FI83228B - Foerfarande foer reglering av totalvaermeoeverfoeringskoefficienten hos en vaermevaexlingsvaetska, som stroemmar i ett slutet system och som utsaetts foer uppvaermnings- och avkylningssteg. - Google Patents

Description

1 83228

Menetelmä suljetussa systeemissä virtaavan, kuumennus- ja jäähdytysvaiheille altistetun lämmönvaihtonesteen koko-naislämmönslirtokertoimen säätämiseksi 5 Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään lämmön- silrtosovellutukslssa käytetyn lämmönvaihtonesteen lämmön-siirtokertoimen säätämiseksi.

Useissa lämmitys- ja jäähdytyssovellutukslssa lämpöä siirretään lämpölähteen ja lämpönlelun välillä kier-10 rättämällä jatkuvasti nestettä suljettuna kiertona lähteen ja nielun välillä. On suotavaa vähentää kierrätettävän nesteen virtauskitkaa (so. virtausvastusta) putkessa ja vähentää siten pumppausenergiaa, jota käytetään nesteen siirrossa lähteen ja nielun välillä, parantaa olemassa 15 olevan järjestelmän tehoa tai alentaa pääomakustannuksia uutta järjestelmää suunniteltaessa.

Tätä ennen on ehdotettu eri vaihtoehtoja pyrittäessä laajentamaan olemassa olevan lämmönsiirtojärjestelmän tehokkuutta tai alentamaan sitä energiamäärää, jota 20 käytetään jatkuvasti kiertäviä nesteitä varten lämmönvaih-tosovellutuksissa. On esitetty, että polymeerimateriaaleja voidaan lisätä nesteisiin kierrätysenergian määrän alenta-miseksi. Katso esimerkiksi Cho and Hartnett, Advances in Heat Transfer, 15, sivu 59 (1981). Valitettavasti nämä 25 polymeeriset virtausvastusta alentavat lisäaineet pienentävät merkittävästi käytettyjen vesipitoisten nesteiden lämmönsiirtokerrointa. Lisäksi polymeeriset virtausvastusta alentavat lisäaineet hajoavat mekaanisesti pumppujen ja vastaavien hiertävän vaikutuksen vuoksi.

30 WO-hakemusjulkaisussa 83/01583 kuvataan viskoelas- tisen pinta-aktiivisen koostumuksen käyttö kitkan tai virtausvastuksen pienentämiseksi lämmönsiirtosysteemissä. Vaikka julkaisussa ei olekaan mitään tietoja viskoelas-tisen pinta-aktiivisen aineen vaikutuksista nesteiden läm-35 mönsiirtokertoimiin, niin sen perusteella, mitä tiedetään 2 83228 kitkaa ja vastusta pienentävien lisäaineiden vaikutuksesta nesteen lämmönsiirtokertoimeen, olisi oletettavissa, että tässä julkaisussa kuvatut viskoelastiset pinta-aktiiviset aineet pienentäisivät myös nesteen lämmönsiirtokerrointa.

5 Siten alan ammattimies ei olisi julkaisusta tunnetun tekniikan perusteella päätynyt lisäämään nesteeseen visko-elastista pinta-aktiivista ainetta siinä tarkoituksessa, että nesteen lämmönsiirtokerroin suurenisi.

US-patenttijulkaisussa 3 361 213 esitetään useita 10 käyttötapoja vesipitoisille nesteille, jotka sisältävät viskoelastisia pinta-aktiivisia saippuasysteemeitä. Vaikka julkaisussa esitetäänkin, että nämä systeemit säilyvät tehokkaina korotetuissa lämpötiloissa (palsta 5, rivit 61-62), julkaisusta ei ilmene, että näitä systeemeitä voitai-15 siin käyttää ominaisuuksiltaan parantuneina lämmönvaihto-nesteinä siten, että saavutettaisiin sekä hyvä virtausvastuksen aleneminen että hyvä lämmönsiirto. Julkaisussa (palsta 6) esitetään muita käyttöalueita näille viskoelas-tisille saippuasysteemeille, mutta mikään näistä käyttö-20 alueista ei viittaa ominaisuuksiltaan parempiin lämmön-vaihtonesteisiin tai niihin verrattaviin käyttötapoihin, eikä siitä ilmene minkäänlaisia nesteiden lämmönsiirtoker-toimiin liittyviä tietoja.

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään suljetussa sys-25 teemissä virtaavan, kuumennus- ja jäähdytysvaiheille altistetun lämmönvaihtonesteen kokonaislämmönsiirtokertoimen säätämiseksi, jolloin menetelmälle on tunnusomaista että lämmönvaihtonesteeseen lisätään pinta-aktiivista koostumusta, joka sisältää 30 (1) pinta-aktiivista yhdistettä, jossa on hydrofo binen osa kemiallisesti sitoutuneena ioniseen hydrofiili-seen osaan, ja elektrolyyttiä, jossa on osa, joka pystyy liittymään pinta-aktiivisen aineen ioniin, niin että muodostuu viskoelastinen pinta-aktiivinen aine, jolloin pin-35 ta-aktiivisella yhdisteellä on kaava

II

3 83228 RJY+JX- tai R^Z-lA-t, joissa hydrofobinen osa Rx sisältää alkyyli- tai alkenyyli-tai inertisti substituoidun alkyyli- tai alkenyyliryhmän, 5 jonka ketjun pituus on vähintään 12 hiiliatomia, ja on kemiallisesti sitoutunut kationiseen osaan Y+ tai anioni-seen osaan Z- yhdessä vastaionien X- tai vastaavasti A+ kanssa, jotka yhdessä pystyvät muodostamaan viskoelastisen pinta-aktiivisen aineen lämmönvaihtonesteessä; tai 10 (2) pinta-aktiivista yhdistettä, jossa on hydrofo binen osa kemiallisesti sitoutuneena ei-ioniseen osaan ja jolla pinta-aktiivisella yhdisteellä on kaava

Ri(N) 15 jossa Rx on edellä määritelty ja on kemiallisesti sitoutunut ei-ioniseen osaan N, joka yhdiste pystyy aikaansaamaan viskoelastisen luonteen, jolloin pinta-aktiivinen koostumus valitaan siten, että sillä on lämmönsiirtokerroin, 20 joka on samanlainen kuin nesteellä, joka ei sisällä pinta-aktiivista koostumusta, korkean lämpötilan lämmönvaihto-alueella samalla kun se aikaansaa kitkan pienenemisen ja pienen lämmönsiirtokertoimen jakelujohdoissa.

:·’ Haluttaessa viskoelastiseen pinta-aktiivisen aineen | .· 25 koostumukseen lisätään toinen määrä elektrolyyttiä, jossa on osa, joka pystyy liittymään pinta-aktiivisen ionin kanssa. Tämän keksinnön tarkoituksia varten viskoelastinen pinta-aktiivinen aine on yhdiste, jossa on ioni, joka pys-tyy#toimimaan pinta-aktiivisena aineena ja stökiometrinen 30 määrä vastaionia, joka liittyy pinta-aktiiviseen ioniin tehden sen viskoelastiseksi. Elektrolyytin lisämäärä voi olla samaa tai erilaista kuin se, jonka vastaioni liittyy .... pinta-aktiiviseen ioniin. Saatua viskoelastista pinta- .·* aktiivista ainetta käytetään määrä, joka on riittävä alen- 35 tamaan huomattavasti sitä kitkaa, joka havaitaan lämmön- 4 83228 siirtonesteessä lämmönsiirtolaitteessa. Tässä keksinnössä käytetyt nesteet ovat erittäin stabiileja leikkausvoimia vastaan eikä niissä esiinny kitkan alentamisvaikutuksen häviötä jatkuvassa pumppauksessa verrattaessa polymeeri-5 siin virtausvastusta alentaviin lisäaineisiin, joissa tapahtuu palautumatonta mekaanista hajoamista ja kitkan alennuskyvyn nopea häviö jatkuvasti pumpattaessa.

Yllättävästi lisäelektrolyytin läsnäolo vesiliuoksessa, joka sisältää viskoelastista pinta-aktiivista ai-10 netta tämän keksinnön mukaisesti, alentaa edelleen huomattavasti kitkaa sekä eri nopeuksilla että eri lämpötiloissa, joissa viskoelastista pinta-aktiivista ainetta sisältävää nestettä käytetään lämmönsiirtosovellutuksissa. Vesipitoisen liuoksen, elektrolyytin ja viskoelastisen pin-15 ta-aktiivisen aineen seos on huomattavasti stabiilimpi leikkausvoimien suhteen kuin vesipitoinen neste, joka sisältää polymeeriä, joka pystyy muodostamaan vesiliuoksen, jossa kitkan aleneminen on samaa suuruusluokkaa.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä 20 voidaan käyttää myös ei-ionista, viskoelastista pinta-aktiivista ainetta. Tällöin lämmönvaihtonesteenä olevaan vesiliuokseen lisätään kosketukseen toiminnallisesti tehokas määrä pinta-aktiivista yhdistettä, jossa on hydrofobinen osa kemiallisesti sidottuna ei-ioniseen, hydrofiili-25 seen osaan (ja jota seuraavassa kutsutaan ei-ioniseksi pinta-aktiiviseksi aineeksi), joka yhdiste pystyy aikaansaamaan viskoelastisen luonteen. Ei-ionista, viskoelastista pinta-aktiivista ainetta käytetään määrä, joka riittää alentamaan olennaisesti viskositeettia, joka havaitaan 30 lämmönvaihtonesteessä, kun sitä käytetään lämmönsiirto- laitteessa.

Tämän keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää prosesseissa, joissa nesteitä käytetään yleisiin voitelu- ja lämmönsiirtotarkoituksiin, kuten erilaisissa sul-35 jetuissa kiertojärjestelmissä. Erikoisen mielenkiintoisia li 5 83228 ovat kaukolämpösovellutukset ja veden lämmitys, jäähdytys-sovellutukset ja vastaavat.

Tässä käytettynä termillä "neste" tarkoitetaan niitä nestemäisiä materiaaleja, joita voidaan käyttää lämmön-5 siirtosovellutuksissa. Lämmönvaihtonesteet voivat luon teeltaan olla orgaanisia tai vesipitoisia. Kaikkein edullisimmin neste on vesipitoinen neste. Tässä käytettynä termillä "vesipitoinen neste" tarkoitetaan nesteitä, jotka sisältävät vettä. Tämä termi käsittää vesipitoiset nes-10 teet, jotka sisältävät epäorgaanisia elektrolyyttejä, kuten epäorgaanisten suolojen vesiliuokset, alkaliset tai happamat vesiliuokset, riippuen kulloinkin käytetystä pin-ta-aktiivisesta aineesta ja elektrolyytistä, esimerkiksi alkalimetalli- tai maa-alkalimetallihydroksidin vesiliuos. 15 Muihin esimerkkeihin vesipitoisista nesteistä kuuluvat veden ja veden kanssa sekoittuvan nesteen kuten alempien alkanolien, esimerkiksi metanolin, etanolin tai propanolin seokset; glykolien ja polyglykolien vesiseokset edellyttäen, että näitä veden kanssa sekoittuvia nesteitä käytetään 20 määrä, joka ei vaikuta haitallisesti vesipitoisen nesteen viskoelastisiin ominaisuuksiin. Termi käsittää myös se-koittumattomien nesteiden emulsiot vesipitoisessa nesteessä, kiinteiden hienojakoisten aineiden kuten korroosiones-toaineiden, biosidien tai muiden eliömyrkkyjen vesiliet-25 teet. Yleensä kuitenkin vettä ja vesipitoisia aikalisiä tai happamia liuoksia tai epäorgaanisten suolojen vesiliuoksia (esimerkiksi ruokasuolaliuoksia) käytetään kaikkein edullisimmin vesipitoisena nesteenä tässä yhteydessä. Edullisesti elektrolyytin pitoisuus on pienempi kuin 75, 30 edullisemmin pienempi kuin 15, vielä edullisemmin pienempi kuin 5 ja erikoisesti pienempi kuin 1 painoprosentti liuoksesta. Kaikkein edullisimmin vesipitoinen neste on vesi.

— Tässä käytettynä termillä "viskoelastinen" tarkoi tetaan elastisia ominaisuuksia omaavaa viskoosia nestet- * 35 tä, so. nestettä, joka ainakin osaksi palautuu alkuperä!- 6 83228 seen muotoonsa, kun siihen kohdistettu rasitus poistetaan. Viskoelastisuusominaisuus on alalla hyvin tunnettu ja viitteinä mainittakoon H.A. Barnes et ai., Rheol.Acta, 14 (1975), 14, sivut 53-60 ja S. Gravsholt, Journal of Coll.-5 and Interface Sei., 57 (3) (1976) sivut 575-6. Nämä viitteet sisältävät viskoelastisuuden määritelmän ja kuvauksia, joilla määritetään, onko nesteellä viskoelastisia ominaisuuksia. Katso myös N.D. Sylvester et ai., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 14 (1979), sivu 47. Näissä viit-10 teissä kuvatuista kokeista koe, jonka on havaittu olevan kaikkein käyttökelpoisin vesiliuoksen viskoelastisuuden määrittämiseksi, käsittää pyörteiden muodostamisen liuokseen ja visuaalisen tarkastuksen sen suhteen, poistuvatko sekoituksessa muodostuneet kuplat pyörteiden muodostamisen 15 jälkeen. Kuplien poistuminen osoittaa viskoelastisuuden.

Pinta-aktiiviset yhdisteet tämän keksinnön puitteissa käsittävät yhdisteet, jotka yleisesti luokitellaan pinta-aktiivisiksi aineiksi ja jotka aikaansaavat viskoelastisuuden, kun vastaionin rakenne ja ympäristö valitaan 20 sopivasti. Termillä "pinta-aktiivinen aine" tarkoitetaan jokaista molekyyliä, jolla on luonteenomainen fivalentti-nen ominaisuus siten, että se pystyy liuoksessa muodostamaan kolloidisia kasaumia, joita tavallisesti kutsutaan miselleiksi.

25 Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävät ioniset pinta-aktiiviset käsittävät ionisen, hydrofobisen molekyylin, jossa on ioninen, hydrofohydrofiilinen osa, joka on kemiallisesti sidottu hydrofobiseen osaan (kutsutaan tässä pinta-aktiiviseksi ioniksi) ja riittäväs-30 ti vastaionia pinta-aktiivisen ionin varauksen tyydyttämiseksi . Näiden pinta-aktiivisten yhdisteiden kaavassa R1(Y+)X_ tai R1(Z_)A+ • · 35 RX(Y+) ja RX(Z ) tarkoittavat pinta-aktiivisia ioneja,

II

7 83228 joissa on ryhmän R3 esittämä hydrofobinen osa ja siihen kemiallisesti sitoutuneena ioninen, liuottava osa, jota esitetään kationinen osa (Y+) tai anioninen osa (Z-). x~ ja A+ ovat vastaioneja, jotka ovat liittyneet pinta-ak-5 tiivistin ioneihin.

Pinta-aktiivisen ionin hydrofobinen osa (so. on alkyyli- tai alkenyyliryhmä, jonka ketjun pituus on vähintään 12 hiiliatomia ja joka voi olla "inertisti substitu-oitu" tarkoittaa radikaalia, jossa on yksi tai useampia 10 substituentteja, esimerkiksi halogeeneja, kuten -F, -Cl tai -Br, tai ketjusidoksia, kuten piisidos (-Si-), jotka ovat inerttejä vesipitoisen nesteen ja sen sisältämien aineosien suhteen. Tyypillisesti R3 on pitkäketjuinen alkyyli, joka voi olla inertisti substituoitu ja joka on 15 yleensä lineaarinen. Edullisesti tällainen alkyyli sisäl tää vähintään 16 hiiliatomia. Edustaviin pitkäketjuisiin alkyyli- ja alkenyyliryhmiin kuuluvat dodekyyli (lauryy-li), tetradekyyli (myristyyli), heksadekyyli (setyyli), oktadekenyyli (oleyyli), oktadekyyli (stearyyli) ja ta-20 li-, kookos ja soijaöljyn johdannaiset. Suositeltavia alkyyli- ja alkenyyliryhmiä ovat yleensä alkyyli- ja alke-nyyliryhmät, joissa on 12-24 hiiliatomia, jolloin oktadekyyli, heksadesyyli, erusyyli ja tetradesyyli ovat suositeltavimmat.

25 Kationiset, hydrofUliset osat (ryhmät) (Y+) ovat yleensä onium-ioneja, jolloin termi "oniumioni" tarkoittaa kationista ryhmää, joka on oleellisesti täysin ionisoitunut veteen laajalla pH-alueella, esimerkiksi pH-arvoilla 2-12. Edustaviin onium-ioneihin kuuluvat kvaternääriset 30 ammoniumryhmät, so. -N+(R)3; tertiääriset sulfoniumryhmät, esimerkiksi -S+(R)2 ja kvaternääriset fosfoniumryhmät, so. -P+(R)3, jolloin jokainen R on kulloinkin hydrokarbyyli tai inertisti substituoitu hydrokarbyyli. Lisäksi primäärisiä, sekundäärisiä ja tertiäärisiä amiineja, so. -NH2, 35 -NR tai -N(R)2, voidaan myös käyttää ionisena ryhmänä, jos 8 83228 käytetyn vesipitoisen nesteen pH-arvo on sellainen, että amiiniryhmä on ionimuodossa. Pyridiniumryhmää voidaan myös käyttää. Näistä kationisista ryhmistä viskoelastisen pin-ta-aktiivisen aineen pinta-aktiivinen ioni valmistetaan 5 edullisesti siten, että siinä on kvaternäärinen ammonium-osa, so. -N+(R)3; pyridiniumosa; aryyli- tai alkaryyli-pyridiniumosa tai imadatsoliniumosa tai tertiäärisiä amiini- [-N(R)2]-ryhmiä, jolloin kukin R on toisista riippumatta alkyyliryhmä tai hydroksialkyyliryhmä, jossa on 1-10 4 hiiliatomia, ja edullisesti jokainen R on metyyli, etyy li tai hydroksietyyli.

Edustaviin anionisiin, liuottaviin osiin (ryhmiin) (Z) kuuluvat sulfaattiryhmät, so. -OS03~, eetterisulfaat-tiryhmät, sulfonaattiryhmät, esimerkiksi -S03-, karboksy-15 laattiryhmät, fosfaattiryhmät, fosfonaattiryhmät ja fosfo-niittiryhmät. Näistä anionisista ryhmistä viskoelastisen pinta-aktiivisen aineen pinta-aktiivinen ioni valmistetaan edullisesti siten, että siinä on karboksylaatti- tai sul-faattiryhmä. Tämän keksinnön tarkoituksiin nämä anioniset 20 liuottavat ryhmät eivät ole niin edullisia kuin kationiset ryhmät.

Fluorattuihin alifaattisiin aineisiin, joita sopivasti käytetään tätä keksintöä sovellettaessa, kuuluvat kaavan RfZ* mukaiset orgaaniset yhdisteet, jolloin Rf on 25 tyydyttynyt tai tyydyttymätön fluorattu alifaattinen ryhmä, joka edullisesti sisältää F3C-ryhmän, ja Z1 on ioni-nen ryhmä tai potentiaalisesti ioninen ryhmä. Fluoratut alifaattiset aineet voivat olla perfluorattuja hiilivetyjä. Sopivia anionisia ja kationisia ryhmiä esitetään myö-30 hemmin.

Vastaionit (so X- ja A+), jotka liittyvät pinta-aktiivisiin ioneihin, ovat kaikkein sopivimmin ionisesti varattuja orgaanisia materiaaleja, joiden ioninen luonne on vastakkainen pinta-aktiiviselle ionille, joka vastaio-35 nin ja pinta-aktiivisen ionin yhdistelmä muodostaa visko- 9 83228 elastiset ominaisuudet vesipitoiseen nesteeseen. Orgaaninen materiaali, jonka luonne on anioninen, toimii vastaio-nina pinta-aktiiviselle ionille, jossa on kationinen hyd-rofiilinen ryhmä, ja orgaaninen materiaali, jonka luonne 5 on kationinen, toimii vastaionina pinta-aktiiviselle ionille, jossa on anioninen hydrofiilinen ryhmä. Yleensä suositeltavat vastaionit, joiden luonne on anioninen, sisältävät karboksylaatti-, sulfonaatti- tai fenoksidiryh-män, jolloin "fenoksidlryhmä" on ArO- ja Ar tarkoittaa 10 aromaattista rengasta tai inertisti substituoitua aromaattista rengasta. Esimerkkeihin näistä anionisista vastaio-neista, jotka käytettyinä kationisen pinta-aktiivisen ionin kanssa pystyvät muodostamaan viskoelastisia ominaisuuksia vesipitoiseen liuokseen, kuuluvat eri aromaattiset 15 karboksylaatit, kuten o-hydroksibentsoaatti; m- tai p-klooribentsoaatti, metyleeni-bis-salisylaatti ja 3,4-, 3,5- tai 2,4-diklooribentsoaatti; aromaattiset sulfonaatit kuten p-tolueenisulfonaatti ja naftaleenisulfonaatti ja fenoksidit, erikoisesti substituoidut fenoksidit, milloin 20 nämä vastaionit ovat liukoisia tai 4-amino-3,5,6-trikloo-ripikolinaatti. Vaihtoehtoisesti kationiset vastaionit . . voivat sisältää onium-ionin, kaikkein edullisimmin kvater- näärisen ammoniumryhmän. Edustaviin kationisiin vastaio-neihin, jotka sisältävät kvaternäärisen ammoniumryhmän, 25 kuuluvat bentsyylitrimetyyliammonium tai alkyylitrimetyy-liammonium, jolloin alkyyliryhmä on edullisesti oktyyli, dekyyli, dodekyyli tai erukyyli ja amiinit, kuten syklo-heksyyliamiini. On erittäin suositeltavaa välttää pinta-aktiivisen aineen ja vastaionin stokiömetrisiä määriä, jos 30 vastaionin alkyyliryhmä on suuri. Kationin käyttö vasta-ionina on yleensä vähemmän edullista kuin anionin käyttö - - vastaionina. Epäorgaanisia vastaioneja, joko anionisia tai kationisia, voidaan myös käyttää.

Kulloinenkin pinta-aktiivinen ioni ja siihen liit-: 35 tyvä vastaioni valitaan siten, että yhdistelmä muodostaa ίο 83228 viskoelastisia ominaisuuksia vesipitoiseen nesteeseen. Edellä mainitut pinta-aktiiviset ionit ja vastaionit, joiden yhdistelmät muodostavat tällaisia viskoelastisia pin-ta-aktiivisia aineita, voivat vaihdella ja ne voidaan 5 helposti määrätä edellä esitettyjen testimenettelyjen avulla. Pinta-aktiivisista aineista, jotka muodostavat viskoelastisia ominaisuuksia vesipitoiseen nesteeseen, suositeltaviin pinta-aktiivisiin yhdisteisiin kuuluvat ne, joita esittää kaava 10

R

CH-, -(-CH0-h -n®-R χθ •j £ n |

R

15

Jolloin n on kokonaisluku 13-23, edullisesti 15-21, jokainen R on toisista riippumatta vety tai alkyyliryhmä tai alkyyliaryyli tai hydroksialkyyliryhmä, jossa on 1-4 hiiliatomia, edullisesti kukin ryhmä R on toisista riippumat-20 ta metyyli, hydroksietyyli, etyyli tai bentsyyli ja X~ on 0- hydroksibentsoaatti, m- tai p-halogeenibentsoaatti tai alkyylifenaatti, jolloin alkyyliryhmä sisältää edullisesti 1- 4 hiiliatomia. Lisäksi jokainen R voi muodostaa pyridi-niumryhmän. Erikoisen suositeltaviin pintaaktiivisiin io- ;γ 25 neihin kuuluvat setyylitrimetyyliammonium, oleyylitrime-tyyliammonium, erusyylitrimetyyliammonium ja setyylipyri-dinium.

Viskoelastisia pinta-aktiivisia aineita voidaan valmistaa helposti sekoittamalla keskenään halutun katio-30 nisen pinta-aktiivisen ionin emäksinen muoto (tai halutun anionisen pinta-aktiivisen ionin hapan muoto) ja stökio-metrinen määrä halutun kationisen vastaionin hapanta muotoa (tai halutun anionisen vastaionin emäksistä muotoa). ;· Vaihtoehtoisesti voidaan sekoittaa keskenään stökiometri- 35 set määrät kationisen pinta-aktiivisen ionin ja anionisen li 11 83228 vastaionin (tai ekvimolaariset määrät anionisen pinta-akti ivisen ionin ja kationisen vastaionin) suoloja visko-elastisen pinta-aktiivisen aineen muodostamiseksi. Katso esimerkiksi US-patentissa 2 541 816 esitettyjä menettely-5 jä.

Yleensä pinta-aktiiviset yhdisteet, joissa on hydrofobinen ryhmä sidottu kemiallisesti ei-ioniseen hydro-fiiliseen ryhmään, ovat niitä ei-ionisia pinta-aktiivisia aineita, joilla on viskoelastinen luonne ja joita on tyy-10 pillisesti esitetty US-patentissa 3 373 107 ja ne alkyyli-fenyylietoksilaatit, joita on esittänyt Shinoda kirjoituksessaan Solvent Properties of Surfactant Solutions, Marcel Dekker, Inc, (1967). Suositeltavia ei-ionisia pinta-aktiivisia aineita ovat ne tertiääriset amiinioksidi-15 pinta-aktiiviset aineet, joiden luonne on viskoelastinen.

Yleensä hydrofobista osaa voi esittää edellä mainittu ryhmä R. On huomattava, että ei-ionista pinta-aktiivista ainetta voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä yhdessä lisämäärän kanssa elektrolyyttiä, kuten 20 edellä on esitetty. On myös edullista käyttää lisäainetta, kuten alkanolia, vesipitoisessa nesteessä, johon ei-ionis-. . ta pinta-aktiivista ainetta on lisätty, pinta-aktiivisen aineen saamiseksi viskoelastiseksi.

Muita viskoelastisia pinta-aktiivisia aineita, joi-25 ta voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä, on esitetty julkaisussa D. Saul et ai., J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1 (1974) 70(1) sivut 163-170.

Viskoelastista pinta-aktiivista ainetta (luonteeltaan joko ionista tai ei-ionista) käytetään määrä, joka 30 riittää muodostamaan viskoelastiset ominaisuudet nesteeseen, jolloin viskoelastisuus mitataan edellä esitettyjen - * menetelmien avulla. Yleensä on sellainen määrä viskoelas tista pinta-aktiivista ainetta riittävä, joka mitattavasti pienentää kitkaa, joka esiintyy nesteessä, kun sitä käyte-35 tään lämmönsiirtosovellutuksissa. Käytetty määrätty visko- i2 83228 elastinen pinta-aktiivinen aine ja sen pitoisuus nesteessä riippuvat lukuisista tekijöistä mukaanluettuina liuoksen koostumus, lämpötila ja leikkausnopeus, joka kohdistuu virtaavaan nesteeseen. Yleensä jokaisen määrätyn visko-5 elastisen pinta-aktiivisen aineen pitoisuus, jota edullisimmin tällöin käytetään, määrätään helposti kokeilemalla. Yleensä viskoelastisia pinta-aktiivisia aineita käytetään edullisesti alueella 0,01-10 painoprosenttia olevina määrinä pinta-aktiivisen aineen ja nesteen 10 painosta laskettuna. Viskoelastista pinta-aktiivista ainetta käytetään edullisemmin 0,05-1 painoprosentin suuruisina määrinä nesteen ja viskoelastisen pinta-aktiivisen aineen painosta laskettuna.

Tämän keksinnön erittäin edullisessa toteutuksessa 15 käytetään lisämäärä elektrolyyttiä, joka on ioniselta luonteeltaan vastakkainen pinta-aktiivisen ionin kanssa ja joka pystyy liittymään orgaanisena vastaionina mainittuun pinta-aktiiviseen ioniin, alentamaan edelleen kitkaa, jonka viskoelastista pinta-aktiivista ainetta sisältävä neste 20 omaa, ja nostamaan sitä lämpötilaa, johon saakka neste säilyttää virtausvastuksen alentumisen. Elektrolyyttejä, joita tällöin sopivimmin käytetään, ovat mm. elektrolyytit, jotka sisältävät orgaanisia ioneja, jotka liittyessään pintaaktiivisen yhdisteen pinta-aktiivisiin ioneihin 25 muodostavat viskoelastisen pinta-aktiivisen aineen. Jos orgaanista elektrolyyttiä, on läsnä enemmän kuin stökio-metrinen määrä, joka liittyy pinta-aktiiviseen ioniin, niin se pystyy alentamaan edelleen nesteen kitkaa ja nostamaan sitä lämpötilaa, johon saakka neste säilyttää vir-30 tausvastuksen vähenemisen. Tällainen orgaaninen elektrolyytti liukenee nesteeseen, joka sisältää viskoelastista pinta-aktiivista ainetta.

Orgaanisen elektrolyytin pitoisuus, joka vaaditaan kitkan pienentämiseksi edelleen ja sen lämpötilan nostami-35 seksi, johon saakka neste säilyttää virtausvastuksen ale- i3 83228 nemisen, riippuu lukuisista tekijöistä mukaanluettuina kulloinenkin neste, viskoelastinen pinta-aktiivinen aine ja käytettävä orgaaninen elektrolyytti sekä saavutettu virtausvastuksen väheneminen. Yleensä orgaanisen elektro-5 lyytin pitoisuus on edullisesti alueella 0,1-20, edullisemmin 0,5-5 moolia yhtä moolia kohti viskoelastista pin-taaktiivista ainetta.

Yleensä orgaanisia ioneja muodostuu vastaavien orgaanisten elektrolyyttien kuten sopivan orgaanisen ionin 10 suolojen ja happojen tai emästen dissosioituessa. Esimerkiksi orgaaninen elektrolyytti, joka dissosioituessaan muodostaa anionin, alentaa edelleen nesteen kitkaa, joka sisältää viskoelastista pinta-aktiivista ainetta, jossa on kationinen pinta-aktiivinen ioni. Esimerkkeihin näistä 15 anionisista orgaanisista elektrolyyteistä kuuluvat useiden aromaattisten karboksylaattien alkalimetallisuolat, kuten aromaattiset alkalimetallikarboksylaatit, esimerkiksi nat-riumsalisylaatti ja kaliumsalisylaatti sekä dinatriummety-leeni-bis-salisylaatti; alkalimetalli-ar-halogeenibent- 20 soaatit, esimerkiksi natrium-p-klooribentsoaatti, kalium- : ' - m-klooribentsoaatti, natrium-2,4-diklooribensoaatti ja kalium-3,5-diklooribentsoaatti; aromaattiset sulfoniha-pot, kuten p-tolueenisulfonihappo ja niiden alkalimetallisuolat; naftaleenisulfonihappo; substituoidut fenolit, 25 esimerkiksi ar, ar-dikloorifenolit, 2,4,5-trikloorifenoli, t-butyylifenoli, t-butyylihydroksifenoli ja etyylifenoli.

Kationinen orgaaninen elektrolyytti, joka dissosioituessaan muodostaa kationin, on käyttökelpoinen myös alennettaessa edelleen nesteen kitkaa, joka sisältää ani-30 onisen pinta-aktiivisen ionin sisältävää viskoelastista pinta-aktiivista ainetta. Vaikka kationiset orgaaniset elektrolyytit ovat vähemmän edullisia kuin edellämainitut anioniset orgaaniset elektrolyytit, esimerkkeihin sopivista kationisista elektrolyyteistä kuuluvat kvaternääriset 35 ammoniumsuolat, kuten alkyylitrimetyyliammoniumhalogenidit i4 83228 ja alkyylitrietyyliammoniumhalogenidit, jolloin alkyyli-ryhmä edullisesti sisältää 4-22 hiiliatomia ja halogenidi edullisesti on kloridi; aryyli- ja aralkyylitrimetyyli-ammoniumkloridi; ja alkyylitrimetyylifosfoniumhalogenidit.

5 Edullinen on myös sykloheksyyliamiini. On erittäin edullista välttää pinta-aktiivisen aineen ja vastaionin stö-kiometrisiä määriä, jos vastaionin alkyyliryhmä on suuri (esimerkiksi enemmän kuin 8 hiiliatomia).

Edullisesti orgaaninen elektrolyytti on sama tai 10 muodostaa saman ionin, kuin mikä liittyy vesipitoisen nesteen sisältämän viskoelastisen pinta-aktiivisen aineen pinta-aktiiviseen ioniin, esimerkiksi alkalimetallisali-sylaattia käytetään edullisesti orgaanisena lisäelektro-lyyttinä, jos viskoelastinen pinta-aktiivinen aine on -15 alunperin valmistettu siten, että siinä on salisylaatti-tai p-tolueenisulfonaatti-vastaioni. Siten kaikkein edullisimpia orgaanisia elektrolyyttejä ovat aromaattisen kar-boksylaatin alkalimetallisuolat, esimerkiksi natriumsali-sylaatti tai natrium-p-tolueenisulfonaatti. On myös lisäk-20 si huomattava, että elektrolyytti voi olla eri kuin käy- ·'·, tetty vastaioni.

....· On myös mahdollista käyttää veteen liukenematonta : aktiivista aineosaa, kuten öljyä tai muuta orgaanista ai- j* . neosaa, jota on emulgoitu veteen 0,05-80 prosentin pitoi- 25 suuteen. Viskoelastiset pinta-aktiiviset aineet (luonteel taan joko ionisia tai ei-ionisia), joita käytetään näissä emulsioissa, pyrkivät menettämään viskoelastisuutensa. Tämän oletetaan johtuvan siitä, että öljy tunkeutuu misel-leihin ja tuhoaa viskoelastisuutta varten vaadittavat ka-30 sautumat. Viskoelastiset pinta-aktiiviset aineet, jotka sisältävät ylimäärän orgaanista elektrolyyttiä, pystyvät sietämään öljyn lisäystä vesipitoisiin nesteisiin pitemmän ajan kuin ne viskoelastiset pinta-aktiiviset aineet, joissa ei ole ylimäärää orgaanista elektrolyyttiä. Kuiten-'"· 35 kin fluoratut viskoelastiset pinta-aktiiviset aineet pys-

II

15 83228 tyvät sietämään öljyn lisäystä vesipitoiseen nesteeseen aina 80 prosentin suuruiseen määrään saakka, edullisimmin 20 painoprosentin määrään saakka pitkähkön aikaa.

Nesteitä, joilla on alentunut kitka, kun niitä käy-5 tetään teollisissa lämmönvaihtosovellutuksissa, valmiste taan sekoittamalla keskenään halutut määrät viskoelastista pinta-aktiivista ainetta ja orgaanista elektrolyyttiä nes-teliuoksen muodostamiseksi. Vaihtoehtoisesti ei-ioninen pinta-aktiivinen aine saatetaan kosketukseen nesteen kansio sa vesipitoisen nestemäisen liuoksen muodostamiseksi. Saadut liuokset ovat stabiileja ja niitä voidaan varastoida pitkiä aikoja. Nesteet sisältävät myös lisäaineita mainittujen nesteiden käyttämiseksi lukuisia teollisia prosesseja varten. Esimerkkeihin teollisista käytöistä kuuluvat 15 kaukolämpö ja veden kuumennus rakennuksissa.

Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettyjen nesteiden lämmönsiirtokertoimet tietyllä virtaus-nopeus/lämpötila-alueella, ovat pienemmät kuin sellaisten nesteiden lämmönsiirtokertoimet, jotka eivät sisällä vis-20 koelastisia lisäaineita. Tässä keksinnössä käytetyillä nesteillä on kuitenkin samat lämmönsiirtokertoimet ovat ·” samanlaisia kuin nesteellä, joka ei sisällä viskoelastisia lisäaineita, kriittisessä tai sitä korkeammassa lämpötilassa tai kriittisellä tai sitä suuremmalla massavirtaus-25 nopeudella. Täten on mahdollista saavuttaa suuri lämmön-siirtokerroin korkean lämpötilan lämmönvaihtoalueella ja virtausvastuksen aleneminen ja pieni lämmönsiirtokerroin j akeluputkistoissa.

Kriittinen lämpötila ja kriittinen massavirtausno-30 peus voivat riippua pinta-aktiivisen ionin rakenteesta ja viskoelastisen pinta-aktiivisen aineen vastaionipitoisuu-desta. Esimerkiksi pitkän alkyyliketjun omaavia pinta-ak-tiivisia ioneja ja/tai vastaionin ylimäärää voidaan käyttää nesteen muodostamiseksi, jonka kriittinen lämpötila on 35 korkeampi ja kriittinen massavirtausnopeus suurempi kuin 16 83228 vastaavilla nestevalmisteilla. Täten on mahdollista valmistaa lämmönvaihtonesteitä, jotka vastaavat kulloistakin virtausnopeusvaatimuksia ja lämpötiloja lukuisia lämmön-vaihtosovellutuksia varten.

5 Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettyjä nesteitä voidaan käyttää olosuhteissa, joissa aikaisemmin tunnettuja lämmönsiirtonesteitä on käytetty. Edullisiin sovellutuksiin kuuluvat menetelmät, joissa lämmönvaihto-laite toimii -40 eC:n ja 150 °C:n välisellä lämpötila-10 alueella. Esimerkiksi voidaan valmistaa koostumuksia, jotka vastaavat lämpötilaolosuhteita ja virtausnopeusvaatimuksia lämmönsiirron suorittamiseksi kuumassa lämpölaitoksen lämmönvaihtajassa. Kuitenkin koostumuksilla saavutetaan halutut virtausvastuksen aleneminen ja lämmönsiirto-15 kertoimen pieneneminen kylmemmissä jakeluputkissa.

Seuraavien esimerkkien tarkoitus on havainnollistaa keksintöä eivätkä ne rajoita sen aluetta. Kaikki osat ja prosenttiluvut on laskettu painon mukaan, ellei toisin ole mainittu.

20 Esiintyvän kitkan määräämiseksi virtausolosuhteissa ja vesipitoisten koostumusten lämmönsiirto-ominaisuuksien mittaamiseksi valmistetaan putkikiertosysteemi virtaus-testiä varten. Testauskiertosysteemi käsittää pumppaus-järjestelmän, kuumennus- ja jäähdytysjärjestelmän ja tes-25 tausjärjestelmän.

Keskipakopumppua käytetään nesteen pumppaamisen kiertosysteemin lävitse. Sen suurin teho on noin 0,00946 m3/s ja otsapaine noin 517 kPa. Kiertosysteemin muu osa muodostuu lämmönvaihtimesta, massavirtausmittarista, tes-30 tiosasta ja 0,76 m3 paisuntasäiliöstä, jossa on 76 mm sivuputki. Kiertosysteemin pituus on noin 21,3 m ja on se valmistettu ruostumattomasta teräksestä. Lukuunottamatta sivuputkea ja putkia 0,076 m3 säiliöön ja siitä pois, joiden läpimitta on 76 mm, kaikkien putkien läpimitta on 51 35 mm. Kaikki venttiilit tässä kiertosysteemissä ovat pallo- li i7 83228 venttiilejä paitsi kolme kuristusventtiiliä 76 mm putkissa 0,076 m3 säiliön läheisyydessä. Keskipakopumppu pystyy käsittelemään lietteitä ja kierukka itse on rakennettu suu-risäteisin taivutuksin hankauksen pienentämiseksi. Sopiva 5 näytekoko testiä varten kierukassa on 100 litraa (0,1 m3).

Kavitaation estämiseksi pumpussa käynnistyksessä ja ilmanpoistossa on 51 mm:n läpimittainen ja 0,9 m:n pituinen pidennys sijoitettu 0,076 m3:n säiliöön. Kun järjestelmää täytetään, testineste imetään tyhjiön avulla läpi koko 10 kiertosysteemin ja sitten säiliöön. Kun järjestelmä on täytetty, ei putkissa ole ilmaa. Venttiili sivuputkessa suljetaan puoliksi käytön aikana virtauksen jakamiseksi sivuputken ja paisuntasäiliön välille ja jotta ilmakuplat voivat poistua säiliöön.

15 Putkivirtauksen testikiertosysteemin kuumennus ja jäähdytys suoritetaan 174 kilogrammalla vesihöyryä säädettynä 689 kPa paineeseen ja vesijohtoveden avulla käyttäen kahta lämmönvaihdinta. Ensimmäinen lämmönvaihdin kuumentaa tai jäähdyttää apulämmönsiirtonesteen vesihöyryllä tai 20 vesijohtovedellä. Apulämmönsilrtonestettä pumpataan toiseen päälämmönvaihtimeen, joka kuumentaa tai jäähdyttää testinesteen. Apulämmönsilrtoneste on vettä, joka sisältää korroosionestoainetta. Lämpötila-anturit on sijoitet-·'. tu päälämmönvaihtimen tulo- ja poistokohtiin lämmönsiirto- 25 arvojen mittaamiseksi. Solenoidiventtiili on sijoitettu vesi/höyry-poistoputkeen paineen suurentamiseksi ja siten lämpötilan nostamiseksi vesi/höyry-kierrossa. Tämän menettelyn avulla voidaan saavuttaa välillä 35-120 °C olevat lämpötilat pääputkivirtaustestikierrossa.

30 Testausjärjestelmä käsittää tässä esitellyn mitta- laitteiston ja 6,1 m pitkän testausosan. Tässä testaus-osassa on neljä 2 mm:n läpimittaista painemanometriä, jotka on porattu 45 cm välein lähelle putken keskiosaa. Ne eivät häiritse virtauskuviota putkessa. Tulomatka viimei-'1*. 35 sestä häiriökohdasta ennen painemanometrejä (virtauksen ie 83228 säätöventtiili) on enemmän kuin 50 kertaa putken läpimitta niin, että manometrit ovat täysin kehittyneen turbulentti-virtauksen alueella. Kaksi tärkeää mittaria virtaustesti-putkikiertosysteemissä ovat Micro Motion Mass Flow Meter 5 Model C200 (Micro Motion Inc. Boulder, Colorado) ja Signature Differential Pressure Transmitter Model 2408-30B (Bristol Babcock Inc., Waterbuty, Connecticut).

Esimerkit 1-7

Esimerkki 1 on vesipitoinen koostumus, joka sisäl-10 tää 0,2 prosenttia setyylitrimetyyliammoniumsalisylaattia olevaa viskoelastista pinta-aktiivista ainetta, joka on valmistettu sekoittamalla keskenään ekvimolaariset määrät setyylitrimetyyliammoniumkloridia ja natriumsalisylaattia.

Esimerkki 2 on vesipitoinen koostumus, joka sisäl-15 tää 0,2 prosenttia setyylitrimetyyliammoniumsalisylaattia ja 0,2 prosenttia natriumsalisylaattia.

Esimerkkejä 1 ja 2 käytetään testinesteinä virtaus-testiputkikiertosysteemissä. Testinesteiden lämpötilat ovat aluksi 40 °C, 50 °C ja 60 °C. Apulämmönsiirtonesteen 20 lämpötila on 70 °C. Apulämmönsiirtonesteen lämpötila sen saapuessa ja poistuessa päälämmönvaihtajan kierukasta ja testinesteen lämpötila sen saapuessa päälämmönvaihtajaan ja poistuessa siitä mitataan eri massavirtausnopeuksilla.

* Testinesteiden kokonaislämmönsiirtokerroin lasketaan seu- 25 raavasta yhtälöistä: Q = UA Δ TlB * mCp Δ t jolloin Q = testinesteen jouleina siirtynyt lämpö, m = massavirtausnopeus (kg/s. m2), 30 Cp = nesteen lämpökapasiteetti (joule/kg °C), Δ t = lämpötilan nousu testinesteessä sen siirtyessä pää lämmönvaihtimen lävitse (tj-t^, °C, U = kokonaislämmönsiirtokerroin (W/m2*K), A = lämmönvaihtimen pinta-ala, m2, 35 Δ TlB = keskimääräinen logaritminen lämpötilan- lasku, °C,

II

19 83228

CM

li

Jj o r-~ oo ro in vo H vo n m· m m m Ή CM in O O CO O CO (Ti CO VO ττ U M1 Ί1 in I | VO VO Ό Ό I VO OO 00 00

i—I

CM 2

β H

'— SJ UI 'T CM (Ti m O 00 M1 00 15 -3 ov m* in m m m in ό mj* cm in co w JQ m in vo o co hcohco*t cocti^cm w m1 m· m1 m i vo m Min m vo r-r^cooo C •H 0 n u - (D g

M S

0 -rj

H +i H

(j Ή O -H .H 31

M -H 0J^ V£> Γ'- OM ·*!· LTI σνΓΜηΟΟΟ VOMOVH

M to ai O (M in MO CM OinvOHM VOHCOM

d 'j0 > M ΓΌοσνοσν i mooioov r^<no>H

' f 0- r—H rH i—I f-H

3 g aJ :n} c :·. E-< rH m

: 0) H

---- (¾ jj ti m 0 - a) M -d H inCOhM 00 OHOlOM O 00 rH ("· - ° mm ή vo co m h MOvHinoo vooimio

Ui s £5 r-aocToio η- oo o o o mhoo

rH rH i—f i—l i—l H H

1 m 3 3 S *

ft CM

Tj m . Ό rI VO i—I VO H

radio f' m rH uo co o Mn H in co hin h m ra coMncMtno ro r-' in cm <r co in cm

^ g ^ O O rH CM CM CO O O rH CM CM O O rH CM

Ira

jj| rH

81 H O O O

:: fl h En "* m vo 20 8 3 2 2 8 (Τ2 - tx) - (Τχ - t2)

In (T2 - tj - In (Tx - t2) 5 T2/T2 = apulämmönvaihtonesteen lämpötila sen saapuessa ja poistuessa päälämmönvaihtimen kierukkaan, °C, tx/t2 = tes-tinesteen lämpötila sen saapuessa/poistuessa päälämmön-vaihtimesta.

Arvot, jotka ilmoittavat lämpötilan ja massavir-10 tausnopeuden vaikutuksen kokonaislämmönsiirtokertoimeen U, on esitetty taulukossa I.

Taulukon I arvot osoittavat, että (1) kun massa-virtausnopeus suurenee tai (2) kun lämpötila T2 nousee, viskoelastista pinta-aktiivista ainetta sisältävän nes-15 teen kokonaislämmönsiirtokertoimen U arvo palautuu samaksi kuin veden.

Taulukon I lämmönsiirtoarvot seuraavat samaa suuntaa lämpötilan tai massavirtausnopeuden kasvaessa kuin virtauskitkan aleneminen putkessa. Jos lämpötila nousee 20 tai massavirtausnopeus kasvaa, saavutetaan kriittinen lämpötila tai kriittinen massavirtausnopeus, minkä jälkeen nesteen ominaisuudet palautuvat samoiksi kuin liuottimen (tässä tapauksessa vettä). Kriittiset lämpötilat ja kriittiset virtausnopeudet vastuksen alenemisen suhteen ovat 25 hieman suuremmat virtauskitkalle putkessa kuin lämmönsiir-toarvoille. Koska suuntaukset ovat samat, putkivirtaus-kitkan kriittisiä lämpötiloja ja kriittisiä virtausnopeuksia voidaan käyttää arvioitaessa kokonaislämmönsiirtokertoimen käyttäytymistä.

30 Esimerkki 3 on vesipitoinen koostumus, joka sisäl tää 0,2 prosenttia setyylitrimetyyliammoniumsalisylaattia ja 0,25 prosenttia natriumsalisylaattia. Esimerkki 4 on '/ vesipitoinen koostumus, joka sisältää 0,2 prosenttia hyd- rogenoitua taliöljy-trimetyyliammoniumsalisylaattia. Esi-35 merkki 5 on vesipitoinen koostumus, joka sisältää 0,2 pro-

II

21 83228 Γ" g o νο νο on •H (N n oo n rg (/] W S »>

W r-l | r-l | rH I I (N (N

VO

g oooiHvofMnvocn

h ovoon^rHinrM

0) t*--*'** W | OrHrHrHrHnH'Tl' n 0 n

rH

• o ί* X g (N H Γ" H·

-H H· Γ~· LO H

H MO CO » ^ ·. v

H ·η w I O O H H· I I I I

Ή o a; m ω ^ 1o H· -H Ai

3 -P

(0 -H g r-l 'S* O O

EH Ai -H 00 (N o tn | en ·>-**.

öv w H rH rH rr I | | I | c

•H

. . d d • - · to n 1 · tn Ή g '—1 Γ" H* f—1 0> g -H H tn cm o tn H 01

dW rH o rH n H" I I I I

•H

s

rH

• g 00 σ\ <N CTl H·

•rl H· <N rH o O

to - - - - *· ω iH ih m in m i I I i d <u T3

•H

<u P (O 01 rH <1> -H d -p u

. · HO O

-p a to g -

aj:tO rH ooooooooo E-tH E-'iH’invOr^OOCTlOHtN

• * - rH Ή rH

22 83228 senttiä hydrogenoitua taliöljytrimetyyliammoniumsalisy-laattia ja 0,25 prosenttia natriumsalisylaattia. Esimerkki 6 on vesipitoinen koostumus, joka sisältää 0,25 prosenttia erusyylitrimetyyliammoniumsalisylaattia, 0,125 prosenttia 5 setyylitrimetyyliammoniumsalisylaattia ja 0,2 prosenttia natriumsalisylaattia. Esimerkki 7 on vesipitoinen koostumus, joka sisältää 0,2 prosenttia erusyylitrimetyyliammo-niumsalisylaattia ja 0,2 prosenttia natriumsalisylaattia.

Esimerkkien 1, 3, 4, 5, 6 ja 7 Fanning-kitkakertoi-10 met on laskettu jokaiselle koostumukselle eri lämpötiloissa ja Reynolds-luvuilla välillä 60 000 - 965 000 käyttäen yhlöä: ^ Fanning-kitkakerroin = P Δ 4 LV2 20 jossa D = rengasmaisen putken läpimitta cm, jonka lävitse neste johdetaan, Δ P = nesteen painehäviö dyne/cm2 sen virratessa pyöreän putken lävitse, 25 @ = vesipitoisen nesteen tiheys g/cm3 L = putken pituus cm, jonka lävitse neste virtaa, V = vesipitoisen nesteen nopeus cm/s.

Pienimmät Fanning-kitkakertoimet jokaisessa lämpötilassa on esitetty taulukossa II.

Il 23 8 3 2 2 8

Taulukon II arvot osoittavat, että pinta-aktiivinen ioni ja ylimäärä vastaionia voivat nostaa kriittistä lämpötilaa, jossa pienin Fannin-kitkakerroin on havaittu.

Taulukkojen I ja II arvot osoittavat, että kriit-5 tinen lämpötila ja kriittinen massavirtausnopeus riippuvat sekä pinta-aktiivisen ionin rakenteesta että vasta-ionin pitoisuudesta testinesteessä. Täten viskoelastisia pinta-aktiivisia valmisteita voidaan suunnitella siten, että ne vastaavat lämpötilaolosuhteita ja virtausnopeus-10 vaatimuksia lukuisissa lämmönsiirtosovellutuksissa.

Claims (5)

24 83228

1. Menetelmä suljetussa systeemissä virtaavan, kuumennus- ja jäähdytysvaiheille altistetun lämmönvaihtones-5 teen kokonaislämmönsiirtokertoimen säätämiseksi, tunnettu siitä, että lämmönvaihtonesteeseen lisätään pinta-aktiivista koostumusta, joka sisältää (1) pinta-aktiivista yhdistettä, jossa on hydrofobinen osa kemiallisesti sitoutuneena ioniseen hydrofiili- 10 seen osaan, ja elektrolyyttiä, jossa on osa, joka pystyy liittymään pinta-aktiivisen aineen ioniin, niin että muodostuu viskoelastinen pinta-aktiivinen aine, jolloin pin-ta-aktiivisella yhdisteellä on kaava

15 R1 (Y+ )X- tai R1(Z-)A+, joissa hydrofobinen osa Rx sisältää alkyyli- tai alkenyy-li- tai inertisti substituoidun alkyyli- tai alkenyyliryh-män, jonka ketjun pituus on vähintään 12 hiiliatomia, ja 20 on kemiallisesti sitoutunut kationiseen osaan Y+ tai anio-niseen osaan Z- yhdessä vastaionien X- tai vastaavasti A+ kanssa, jotka yhdessä pystyvät muodostamaan viskoelastisen pinta-aktiivisen aineen lämmönvaihtonesteessä; tai (2) pinta-aktiivista yhdistettä, jossa on hydrofo-25 binen osa kemiallisesti sitoutuneena ei-ioniseen osaan ja jolla pinta-aktiivisella yhdisteellä on kaava Rx (N) 30 jossa Rx on edellä määritelty ja on kemiallisesti sitoutunut ei-ioniseen osaan N, joka yhdiste pystyy aikaansaamaan viskoelastisen luonteen,, jolloin pinta-aktiivinen koostumus valitaan siten, että sillä on lämmmönsiirtokerroin, joka on samanlainen kuin 35 nesteellä, joka ei sisällä pinta-aktiivista koostumusta, 25 8 3 2 2 8 korkean lämpötilan lämmönvaihtoalueella samalla kun se aikaansaa kitkan pienenemisen ja pienen lämmönsiirtoker-toimen jakelujohdoissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että lisätään lisämäärä elektrolyyttiä, jossa on osa, joka pystyy liittymään pinta-aktii-viseen ioniin.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viskoelastista pinta-aktiivi- 10 sen aineen koostumusta käytetään 0,01-10 painoprosentin suuruinen määrä laskettuna pinta-aktiivista koostumusta sisältävän lämmönvaihtonesteen painosta.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäelektrolyytin määrä on 15 0,1-20 moolia yhtä moolia kohti viskoelastista pinta-ak- tiivisen aineen koostumusta.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmönvaihtonesteen lämpötila on välillä -40-150eC. 26 8 3 2 2 8