CC BY
9
ВЫБОР ХЛАДОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ УСТАНОВКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИОСКОПИЧЕСКОЙ
ТЕМПЕРАТУРЫ РАСТВОРОВ
Короткий Игорь Алексеевич
доктор технич. наук, профессор, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, г. Кемерово
Мальцева Оксана Михайловна
старший преподаватель, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, г. Кемерово
Валиахмедов Тимур Замирович аспирант, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, г. Кемерово
Для определения криоскопических температур растворов с поддержанием заданной разности температур, между исследуемым раствором и охлаждающей средой (хладоносителем) нами был спроектирован и изготовлен лабораторный стенд [1].
Лабораторный комплекс состоит из 3 гидравлически связанных емкостей:
I - Рабочая емкость (1), обнесенная теплоизоляцией, в которой имеются отверстие под цилиндрическую колбу (4) с размещенной в ней пробиркой с исследуемым раствором (2), отверстия для уравнительных линий и отверстие для трубопровода подачи хладоносителя.
II - Емкость для приготовления отепленного хладоносителя (9), обнесенная теплоизоляцией, где размещены нагреватель для подогрева хладоносителя (7), насос для перекачки отепленного хладоносителя (10) в рабочую емкость, отверстие для уравнительной линии и отверстие
для установки термопары.
III - Емкость для хладоносителя с низкой температурой (8), охлаждаемой извне, в которой имеются насос (11) для подачи в рабочую емкость холодного хладоноси-теля и отверстие для уравнительной линии.
Измерение температуры в исследуемой жидкости, а также во всех трех емкостях осуществляется с помощью термопар (16). Контрольно-измерительный комплекс включает в себя аналоговый модуль ввода (12), измеритель-регулятор (13), преобразователь интерфейса (14) и ПК (15).
Комплекс размещен на общем основании, каждая емкость закреплена. В системе трех емкостей поддерживается постоянный уровень хладоносителя, т.к. емкости гидравлически связаны уравнительной линией.
Рисунок 1 - Схема определения криоскопических температур растворов.
1 - рабочая емкость; 2 - пробирка с исследуемым раствором; 3 - уравнительные трубопроводы; 4 - цилиндрическая колба; 5,6 - трубопроводы подачи хладоносителя; 7 - нагреватель; 8 - емкость с холодным хладоносителем; 9 - емкость для приготовления отепленного хладоносителя; 10 - насос подачи отепленного хладоносителя; 11 - насос подачи охлажденного хладоносителя; 12 - модуль ввода МВА8; 13 - измеритель- регулятор ТРМ202; 14 - преобразователь интерфейса АС-4; 15 - ПК.
Хладоносителем называют вещество, которое осуществляет перенос теплоты от объекта охлаждения к испарителю холодильной машины, не меняя при этом своего агрегатного состояния. Вещество, выбранное в качестве хладоносителя, должно иметь низкую температуру замерзания, малые вязкость и плотность, высокие теплопроводность и теплоемкость, быть безопасным и безвредным, химически стойким, инертным по отношению к металлам, а также недефицитным и недорогим. При всем многообразии существующих в настоящее время хладоносителей их низкотемпературная группа весьма ограничена. Среди солевых хладоносителей можно отметить водные растворы хлорида натрия (до -20 С) и хлорида кальция, работающего при температурах до -50°С. Несколько шире ряд органических соединений, которые можно применять при низких температурах; дихлорметан (Я30), трихлорэтилен, ацетон, водные растворы некоторых спиртов. В этот ряд можно включить и водные растворы гликолей, однако, их вязкость заметно увеличивается при температурах ниже -35°С. Обе названные группы хладоносителей весьма уязвимы с точки зрения экологической чистоты, особенно хладоносители органического происхождения. Они отрицательно влияют на окружающую среду, большая их часть пожаро- и взрывоопасна при положительных температурах, а этиленгликоль, R30 и трихлорэтилен являются токсичными соединениями [2].
К экологически чистым низкотемпературным хла-доносителям можно отнести только водные растворы хлоридов натрия и кальция, водные растворы пропиленгли-коля и этилового спирта.
Солевые водные растворы (хлориды кальция и натрия) хорошо известны и проверены на практике. Хлорид кальция применяют в технике с давних пор, например еще в конце XIX в. при смешении гексагидрата хлорида кальция со снегом или льдом получали эвтектический лед с температурой плавления -55°С. Водный раствор хлорида кальция широко применяют в современной холодильной технике благодаря его теплофизическим свойствам и возможности использования в широком диапазоне темпера-тур(+40...-50°С). Раствор СаСЪ имеет большую коррозионную активность, чем раствор №С1, по отношению к черным металлам и меди, однако, из-за более низкой температуры замерзания и меньшей стоимости раствор хлорида кальция находит большее распространение.
Водные растворы одноатомных и многоатомных спиртов имеют достаточно низкие температуры замерзания, обладают сравнительно невысокой коррозионной активностью, но некоторые из них токсичны и имеют высокую вязкость. Этиленгликоль применяют в диапазоне температур кипения от -40 до - 60°С. Этиленгликоль оказывает значительное коррозионное воздействие на металлы, поэтому в раствор добавляют ингибиторы коррозии. Этиленгликоль является достаточно токсичным веществом. Кроме того, при температурах ниже - 20°С у них, как и у солевых растворов, резко возрастает вязкость, что приводит к значительным затратам энергии на обеспечение их циркуляции в системах охлаждения.
Спирты имеют более низкие температуры замерзания: этиловый спирт (/зам = -117°С), пропиловый спирт (4ам= -127°С). Метиловый спирт (4ам = - 97,8°С) ядовит и
применять его в качестве хладоносителя не рекомендуется.
Пропиленгликоль в виде водного раствора используется в качестве хладоносителя холодильного оборудования при охлаждении различных пищевых продуктов до температур в интервале от +12°С до -50°С, а также при погружном (экстренном) замораживании продуктов. Несмотря на высокую стоимость, хладоносителей на основе пропиленгликоля, они оказались конкурентоспособными на мировом и российском рынках хладоносителей для интервала рабочих температур от +2°С до -18°С. Пропи-ленгликоль разрешен к применению во всех странах для использования в качестве пищевой добавки (Е 1520). Коррозионная активность пропиленгликоля ниже, чем у большинства известных водных растворов солей и спиртов, что позволяет применять недорогие низколегированные стали для оборудования и снизить стоимость используемого оборудования и трубопроводов во вторичном контуре холодильного оборудования. При температурах ниже -20°С растворы пропиленгликоля становится очень вязкими.
Хладоноситель на основе глицерина по токсичности и другим свойствам близок к пропиленгликолевому, но обладает еще более высокой вязкостью и большей активностью по отношению к полимерным прокладочным материалам.
Водные растворы органических солей ацетат калия, формиат калия (фирменные названия- «ТуВэхй», «Freezшm») пригодны к использованию при низких температурах до -55°С, обладают высокой теплопроводимо-стью (до 0,56Вт/(мК). Вязкость ниже, чем у хладоносите-лей на основе многоатомных спиртов. Недостаток -коррозионная активность (хотя и значительно ниже, чем у растворов солей). Кроме того, они плохо совместимы с мягкими припоями и хлорид - содержащими флюсами.
Формиатные хладоносители имеют ряд существенных положительных свойств: низкая вязкость, хорошая теплопроводность и высокая удельная теплоемкость, нетоксичность, невоспламеняемость, быстрая биоразрушае-мость. Высокая теплопроводность приводит к быстрой и эффективной теплопередаче даже при низкой скорости жидкости. Способность формиатных хладоносителей передавать тепло позволяет применять меньшие по размерам теплообменники, что ведет к экономии средств за счет снижения материалоемкости оборудования. Они совместимы с большинством материалов традиционно используемых в холодильной технике. Все вышесказанное свидетельствует о том, что формиатные хладоносители имеют преимущества при температурах ниже минус 20 °С.
На рисунке 2 представлена зависимость вязкости хладоносителей от температуры.
Выводы
Оптимальным выбором для установки определения криоскопических температур растворов служит формиат-ный хладоноситель «Freezшm» обладающим низкой вязкостью, хорошей теплопроводностью и высокой удельной теплоемкостью. Обладает стабильными теплофизиче-скими свойствами в широком диапазоне температур. Кроме того, этот хладоноситель нетоксичен, обладает низкой летучестью и не воспламеняется.
-Формиат калия 50% -Этанол 96%
-Этиленгиколь 46% -Хлорид кальция 30%
-Ацетат калия 39% -Хлорид натрия 23%
-Метанол
Рисунок 2 - Вязкость хладоносителей Список литературы: 2. Курылев Е.С. Холодильные установки/Е.С. Куры-
1. Короткая Е.В. Исследование влияния режимов за- лев, В.В. Оносовский, Ю.Д. Румянцев -СПб.: По-
мораживания и низкотемпературного хранения на литехника, 1999. -576 с.
качественные показатели молочнокислых заквасок / Е.В. Короткая, И.А. Короткий, Е.А. Ибраги-мова//Вестник КрасГАУ. -2011. №7. С. 196-201.
АНАЛИЗ ПОТРЕБНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ В ГЕЛИЕВЫХ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ТЕЧЕИСКАТЕЛЯХ
Владимир Тимофеевич Барченко
Кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета СПбГЭТУ "ЛЭТИ", г. Санкт-Петербург
Максим Львович Виноградов Кандидат технических наук, ассистент Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета СПбГЭТУ "ЛЭТИ", г. Санкт-Петербург
HELIUM MASS SPECTROMETRIC LEAK DETECTORS REQUIREMENT ANALYSIS
Vladimir Timofeevich BarchenЫ, Ph.D., Associate Professor, St. Petersburg State Electrotechnical University "LETI" (ETU), St. Petersburg
Maksim Lvovich Vinogradov,Ph.D., assistant at St. Petersburg State Electrotechnical University "LETI" (ETU), St. Petersburg АННОТАЦИЯ
Проведено исследование состояния гелиевых масс-спектрометрических течеискателей на 104 предприятиях и научных учреждениях. Установлено процентное соотношение течеискателей ПТИ-7, ПТИ-10, СТИ-11, ТИ1-14, ТИ1-15, ТИ1-22, ТИ1-30, ТИ1-50 и иностранных моделей. Приведено сравнение характеристик течеискателей разных поколений и проанализирована потребность в современных течеискателях. ABSTRACT
The authors conducted a study on the status and condition of helium mass spectrometer leak detectors at 104 enterprises and scientific institutions in Russia. The percentage of different leak detectors models, such as PTI-7, PTI-10, STI-11, TI1-14, TI1-15, TI1-22, TI1-30, TI1-50 and foreign leak detectors, was found. There are the comparison of the characteristics for different generations leak detectors and the demand analysis for modern leak detectors in this article. Ключевые слова: течеискатель, контроль герметичности, поиск течей, масс-спектрометр, гелий. Keywords: leak detection, leak detector, leak localization, mass spectrometer, helium.
Гелиевый масс-спектрометрический течеискатель -это прибор для предназначенный для выявления, локализации и количественной оценки величины течи, принцип работы которого основан на разделении по массам сложной смеси газов и паров в электрическом и магнитном по-
лях. Масс-спектрометрический течеискатель имеет собственную откачную систему, что обеспечивает возможность проверки любых вакуумных систем и объемов, откачанных до глубокого вакуума; готовых замкнутых изделий и изделий со штенгелем; отдельных узлов и дета-
