VIII-й международной научно-технической конференции «техника и технология пищевых производств»

Тезисы докладов:

ВОДНЫЙ РАСТВОР НИТРАТА НАТРИЯ КАК АККУМУЛЯТОР ХОЛОДА

Жогальский А.Н., Зыльков В.П., ГребёнкинА.А.

Могилевский государственный университет продовольствия

г. Могилев, Республика Беларусь

В ряде случае экономически оправданным является применение в системе производитель и потребитель холода так называемого аккумулятора холода. Аккумулятор холода может использоваться в статических и данамических условиях. Прямое намораживание хладоносителя на наружной поверхности испарителя снижает теплопроводность испарителя, что ухудшает термодинамические показатели холодильной машины. В динамических условиях аккумулятор холода может дополнительно выполнять функцию хладоносителя, но при этом он должен при требуемой низкой температуре находится в жидком агрегатном состоянии. Исследование данного вопроса показало, что переспективным является применение водных растворов нитрата натрия. Ранее нами было показано, что нитрат натрия хорошо растворим в воде и криогидратная точка составляет примерно -15 ^оС при концентрации 30%. При выборе хладоносителя в первую очередь следует руководствуются такими показателями как температура замерзания и экологическая безопасность, а далее следует вязкость, теплоемкость, теплопроводность и другие показатели.

В работе нами экспериментально определена зависимость температуры охлаждения и фазовых переходов от концентрации водного раствора нитрата натрия. На основе экспериментальных данных получены кривые охлаждения, которые использованы для построения диаграммы состояния двухкомпонентной системы (вода и нитрат натрия) от температуры.

ΔН⁰₂₉₈плавл.(Н₂О) = 6,02 кДж∕моль ΔG⁰₂₉₈плавл.(Н₂О) = 6,02 - 298·30,62∕1000 = -3,04(?) кДж∕моль ΔН⁰₂₉₈кип.(Н₂О) = 44,02 кДж∕моль

ΔS⁰₂₉₈плавл.(Н₂О) = 30,62 Дж∕моль

ΔН⁰₂₉₈плавл.(Н₂О) = 6,02 кДж∕моль С⁰_р298(Н₂О_к) = … Дж∕моль·К

С⁰_р298(NаNО_3к) = 93,05… Дж∕моль·К

ΔН⁰₂₉₈плавл.(Н₂О) = 6,02 кДж∕моль С⁰_р298(Н₂О_ж) = 75,30 Дж∕моль·К

ΔТ=80 ^оС

Методика эксперимента. Вода – дистиллированная, NаNО₃ – ГОСТ … исследовалась растворимость в воде как Главным эксплуатационным показателем хладоносителя является его или, в случае двух и более компонентных систем, криогидратная точка. При выборе хладоносителя следует учитывать такой показатель как вязкость, который влияет на теплоотдачу и гидравлическое сопротивление. Хладоносителями, как правило, являются водные растворы неорганических и органических веществ. Одним из главных недостатков хладоносителей на основе неорганических веществ, является их высокая коррозионная активность. Входящий в состав NaCl, MgCl₂ или СаСl₂ хлорид ион является сильным активатором коррозии. Замена в составе соли Cl^- на другой анион должна приводить к изменению коррозионного воздействия соли на металл. В качестве такого иона представляет интерес NО₃^-. Его окислительные свойства проявляются только в кислой среде (φ⁰ = +0,94 В) и нейтральной (φ⁰ = +0,01 В), а в щелочной он не является окислителем. Из солей азотной кислоты хорошо растворим NаNО₃.

В таблице [1] (графы 1, 2, 3) приведена зависимость температуры замерзания раствора (теоретический расчет по закону Рауля без учета ионной силы раствора) и экспериментальных (при Т=12,1 ⁰С) значений кинематической вязкости (V) от моляльной концентрации (С_m) NаNО₃. Вязкость измерялась на вискозиметре капиллярном стеклянном ВПЖ-4 с внутренним диаметром капилляра – 0,82 мм и постоянной вискозиметра (К) равной 0, 02700 мм²∕с². В присутствии NаNО₃ вязкость закономерно возрастает. Следует отметить, что 10 моляльный раствор в этих условиях не образуется.

Таблица 1. Зависимость вязкости растворов NаNО₃ и смесей NаNО₃ и СН₃СООNа от моляльной концентрации раствора

1	Сm, моль∕кг	0	3,0	5,7	6,0	6,3	8
2	Тзам., 0С	0	-11,2	-21,2	-22,3	-23,4	-30,0
3	V, мм2∕с	1,2941	1,3268	1,5626	1,6535	1,7370	2,1412
4	*Сm, моль∕кг	0+0,8	3,0+0,8	5,7+0,8	6,0+0,8	6,3+0,8	8+0,8
5	Тзам., 0С	-2,5	-14,1	-24,2	-25,3	-26,4	-32,9
6	V, мм2∕с	1,5214	1,7508	2,1973	2,2031	2,4066	2,9784

* – к раствору прибавлено 0,8 моль∕кг

Известно, что, в ряде случаев, при переходе от двух- к трехкомпонентным системам криогидратная точка снижается. В качестве третьего компонента нами был выбран СН₃СООNа. Гидролиз данной соли создаст щелочную среду, что дополнительно нейтрализует окислительную активность NаNО_3. В таблице (графы 4,5,6) приведены расчетные и экспериментальные (при Т=11,0 ⁰С) данные для растворов NаNО₃ с добавкой 0,8 моль∕кг СН₃СООNа. Видно, что добавки СН₃СООNа приводят к непропорциональному повышения вязкости раствора NаNО₃, что по-видимому связано с появлением щелочной среды вследствие гидролиза СН₃СООNа. Добавка к системе С_m(NаNО₃) = 10 моль∕кг 0,8 моль СН₃СООNа на 1 кг Н₂О, хотя и увеличила растворимость NаNО₃, но к образованию раствора не привела.