Chillventa Rossija-2012: доклад Колосова В.В.

Тема представляемого доклада отражает приоритетное направление
развития (ПНР-3) СПбГуНиПТ, в рамках которого создаётся научноисследовательский центр (НИЦ-1):
«Энергоэффективные низкотемпературные 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
Солей
– горючесть, пожароопасность;
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
2
свободы по сравнению с растворами ПГ+HO.
2
Использование закономерностей растворов электролитов
позволяет обеспечить ХН комплекс необходимых
физико-химических и теплофизических свойств, даёт
возможность поставить разработку хладоносителей на
научную основу.



Изучаемые микросвойства для обеспечения необходимых
макросвойств:
теплота сольватации Н с
Ка
Ионная ассоциация
Числа сольватации в первой координационной сфере
ns ( M n  ), ns ( An  )
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.

Для снижения температуры замерзания:
- способностью ионов координировать значительное число
молекул растворителя;
- диссоциацией на большее число заряженных частиц.
t з  iK крCm Ks
коэффициент, учитывающий число молекул растворителя в
первой координационной сфере.
K s
Для уменьшения вязкости:
- способностью ионов к разупорядочиванию структуры воды;
 / 0  1  Ac1/ 2  BC

коэффициент B в уравнении должен быть отрицательным
Растворимость электролита в ВПГ растворителе при низких
температурах должна обеспечивать гомогенное состояние системы
H p
 N 

 
RT 2
 T  p
Температура
Состав ХН,
замерзания,
соотвествующий указанной
измерения,
t , °С
tк
tк, °С
з
Температура Вязкость ВПГ-растворов μ
ПГ (ξ, %) +
ПГ (ξ, %) без
электролит
электролита
мПа·с
с
без
электролитом электролита
(Сm, моль/кг)
-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
ВПГ хладоносители
ВПГЭ хладоносители
Масс.
Доля
ПГ,
%
Температура
замерзания, С
Теплопро- Теплоём- Масс. Темпераводность,
кость,
Доля
тура
Вт/(м*К)
кДж/
ПГ,
замерза(кг*К)
%
ния, С
Теплопроводность,
Вт/(м*К)
Теплоёмкость,
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
0

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
V= 0,0043y12+0,00073y1y2+0,00006y22-0,042y1-0,00068y2+0,1863
где у - концентрация электролита
у - концентрация пропиленгликоля
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!