CS258284B1

CS258284B1 - Teplonosné kapalina

Info

Publication number: CS258284B1
Application number: CS87925A
Authority: CS
Inventors: Jan Novrocik; Zdenek Cervenka; Vladislav Marek
Original assignee: Jan Novrocik; Zdenek Cervenka; Vladislav Marek
Priority date: 1987-02-12
Filing date: 1987-02-12
Publication date: 1988-08-16
Also published as: CS92587A1

Abstract

Teplonosné kapaliny slouží k nepřímému ohřevu, tedy k přenosu tepla od tepelného zdroje ke spotřebiči. Musí být dostatečně tepelně stabilní, nesmí se při vyšších teplotách rozkládat ani polykondenzačními reakcemi vytvářet sloučeniny o vyšší molekulové hmotnosti a musí vykazovat minimální tenzi par v používaném teplotním rozsahu. Příprava dosud známých teplonosných kapalin je neúměrně náročná na surovinové a energetické náklady. Teplonosné kapalina podle vynálezu je tvořena až 26 hmotnostními díly 1,1-difenyletanu, 5 až 26 hmotnostními díly 3-etyl-l,1-difenyletanu, 5 až 10 hmotnostními díly 4-etyl-l,1-difenyletanu, 10 až 35 hmotnostními díly isomerů dietyl- -1,1-difenyletanu, až 1,8 hmotnostního dílu isomerů etylbifenylu, až 0,5 hmotnostního dílu pentaetylbenzenu, až 1,5 hmotnostního dílu isomerů tetraetylbenzenu, 5 až 30 hmotnostními díly ostatních alkylhomologů 1,1-difenyletanu s destilačním rozmezím 270 až 395 °C, 15 až 25 hmotnostními díly oligomerů etylenu a propylenu, přičemž tato složka je charakterizována rozpětím teploty varu 320 až 365 °C, kinematickou viskozitou při +20 °C 9,5 až .12,7 mm^.s"·!, specifickou hmotností 977 až 985 kg/nH a teplotou tuhnutí pod -40 °C. Další součástí je až 1 hmotnostní díl aditiva s antikorozním a antioxidačnlm účinkem.

Description

Vynález se týká teplonosné kapaliny na bázi 1,1-difenylétánu a jeho mono-, di-, případně polyetylhomologů. '

Teplonosná kapalina je kapalina sloužící k nepřímému ohřevu, tedy k přenosu tepla od tepelného zdroje ke spotřebiči. Kapalina musí splňovat značné kvalitativní požadavky. Musí být dostatečně tepelně stabilní, nesmí se rozkládat při vyšších teplotách a přitom polykondenzačními reakcemi vytvářet sloučeniny o vyšší molekulové hmotnosti, které v průběhu použiti mohou podstatně zvýšit viskozitu teplonosné kapaliny. Vhodná viskozita je dalším kvalitativním parametrem, nebot je důležité, aby se přenos tepla uskutečnil s minimální spotřebou mechanické energie, nezbytné k dopravě ohřáté kapaliny od zdroje tepla do spotřebiče.

Aby přenos tepla při vyšších teplotách nemusel být prováděn pod tlakem, což klade následné zvýšené nároky na konstrukční provedení teplonosného systému, je nezbytné, aby teplonosná kapalina vykazovala minimální tenzi par v používaném teplotním rozsahu. Je taktéž žádoucí nízká teplota tuhnutí, přinášející výhody při spouštění - startování teplonosného systému a při současném použití kapaliny k ohřevu i chlazení. Důležitým činitelem při hodnocení komplexních vlastností těchto kapalin je i jejich vliv na korozi kovových materiálů, což vollvňuje možnost a rozsah jejich použití při konstrukci teplonosných systémů.

Teplonosné kapaliny musí být dále oxidačně a hydrolyticky stálé a vykazovat životnost minimálně 10 000 provozních hodin. V neposlední řadě jsou kladeny na tento druh kapalin i další nároky: ekonomika, zaručení maximální bezpečnosti, spolehlivý přenos tepla v celém systému, lehká regulace v úzkém rozmezí, minimální toxicita a snadná biologická odbouratelnost v životním prostředí. Dosud se k přenosu tepla používá nejčastěji eutektioká směs bifenylu s difenyloxidem tuhnoucí při teplotě okolo 32 °c.

Dalši skupinou používaných teplonosných kapalin jsou Delothermy následujícího označení:

AP /směs isomerních mono- a diisopropylbifenylů použitelná maximálně do teploty 220 °C/,

AH /směs chlorderivátů a isopropylhomologů bifenylu/, DH /průměrné složení odpovídá trichlorderivátu bifenylu, použitelnost maximálně do teploty 300 °C/ a DK /tetrachlorderivát bifenylu použitelný maximálně do teploty 320 °C/.

Použití Delothermů na bázi polychlorovaných bifenylů je vhodné zejména v případech, kdy se vyžaduje nehořlavost teplonosné kapaliny. Jejich nevýhodou je však jejich značná toxicita. Delothermy na bázi směsi mono- a diisopropylbifenylů, vyráběné podle československých AO 140 977 a 173 158, se vyznačují vysokou teplotou varu /cca 300 °C při 98,06 kPa/, nízkou teplotou tuhnuti /cca -45 °C/ a vysokou tepelnou stálostí. Nemají však požadovanou odolnost vůči oxidaci, jakou mají polychlorované bifenyly.

Kapalina je navíc hořlavá a proto nevhodná k použití v provozech s nebezpečím požáru. Společnou nevýhodou výše uvedených teplonosných kapalin na bázi bifenylu tepelnou dimerizací benzenu. Jsou známé i teplonosné kapaliny na bázi destilačních podílů z ropy, zejména aromaticko-naftenioké frakce a jim chemickou povahou odpovídající syntetické produkty Dubotherm /na bázi izomerních didodecylbenzenů/ a Slovtherm.

Nevýhody těchto kapalin spočívají zejména v nízké stálosti proti zvýšené teplotě a oxidaci. Dalšími teplonosnými kapalinami používanými zejména v zahraničí jsou Santothermy řady FR /polychlorované bifenyly/, Santotherm 77 /aromatický ether/, Santothermy 130 a 190 /na bázi organosilikátů citlivých na vlhkost/, jejichž výrobcem je firma Monsanto, dále Gilothermy TH /částečně zhydrogenované polyfenyly/, ALD /směs alkylovanýoh bifenylů/ DO, D 12, Pa RD,

ON, OMP a OD vyráběné firmou Rhone Poulene, Marlotherm S /směs isomerních dibenzylbenzenů použitelná do teploty cca 350 °C/ a Marlotherm L /na bázi difenylmetanu/, jejichž výrobcem je firma Httls.

Všechny jmenované teplonosné kapaliny splňují většinu kvalitativních parametrů, jejichž společnou nevýhodou je opět náročnost výroby - surovinová i energetická.

Uvedené nevýhody odstraňuje teplonosná kapalina podle vynálezu. Tato teplonosná kapalina je tvořena až 26 hmotnostními díly 1,1-difenylétánu , 5 až 26 hmotnostními díly 3-etyl-l,1-difenyletanu, 5 až 10 hmotnostními díly 4-etyl-l,1-difenyletanu, 10 až 35 hmotnostními dily isomerů dietyl-1,1-difenyletanu, až 1,8 hmotnostními díly isomerů etylbifenylu, až 0,5 hmotnostními díly pentaetylbenzenu, až 1,5 hmotnostními díly isomerů tetraetylbenzenu, až 30 hmotnostními díly ostatních alkylhomologů 1,1-difenyletanu s destilačními rozmezím 270 áž 395 °C, 15 až 25 hmotnostními díly eligomerů etylenu a propylenu, přičemž tato složka je charakterizována rozpětím teploty varu 320 až 365 °C, kinematickou viskozitou při +20 °C 9,5 až 12,7 mm³.s specifickou hmotností 977 až 985 kg/m³ a teplotou tuhnuti pod -40 °C.

Další součástí je až 1 hmotnostní díl aditiva s antikorozním a antioxidačním účinkem.

Kapalina podle vynálezu má dostatečně nízkou teplotu tuhnutí pod -50 °C, takže je použitel ná současně pro chlazeni i ohřev. Její výhodou je také nízká viskozita, např. při -20 °C 2 -1 nepřevyšuje 96 mm .s , čímž je předurčeno její použití v zařízeních pracujících mimo provozní budovy v zimním období. Touto vlastností je podmíněna i dobrá startovatelnost zařízení při déletrvajícím odstavení v zimě i létě. Její tepelná i oxidační stálost je srovnatelná a v některých případech i vyšší než u dosud známých teplonosných kapalin s výjimkou polychlorovaných bifenylů. Její hlavní výhodou je však skutečnost, že na rozdíl od energeticky i technologicky náročné výroby kapalin na bázi bifenylu je získána jednoduchým destilačním procesem při zpracování výševroucích zbytků z výroby etylbenzenu alkylačním způsobem.

Praktické složení teplonosná kapaliny podle vynálezu a její vlastnosti ukazují následující příklady.

Příklad 1

Jako teplonosná kapalina se použije směs aromatických uhlovodíků s rozpětím teploty varu při atmosférickém tlaku 265 až 320 °C o složení: 26,0 hmotnostíoh dílů 1,1-difenyletanu,

25,6 hmotnostních dílů 3-etyl-l,1-difenyletanu, 11,1 hmotnostních dílů 4-etyl-l,1-difenyletanu, 0,7 hmotnostních dílů 2-etylbifenylu, 0,4 hmotnostní díl 3-etylbifenylu, 0,5 hmotnostních dílů 4-etylbifenylu, 13,3 hmotnostních dílů isomerů dietyl-1,1-difenyletanu, 0,2 hmotnostního dílu oligomerů etylenu a propylenu. Kapalina je dále definována těmito fyzikálními vlastnostmi: index lomu při 20 °C 1,551 7, specifická hmotnost $72 kg.m ³, teplota vzplanutí 139 °C, kinematická viskozita při 20 °C 6,579 mm³.s ³, teplota tuhnutí pod -50 °C, úsady v n-hexanu 4.10 % a destilační křivkou uvedenou v tabulce I. Další vlastnosti této látky, jimiž je obvykle hodnocena kvalita teplonosné kapaliny, jsou uvedeny v tabulce II.

Ke zlepšení některých fyzikálně chemických vlastností je popsána kapalina aditivována komerčními antioxidanty, protikorozními nebo detergentně disperzními přísadami v množství 1 hmotnostního dílu, které neovlivňuje výše uvedené číselné hodnoty parametrů. Vliv těchto

aditivů na vlastnosti je uveden rovněž v tabulce II.
Tabulka	I
Destilační	křivka	teplonosné kapaliny
vydest. obj. %	zač.	10 ‘ 20 30	40	50	60	70	80	90	95
teplota °C	276	285 286 288	289	291	294	298	301	309	319

Příklad 2

Jako teplonosná kapalina se použije směs aromatických uhlovodíků s rozpětím teploty varu 295 až 320 °C o složení: 4,3 hmotnostních dílů 1,1-difenyletanu, 0,2 hmotnostních dílů pentaetylbenzenu, 0,4 hmotnostního dílu 3-etylbifenvlu, 0,4 hmotnostního dílu 4-etylbifenylu,

22,7 hmotnostních dílů 3-etyl-l,1-difenyletanu, 14,2 hmotnostních dílů 4-etylrl,1-difenyletanu, 34 hmotnostních dílů isomerů dietyl-1,1-difenyletanu, 9,7 hmotnostních

I

Tabulka II

Zkoušky oxidační stability teplonosné kapaliny číslo kyselosti Kinematická viskozita

Aditivum množství (hmot. díl)	Destička Cu úbytek vzhled (mg)	(mg :ΚΟΗ/ή)	změna	/mm 2. 0 h	. s¹) při 50 °C	Odpařívost %	Osady nános
0 h	182,5 h
182,5 h	změna
žádné	0,6	neporušen .	0,03	0,61	0,58	4,12	5,30	28,6	2,51	ne
Multadie 1	54,1	červeno- hnědý	0,45	0,87	0,42	4,24	6,17	45,5	3,75	ano
Antioxidant K4 1	0,4	neporušen	0,05	0,55	0,50	4,27	5,15	20,6	3,20	ne
Hitec E-542 1.	0,4	neporušen	0,08	0,86	0,78	4,43	5,23	18,1	2,98	ne
Santolube BX	0,3	neporušen	0,11	0,82	0,71	4,40	5,30	20,4	3,14	ne

dílů ostatních alkylhomologů 1,1-difenyletanu s rozpětím teploty varu 277 až 333 °C a 14,1 hmot. nostnich dílů oligomerů etylenu a propylenu s destilační křivkou uvedenou v tabulce I. Kapalina je dále definována takto: index lomu při 20 °C 1,550 9, teplota vzplanuti 158 °C, kinematická viskozita při 20 °C 8,80 mm².s^-1, specifická hmotnost 973 kg.m ³, teplota tuhnutí pod -50 °C, úsady v n-hexanu 6,9.10 % hmotnostních destilační křivka - viz tabulka III.

Tabulka III

Destilační křivka teplonosné kapaliny obj^GS% ^zač- ^{10 20 30 40 50 60 70 80 90 95} tgplota 277 296 299 300 301 303' 305 308 311 319 333

Výsledky zkoušek oxidační stability této teplonosné kapaliny samotné i aditivované 1 hmotnostním dílem látek uvedených v tabulce II jsou shodné s výsledky v této tabulce s výjimkou kinematické vizkozity při 50 °C, která je 3,8 mm².s^-1 před a 4,6 mm².s^-1 po zkoušce oxidační stability.

Příklad 3 — 3

Teplonosná kapalina je definována těmito vlastnostmi: specifická hmotnost 990 kg.m , index lomu při 20 °C 1,574 1, kinematická viskozita při 20 °C 29,65 mm².s ³, teplota vzplanutí 162 °C, teplota tuhnutí -40 °C. Její složení je následující: 4,9 hmotnostních dílů 3-etyl-1,1-difenyletanu, 4,7 hmotnostních dílů 4-etyl-l,1-difenyletanu, 35 hmotnostních dílů isomerů dietyl-1,1-difenyletanu, isopropyl-1,1-difenyletanu a isopropyletyl-1,1-difenyletanu, 3,6 hmotnostních dílů 3- a 4-(1-fenyletyl)-1,1-difenyletanu, 26,8 hmotnostních dílů ostatních alkylhomologů 1,1-difenylétánu s rozpětím teploty varu 300 až 385 °C a 25 hmotnostních dílů oligomerů etylenu a propylenu s destilační křivkou uvedenou v tabulce IV.

Tabulka IV

Destilační křivka teplonosné kapaliny

vydest. obj. %	zač.	10	20	30 40	50	60 70	80	90 95
geplota	300	317	324	330 335	341	347 355	368	379 385
Výsledky	zkoušek	oxidační	stability	s touto	kapalinou	jsou	uvedeny v tabulce V

Příklad 4

Teplonosná kapalina je definována těmito vlastnostmi: specifická hmotnost 974 kg.m index lomu při 20 °C 1,553 2, kinematická viskozita při 20 °C 10,88 mm².s^-1, teplota vzplanutí 159 °C, teplota tuhnutí -48 °C. Její složení je následující: 3,9 hmotnostních dílů 1,1-difenyletanu, 0,2 hmotnostního dílů pentaetylbenzenu, 0,4 hmotnostního dílů 3-etylbifenylu, 0,4 hmotnostního dílu 4-etylbifenylu, 21 hmotnostních dílů 3-etyl-l,1-difenyletanu, 13,3 hmotnostních 4-etyl-l,1-difenylétánu, 34,9 hmotnostních dílů isomerů dietyl-1,1-difenyletanu, isopropyl-rl, 1-difenyletanu a isopropyletyl-1,1-difenyletanu, 0,4 hmotnostního dílu 3- a 4-(l-fenyletyl)1,1-difenyletanu, 10,4 hmotnostních dílů ostatních alkylhomologů 1,1-difenyletanu s rozpětím teploty varu 277 až 322 °C a 15,1 hmotnostních dílů oligomerů etylenu a propylenu s destilační křivkou uvedenou v tabulce VI.

Tabulka VI

Destilační křivka teplonosné kapaliny obj⁶³»’ ^za6· ^{10 20 30 40 50 60} teplota

C 277 286 287 289 290 291 295

80 90 95

299 303 312 322

Tabulka

Zkoušky oxidační stability teplonosné kapaliny

Aditivum množství (hmot. díl)

Číslo kyselosti Kinematická viskozita

Destička Cu__(mg KOH/q)_/mm².s~l) při 50 °C Odpaří- Úsady vost % nános úbytek vzhled 0 182,5 změna 0 182,5 změna (mg) h h h h

žádné	0,8	neporušen	0,02	0,59	0,57	5,95	7,89	32,6	1,25	ne
Muldatic, 1	37,6	červeno- hnědý	0,31	0,39	0,08	4,24	5,41	27,6	1,30	ne
Hitec E-542 1	0,6	neporušen	0,13	0,81	0,68	6,17	7,95	28,8	1,92	ne
Santolube BX 1	0,5	• neporušen	0,07	0,71	0,64	5,92	8,09	36,7	1,81	ne
Antioxidant K4 1	0,8	neporušen	0,17	0,55	0,32	6,14	7,72	25,7	1,77	ne
Lubrisol 1	0,5	neporušen	0,16	0,84	0,68	6,31	8,18	29,6	1,45	ne
thiofosfonát barnatý 1	-1,6	šedočerný _t	0,15	1,13	0,98	6,17	8,34	35,2	2,25	ne
Paramo 52 1	-0,7	hnědošedý	0,15	0,55	0,40	6,18	8,52	37,9	1,79	ne

Výsledky zkoušek oxidační stability této kapaliny samotné i aditivované 0,5 hmotnostního dílu látek uvedených v tabulce-II jsou shodné s výsledky v této tabulce s výjimkou kinematické viskozity při 50 °C, která je 3,9 mm².s^-1 před a 4,6 mm².s^_1 po zkoušce oxidační stability.

Příklad 5

Teplonosná kapalina je definována takto: specifická hmotnost 988 kg.m , index lomu při 20 °C 1,571 8, kinematická viskozita při 20 °C 27,56 mm².s teplota vzplanutí 161 °C, teplota tuhnutí -42 °C. Její složení je následující: 0,4 hmotnostního dílu 1,1-difenyletanu,

6,7 hmotnostních dílů 3-etyl-l,1-difenyletanu, 5,6 hmotnostních dílů 4-etyl-l,1-difenyletanu, 34,8 hmotnostních dílů isomerů dietyl-1,1-difenyletanu, isopropyl-1,1-difenyletanu a isopropyletyl-1,1-difenyletanu, 3,2 hmotnostních dílů 3- a 4-(1-fenyletyl)-1,1-difenyletanu, 25,3 hmotnostních dílů ostatních alkylhomologů 1,1-difenyletanu s rozpětím teploty varu 298 až 393 °C a 25 hmotnostních dílů oligomerů etylenu a propylenu s destilační křivkou uvedenou v tabulce VII.

)'-'u 1 k a	VII
Destilační křivka teplonosné	kapaliny
vyděst. obj. í	zač. 10 20	30	40	50	60	70	80	90	95
teplota °C	298 316 322	329	333	340	345	354	367	378	393
Výsledky	zkoušek oxidační stability	této	kapaliny	samotné	i	aditivované	0,5	hmotnostní-

ho dílu látek uvedených v tabulce II jsou shodné s výsledky v této tabulce s výjimkou kinematické viskozity při 50 °C, která je 8,0 mm².s^-3 před a 9,6 mm².s^-3 po zkoušce oxidační stability.

Claims

předmEt vynálezu

Teplonosná kapalina na bázi 1,1-difenylétánu a jeho mono-, di-, případně polyetylhomologů, vyznačující se tím, že je tvořena až 26 hmotnostními díly 1,1-difenyletanu,

5 až 26 hmotnostními díly 3-etyl-l,1-difenyletanu, 5 až 10 hmotnostními dily 4-ety1-1,1-difenyletanu, 10 až 35 hmotnostních dílů isomerů dietyl-1,1-difenyletanu, až 1,8 hmotnostního dílu isomerů etylbifenylu, až 0,5 hmotnostního dilu pentaetylbenzenu, až 1,5 hmotnostního dílu isomerů tetraetyíbenzenu, 5 až 30 hmotnostními díly ostatních alkylhomologů 1,l-difenyl-‘ etanu s destilačním rozmezím 270 až 395 °C, 15 až 25 hmotnostními díly oligomerů etylenu a propylénu, přičemž tato složka je charakterizována rozpětím teploty varu 320 až 365 °C, kinematickou viskozitou při +20 °C 9,5 až 12,7 mm².s^_1, specifickou hmotností 977 až 985 kg/m³a teplotou tuhnuti pod -40 °C, a je aditivována až 1 hmotnostním dílem přísady s antikorozním a antioxidačním účinkem.