Теплофизические свойства водного раствора пропиленгликоля

Тепло-Полис > Теплофизические свойства водного раствора пропиленгликоля

Концентрация и его влияние на теплофизические свойства водного раствора пропиленгликоля

Вода, используемая в качестве теплоносителя, обладает следующими свойствами:

  • высокая теплопроводность;
  • высокая теплоемкость;
  • низкая вязкость;
  • незначительное тепловое расширение;
  • доступность;
  • низкая стоимость,
  • экологическая безопасность.

Единственный недостаток у воды — нулевая температура замерзания.

Производство пищевых продуктов технологически требует их охлаждения. Охлаждение необходимо и при производстве фармпрепаратов. Для систем промышленного кондиционирования и автономного отопления необходимо поддержание в помещениях заданной температуры. Эти задачи решают при помощи незамерзающих (низкозамерзающих) жидкостей — антифризов, хладагентов, теплоносителей.

В качестве незамерзающей жидкости в последние годы широко применяются водные растворы гликолей — этиленгликоля и пропиленгликоля. Поподробнее рассмотрим теплофизические свойства и характеристики водного раствора пропиленгликоля. Водный раствор пропиленгликоля обладает:

  • 1) Более высокой плотностью (6%-8%) по сравнению с водой как теплоносителем, плотность раствора повышается с увеличением концентрации пропиленгликоля.
  • 2) Теплоемкость и теплопроводность уменьшаются ( по сравнению с водой) в пределах до 20% с ростом концентрации пропиленгликоля и снижением рабочей температуры в минусовой зоне.
  • 3) Кинематическая и динамическая вязкость выше чем у воды 4-5 раза в зоне положительных температур и возрастают в 10-15 раз при повышении концентрации до практических предельных 55% и соответственно понижении температуры кристаллизации до минус -40 °C.

Повышенная вязкость водного раствора пропиленгликоля в зоне отрицательных рабочих температур приводит к значительному возрастании гидравлических потерь на трение в трубопроводах и на преодоление гидравлических сопротивлений во всех узлах системы охлаждения и промышленного кондиционирования. Также и значительное снижение, до 20%, теплоемкости и теплопроводности раствора пропиленгликоля требует повышение скорости циркуляции тепло-хладоносителя в системе или других технических решений для обеспечения передачи (приема) необходимой тепловой мощности (энергии).

Все эти факторы, как следствие, приведут к особым ситуациям при эксплуатации инженерных систем в различных климатических условиях. И их следует учесть при проектировании и эксплуатации систем отопления и промышленного кондиционирования.

 

Табл. 1. Теплофизические свойства 25% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 10°C

Температура раствора, t°C Плотность, кг/м**3 Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) Теплопроводность, Вт/(м*К) Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с]
-10°C 1032 3,93 0,466 10,22 9,9
0°C 1030 3,95 0,470 6,18 6,0
20°C 1024 3,98 0,478 2,86 2,8
40°C 1016 4,00 0,491 1,42 1,4
60°C 1003 4,03 0,505 0,903 0,9
80°C 986 4,05 0,519 0,671 0,68
100°C 979 4,08 0,533 0,509 0,52

 

Табл. 2. Теплофизические свойства 37% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 20°C
Температура раствора, t°C Плотность, кг/м**3 Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) Теплопроводность, Вт/(м*К) Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с]
-20°C 1050 3,68 0,420 47,25 45
0°C 1045 3,72 0,425 12,54 12
20°C 1036 3,77 0,429 4,56 4,4
40°C 1025 3,82 0,433 2,26 2,2
60°C 1012 3,88 0,437 1,32 1,3
80°C 997 3,94 0,441 0,897 0,9
100°C 982 4,00 0,445 0,687 0,7

 

Табл. 3. Теплофизические свойства 45% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 30°C
Температура раствора, t°C Плотность, кг/м**3 Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) Теплопроводность, Вт/(м*К) Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с]
-30°C 1066 3,45 0,397 160 150
-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 0,392 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

 

Температура замерзания (кристаллизации) водного раствора пропиленгликоля

Важнейшим теплофизическим параметром водного раствора пропиленгликоля является зависимость температуры замерзания (кристаллизации) раствора от его концентрации. Эта зависимость носит нелинейный характер и температура замерзания водного раствора пропиленгликоля достигает своего практического минимума в -58°C при концентрации 70%, затем при дальнейшем повышении концентрации до 98% температура замерзания остается практически постоянной в -60°C. Концентрация, количество пропиленгликоля, содержащегося в теплоносителе, формирует в основном и цену самого теплоносителя. Применение пропиленгликоля с концентрацией более 70% является нецелесообразным. Стандартные концентрации- 30%-40%.

Нелинейный характер зависимости температуры кристаллизации водного раствора пропиленгликоля от его концентрации представлены в табл. №4 в виде двух функциональных зависимостей: 1) зависимость температуры кристаллизации водного раствора пропиленгликоля от его концентрациии и 2) значения величины плотности раствора при температуре 20°C в зависимости от концентрации пропиленгликоля.

 

Табл. №4. Влияние концентрации пропиленгликоля на температуру замерзания (начала кристаллизации) водного раствора. Плотность раствора при температуре 20°C.
Концентрация пропиленгликоля, % Температура замерзания
(начала кристаллизации), t°C
Плотность при 20°C
31% -15 °C 1,023
36% -20 °C 1,028
42% -25 °C 1,032
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

 

Рассчитать и купить теплообменник для систем кондиционирования или охлаждения пищевых жидкостей с использованием раствора пропиленгликоля вы можете у нас.

X