Esittely:
Vesi, erilaisten teollisten prosessien peruselementti, toimii ensisijaisena lämmönsiirtokeinona ainutlaatuisten lämpöfysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta. Veden jäätymispisteeseen liittyvä rajoitus edellyttää kuitenkin vaihtoehtoisten nesteiden, kuten jäätymisenestoaineiden, käyttöä tietyissä skenaarioissa.
Veden ylivoima lämmönsiirtovälineenä:
Vesi on erinomainen lämmönsiirtoneste teollisissa järjestelmissä korkean lämmönjohtavuuden ja lämpökapasiteetin ansiosta. Nämä ominaisuudet mahdollistavat tehokkaan lämmön imeytymisen ja siirron, mikä tekee vedestä ihanteellisen väliaineen järjestelmissä, jotka vaativat nopeaa lämpötilan säätöä. Lisäksi veden alhainen viskositeetti varmistaa tasaisen virtauksen putkien ja kanavien läpi, mikä lisää järjestelmän tehokkuutta. Alhainen lämpölaajeneminen vähentää lämpötilan muutoksista johtuvien vaurioiden riskiä. Lisäksi vesi on helposti saatavilla, edullista ja ympäristöystävällistä, joten se on ensisijainen valinta monissa teollisissa sovelluksissa.
Veden rajoitus – jäätymispiste:
Näistä eduista huolimatta vedellä on kriittinen haitta – sen jäätymispiste 0 °C:ssa. Tämä rajoitus aiheuttaa merkittävän ongelman ympäristöissä, jotka ovat alttiina pakkaselle, koska jäätynyt vesi voi aiheuttaa järjestelmävian tai vaurioita.
Pakkasnesteratkaisujen tarve teollisissa prosesseissa:
Veden jäätymispisteen rajoitusten voittamiseksi teollisuus on siirtymässä pakkasnesteratkaisuihin. Ne ovat elintärkeitä elintarviketeollisuudessa, jossa prosessit vaativat usein jäähdytystä. Samoin lääkevalmistuksessa tiettyjen lämpötilojen ylläpitäminen on kriittistä tuotteen stabiilisuuden ja tehokkuuden kannalta.
Elintarvike- ja lääketeollisuudessa sekä palonsammutusjärjestelmissä käytetään vaarattomia propyleeniglykoliin tai glyseriiniin perustuvia vesiliuoksia. Aurinkokeräimet käyttävät propyleeniglykolipohjaisia nesteitä.
Luonnollisia ratkaisuja käytetään myös kotitalouksien, lastenlaitosten ja teollisuusyritysten lämmitysjärjestelmissä, joissa juomajärjestelmään joutuvien liuosten haittojen riski on tarpeen minimoida. Propyleeniglykoleihin ja glyseriiniin perustuvat liuokset ovat turvallisia etyleeniglykoliliuoksiin verrattuna.
MasterChemin laboratorion kehittämät propyleeniglykolin vesiliuokset on jaettu ryhmiin jäätymispisteen ja ruostesuojauksen mukaan.
Master ECO-20PRO™
Master on MasterChemin patentoitu tuote
ECO – tarkoittaa propyleeniglykoliin perustuvaa vesiliuosta. (Muilla MasterChem-jäähdytysnestesarjoilla on merkityksiä
BIO – glyseriinin ja veden liuos
EWS – etyleeniglykoli-vesiliuos
-10; -20; -30; -40; -50 celsiusasteen vesiliuosten jäätymispiste
NOR – vesiliuos ilman ruosteen lisäaineita
PRO – vesiliuos ruosteenestoaineella – sisältää inhibiittoria
esimerkiksi Master ECO-20PRO™ – vesiliuos, joka perustuu propyleeniglykoliin, ei jäädy -20 C:n lämpötiloissa ja sisältää inhibiittorilisäaineita
Propyleeniglykolin vesiliuosten ominaisuudet ovat todellakin kriittisiä niiden käytölle lämmönsiirtonesteenä erilaisissa sovelluksissa. Tarkastellaanpa näitä ominaisuuksia tarkemmin:
● Tiheys: Propyleeniglykolin vesiliuoksilla on suurempi tiheys kuin vedellä, yleensä 6-8 % suurempi. Tämä tiheys kasvaa propyleeniglykolipitoisuuden kasvaessa. Näiden ratkaisujen suurempi tiheys voi vaikuttaa niiden järjestelmien virtaus- ja lämmönsiirto-ominaisuuksiin, joissa niitä käytetään.
● Ominaislämmön- ja lämmönjohtavuus: Propyleeniglykoliliuosten ominaislämmön- ja lämmönjohtavuus ovat alhaisemmat kuin veden ja laskevat jopa 20 % propyleeniglykolipitoisuuden kasvaessa. Tämä väheneminen tulee merkittävämmäksi alhaisemmissa lämpötiloissa, erityisesti pakkasolosuhteissa. Tämä tarkoittaa, että ratkaisun kyky säilyttää ja siirtää lämpöä on heikentynyt veteen verrattuna.
● Viskositeetti: Propyleeniglykolin vesiliuosten sekä kinemaattinen että dynaaminen viskositeetti on korkeampi kuin veden, noin 4-5 kertaa korkeampi positiivisissa lämpötiloissa. Kun propyleeniglykolin pitoisuus nostetaan noin 55 %:iin (joka on yleensä käytännön raja), viskositeetti voi nousta kertoimella 10-15, erityisesti kun kiteytyslämpötila laskee noin -40 °C:seen. Korkea viskositeetti alemmissa lämpötiloissa voi vaikuttaa liuoksen pumpattavuuteen ja juoksevuuteen, mikä on kriittinen tekijä järjestelmän suunnittelussa ja toiminnassa.
● Nämä ominaisuudet tekevät propyleeniglykolin vesiliuoksista erityisen hyödyllisiä sovelluksissa, joissa saattaa esiintyä jäätymislämpötiloja, kuten LVI-järjestelmissä, jäähdytyksessä ja erilaisissa teollisissa prosesseissa. Näiden liuosten koostumus on tasapaino vaadittujen jäätymisenesto-ominaisuuksien ja haluttujen lämmönsiirto-ominaisuuksien välillä.
● On tärkeää, että insinöörit ja teknikot ottavat nämä ominaisuudet huomioon suunnitellessaan ja käyttäessään järjestelmiä, joissa käytetään propyleeniglykolin vesiliuoksia optimaalisen suorituskyvyn ja tehokkuuden varmistamiseksi.
Propyleeniglykolin vesiliuosten lisääntynyt viskositeetti negatiivisissa käyttölämpötiloissa johtaa itse asiassa merkittäviin hydraulihäviöihin, jotka johtuvat putkistojen kitkasta ja hydraulisen vastuksen voittamisesta kaikissa jäähdytys- ja teollisuusilmastointijärjestelmien komponenteissa. Tämä tekijä on kriittinen järjestelmän suunnittelussa ja käytössä, koska korkeamman viskositeetin nesteet vaativat enemmän energiaa pumppaamiseen, mikä lisää käyttökustannuksia ja mahdollista järjestelmän rasitusta.
Lisäksi propyleeniglykoliliuosten ominaislämpökapasiteetin ja lämmönjohtavuuden aleneminen jopa 20 % veteen verrattuna vaatii järjestelmän toiminnan säätämistä. Tarvittavan lämpötehon (energian) siirron varmistamiseksi voi olla tarpeen lisätä jäähdytysnesteen kiertonopeutta tai muita teknisiä ratkaisuja. Tämä voi vaikuttaa lämmönsiirtoprosessien tehokkuuteen ja lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmien yleiseen suorituskykyyn.
Nämä tekijät tulevat erityisen tärkeiksi erilaisissa ilmastoissa, joissa äärimmäiset lämpötilat voivat vaikuttaa merkittävästi nesteen ominaisuuksiin. Lämmitys- ja teollisuusilmastointijärjestelmiä suunnitellessaan ja käyttäessään insinöörien on otettava huomioon nämä propyleeniglykoliratkaisujen ominaisuudet. Tähän sisältyy vaihtoehtoisten järjestelmämallien, kuten suurempien pumppujen tai putkien, harkitseminen nesteen lisääntyneen viskositeetin ja pienentyneen lämmönsiirtotehokkuuden huomioon ottamiseksi.
Siten propyleeniglykolin vesiliuosten käyttö äärimmäisissä lämpötiloissa edellyttää niiden lämpöfysikaalisten ominaisuuksien huolellista harkintaa järjestelmän tehokkaan ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi. Tämä voi sisältää järjestelmän parametrien yksityiskohtaisen analyysin ja mahdollisesti monimutkaisempia tai kalliimpia järjestelmäsuunnitelmia näiden ongelmien ratkaisemiseksi tehokkaasti.
Master ECO-10PRO™ Propyleeniglykolin 25 % vesiliuoksen lämpöfysikaaliset ominaisuudet, jäätymispiste miinus -10°C
| Liuoksen lämpötila, t°C | Tiheys, kg/m**3 | Lämpökapasiteetti, keskiarvo, kJ/(kg*K) | Lämmönjohtavuus, W/(m*K) | Dynaaminen viskositeetti, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaattinen viskositeetti, *10-6[(m**2/s] |
| -10°C | 1028 | 3.92 | 0.465 | 10,231 | 9.81 |
| 0°C | 1025 | 3.95 | 0.470 | 6,180 | 6.02 |
| 20°C | 1019 | 3.98 | 0.478 | 2,860 | 2.81 |
| 40°C | 1011 | 4.00 | 0.491 | 1.421 | 1.40 |
| 60°C | 998 | 4.03 | 0.505 | 0.903 | 0.90 |
| 80°C | 981 | 4.05 | 0.519 | 0.671 | 0.68 |
| 100°C | 973 | 4.08 | 0.533 | 0.509 | 0.52 |
Master ECO-20PRO™ Propyleeniglykolin 37 % vesiliuoksen lämpöfysikaaliset ominaisuudet, kiteytyslämpötila miinus -20°C
| Liuoksen lämpötila, t°C | Tiheys, kg/m**3 | Lämpökapasiteetti, keskiarvo, kJ/(kg*K) | Lämmönjohtavuus, W/(m*K) | Dynaaminen viskositeetti, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaattinen viskositeetti, *10-6[(m**2/s] |
| -20°C | 1051 | 3.68 | 0.420 | 47.25 | 45.10 |
| 0°C | 1045 | 3.72 | 0.425 | 12.54 | 12.12 |
| 20°C | 1036 | 3.77 | 0.429 | 4,562 | 4.41 |
| 40°C | 1025 | 3.82 | 0.433 | 2,261 | 2.23 |
| 60°C | 1012 | 3.88 | 0.437 | 1,320 | 1.30 |
| 80°C | 997 | 3.93 | 0.441 | 0.897 | 0.91 |
| 100°C | 982 | 4.00 | 0.445 | 0.687 | 0.71 |
Master ECO-30PRO™ Propyleeniglykolin 45 % vesiliuoksen lämpöfysikaaliset ominaisuudet, kiteytyslämpötila miinus -30°C
| Liuoksen lämpötila, t°C | Tiheys, kg/m**3 | Lämpökapasiteetti, keskiarvo, kJ/(kg*K) | Lämmönjohtavuus, W/(m*K) | Dynaaminen viskositeetti, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaattinen viskositeetti, *10-6[(m**2/s] |
| -30°C | 1066 | 3.45 | 0.397 | 160.2 | 150 |
| -20°C | 1062 | 3.49 | 0.396 | 74.3 | 70 |
| -10°C | 1058 | 3.52 | 0.395 | 31.74 | 30 |
| 0°C | 1054 | 3.56 | 0.395 | 18.97 | 18 |
| 20°C | 1044 | 3.62 | 0.394 | 6,264 | 6 |
| 40°C | 1033 | 3.69 | 0.393 | 2,978 | 2.9 |
| 60°C | 1015 | 3.76 | 0.391 | 1.624 | 1.6 |
| 80°C | 999 | 3.82 | 0.391 | 1.10 | 1.1 |
| 100°C | 984 | 3.89 | 0.390 | 0.807 | 0.82 |
Master ECO-40PRO™ Propyleeniglykolin 53 % vesiliuoksen lämpöfysikaaliset ominaisuudet, kiteytyslämpötila miinus -40°C
| Liuoksen lämpötila, t°C | Tiheys, kg/m**3 | Lämpökapasiteetti, keskiarvo, kJ/(kg*K) | Lämmönjohtavuus, W/(m*K) | Dynaaminen viskositeetti, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaattinen viskositeetti, *10-6[(m**2/s] |
| -40°C | 1069 | 3.15 | 0.373 | 212.0 | 215 |
| -30°C | 1068 | 3.22 | 0.374 | 180.5 | 180 |
| -20°C | 1066 | 3.26 | 0.376 | 83.3 | 80 |
| -10°C | 1052 | 3.29 | 0.375 | 39.74 | 40 |
| 0°C | 1058 | 3.33 | 0.375 | 22.67 | 23 |
| 20°C | 1046 | 3.39 | 0.374 | 7,534 | 8 |
| 40°C | 1038 | 3.46 | 0.378 | 3.025 | 3 |
| 60°C | 1021 | 3.53 | 0.384 | 1.814 | 1.9 |
| 80°C | 1014 | 3.59 | 0.385 | 1.21 | 1.3 |
| 100°C | 992 | 3.66 | 0.390 | 0.843 | 0.85 |
Master ECO-50PRO™ Propyleeniglykolin 60 % vesiliuoksen lämpöfysikaaliset ominaisuudet, kiteytyslämpötila miinus -50°C
| Liuoksen lämpötila, t°C | Tiheys, kg/m**3 | Lämpökapasiteetti, keskiarvo, kJ/(kg*K) | Lämmönjohtavuus, W/(m*K) | Dynaaminen viskositeetti, *10-3[N*s/m**2] | Kinemaattinen viskositeetti, *10-6[(m**2/s] |
| -50°C | 1071 | Not Tested | Not Tested | Not Tested | Not Tested |
| -40°C | 1070 | 3.12 | 0.353 | 243.0 | 245 |
| -30°C | 1069 | 3.20 | 0.354 | 195.5 | 196 |
| -20°C | 1067 | 3.24 | 0.355 | 92.3 | 93 |
| -10°C | 1054 | 3.27 | 0.324 | 41,2 | 42 |
| 0°C | 1059 | 3.30 | 0.355 | 24.3 | 25 |
| 20°C | 1047 | 3.36 | 0.353 | 8.2 | 9 |
| 40°C | 1039 | 3.44 | 0.357 | 3.87 | 4 |
| 60°C | 1023 | 3.51 | 0.363 | 1.886 | 1.9 |
| 80°C | 1017 | 3.57 | 0.364 | 1.38 | 1.4 |
| 100°C | 998 | 3.64 | 0.370 | 0.874 | 0.88 |
Propyleeniglykolin vesiliuosten jäätymispiste on todellakin tärkeä lämpöfyysinen parametri, erityisesti tapauksissa, joissa kohdataan alhaisia lämpötiloja. Propyleeniglykolipitoisuuden ja jäätymispisteen välinen suhde on epälineaarinen.
Jäätymislämpötilan riippuvuus pitoisuudesta. Kun propyleeniglykolin pitoisuus vedessä kasvaa, liuoksen jäätymispiste laskee. Tämä jäätymispisteen lasku on epälineaarinen, mikä tarkoittaa, että se ei laske vakionopeudella pitoisuuden kasvaessa.
Käytännön pienin jäätymispiste: Propyleeniglykolipitoisuudella noin 70 % liuos saavuttaa käytännöllisen minimijäätymispisteen noin -58 °C. Pitoisuuden lisäys, jopa 98 %, laskee jäätymispisteen vain hieman noin -60 °C:seen.
Standardipitoisuudet: Tyypillisesti propyleeniglykoliliuoksia käytetään 30–40 %:n standardipitoisuuksina. Tätä aluetta pidetään optimaalisena pakkasnesteen ominaisuuksien ja muiden liuoksen fyysisten ominaisuuksien tasapainottamiseksi.
Kustannusnäkökohdat: Jäähdytysnesteen hinta riippuu suurelta osin propyleeniglykolin pitoisuudesta. Yli 70 %:n pitoisuuksien käyttöä ei yleensä pidetä taloudellisena, koska jäätymispiste alenee minimaalisesti tämän pitoisuuden yli.
Tiheys 20°C:ssa: Propyleeniglykoliliuosten tiheys vaihtelee myös pitoisuudesta riippuen ja se lasketaan yleensä 20°C:n standardilämpötilassa. Suuremmat propyleeniglykolipitoisuudet johtavat suurempiin tiheyksiin.
Nämä ominaisuudet ovat kriittisiä propyleeniglykolia lämmönsiirtonesteenä käyttävien järjestelmien suunnittelussa ja toiminnassa, erityisesti vaihtelevissa tai matalissa lämpötiloissa. Insinöörien on ymmärrettävä nämä suhteet voidakseen valita sopivan pitoisuuden omaan sovellukseensa ja varmistaakseen järjestelmän tehokkuuden ja kustannustehokkuuden.
Kirkkaan propyleeniglykolipitoisuuden vaikutus vesiliuoksen jäätymispisteeseen. Liuoksen tiheys 20°C:n lämpötilassa.
| Propyleeniglykolipitoisuus, % | Jäätymispiste (kiteytymisen alku), t°C | Tiheys 20°C:ssa |
| 31% | -15 °C | 1.022 |
| 36% | -20 °C | 1.028 |
| 42% | -25 °C | 1.031 |
| 45% | -30 °C | 1.035 |
| 50% | -35 °C | 1.038 |
| 55% | -45 °C | 1,040 |
| 60% | -55 °C | 1,042 |
| 65% | -57 °C | 1,043 |
| 70% | -58 °C | 1,044 |
Master ECO -jäähdytysnesteiden käyttöikä on vähintään 7 vuotta. Jäähdytysnesteen hinta riippuu pääkomponentin pitoisuudesta. Sitä tilattaessa ja ostettaessa on otettava huomioon propyleeniglykolin prosenttiosuus jäähdytysnestemerkistä. Lämpötila-alue, jolla koko kauden alhainen jäähdytysneste on toimintakunnossa, riippuu tästä indikaattorista.
Toimenpide lämmitysjärjestelmän hätäpysäytystapauksessa.
Propyleeniglykolin ja veden liuoksilla nollalämpötiloissa ja sitä alhaisemmissa lämpötiloissa on korkea viskositeetti. Siksi, jos järjestelmä on jäähtynyt, on suositeltavaa kytkeä ensin itse lämmityselementit päälle ja käynnistää sitten kierto. Tämä vähentää pumppujen kuormitusta.
© 2024 Sergei Vesselkov. Kaikki oikeudet pidätetään.
Kaikki oikeudet pidätetään, eikä mitään osaa julkaisusta saa jäljentää, levittää tai siirtää missään muodossa tai millään tavalla, mukaan lukien valokopiointi, tallennus tai muut elektroniset tai mekaaniset menetelmät, ilman etukäteen antamaasi kirjallista lupaasi.
