CN1475545A - 工业用传热介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业用传热介质，该介质在工业生产领域的化学反应和生物发酵过程中的间接传热系统中做载冷剂或传热剂使用。该介质由9～99％(重量)的C1～C4水溶性醇、0.1～9％(重量)的防蚀剂和0～90％(重量)的水等组成，具有载冷、传热、防蚀、阻垢、抑菌的特性。适用温度范围为－50℃～160℃，是在不同的湿度下能应用于多种工业生产领域的载冷、传热液体介质。
Description
本发明属于工业生产用液体传热介质，特别是在工业生产领域中的化学反应和生物发酵过程中的间接传热系统中做载冷剂或传热剂使用的传热介质。
在酿酒、制药和化工等诸多工业生产领域的生产过程与温度密切相关，有些在高温下进行，有些在低温下进行，有吸热反应，也有放热反应，为了保护物料系统温度始终在工艺条件要求的状态下，实际上是通过反应器内部的蛇形管或反应器外部的夹层中流动的传热剂传出或传入热量来完成的。最常用的传热介质是水，传热温度范围为5-90℃，在此温度范围以外，由于水趋于结冰或沸腾而不能做传热剂使用。以水做传热剂的优点是传热效果好，成本低廉，其缺点是锈蚀设备，并且极易结垢，循环使用时还会发生霉变；其它常用的传热介质还有无机盐类，如氯化钠水溶液，氯化钙水溶液，这类传热介质对各种金属及不锈钢腐蚀严重，目前已逐渐被有机醇类传热介质，如乙二醇水溶液、丙二醇水溶液所取代；然而，单一的醇类水溶液虽然对合金钢锈蚀较轻，但对工业中广泛应用的碳钢及其它金属仍然腐蚀严重。一种热交换系统，如果其中的传热介质没有防蚀性，那么，因介质的锈蚀作用，该热交换系统经过15年左右的时间就会出现泄露现象，其后果是大大缩短了整个设备的使用寿命。
针对传热剂的防腐蚀问题，已有很多报道，但其应用领域主要集中在汽车防冻液方面，对于其它工业领域的报道很少。同时，汽车防冻液中主要成份大多数选用乙二醇类，这类防冻液因沸点较高，挥发性小，适合做汽车发动机这样较高温度下的冷却液和发动机停止运转时的防冻液，但不适合做较低温度下的循环冷却液，因为，在低温时(如-30℃)，乙二醇水溶液的粘度会迅速增加，循环阻力很大。美国专利us5718836中提到一种防蚀性液体冷却剂，该冷却剂用于汽车防冻液，其中，专门加入钙镁化合物，这类化合物的加入，极易引起冷却循环系统结垢。该液体冷却剂中含有90％的乙二醇，其它醇的含量并未给出。
本发明的目的是克服上述公开文献技术中所存在的缺陷，提供一种具有防腐、防锈、阻垢、杀菌功能，在不同温度下，应用于多种工业生产领域的载冷、传热液体介质。
本发明作为对金属有防蚀防垢性的传热介质，由水、C1～C4水溶性醇和防蚀剂组成，其特点是该传热介质主要由下列组份组成(按重量百分比计)：
水 0～90％
C1～C4水溶性醇 9～99％
防蚀剂 0.1～9％
在本发明传热介质中，所选用水溶性醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇和二乙二醇。根据使用温度范围，这些醇可以单独选用，也可以以不同比例混合使用，以求获得最佳传热效果。例如，在100℃左右的高温条件下，主要用二醇类，以减少传热介质的挥发损失，而在0℃以下的低温环境中，则主要选用单醇类以确保传热剂具有很低的冰点和良好的流动性。与此同时，还要考虑原料的价格。所选用的防蚀剂为磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐、钼酸盐、苯甲酸盐、EDTA钠盐。确切地说这些防蚀剂是其钠盐或钾盐而不含有钙、镁盐(因钙、镁盐极易生产沉定、结垢)。其中，硼酸盐、钼酸盐和苯甲酸盐还有抑菌作用。根据传热系统材质的不同，这些防蚀剂也可以单独使用或几种混合使用，每一种防蚀剂的用量不超过传热介质总量的5％(重量)。在防蚀剂中还可以选加有机膦酸，如羟基二甲叉磷酸(HEDP)、聚丙烯酸、苯并三氮唑、噻唑，它们的加入总量不超过传热介质总量的0.5％(重量)，通常在0.01-0.3％(重量)的范围内，以一种或几种同其它防蚀剂一起混合使用。这些防蚀剂的加入可进一步提高阻垢、防蚀效果，用于要求较高的传热系统中。所选用的水为工业水、天然水、纯水。本发明的传热介质的PH值应该控制在7～10的范围内，如PH值低于7，则用NaOH或KOH等工业碱来调整，加入量为传热介质总重量的0.5～2％。因为当PH值低于7时，有些防蚀剂将失去作用，腐蚀现象会发生。
综上所述，本发明的突出之处在于：发明了一种能应用于多种工业生产过程，温度范围在-50℃～160℃之间变化，具有防蚀、阻垢、抑菌作用的载冷、传热液体介质。下面结合实施例来进一步阐述本发明的具体实施方案。
实施例1
一种重量百分比组成如下的传热介质：(作载冷剂使用)
异丙醇 4％
甲 醇 3％
丙二醇 2.5％
乙二醇 7.5％
二乙二醇 6％
苯甲酸钠 4％
硝酸钠 2％
EDTA二钠 0.3％
HEDP 0.01
苯并三氮唑 0.1％
钼酸钠 1％
硼 砂 1％
氢氧化钠 1％
水 67.59％
此载冷剂冰点为-15℃，可用于0～-10℃环境下的啤酒发酵、制药等物料冷却系统中，对钢铁、铜、铝材质均无腐蚀、不结垢、不霉变，此载冷剂与自来水、酒精溶液的防蚀性对比实验结果见表1：表1、实施例1与其它冷却剂的防腐蚀性比较表
试验条件为：25℃，常压，5mm厚碳钢，铜、铝试片。通过定期测量试片减重来评估试液的防蚀性能，并根据锈蚀速度公式：
金属减重/初重/时间×100＝锈蚀速度百分数(M)
计算出不同溶液对各种金属的锈蚀速度。从表1可看出实施例1的载冷剂仅对钢片有轻微锈蚀，锈蚀速度为每年0.0007％，而自来水和酒精水则对钢铁、铜、铝的锈蚀均非常严重。
实施例2
传热介质重量百分组成如下：
苯并三氮唑 0.1％
丙二醇 9％
苯甲酸钠 5％
三聚磷酸钠 0.7％
硼砂 1％
EDTA二钠 0.2％
水 84％
此传热介质冰点在-3℃以下，沸点在105℃以上，常温时挥发性很小，用于0-30℃的温度条件下，对钢铁、铜、铝无腐蚀、不结垢、不变质。
实施例3
传热介质重量百分组成如下：
乙二醇 41％
丙二醇 55％
硝酸钠 0.3％
苯甲酸钠 3％
钼酸钠 04％
硼砂 0.3％
此传热介质挥发性极少，可用于-10℃至160℃的温度范围内，加热与冷却交替进行的化学反应系统中，对钢铁无腐蚀。
实施例4
传热介质重量百分组成如下：
乙二醇 6％
乙 醇 4％
甲 醇 89％
亚硝酸钠 0.9％
苯并三氮唑 0.04％
KOH 0.05％
聚丙烯酸 0.01％
该传热介质组合物为浓缩液，根据物料系统温度要求，用水稀释成10％-60％(体积)的不同浓度，在-0℃～-50℃的温度范围内使用。对金属无腐蚀、不结垢、不变质。
实施例4稀释成不同浓度的冰点与对应浓度酒精的冰点比较见表2。
表2、不同浓度l(体积)时实施例4组合物与酒精的冰点比较
从表2中可以看出，实施例组合物的冰点要比相同浓度酒精的冰点低许多，这说明与单纯的酒精做载冷剂相比，在相同浓度下，本发明的组合物可以在更低的温度下使用。为实现这一目的，一方面与醇的配比有关，另一方面适量加入的防蚀剂也有抑制组份挥发和降低冰点的作用。
Claims (6)
1、一种工业用对金属有防蚀防垢性的传热介质，由水、C1～C4水溶性醇和防蚀剂组成，其特征是该传热介质主要由下列组份组成(按重量百分比计)：
水 0～90％
C1～C4水溶性醇 9～99％
防蚀剂 0.1～9％
2、按照权利要求1所述的传热介质，其特征是所述的C1～C4水溶性醇选用甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二乙二醇它们中的一种或几种混合使用。
3、按照权利要求1所述的传热介质，其特征是所述的防蚀剂选用磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐、钼酸盐、苯甲酸盐、EDTA钠盐它们中的一种或几种混合使用，每种防蚀剂的用量不超过传热介质总重量的5％。
4、按照权利要求3所述的传热介质，其特征是在防蚀剂中选加有机膦酸、聚丙烯酸、苯并三氮唑和噻唑它们中的一种或几种混用，加入总量不超过传热介质总重量的0.5％。
5、按照权利要求4所述的传热介质，其特征是选加的有机膦酸、聚丙烯酸、苯并三氮唑和噻唑的加入总量控制在0.01～0.3％(重量)。
6、按照权利要求1所述的传热介质，其特征是可用工业碱将传热介质的PH值调整在7～10的范围内，加入量为传热介质总重量的0.05～2％。
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