствора (рассола) хлористого натрия

Колличество NaCl в растворе, %

по массе

Плотность при 15,5 оС,

кг/л

Удельная теплоемкость

при 15,5оС, кДж(кгК)

Температура замерзания,

оС

0 1 4,18 0
5 1,035 3,92 -2,8
10 1,72 3,71 -6,4
15 1,111 3,54 -11,1
20 1,15 3,4 -16,8
23 1,175 3,33 -21,1
25 1,191 3,29 -8,8

Таблица 2.4 
Характеристика водного раствора (рассола) хлористого кальция

Колличество СаС12 в растворе,

% по массе

Плотность при

15,5оС, кг/л

Удельная теплоёмкость

при 15,5 оС, кДж(кгК)

Температура

замерзания,оС

0 1 4,18 0
5 1,044 3,88 -2,4
10 1,087 3,57 -5,4
15 1,133 3,31 -10,3
20 1,182 3,08 -18
25 1,233 2,88 -29,4
29,87 1,29 2,74 -55
30 1,295 2,73 -46

Антифризы. Некоторые водорастворимые соединения, имеющие низкую температуру замерзания, получили название антифризов. К наиболее часто применяемым антифризам относятся водные растворы этиленгликоля, пропиленгликоля, метилового спирта и глицерина. В табл. 2.5 приведены температуры замерзания анти¬фризов в зависимости от их концентрации в воде. 

Температура замерзания водных растворов антифризов

Метиловый спирт Глицерин Этиленгликоль Пропиленгликоль

Содержание,

% по массе

Температура

замерзания, t,оС

Содержание %,

по массе

Температура замерзания

t, оС

Содержание

% по массе

Температура

замерзания

t, оС

Содержание

% по массе

Температура

замерзания

t, оС

5 -2,2 10 -1,6 15 -5,3 5 -1,7
10 -4,7 20 -4,8 20 -8,8 10 -3,3
15 -6,8 30 -9,5 25 -12,2 15 -5,3
20 -10,4 40 -15,4 30 -15,8 20 -7,2
25 -14,7 50 -23 35 -20 25 -9,5
30 -19,5 60 -34,7 40 -24,7 30 -12,8
35 -25,1 70 -38,9 45 -30 35 -16,4
40 -29,4 80 -20,8 50 -35,8 40 -20,8
45 -33,1 90 -1,6 45 -26,1
50 -36,7 100 17 50 -31,9
55 -40,3 55 -39,8
59 -49,4

 

Наиболее широко в холодильной технике применяют водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля.Причем применение пропиленгликоля предпочтительней, так как этиленгликоль токсичен. В отличие от рассолов антифризы исключительно стойкие соединения и не испаряются при эксплуатации. Антифризы не вызывают коррозии трубопроводов, не вступают в химические реакции с цветными металлами и сплавами, но они существенно дороже рассолов.