Рабочая смесь для низкотемпературных одноступенчатых термотрансформаторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) 9 К 5/00 ТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) РАБОЧАЯ СМЕСЬ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРОВ(57) Изобретение относится к холодной технике, точнее к рабочим смесям для холодильной техники, а именно к рабочим Изобретение относится к холодильнои технике, а точнее к рабочим смесям абсорбционных термотрансформаторов (АТТ) для получения отрицательных температур теплохладоносителя,Наиболее известными рабочими смесями, предложенными к применению в АТТ, являются ЫВг-Н 20, ИНЗ-Н 20.Недостатком рабочих смесей ОВг-Н 20 является сильное коррозионное воздействие, узкий диапазон использования, так как обеспечивается возможность получения тол ько пол ожител ьн ых температур.Наиболее близкой к предлагаемой является смесь МНз-Н 20, так как она применяется в широком диапазоне температур, При использовании этой смеси АТТ имеют сравнительно низкие коэффициенты трансформации. Однако главный недостаток смеси 1731785 А 1 смесям для холодильных машин, и может быть использовано в низкотемпературных одноступенчатых термотрансформаторах для получения низких температур. Целью изобретения является снижение коррозии по отношению к углеродистым сталям и повышение энергетической эффективности за счет уменьшения содержания воды в паровой фазе. Поставленная цель достигается благодаря применению смеси следующего состава, мас.%: .ульфат цинка и/или суль.- фат аммония 1,523,0; метафосфорная кислота 0;1 - 0,3; хомат аммония 0,5 - 2,5; аммиак 10,0 - 20,С; вода остальное. Смесь обеспечивает снижение коррозии на углеродистых сталях до 0,05 - 1,7 г м /ч при2 содержании аммиака в паровой фазе 72- 92 об,%. 2 ил., 2 табл й Нз-Н 20 - необходимость применения ректификационного устройства вследствие небольшой разницы между нормальными температурами кипения аммиака и воды Лск =133,4 С, и значительное коррозионное воздействие раствора на конструкционные материалы.Ранее для уменьшения коррозионного воздействия смеси МНз-Н 20 на конструкционные материалы были предложены хроматы и бихроматы натрия, калия и аммония.Целью изобретения является снижение коррозии по отношению к углеродистым сталям и повышение энергетической эффективности за счет уменьшения содержания воды в паровой фазе,Указанная цель достигается тем, что в смесь дополнительно введены сульфаты аммония и/или цинка и метафосфорная кисло 1731785та при следующих соотношениях компонентов, мас.%: 2 п 304 и/или (КН 4)г 304 1,5 - 23; НРОэ 0,1 - 0,3; (КН 4)гСг 04 0,5 - 2,5; КНэ 10- 20, НгО остальное,Сущность изобретения заключается в том, что введение в раствор сульфатов цинка, аммония и метафосфорной кислоты направлено на уменьшение содержания воды в паровой фазе (солевая ректификация). В то же время введение сульфатов цинка и аммония в раствор помимо уменьшения содержания воды в паровой фазе преследует дополнительную цель - уменьшение рН раствора и, следовательно, снижение коррозии и повышение энергетической эффективности, Если 20%-ный раствор КНз в воде имеет рН 13,6, то предлагаемые растворы с тем же давлением насыщенного пара при 20 С, содержащие 15% смеси сульфатов при любом соотношении их, имеют рН 11,6 + 0,2, Уменьшение же концентрации ОН-ионов почти в 100 раз практически исключает щелочное растрескивание металла при длительной эксплуатации.Концентрации раствора КНз выбраны в соответствии с рабочими режимами одно- ступенчатых низкотемпературных АТТ. Так, для получения температур охлаждения в диапазоне (-45)+30) С требуется поддержание концентраций водоаммиачного раствора в пределах 10 - 20% КНэ,Экспериментальные исследования коррозионной активности рабочей смеси, общего давления насыщенного пара над растворами, содержания воды в паровой фазе позволили теоретическим методом установить оптимальные составы рабочих смесей, для которых определено содержание воды в паровой фазе и излучить коррозионное воздействие рабочих смесей при 130 С на сталь 20,На фиг, 1 и 2 приведены диаграммы 19 Р/Т,Испытания проводят на образцах смеси при следующем составе компонентов, мас.%; 2 п 304 и/или (КН 4)г 304 1,5 - 23; Н РОз 0,1 - 0,3; (КН 4)гСг 04 0,5 - 2,5; КНз 10 - 20, НгО остальное,Результаты испытаний показали, что с увеличением концентрации солей содержание воды в паровой фазе уменьшается.В табл, 1 приведены содержание КНз в паровой фазе и скорость коррозии в год,Растворимость солей в водном растворе, содержащем 20% КНз изучают методом изотермического насыщения,В табл, 2 приведена растворимость солей при 20 ОС. Изменение растворимости в интервалетемператур от -14 до+130 С не превышает 3 мас,%,Изодиестическим методом исследуют 5 составы равновесных фаз; жидкость - пар винтервале температур 20 - 130 С для следующих соотношений компонентов, мас,%;а = (2 п 304 ЩКНд)г 304 ЦНРОзИНг 01;10а 1 = О 1; 2; 0; 9; аг = 2; 0 1; 0,1; 9;а 3=2;1; 0,1, 13;а=1;1; 0,3; 9,15 аЬ=1; 2; 0,2; 13.Анализ состава равновесных фаэ проводится гравиметрическим методом и методом потенциометрического титрования,20 На фиг, 1 приведена 19 Р/Т диаграммадля рабочей смеси с составом абсорбентаа 1. Для смесей с составами абсорбента аг иаэ значения давлений насыщенных паровпрактически совпадают между собой и спрототипом (фиг. 2) в пределах погрешностиопределения этой величины 2%, Изоконцентраты КНэ в диаграммах 9 Р/Т длясмесей с соотношениями а 5 занимают промежуточное положение между а 1 и прототипом, Из сопоставления диаграмм следует,что наименьшей абсорбционной способностью обладает состав а 1 .Поэтому оптимальными для применения в АТТ являются составы абсорбента отаг до аз, Увеличение абсорбционной способности раствора с увеличением содержания 2 п 304 объясняется образованием врастворах достаточно прочного комплекс 40кого иона (2 п(КНз)б) (константа нестойкости иона 2 10 ). Увеличение количества(МН 4)г 304 в растворе уменьшает содержание воды в паровой фазе (табл. 1),Однако общее увеличение концентрации солей в растворе приводит к увеличению его плотности и вязкости, а также кограничению растворимости (табл, 2), Поэтому для существующих конструкций водоаммиачных АТТ общее солевое содержание50в абсорбенте 2 п 304-(КНд)г 304-НгО при указанных оптимальных соотношениях компонентов не должно превышать -15 мас,%,при этом обеспечивается осуществлекиециклов с запасом по растворимости от 10 до20 мас,%.В предлагаемой рабочей смеси следуетиспользовать в качестве ингибитора коррозии только хромат (КН 4)гСгОд или бихроматаммония (КН 4)гСгг 07, добавление другихсолей хромовых кислот нежелательно, так1731785 35 40 45 50 как при использовании больших добавок сульфатов возможно уменьшение общей растворимости солей, При введении второго ингибитора коррозии, например НРОз (вместо НРОз можно использовать Р 20 ь или любой из фосфатов аммония в соответствую щих Н Р Оз количествах) значител ь ног+ уменьшается скорость коррозии. Ионы Еп также уменьшают коррозию сталей (табл. 1),Для предлагаемых соотношений компонентов абсорбента проведены исследования коррозионного воздействия рабочих смесей, содержащих 20 ИНз, в течение 200 ч на образцы трубок из стали 20, наполовину погруженные в раствор, при 130 С (табл, 1).Как видно из табл. 1 рабочие смеси с соотношением компонентов от а 2 до йз практически не оказывает, коррозионного воздействия на углеродистую сталь, При других соотношениях наблюдается небольшая равномерная коррозия, увеличивающа яся с ростом концентрации (ИН 4)г 304,П р и м е р, Для приготовления 100 кг рабочей смеси с массовым соотношением основных компонентов аз -- (2 п 304):КН 4)2304):(Н 20) = 2:1:13 в 65 л воды ( 20 С) при сильном перемешивании вводят в следующей последовательности 5 кг (МНа)2504, 1 кг (ИН 4)2 Сг 04, 0,3 кгНРО 4 и 10 кг Еп 04, Затем насыщают ИНздо давления -0,1 МПа и температуры -50 С,Все компоненты раствора выпускаются5 нашей промышленностью крупнотоннажно,Сульфаты цинка и аммония нетоксичны, пожаро- и взрывобезопасны, дешевы.Таким образом предлагаемая рабочаясмесь за счет введения солей позволяет су 10 щественно снизить содержание воды в паровой фазе, обеспечивая более высокуюэксплуатационную надежность и продлеваясрок службы машин.Формула изобретения15 Рабочая смесь для низкотемпературныходноступенчатых термотрансформаторов,включающая аммиак, воду и хромат аммония, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюснижения коррозии по отношению к углеро 20 дистым сталям и повышения энергетической эффективности за счет уменьшениясодержания воды в паровой фазе, в смесьдополнительно введены сульфат аммонияи(или) цинка и мегафосфорная кислота при25 следующих соотношениях компонентов,мас,/,: сульфат цинка и(или) сульфат аммония 1,5-23,0; метафосфорная кислота 0,1 -0,3; хромат аммония 0,5 - 2,5; аммиак10,0 - 20,0; вода остальное,301111111111 О О 1 Гк кк1111 с 4 с 4 М С 4 СОСО СО Л 3 Р СС к Я СО СО к СО 1 С СО Гк СГ 3 СО СО от . М Г 4 .Л С 4 Г 33 Сс С 3 СО Г О СО Л О г- М М 0 СО Г" г кч 1 3 о о с 4 ю С с о ч о о к к+Кч Сочс срх х М со и м О + М И О СОк к со М + с о 3 Рх сО к М О + Кт с кч фк СО М .О г+ + сю с с ахх М С.о М ю Ск+Ф 4с он но сс 44х хЕ Ес 4 и+ къ х И Ео л г о о + . Кч ч Е Е М Мои: М сс 3 О + +к тЕ Е Е Ео оИоф сОкЕ Е М + м Е Ы о + + е к+х хЕ Е М Г ос о 3 о о с 4 Ес М сс О Е,оо Ь т- С 4 д О ич МОччи чО С 4Г 3 1 1 ССО т 3 1 О11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 111 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1111111111111111оС 411 М1 О1 +о11 М1 с 41с1оо11 сс 4 О34 МЕ ок чкО О + О"о и- с( Е Я й М Мо их со й о и о сч .:ч(л ГЪ с о г 6 Ъ ъо оф Ил ло о л фъ е о о о ъл л о(4 (1ч Ф 6 . чг аа лЪ ОМ Млс оч чс с(ъ ъ гъ .а1о о о о00 ОЪ Ое ло с с13 1731785 1 1 1 11 1 1 111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 о о СО СО 1 РГ 3аъ оъ со л г. Сге 3 СЪо о г л Ъ о о ср 1 Юо оъ ссъо о ЪО е.ое л о о ссъ 1. о ъ Соъ1 о о скъМл сеЪ срс + соъ еес сР.е л рг 3 л кЮ 4 х селе Мргъл ЪГ 3лАсъ +о рОл г л е Мо + О И л о + с И с 4 3 оМ ъо + рс л е Ъ 3 л е + с сЛ Ео ЕоМ глСО СО+о оИ СЛДГ 3 л 3 Ь. с 3 С 4 Е,оо сл СО Ке М м л СО + С 4 + х Ре й МГ 4 М о сч ое М ЪГ 3 О о С 4 С 4+р +сСр О 3ОСо еС 4сгФ х тБт. йлр лс + окъ +ъ сс къх Мл ооЮЮтт +С ОИ гЛ СС 4 Ис 4г УЯ х хъг -е Б Ео Мо+ сО сг+ с с и л о И М С 3 ее Ео оо Е. г.с л/ Оф Лд Зб 34 32 30 28 Яб 2 4 1(Т 10 К Рца.2 Составитель В,ТурецкийТехред М.Моргентал Корректор О,Кундрик Редактор С.Пекарь Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1556 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5