Тема представляемого доклада отражает приоритетное направление развития (ПНР-3) СПбГуНиПТ, в рамках которого создаётся научно-исследовательский центр (НИЦ-1):

«Энергоэффективные низко-

температурные технологии и системы обеспечения»

Научный руководитель:

Проф. А.В. Бараненко

Хладоносители

с низкими температурами замерзания

на основе электролитных

водно-пропиленгликолевых растворов

Кириллов Вадим Васильевич, заведующий кафедрой общей, неорганической и аналитической химии, д.т.н., проф. СПбГУНиПТ,

академик МАХ

Этиленгликоля – токсичность, экологическая небезопасность;

Пропиленгликоля – высокая вязкость;

Этанола – горючесть, пожароопасность;

Солей органических кислот – малая устойчивость в открытых системах;

Хлоридов натрия и кальция – недостаточно низкие температуры замерзания и высокая коррозионная активность соответственно.

Система ПГ+HO+электролит имеет больше степеней свободы по сравнению с растворами ПГ+HO. Использование закономерностей растворов электролитов позволяет обеспечить ХН комплекс необходимых физико-химических и теплофизических свойств, даёт возможность поставить разработку хладоносителей на научную основу.

2

2

Изучаемые микросвойства для обеспечения необходимых макросвойств:

теплота сольватации Ионная ассоциация Числа сольватации в первой координационной сфере

Варьируя с помощью математико-статистических методов качественный и количественный состав ХН с учётом закономерностей взаимодействий в растворах, можно получить композиции с улучшенными свойствами по температуре замерзания, вязкости и способности оказывать коррозионное воздействие.

сН

аК

)(),( ns

ns AnMn

Для снижения температуры замерзания:

- способностью ионов координировать значительное число молекул растворителя;

- диссоциацией на большее число заряженных частиц.

- коэффициент, учитывающий число молекул растворителя в первой координационной сфере.

Для уменьшения вязкости:

- способностью ионов к разупорядочиванию структуры воды;

коэффициент B в уравнении должен быть отрицательным Растворимость электролита в ВПГ растворителе при низких

температурах должна обеспечивать гомогенное состояние системы

smкрз KCiKt

sK

BCAc 2/10 1/

2RT

H

T

N p

p

Температура

замерзания,

t , °С

Состав ХН,

соотвествующий указанной

tк

Температура

измерения,

tк, °С

Вязкость ВПГ-растворов μ

мПа·с

ПГ (ξ, %) +

электролит

(Сm, моль/кг)

ПГ (ξ, %) без

электролита

с

электролитом

без

электролита

-21,8 11,7 + 3,2 41,2 -19 5,92 29,7

-22,8 17,4 + 3 42,2 -21 8,34 38,1

-24,9 26 + 2,4 44,4 -23 14,4 50,1

-30,8 30 + 2,4 49 -29 29,9 79,4

з

ВПГ хладоносители ВПГЭ хладоносители

Масс.Доля ПГ,%

Темпера-тура

замерза-ния, С

Теплопро-водность,Вт/(м*К)

Теплоём-кость,кДж/

(кг*К)

Масс.Доля ПГ,%

Темпера-тура

замерза-ния, С

Теплопро-водность,Вт/(м*К)

Теплоём-кость,кДж/

(кг*К)

30 -13,5 0,341 3,89 30 -16,7 0,424 3,69

40 -21,8 0,275 4,22 40 -23,8 0,367 3,49

50 -31,8 0,282 4,24 50 -35,1 0,331 3,26

V= 0,0043y12+0,00073y1y2+0,00006y2

2-0,042y1-0,00068y2+0,1863

где у - концентрация электролита

у - концентрация пропиленгликоля

Среда Скорость коррозии Vкор.(мм/год)

22%-ый водный раствор NaCl 0,01718

22%-ый водный раствор NaCl +ПГ 0,00776

40%-ый водный раствор ПГ 0,01274

40%-ый водный раствор ПГ + электролит

0,00425

40%-ый водный раствор ГЛ 0,01123

40%-ый водный раствор ГЛ + электролит

0,01092

0

1

2

Электролитные водно-пропиленгликолевые хладоносители по комплексу свойств превосходят как водно-солевые,

так и водно-пропиленгликолевые ХН, так как их создание поставлено на научную основу, учитывающую

физико-химические взаимодействия в растворе.

Благодарим за внимание!