Vatten, ett grundläggande element i olika industriella processer, fungerar som det primära medlet för värmeöverföring på grund av dess unika termofysiska egenskaper. Begränsningen förknippad med vattnets fryspunkt kräver dock användning av alternativa vätskor, såsom frostskyddsmedel, i specifika scenarier.
Vattnets överlägsenhet som ett medel för värmeöverföring:
Vatten är en enastående värmeöverföringsvätska i industriella system på grund av sin höga värmeledningsförmåga och värmekapacitet. Dessa egenskaper möjliggör effektiv värmeabsorption och överföring, vilket gör vatten till ett idealiskt medium i system som kräver snabb temperaturkontroll. Dessutom säkerställer vattnets låga viskositet jämnt flöde genom rör och kanaler, vilket ökar systemets effektivitet. Låg termisk expansion minskar risken för skador på grund av temperaturförändringar. Dessutom är vatten lättillgängligt, billigt och miljövänligt, vilket gör det till det föredragna valet i många industriella tillämpningar.
Vattenbegränsning – fryspunkt:
Trots dessa fördelar har vatten en kritisk nackdel – dess fryspunkt vid 0°C. Denna begränsning utgör ett betydande problem i miljöer som utsätts för minusgrader, eftersom fruset vatten kan orsaka systemfel eller skada.
Behovet av frostskyddslösningar i industriella processer:
För att övervinna begränsningen av vattnets fryspunkt, vänder sig industrin till frostskyddslösningar. De är viktiga inom livsmedelsindustrin, där processer ofta kräver kylning. På samma sätt är det i läkemedelstillverkning avgörande för produktens stabilitet och effektivitet att upprätthålla specifika temperaturer.
Inom livsmedels- och läkemedelsindustrin, såväl som i brandsläckningssystem, används ofarliga vattenlösningar baserade på propylenglykol eller glycerin. Solfångare använder propylenglykol-baserade vätskor.
Naturliga lösningar används också i värmesystem i privata hem, barninstitutioner och industriföretag, där det är nödvändigt att minimera risken för skador om lösningar kommer in i drickssystemet. Lösningar baserade på propylenglykoler och glycerin är säkra jämfört med etylenglykollösningar.
Vattenlösningar av propylenglykol utvecklade av MasterChem-laboratoriet delas in i grupper efter fryspunkt och rostskydd.
Master ECO-20PRO™
Master är en patenterad produkt från MasterChem
ECO – betyder en vattenlösning baserad på propylenglykol. (Andra MasterChem kylvätskeserier har betydelser
BIO – lösning av glycerin och vatten
EWS – etylenglykol och vattenlösning
-10; -20; -30; -40; -50 fryspunkt för vattenlösningar Celsius
NOR – vattenlösning utan rostansatser
PRO – vattenlösning med rostskyddstillsats – innehåller en inhibitor
till exempel, Master ECO-20PRO™ – en vattenlösning baserad på propylenglykol, fryser inte vid temperaturer ner till -20C och innehåller inhibitortillsatser
Egenskaperna hos vattenhaltiga propylenglykollösningar är verkligen kritiska för deras användning som värmeöverföringsvätska i olika tillämpningar. Låt oss diskutera dessa egenskaper mer i detalj:
– Densitet: Vattenlösningar av propylenglykol har en högre densitet än vatten, vanligtvis 6-8 % högre. Denna densitet ökar med ökande propylenglykolkoncentration. Den högre densiteten hos dessa lösningar kan påverka flödes- och värmeöverföringsegenskaperna hos system där de används.
– Specifik värme- och värmeledningsförmåga: Både den specifika värmen och värmeledningsförmågan för propylenglykollösningar är lägre än för vatten och minskar med upp till 20 % med ökande propylenglykolkoncentration. Denna minskning blir mer signifikant vid lägre temperaturer, särskilt under förhållanden under noll. Det gör att lösningens förmåga att hålla kvar och överföra värme minskar jämfört med vatten.
– Viskositet: Både kinematisk och dynamisk viskositet för vattenlösningar av propylenglykol är högre än för vatten, ungefär 4-5 gånger högre vid positiva temperaturer. När propylenglykolkoncentrationen ökas till ca 55 % (vilket vanligtvis är den praktiska gränsen) kan viskositeten öka med en faktor 10-15, speciellt när kristallisationstemperaturen sjunker till ca -40°C. Hög viskositet vid lägre temperaturer kan påverka lösningens pumpbarhet och flytbarhet, vilket är en kritisk faktor vid systemdesign och drift.
– Dessa egenskaper gör vattenlösningar av propylenglykol särskilt användbara i applikationer där minusgrader kan förekomma, såsom i HVAC-system, kylning och olika industriella processer. Formuleringen av dessa lösningar är en balans mellan de erforderliga frostskyddsegenskaperna och de önskade värmeöverföringsegenskaperna.
– Det är viktigt för ingenjörer och tekniker att ta hänsyn till dessa egenskaper vid design och drift av system
Master ECO-10PRO™ Termofysiska egenskaper hos en 25% vattenlösning av propylenglykol, fryspunkt minus -10°C
| Lösningstemperatur, t°C | Densitet, kg/m**3 | Värmekapacitet, medel, kJ/(kg*K) | Värmeledningsförmåga, W/(m*K) | Dynamisk viskositet, *10-3[N*s/m**2] | Kinematisk viskositet, *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™ Termofysiska egenskaper hos 37% vattenlösning av propylenglykol, kristallisationstemperatur minus -20°C
| Lösningstemperatur, t°C | Densitet, kg/m**3 | Värmekapacitet, medel, kJ/(kg*K) | Värmeledningsförmåga, W/(m*K) | Dynamisk viskositet, *10-3[N*s/m**2] | Kinematisk viskositet, *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™ Termofysiska egenskaper hos 45% vattenlösning av propylenglykol, kristallisationstemperatur minus -30°C
| Lösningstemperatur, t°C | Densitet, kg/m**3 | Värmekapacitet, medel, kJ/(kg*K) | Värmeledningsförmåga, W/(m*K) | Dynamisk viskositet, *10-3[N*s/m**2] | Kinematisk viskositet, *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™ Termofysiska egenskaper hos 53% vattenlösning av propylenglykol, kristallisationstemperatur minus -40°C
| Lösningstemperatur, t°C | Densitet, kg/m**3 | Värmekapacitet, medel, kJ/(kg*K) | Värmeledningsförmåga, W/(m*K) | Dynamisk viskositet, *10-3[N*s/m**2] | Kinematisk viskositet, *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™ Termofysiska egenskaper hos 60% vattenlösning av propylenglykol, kristallisationstemperatur minus -50°C
| Lösningstemperatur, t°C | Densitet, kg/m**3 | Värmekapacitet, medel, kJ/(kg*K) | Värmeledningsförmåga, W/(m*K) | Dynamisk viskositet, *10-3[N*s/m**2] | Kinematisk viskositet, *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 |
Fryspunkten för vattenhaltiga lösningar av propylenglykol är verkligen en viktig termofysisk parameter, särskilt i fall där låga temperaturer påträffas. Förhållandet mellan propylenglykolkoncentration och fryspunkt är olinjärt.
Beroende av frystemperatur på koncentration. När koncentrationen av propylenglykol i vatten ökar, minskar lösningens fryspunkt. Denna minskning av fryspunkten är olinjär, vilket betyder att den inte minskar med en konstant hastighet när koncentrationen ökar.
Praktisk lägsta fryspunkt: Vid en propylenglykolkoncentration på cirka 70 % når lösningen en praktiskt lägsta fryspunkt på cirka -58°C. En ytterligare ökning av koncentrationen, upp till 98 %, sänker endast fryspunkten något till cirka -60°C.
Standardkoncentrationer: Propylenglykollösningar används vanligtvis i standardkoncentrationer på 30–40 %. Detta intervall anses vara optimalt för att balansera egenskaperna hos frostskyddsmedel och andra fysiska egenskaper hos lösningen.
Kostnadsöverväganden: Kostnaden för kylvätskan beror till stor del på koncentrationen av propylenglykol. Användningen av koncentrationer över 70 % anses i allmänhet inte ekonomiskt på grund av den minimala minskningen av fryspunkten utöver denna koncentration.
Densitet vid 20°C: Tätheten för propylenglykollösningar varierar också beroende på koncentrationen och beräknas vanligtvis vid en standardtemperatur på 20°C. Högre koncentrationer av propylenglykol resulterar i högre densiteter.
Dessa egenskaper är avgörande för utformningen och driften av system som använder propylenglykol som värmeöverföringsvätska, särskilt i miljöer med variabla eller låga temperaturer. Ingenjörer måste förstå dessa relationer för att välja lämplig koncentration för deras specifika tillämpning och säkerställa systemeffektivitet och kostnadseffektivitet.
Effekt av klar propylenglykolkoncentration på fryspunkten för en vattenlösning. Lösningens densitet vid en temperatur av 20°C.
| Propylenglykolkoncentration, % | Fryspunkt (början av kristallisation), t°C | Densitet vid 20°C |
| 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 |
Livslängden för Master ECO kylvätskor är minst 7 år. Priset på kylvätskan beror på koncentrationen av huvudbaskomponenten. När du beställer och köper det är det nödvändigt att ta hänsyn till andelen propylenglykol i kylvätskemärket. Temperaturintervallet inom vilket kylvätskan med låg frysning för hela säsongen kommer att vara i fungerande tillstånd beror på denna indikator.
Procedur vid nödavstängning av värmesystemet.
Lösningar av propylenglykol och vatten vid nolltemperaturer och lägre har en hög viskositetsnivå. Därför, om systemet har svalnat, rekommenderas det att först slå på själva värmeelementen och sedan starta cirkulationen. Detta kommer att minska belastningen på pumparna.
© 2024 Sergei Vesselkov. Alla rättigheter förbehållna.
Alla rättigheter förbehålls och ingen del av publikationen får reproduceras, distribueras eller överföras i någon form eller på något sätt, inklusive fotokopiering, inspelning eller andra elektroniska eller mekaniska metoder, utan ditt föregående skriftliga tillstånd.
