Теплоносители
Отображение 1–24 из 70
Теплоноситель — жидкость или пар, которые переносят тепло от источника к потребителю по замкнутому контуру: нагревают или охлаждают реакторы, теплообменники, помещения. Выбор теплоносителя определяет прежде всего температурный диапазон. Вода работает от 0 до 100 °C при атмосферном давлении, растворы гликолей и солей опускают нижнюю границу до −40…−50 °C, органические и кремнийорганические жидкости поднимают верхнюю до 300–400 °C без высокого давления. Кроме температуры важны теплофизические свойства, токсичность, пожарная опасность и коррозионная активность. Теплоносители для охлаждения при отрицательных температурах называют также хладоносителями.
Назначение теплоносителей
- Химия и фармацевтика: термостатирование реакторов через рубашку, кристаллизаторы; часто один контур и нагревает, и охлаждает.
- Пищевая промышленность: охлаждение молока, пива и напитков, пастеризация, холодильные камеры.
- Отопление, вентиляция и кондиционирование: контуры с риском замерзания, чиллеры, калориферы приточных установок, гликолевые рекуператоры.
- Холодильная техника: вторичные контуры супермаркетов, ледовые арены, морозильные тоннели.
- Возобновляемая энергетика: солнечные коллекторы, грунтовые контуры тепловых насосов.
- Пластмассы и испытания: термостатирование пресс-форм, климатические камеры, лабораторные термостаты и криостаты.
Виды теплоносителей
| Класс теплоносителя | Ориентировочный рабочий диапазон | Где применяют |
|---|---|---|
| Вода | +5…+95 °C, под давлением — до 150–180 °C | Отопление, технологический нагрев и охлаждение, пресс-формы |
| Водяной пар | обычно 100–250 °C; с температурой быстро растёт давление | Обогрев аппаратов, стерилизация, пищевые производства |
| Водные растворы этиленгликоля | −40…+110 °C | Отопление и вентиляция зданий, чиллеры, охлаждение без контакта с пищей |
| Водные растворы пропиленгликоля | −30…+110 °C | Пищевые и фармацевтические производства, солнечные коллекторы, тепловые насосы |
| Солевые хладоносители: хлорид кальция, формиат и ацетат калия | нижняя граница до −40…−50 °C | Холодильные контуры, ледовые арены, морозильное оборудование |
| Силиконовые (кремнийорганические) жидкости | от −80…−40 до +200…+300 °C в зависимости от марки | Технологические и лабораторные термостаты, испытательные камеры |
| Синтетические углеводороды | от −80…−100 до +200…+300 °C в зависимости от марки | Совмещённые схемы «нагрев — охлаждение» реакторов в фармацевтике и тонкой химии |
| Высокотемпературные органические теплоносители | до 300–400 °C | Нагрев в химии, нефтехимии, производстве полимеров |
Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ) — минеральные и синтетические термомасла — выделены в отдельную категорию. Выше 400 °C применяют уже солевые расплавы.
Характеристики теплоносителей
- Теплоёмкость и теплопроводность: у воды наибольшие; у растворов гликолей ниже, а у органических и силиконовых жидкостей теплоёмкость примерно вдвое, теплопроводность в несколько раз ниже. Для той же мощности им нужны больший расход и площадь теплообмена.
- Вязкость на холоде: определяет мощность насоса и режим течения; в ламинарном режиме теплоотдача резко падает. Пропиленгликоль на холоде заметно вязче этиленгликоля.
- Застывание и кристаллизация: раствор гликоля сначала превращается в ледяную кашу и лишь ниже затвердевает; для работающего контура ориентируются на начало кристаллизации.
- Давление паров: задаёт давление в контуре и риск кавитации насосов.
- Термическая стабильность: гликоли при перегреве и контакте с воздухом окисляются до муравьиной, гликолевой и других органических кислот; органические жидкости крекируются с образованием отложений.
- Коррозионная активность: растворы гликолей и солей без ингибиторов корродируют сталь, чугун, алюминий и медь. Ингибиторы — фосфаты, силикаты, нитриты, молибдаты, азолы, карбоксилаты — расходуются и требуют контроля.
- Токсичность и пожароопасность: этиленгликоль токсичен при проглатывании, пищевой пропиленгликоль малотоксичен; у низкотемпературных углеводородов температура вспышки может быть ниже рабочей.
Как выбрать теплоноситель
- Температурный диапазон: минимум — с запасом выше начала кристаллизации, максимум — ниже предела термической стабильности.
- Одна жидкость или две: для реакторов с циклами нагрева и охлаждения удобнее один теплоноситель широкого диапазона, чем переключение между паром и рассолом.
- Контакт с продуктом: в пищевых и фармацевтических производствах — пищевой пропиленгликоль или жидкости с регистрацией NSF HT1.
- Контур и материалы: открытый или закрытый; металлы и уплотнения; оцинкованные трубы с гликолями не применяют.
- Энергозатраты: от теплоёмкости и вязкости зависят мощность насосов и размер теплообменников.
Стандарты и спецификации
- ISO 6743-12: семейство Q — масляные и синтетические теплоносители.
- ГОСТ 28084: низкозамерзающие охлаждающие жидкости на основе этиленгликоля.
- ASTM D1177, D1287, D1121, D1384: температура замерзания, pH, щелочной резерв и коррозионное воздействие на металлы водных растворов гликолей.
- NSF HT1: регистрация теплоносителей, допускающих случайный контакт с пищевыми продуктами.
- Пропиленгликоль: пищевая добавка E1520, фармакопейное качество USP и EP.
Эксплуатация теплоносителей
- Приготовление раствора: концентрат разбавляют деминерализованной водой — соли жёсткости дают накипь и связывают ингибиторы.
- Контроль гликоля: концентрация по рефрактометру или плотности, pH, щелочной резерв; падение pH говорит об окислении гликоля.
- Сухой азот в низкотемпературных контурах: влага на холоде вымерзает льдом на теплообменниках, кислород ускоряет окисление при нагреве.
- Деаэрация: после заполнения воздух удаляют — пузырьки ухудшают теплообмен и вызывают кавитацию.
- Смешивание: гликоли с разными пакетами ингибиторов и теплоносители разных классов не смешивают; при смене типа контур промывают.
Вопросы и ответы
- Этиленгликоль или пропиленгликоль? Этиленгликоль дешевле и менее вязок на холоде, но токсичен; пропиленгликоль выбирают там, где возможен контакт с пищей, питьевой водой или людьми.
- Какую концентрацию гликоля выбрать? Такую, чтобы начало кристаллизации было на 5–10 °C ниже минимальной температуры. Этиленгликоль выше 60 % не концентрируют: температура замерзания снова растёт, а теплоёмкость падает.
- Чем термостатировать реактор от −80 до +200 °C? Одним теплоносителем на синтетических углеводородах или силиконовой жидкостью подходящей вязкости.