CN101717619A - 一种工业用低温换热的二次冷媒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业用低温换热二次冷媒，该换热冷媒在工业生产领域的化学制药和生物发酵过程中的间接换热***中做载冷剂使用。该低温换热二次冷媒由5～90％(重量)的水、5～90％(重量)的C1～C4有机醇和0.5～2％(重量)的功能性添加剂等组成，具有突出载冷、防腐蚀、抑菌、灭藻等功效，可使冷却***的金属(铁、铜、铝及合金)内表面形成一层牢固的钝化层，有效的防止环境对冷却***产生的腐蚀，新旧***均可使用，从根本上解决了传统载冷剂对冷却***设备严重腐蚀的难题，既确保了冷却***的安全平稳运行，又有效延长了设备的运行周期，温度适用范围为-80℃～120℃。
Description
技术领域
本发明属于工业用低温换热二次冷媒领域，具体涉及在工业生产领域中的生物化学制药和生物发酵过程中的间接换热***中做载冷剂使用技术。
背景技术
在食品酿造、生物化学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，在一些要求在较低的温度下进行的放热反应过程，为了保护物料***温度始终在工艺条件要求的状态下，通常采用反应器内部的蛇形管或反应器外部的夹层中流动的介质进行热量交换，以保证反应温度在期望的范围内进行完成，最常用的传热介质是水，传热温度范围为10-80℃，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，但在较低的温度下对反应过程进行热量交换，水就显得无能为力了。在较低反应温度下进行较大强度的冷却过程，通常采用的换热二次冷媒为一些具有降低冰点的无机盐类溶液，如硝酸钠水溶液、碳酸钠水溶液、氯化钠水溶液，氯化钙水溶液等，这类换热介质对各种金属(碳钢、不锈钢、黄铜、铝及铝合金)表面腐蚀严重。针对低温换热二次冷媒的防腐蚀问题，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。如中国专利02126622.0(一种防腐抗垢防沸汽车冷冻液)、200610015513.5(汽车发动机防冻液)、200710020073.7(汽车防冻液)、200410021183.1(车皮防冻液及其配制方法)、200410043938.8(一种多用途防冻液)等。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循环***的冷却液，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。对食品方面的发酵(啤酒、酱油、食用醋等)和生物制药方面的换热***载冷剂，既要满足热量交换的要求，又要有一定的卫生毒性要求，避免少量的泄漏造成极大的人身伤害的二次冷媒未见公开，从而本发明弥补了现有技术不足。
发明内容
本发明的目的是克服了现有技术中所存在的缺陷，提供一种具有载冷、防腐、防锈、抑菌、灭藻等多种功效，在较低温度下，主要应用于化学制药和生物发酵工业生产领域的载冷传热液体冷媒。
本发明所述的一种工业用低温换热的二次冷媒对各种金属(碳钢、不锈钢、黄铜、铝及铝合金等)表面有防蚀防垢性，其所采取的技术方案是由水、C1～C4有机醇和多种功能性添加剂组成，其特点在于该低温换热二次冷媒是由下列组分组成(按重量百分比计)：
水5～90％，
C1～C4有机醇5～90％，
功能性添加剂0.5～2％，
其中：分散剂0.01～0.5％，
缓蚀剂0.01～1.5％，
PH值调节剂0.01～1.0％。
本发明所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，所选用C1～C4有机醇为甲醇、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80℃以上的温度条件下对反应***进行换热，主要用二醇或三元醇类，以减少传热介质的挥发损失，而在10℃以下的低温环境中，则主要选用单醇类有机醇，以确保低温换热二次冷媒具有很低的冰点和良好的流动性。
本发明所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，考虑到原料的成本和卫生条件方面的特殊要求，所选用的缓蚀剂为硅酸钠、亚硝酸钠、磷酸三钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、苯甲酸(钠)、苯丙三氮唑。其中，苯甲酸(钠)还有抑菌作用。根据传热***材质的不同，以上缓蚀剂也可以单独使用或几种混合使用，缓蚀剂加入总量为传热介质总重量的0.01～1.5％。
本发明所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，所选用的分散剂为乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na2)、次氨基三乙酸(NTA)、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、葡萄糖酸钠，根据传热***材质的不同和微量可溶金属离子的不同，这些分散剂可以单独使用或几种混合使用，分散剂加入总量为传热介质总重量的0.01～0.5％。
本发明所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，所选用的PH值调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾，这些PH值调节剂可以单独使用或几种混合使用，调整PH值在7～9的范围内，PH值调节剂加入总量为传热介质总重量的0.01～1.0％。因为当PH值低于7时，有些缓蚀剂将失去作用，腐蚀现象会发生。
本发明的主要优点在于：发明了一种能应用于多种工业生产过程，依据换热过程的要求，低温换热二次冷媒可在温度范围在-80℃～120℃之间选择设计原料配比，制备出具有防蚀、阻垢、抑菌、灭藻作用的高效低温换热二次冷媒。
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
表1、表2、表3和表4分别给出了四种有机醇水溶液浓度与冰点之间的关系，作为由混合有机醇配制的低温换热二次冷媒冰点，可利用下表中每一种有机醇对冰点的贡献进行简单的算术加和来预测产品的冰点。
表1甲醇水溶液冰点
| 甲醇水溶液冰点(℃) | 重量含量％ | 甲醇水溶液冰点(℃) | 重量含量％ |
| -53 | 50 | -27 | 23.5 |
| -47 | 45.5 | -25 | 21.7 |
| 甲醇水溶液冰点(℃) | 重量含量％ | 甲醇水溶液冰点(℃) | 重量含量％ |
| -45 | 42 | -23 | 20 |
| -42 | 38.5 | -22 | 18.5 |
| -36 | 33.3 | -20 | 17.2 |
| -33 | 29.5 | -19 | 16.1 |
| -27 | 26.3 | -18 | 15.15 |
表2乙醇水溶液冰点
| 乙醇水溶液冰点(℃) | 重量含量％ | 乙醇水溶液冰点(℃) | 重量含量％ |
| -112 | 100 | -44.8 | 40 |
| -100 | 90 | -33.6 | 30 |
| -89.6 | 80 | -22.4 | 20 |
| -78.4 | 70 | -11.2 | 10 |
| -67.2 | 60 | 0.0 | 0.0 |
| -56 | 50 |
表3乙二醇水溶液冰点
| 乙二醇水溶液冰点℃ | 乙二醇重量％ | 乙二醇水溶液冰点℃ | 乙二醇重量％ |
| -10 | 28.4 | -50 | 59.9 |
| -15 | 32.8 | -68 | 68.1 |
| -20 | 38.5 | -60 | 70.0 |
| -25 | 45.3 | -45 | 82.7 |
| -30 | 47.8 | -40 | 86.1 |
| 乙二醇水溶液冰点℃ | 乙二醇重量％ | 乙二醇水溶液冰点℃ | 乙二醇重量％ |
| -35 | 50.9 | -30 | 93.2 |
| -40 | 54.7 | -20 | 97 |
| -45 | 57.0 | -15 | 100 |
表4甘油水溶液冰点
| 甘油水溶液冰点℃ | 甘油(重量)％ | 甘油水溶液冰点℃ | 甘油(重量)％ |
| -10 | 31.9 | -30 | 63.8 |
| -15 | 42.9 | -35 | 69.2 |
| -20 | 51.2 | -40 | 72.8 |
| -25 | 58.3 | -45 | 76.5 |
实施例1：
一种重量百分比组成如下的低温换热二次冷媒：
乙醇30％
乙二醇20％
磷酸三钠0.5％
苯甲酸钠0.5％
硅酸钠0.2％
苯并三氮唑0.1％
氢氧化钠0.1％
EDTA二钠0.1％
葡萄糖酸钠0.2％
水48.30％
此低温换热二次冷媒冰点为-40℃，可用于东北地区冬季0～-10℃环境下的啤酒发酵、制药等物料冷却***中，对钢铁、黄铜、铝材质均无腐蚀、不结垢、不霉变，此低温换热二次冷媒与自来水、酒精溶液的对试片的防蚀性能比较实验结果见表5：
表5不同介质对试片的腐蚀性能比较
试验条件为：常压，室内自然温度℃，采用50×25×0.3mm的钢铁、黄铜、铝材质试片进行防腐性能试验，通过定期测量试片累计减重来评估试液的防蚀性能，并根据锈蚀速度公式：
计算出不同溶液对各种金属的锈蚀速度。从表5可看出实施例1的低温换热二次冷媒仅对钢片有轻微锈蚀，锈蚀速度为每年每平方米0.6g，而自来水和酒***则对钢铁、铜、铝的锈蚀均非常严重。
实施例2：
低温换热二次冷媒百分组成如下：
乙二醇30％
二乙二醇10％
焦磷酸钠0.3％
苯甲酸钠0.2％
亚硝酸钠0.2％
苯并三氮唑0.1％
氢氧化钠0.1％
次氨基三乙酸(NTA)0.1％
水59.00％
此低温换热二次冷媒的冰点在-20℃以下，沸点在120℃以上，常温时挥发性很小，用于较复杂的生物化学制药低温冷却***的-10～80℃的温度条件下，加热与冷却交替进行的化学反应***中，对钢铁、铜、铝无腐蚀、不结垢、不变质。另一方面适量加入的缓蚀剂也有抑制组份挥发和降低冰点的作用。
实施例3：
低温换热二次冷媒重量百分组成如下：
甲醇41％
六偏磷酸钠0.4％
亚硝酸钠0.3％
碳酸氢钠0.2％
乙二胺四乙酸二钠0.1％
水58.00％
本实施例的低温换热二次冷媒的冰点在-40℃以下，用在北方冬季，利用户外天然低温环境，以发酵法制备丙酮、异丙醇的发酵温度控制的热量交换，该体系具有价格低廉，较低的使用温度，和良好的低温流动性。对钢铁无腐蚀。
实施例4：
低温换热二次冷媒重量百分组成如下：
乙醇20％
六偏磷酸钠0.5％
苯甲酸钠0.1％
葡萄糖酸钠1.0％
苯并三氮唑0.05％
氢氧化钾0.05％
水78.30％
本实施例的低温换热二次冷媒的冰点在-20℃以下，在-10℃～40℃的温度范围内使用。用在对冷媒具有严格毒性要求的场所，该体系具有价格低廉，较低的使用温度，和良好的低温流动性，即使有少量的泄漏，也不会对产品造成较大的安全隐患，对金属材料无腐蚀。
以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技术者运用本发明所为的修改、变化、皆属本发明主张的专利范围，而不限于所列举的实施例。
Claims (6)
1.一种工业用低温换热的二次冷媒，由水、C1～C4有机醇和多种功能性添加剂组成，其特征是由水5～90％、C1～C4有机醇5～90％、功能性添加剂0.5～2％组分组成。
2.根据权利要求1所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，其特征在于所述的C1～C4有机醇选用甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇它们中的一种或几种混合。
3.根据权利要求1所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，其特征在于所述的功能性添加剂是由分散剂0.01～0.5％、缓蚀剂0.01～1.5％、PH值调节剂0.01～1.0％组成。
4.根据权利要求3所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，其特征在于所述的分散剂选用乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na2)次氨基三乙酸(NTA)、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、葡萄糖酸钠它们中的一种或几种混用，加入总量为传热冷媒总重量的0.01～0.5％。
5.根据权利要求3所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，其特征在于所述的缓蚀剂选用硅酸钠、亚硝酸钠、磷酸三钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、苯甲酸、苯丙三氮唑它们中的一种或几种混用，加入总量为传热冷媒总重量的0.01～1.5％。
6.根据权利要求3所述的一种工业用低温换热的二次冷媒，其特征在于所述的PH值调节剂选用氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水它们中的一种或几种混用，PH值调整在7～9的范围内，加入总量为传热冷媒总重量的0.01～1.0％。
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