Самостійна робота № 14. Вибір холодоносіїв.
Теплоносієм ( або холодоносієм) називають проміжну речовину, яка призначена для відведення тепла від об’єктів, що охолоджують, і передачі його холодоагенту.
Теплоносії поділяють на :
рідкі – вода, розсоли (водні розчини солей), розчини етиленгліколю, гліцерин;
газоподібні – повітря та інші гази.
До теплоносіїв пред’являються наступні вимоги:
низька температура замерзання і незначна в’язкість при низьких температурах;
достатньо висока теплоємкість;
низька вартість;
нешкідливість;
негорючість;
нейтральність до конструкційних матеріалів;
стабільність властивостей.
На РРС в якості теплоносіїв використовують повітря, вода та розчини солей.
Атмосферне повітря являє собою суміш різних газів. Основними його параметрами є вологість (абсолютна та відносна), волого місткість, ентальпія (тепломісткість), теплоємкість, теплопровідність. Повітря вміщує до 3-4% водяних парів. Вологе повітря розглядають як суміш двох ідеальних газів: сухого повітря і водяної пари.
Загальний (барометричний) тиск вологого повітря дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря Рсп і водяних парів Рвп , Рвол п. = Рсп + Рвп.
Парціальний тиск газу (пари) дорівнює тому тиску, який він мав би, якби займав один весь об’єм суміші. Щільність вологого повітря при абсолютній температурі Т дорівнює сумі щільностей сухого повітря і водяних парів: рвол п = рсп + рвод п. З підвищенням температури щільність вологого повітря зменшується. При однакових барометричному тиску і температурі вологе повітря легше сухого.
Вода має високу теплоємкість (в 4 рази вище теплоємкості повітря) , що важливо для теплоносія, але одночасно і високу температуру замерзання, що суттєво обмежує її використання в якості холодоносія. Вона використовується тільки для температур вище 0 С ( хім. Заводи, при кондиціюванні повітря, охолодження напоїв, молока та ін.).
Розчини солей (хлористого кальцію СаС12 повареної солі NaC1 та хлористого магнію MqC12 ), або розсоли, використовують в якості холодоносіїв для температур нижче 0 0 С.
Властивості розсолів залежать від концентрації солі у розчині. Зі збільшенням концентрації температура замерзання розсолу знижується. (рис. 1) . таке пониження виконується до криогідної ( рівновісної) точки КТ, яка відповідає температурі замерзання всього розсолу у вигляді однорідної суміші кристалів льоду і солі (кріогідрату). Збільшення концентрації солі вище криогідного вмісту призводить до підвищення температури замерзання розсолу. При цьому будуть виділятися кристали солі. При замерзанні розсолі з концентрацією нижче криогідратної точки проходить виділення водяного льоду.
Криогідна точка для водяного розчину NaC1 характеризується температурою
– 21,2 0 С і вмістом 29% (по масі) солі у воді, для розчинів СаС12 і MqC12 – відповідно – 55 0 С і 42,7 %, -- 33,6 0 С і 27, 6%.
Зі збільшенням концентрації зростає щільність розсолу і знижується його теплоємкість, що призводить до збільшенню затрат енергії на циркуляцію в системі охолодження.
Розчин хлористого кальцію використовують для утворення температур до --50 0 С, а розчин повареної солі – до --15 0 С. Розсоли викликають підсилену корозію металу, з-за чого приходиться часто замінювати труби. Роз’їдену дію розсолів знижують шляхом додавання спеціальних речовин – пасиваторів або інгібіторів (біхромат натрію, їдкий натр). Їх додають, дотримуючись правил поведінки з їдкими речовинами, до отримання слабо лужної реакції розсолу. Щільність розчину визначають за допомогою ареометра або зважуванням 1 л розсолу.
Для збільшення терміну служби приладів охолодження в якості холодоносіїв використовують і менше корозійно-активні розчини, наприклад водяний розчин етиленгліколю (антифриз).
Ще один недолік, пов’язаний з необхідністю роботи при понижених температурах кипіння, і великої затрати енергії.