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.