Хладоноситель
COOLANT

Изобретение относится к холодильной и отопительной технике, в частности, к жидким рабочим составам для применения в качестве промежуточного хладоносителя или низкозамерзающего теплоносителя и может быть использовано в химической промышленности в интервале температур от 0 до минус 30 °С.
Известны хладоносители на основе органических солей – ацетатов и формиатов, которые характеризуются низкой температурой (до минус      50 °С) и нетоксичностью.
Недостатком таких хладоносителей является значительная скорость коррозии в присутствии ионов железа. Кроме того, эти хладоносители целесообразно использовать только в закрытых системах.
Известен хладоноситель, который имеет следующий компонентный состав, % масс:
этиловый спирт
15,000-96,70
ингибитор коррозии
0,038-0,39
скипидар
0,010-0,10
вода
остальное
В качестве ингибитора коррозии хладоноситель содержит триэтаноламин и фосфорную кислоту в соотношении 5:1. Хладоноситель применим в диапазоне температур от 0 до минус 100 °С, имеет малую вязкость, теплофизические характеристики, близкие к воде, экологически безопасен, не горюч при температурах от плюс 10 °С и ниже.
Недостатком данного хладоносителя является его горючесть и взрывоопасность. Кроме того, хладоносители с высоким содержанием этанола в процессе эксплуатации могут быть использованы не по прямому назначению.
Существует хладоноситель с компонентным составом, % масс:
пропиленгликоль
34,80-39,90
хлорид натрия
12,70-11,40
глюконат натрия
0,22-0,42
вода
остальное
Он обладает рядом преимуществ, а именно: применяется в интервале температур от плюс 5 °С до минус 50 °С, обеспечивает снижение коррозионной активности за счет введения ингибитора коррозии – глюконата натрия.
Недостаток – применение только к определенным маркам стали.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является теплопередающая жидкость состава, % масс:
пропиленгликоль
10-65
нитрат натрия
0,003-0,15
бензоат натрия
0,015-0,75
продукты взаимодействия глицеринас муравьиной кислотой
0,002-0,10
вода
остальное
Она способствует замедлению скорости коррозии металлов. Недостаток – невозможность применения для всех материалов в широком интервале температур.
Техническая задача изобретения направлена на снижение коррозионной активности для большего количества материалов, таких как, сталь марки Ст3, чугун марки СЧ 20, медь, алюминий  и латунь марки Л 80, представленных в системах охлаждения ДВС и прочих системах терморегуляции, применение его в более широком диапазоне температур и снижение стоимости хладоносителя.
Для решения технической задачи предложен хладоноситель, содержащий нитрат кальция, изопропанол и воду, отличающийся тем, что в него дополнительно введен бихромат калия при следующем соотношении компонентов, масс. %:
нитрат кальция
45,0
изопропанол
10,0
бихромат калия
0,5-1,0
вода
остальное
Технический результат достигается за счет того, что введение бихромата калия затрудняет анодное растворение металла в водно-спиртовом растворе нитрата кальция и, вследствие этого, скорость коррозии металла уменьшается.
В качестве основного компонента выбран нитрат кальция, получаемый как побочный продукт при производстве сложных минеральных удобрений. По своим физико-химическим свойствам нитрат кальция близок к солевым растворам на основе хлоридов натрия и кальция, и после стабилизации изопропиловым спиртом может применяться на практике в качестве хладоносителя.
Также, в качестве ингибитора, был опробован моноэтаноламин, однако его коррозионная эффективность по сравнению с бихроматом калия оказалась значительно ниже.
Методика проведения коррозионных испытаний заключалась в следующем.
Исследование коррозионной активности водно-спиртового раствора нитрата кальция проводили при комнатной температуре вольтамперометрическим методом на указанных выше металлах и сплавах, в отсутствие добавок и в присутствии бихромата калия. Использовали трехэлектродную электрохимическую ячейку с хлоридсеребряным электродом сравнения и платиновым вспомогательным электродом. Поляризационные кривые снимали при помощи потенциостата IPC-Compact, изменяя потенциал рабочего стального электрода из катодной в анодную область со скоростью        10 мВ/с. Потенциалы в работе приведены по шкале стандартного водородного электрода. Токи отнесены к геометрической площади исследуемого электрода.
корр
корр
корр
Для определения базовых параметров коррозионного процесса экстраполировали линейные участки анодной и катодной кривых до взаимного пересечения в точке с координатами Е (потенциал коррозии) и lgi(i– скорость коррозии в токовых единицах).
Предлагаемый способ поясняется примерами (табл. 1, 2).
Таблица 1
Состав теплопередающей жидкости
Теплопередающая жидкость
Состав (прототип), мас.%
Состав (предлагаемое изобретение), мас.%
Пропиленгликоль
10
-
Изопропанол
-
10
Нитрат кальция
-
45
Ингибиторы коррозии
Нитрит натрия
0,003
-
Бензоат натрия
0,015
-
Продукты взаимодействия           глицерина с муравьиной килотой
0,002
-
Общее кол-во ингибиторов
0,02
0,5-5
Бихромат калия
-
0,5-5
Вода
остальное
остальное
Таблица 2
Коррозионные потери для различных металлов
Металл
Состав (прототип), мас.%
Состав (предлагаемое изобретение), мас.%
Алюминий
0,018
0,5·10<sup>-6</sup>
Медь
0,02
1,2·10<sup>-6</sup>
Сталь
0,07
0,4
Чугун
-
0,035
Латунь
-
0,1·10<sup>-6</sup>
Эффективность добавок в отношении коррозионного процесса оценивали по стандартным параметрам: проницаемости, степени ингибиторной защиты, коэффициенту торможения. Эти параметры, найденные по пересечению линейных участков полулогарифмических поляризационных кривых, отвечающих протеканию парциальных процессов на металлы в исследуемой среде, приведены в таблице 3.
Таблица 3
Параметры
Сталь 3
ЧугунСЧ20
Медь
Латунь Л80
Алюминий
Без добавки
К<sub>2</sub>Сr<sub>2</sub>О<sub>7</sub>
Без добавки
К<sub>2</sub>Сr<sub>2</sub>О<sub>7</sub>
Без добавки
К<sub>2</sub>Сr<sub>2</sub>О<sub>7</sub>
Без добавки
К<sub>2</sub>Сr<sub>2</sub>О<sub>7</sub>
Без добавки
К<sub>2</sub>Сr<sub>2</sub>О<sub>7</sub>
рН раствора
7,9
7,7
7,9
7,7
7,9
7,7
7,9
7,7
7,9
7,7
Потенциал коррозии Е<sub>корр</sub>, мВ
-331
-443
-168
-201
-108
-91
73
-94
-711
-472
Ток коррозии i<sub>корр</sub>, мкА/см<sup>2</sup>
72
36
8,5
2,93
22
3,3
17
0,4
10
1,8
Скорость коррозии K, г/(м<sup>2</sup>ч)
0,72
0,36
0,085
0,029
0,0000723
0,0000111
0,0000576
0,0000013
0,0000093
0,0000016
Проницаемость П, мм/год
0,80
0,40
0,094
0,035
8,1*10<sup>-6</sup>
1,2*10<sup>-6</sup>
80*10<sup>-6</sup>
0,1*10<sup>-6</sup>
3,4*10<sup>-6</sup>
0,5*10<sup>-6</sup>
Степень защиты Z, %
–
50
–
65
–
85
–
97
–
82
Коэффициент торможения Y
–
2,0
–
2,9
–
6,6
–
42,5
–
5,5
Видно, что в присутствии ингибитора скорость коррозии образцов металлов в новом водно-изопропиловом хладоносителе уменьшалась в 2 и более раза.
Добавление в хладоноситель ингибитора бихромата калия (0,5-1 масс.%) позволяет снизить ток коррозии, и связанные с ним параметры коррозионного процесса, замедляет процесс растворения металла, заметно увеличивая величину наклона анодных линейных участков поляризационных кривых. При увеличении содержания бихромата калия более 1 масс.% применение нового хладоносителя является экономически нецелесообразным и нарушает нормативы по коррозионной активности хладоносителей.
Предложенное соотношение компонентов позволяет:
0
- предотвратить выпадение избытка соли (предел растворимости) в заданном интервале температур (от 0 до минус 30С)
- раствору не замерзать и не расслаиваться.
Выбор пределов бихромата калия определен, исходя из нормативов по коррозионной активности хладоносителей, и подтверждает защитное действие бихромата калия как пассиватора коррозионных процессов. Наиболее устойчивым из всех испытуемых металлов по отношению к новому хладагенту является алюминий.
Список литературы:
1. Геннель, Л. С. Влияние хладоносителей на безопасность пищевой продукции [Текст] / Л. С. Геннель, М. Л. Галкин // Холодильный бизнес, 2003. – № 9. – С. 40.
2. Пат. 2250244 РФ. Хладоноситель для охлаждения и замораживания пищевых продуктов [Текст] / В. В. Макаров, А. А. Петрыкин, В. П. Баранник, А. В. Шамонина. – № 2003116293/04; заявл. 03.06.2003; опубл. 20.04.2005; Бюл. № 11.
3. Пат. 2489467 РФ. Хладоноситель [Текст] / А. В. Бараненко, В. В. Кириллов, О. В. Волкова, А. Е. Сивачёв, А. О. Цимбалист. – № 2011115176/05; заявл. 18.04.2011; опубл. 27.10.2012; Бюл. № 22.
4. Пат. 2296790 РФ. Теплопередающая жидкость [Текст] / Л. С. Геннель, М. Л. Галкин. – № 2005127295/04; заявл. 31.08.2005; опубл. 10.04.2007; Бюл. 10.