Л. С. Генель, к. т. н., М. Л. Галкин, 000 "Спектропласт", (Москва)
Выбор промежуточного хладоносителя из числа наиболее распространенных
и промышленно апробированных хладоносителей для холодильного оборудования
пищевых производств ограничен из-за ряда причин. К числу таких причин
относятся: отсутствие в настоящее время промышленного производства основных
компонентов для некоторых хладоносителей (например, ацетата калия); высокая
коррозионная активность водных растворов хлоридов металлов; токсичность
и пожаровзрыво-опасность аммиака и одноатомных спиртов; токсичность этиленгликоля;
высокая вязкость водных растворов пропиленгликоля и глицерина; высокая
стоимость не содержащих воды хладоносителей.
Поэтому появление на отечественном рынке нового хладоносителя под торговым
названием "Экосол" вызвало повышенный интерес. Информация об
Экосоле опубликована в нескольких ведущих отечественных журналах [1,2],
подробно изложена в кандидатской диссертации [3].
В настоящей статье анализируются и оцениваются декларируемые авторами
[1-3] некоторые свойства и характеристики Экосола: а) токсичность; б)
вязкость; в) теплофизические свойства; г) коррозионная активность; д)
стоимость. Эти параметры сравниваются с аналогичными свойствами и характеристиками
хладоносителей на основе водного раствора 1,2-пропиленгликоля (ПГ) и
водного раствора хлорида кальция (ХК). Выбор хладоносителей для сравнения
обусловлен тем, что ПГ (наряду с глицерином) является наиболее приемлемым
для пищевой промышленности продуктом по токсикологическим показателям,
одновременно наиболее динамично увеличивающим объемы применения за последние
4 года на пищевых производствах. Хладоноситель на основе водного раствора
ХК относится к числу наиболее распространенных, эффективных и дешевых.
а) Токсичность - важнейший параметр, учитываемый при выборе хладоносителя
для пищевых производств. Токсичный хладоноситель представляет очевидную
опасность для потребителя в случае попадания в охлаждаемый пищевой продукт.
Такие случаи могут иметь тяжелые последствия и для изготовителей, поскольку
влекут ответственность за нанесение вреда здоровью потребителя, а также
значительные прямые и косвенные экономические потери.
Экосол (ТУ 2422-001-18823587-01), согласно [1;3], является водным раствором
этилкарбитола (ЭТК) - моноэтилового эфира диэтиленгликоля, - концентрация
которого составляет от 50 до 65%. В Экосоле содержатся также противокоррозионные
добавки и красители. В настоящее время в России ЭТК производится только
на ОАО "Нижнекамскнефтехим" по ТУ 6-01-5757583-89. Согласно
этим техническим условиям ЭТК марки А содержит 95% основного вещества,
0,3% этшщеллозольва (ЭЦ) и 4% этиленгликоля (ЭГ), а марки Б содержит 90%
основного вещества, 1% ЭЦ и 9% ЭГ. Следует отметить, что содержащиеся
в ЭТК ЭЦ (LD50 = 2125 мг/кг, крысы), а также ЭГ (LD50 = 4700 мг/кг, крысы)
являются ядами [4]. Приказом № 64 Министерства здравоохранения Российской
Федерации от 21.02.2000 г. ЭТК включен в перечень веществ, требующих дополнительного
обследования и диагностирования состояния персонала, работающего с ними.
Проблему токсичности Экосола из-за значительного содержания в нем ядовитых
продуктов частично можно решить заменой отечественного ЭТК на импортный
с содержанием основного вещества не менее 99%, но при этом Экосол будет
иметь совсем другую цену. Известно использование ЭТК в составе лечебных
мазей для наружного применения. Однако этот факт не дает оснований считать
ЭТК нетоксичным веществом при попадании в пищеварительную систему организма,
поскольку на поверхности кожи и в пищеварительной системе происходят различные
по своей природе биохимические процессы. По-видимому, неслучайно ЭТК (так
же, как и Экосол) не является пищевой добавкой ни в одной стране мира.
Запах Экосола довольно резкий, значительно сильнее запаха ПГ. Влияние
Экосола на вкусовые свойства пищевых продуктов не известно, а последствия
попадания его в охлаждаемый пищевой продукт не изучены.
Таким образом, утверждения авторов [1-3] о малой токсичности Экосола (тем
более приготовленного на базе отечественного ЭТК) вызывают обоснованные
сомнения.
ПГ - пищевая добавка Е 1520, разрешен к применению во всех странах [5].
Благодаря низкой токсичности ПГ, слабовыраженному запаху и вкусу попадание
небольшого (до 0.25% в расчете на ПГ) количества хладоносителя в результате
случайных протечек в пищевой продукт не вызывает порчи последнего.
ХК - также пищевая добавка (Е 509) [5]. Однако при попадании ХК в пищевой
продукт последний приобретает горьковатый привкус. В большинстве случаев
это приводит к порче охлаждаемой продукции, например, мороженого.
б) Значения вязкости Экосола-65, приведенные в [1] и [3], отличаются друг
от друга ровно в 10 раз. Вместе с тем значения вязкости в работе [3] хорошо
согласуются с результатами испытаний Экосола-65, полученными нами на вискозиметре
Хепплера (см. рис. 1). Поэтому, если принять за истинные значения вязкости,
приведенные в работе [3], то оказывается, что Экосол является весьма высоковязким
продуктом. При температуре -10°С вязкость Экосол-65 примерно в 3 раза
превышает вязкость хладоносителя на основе ПГ (33%) и в 7 раз хладоносителя
на основе ХК (29,4%).
Авторы [1-3] предлагают использовать Экосол-65 при температурах до -65°С
и ниже. Но значений вязкости Экосолов ниже -28°С ни в одной из опубликованных
работ нам обнаружить не удалось.
Таким образом, утверждение разработчиков [1], что Экосолы имеют более
низкую вязкость, чем известные хладоносители, не подтверждается ни результатами
экспериментов в исследованном интервале температур, ни литературными данными.
Рис. 1. Зависимость динамической вязкости хладоносителей
от температуры
в) На стабильность теплофизических свойств влияет характер зависимости
температуры замерзания (Т3) хладоносителя от концентрации в нем основного
компонента. Из рис.2 видно, что для Экосола в области концентраций 60-65%
наблюдается резкий наклон кривой. При изменении концентрации этилкарбитола
в Экосоле лишь на 2% наблюдается изменение Т3 на 32°С (с -72°С до -40°С).
Сильный наклон кривой зависимости Т3 от концентрации ЭТК свидетельствует
о возможной нестабильности работы хладоносителя на основе ЭТК. В этом
случае процессы испарения и конденсации воды, например, во время заправки
хладоносителя могут привести к существенному изменению свойств Экосола.
Аналогичные кривые зависимостей для водных растворов ПГ столь резких перегибов
не имеют во всем интервале температур так же, как для растворов ХК до
температуры -45°С (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость температуры замерзания хладоносителя
от концентрации основного компонента
г) Коррозионные испытания (табл. 1) показали малую коррозионную активность
Экосола-65 по отношению к большинству металлов практически такую же, как
и у ингибированного раствора ПГ, и существенно более низкую, чем у ингибированного
раствора ХК. Это свидетельствует о выборе разработчиками Экосола-65 эффективного
комплекса ингибирующих добавок. Коррозионные испытания, результаты которых
приведены в табл. 1, проведены в сопоставимых условиях на образцах металлов
в виде обрезков труб. При изготовлении хладоносителей на основе ПГ и ХК
использовались концентраты противокоррозионных добавок, изготовленные
в ООО "Спектропласт" по ТУ 242220-001-11490846-99 и ТУ 2152-002-11490846-01
соответственно. Состав и характеристики использованной в хладоносителях
технической воды: рН 7,25; общая жесткость 4 мг-экв/л; [Са2+]=53мг/л;
[Fe3+]=0,63 мг/л; [С1-]=25 мг/л.
д) Для ряда отечественных предприятий стоимость хладоносителя является
доминирующим фактором. Экосол относится к дорогим хладоносителям, т. к.
дорог ЭТК (табл. 2), концентрация которого в хладоносителе относительно
высока (рис. 2). ЭТК более чем в 1,5 раза дороже этиленгликоля и на порядок
дороже хлорида кальция, однако в 1,5 раза дешевле ПГ отечественного производства
[6]. Из рис. 2 видно, что для изготовления хладоносителя с Т3=-10°С ЭТК
требуется в 1,5 раза больше (37%), чем ПГ (25%). Поэтому более низкая
цена ЭТК отечественного производства по сравнению с ценой ПГ не приводит
к существенному снижению затрат на хладоноситель, а до Т3 - 10°С хладоносители
на основе ПГ дешевле, чем на основе ЭТК (Экосол). Из табл. .2 видно: глицерин
относительно дорогой и его, как и ЭТК, надо вводить в состав хладоносителя
больше, чем ПГ; хладоносители на основе этиленгликоля более чем в два
раза дешевле Экосола; хладоноситель на основе ХК выгодно выделяется по
цене.
Кроме вышеперечисленных свойств и характеристик важное значение для выбора
хладоносителей имеют и некоторые другие параметры, в т. ч.: стабильность
свойств, возможность приобретения хладоносителя или его компонентов, наличие
длительного опыта эксплуатации. По этим параметрам в настоящее время Экосол,
по сравнению с другими рассматриваемыми хладоносителями, выглядит менее
привлекательно.
Исходя из сравнения и анализа характеристик рассматриваемых хладоносителей
можно сделать вывод, что для холодильного оборудования пищевых производств,
работающего до температуры -18°С, имеют преимущества хладоносители на
основе пропиленгликоля по совокупности свойств: токсичности, вязкости, стабильности свойств,
наличия отечественного и зарубежного опыта длительной эксплуатации, возможности
приобретения продукта.
Таблица 1. Ускоренные коррозионные испытания при 70°С металлов в хладоносителях
с ингибиторами
| Металл |
Скорость коррозии, мм/год |
| Экосол-65 |
Пропиленгликоль (33 % мас.) |
Хлорид кальция (17% мас.) |
| СтЗ |
0,090 |
0,082 |
0,154 |
| Чугун серый |
0,145 |
0,130 |
0,186 |
| Алюминий |
0,001 |
0,002 |
0,011 |
| Медь |
0,004 |
0,002 |
0,032 |
| Латунь |
0,006 |
0,003 |
0,070 |
| Мягкий припой |
0,130 |
0,145 |
0,170 |
Таблица 2. Условная цена хладоносителей с температурами замерзания -5°С,
-10°С и -20°С.
| Наименование основного компонента |
Усредненная рыночная цена основного компонента (без НДС),
тыс. руб/т |
Массовое содержание основного компонента и условная цена
хладоносителей (без НДС) |
| Т3=-5°С |
Т3=-10°С |
Т3=-20°С |
| мас. % |
тыс. руб/т |
мас. % |
тыс. руб/т |
мас. % |
тыс. руб/т |
| Этилкарбитол марки А |
20,5 |
30,0 |
6,85 |
37,0 |
8,22 |
52,0 |
11,14 |
| Пропиленгликоль |
30,0 |
15,2 |
5,41 |
24,8 |
8,19 |
39,0 |
12,31 |
| Глицерин дист. |
38,0 |
19,5 |
8,22 |
30,5 |
12,29 |
46,5 |
18,21 |
| Этиленгликоль в/с |
11,0 |
14,0 |
2,40 |
23,6 |
3,36 |
36,2 |
4,62 |
| Кальция хлорид |
2,7 |
9,0 |
1,15 |
14,2 |
1,24 |
21,0 |
1,36 |
Согласно зарубежному опыту хладоносители на основе
пропиленгликоля рекомендуется применять до -33°С и даже до -46°С (теплоноситель
марки "FS" фирмы Monsanto). Наша рекомендация [7] ограничивается
в настоящее время уровнем -18°С из-за проблемы высокой вязкости хладоносите-ля
при более низких температурах.
В интервале температур от -18°С до -45°С по комплексу свойств оптимальным
из числа рассмотренных хладоносителей для пищевых производств является
водный раствор ХК. Ниже
-45°С хладоноситель на основе ХК имеет относительно низкую стабильность
свойств из-за сильной зависимости Т3 от концентрации (рис.2). Следует
обратить внимание и на высокую коррозионную агрессивность водного раствора
ХК по отношению к металлическим стенкам оборудования, сдерживающую его
применение и удорожающую обслуживание холодильной установки, а также ужесточающую
требования к выбору материалов и к конструкции оборудования (практические
рекомендации по снижению коррозионной активности растворов ХК разработаны
в Санкт-Петербургском государственном техническом университете, Всероссийском
научно-исследовательском институте холодильной промышленности, а также
в ООО "Спектропласт", г. Москва).
Экосол-65 на базе ЭТК отечественного производства значительно более токсичен,
чем ПГ, и более вязок при температурах до
-18°С по сравнению с ПГ и до -45°С по сравнению с ХК, при этом существенно
дороже последнего. Не накоплен и не обобщен практический опыт его применения,
поэтому применять Экосол, по-видимому, будет целесообразно для температур
ниже
-45°С. Для пищевой промышленности его применение возможно при условии
значительного снижения содержания в нем ядовитых ЭГ и ЭЦ, а также после
проведения серьезных токсикологических испытаний, поскольку ЭТК (Экосол)
не является пищевой добавкой. Учитывая вышесказанное, мы не можем рассматривать
Экосол в качестве идеального и универсального промежуточного хладоносителя
для пищевой промышленности, как это утверждают его разработчики [1-3],
а рекомендуем для каждого конкретного случая подбирать оптимальный хладоноситель,
в первую очередь - из числа промышленно апробированных.
Список литературы
1. Баранник В. П., Маринюк Б. Т. и др. "Новый хладоноситель, особенности
и перспективы применения" // Холодильный бизнес, 2001, № 1,20-21.
2. Овчаренко В. С., Афонский В. П. "Основные аспекты комплексного
подхода к расширению применения аммиачного оборудования в холодильной
промышленности" // Холодильная техника 2001, №7, 13-15.
3. Ермачков А. С. "Разработка и исследования экологически
безопасного теплоносителя (антифриза) на основе этилового
эфира диэтиленгликоля" // Автореферат диссертации на соиска
ние ученой степени кандидата химических наук, МПУ, Москва,
2000 г.
4. Chemical Reagents / Catalog. Merck, 1999/2000.
5. Булдаков А. С. Пищевые добавки. Справочник. - Санкт-Петербург, "Ut",
1996. - 240 с.
6. Каталог продукции ОАО "Нижнекамскнефтехим" 2000г.
7. Генель Л. С., Галкин М. Л., Сорокин С. С. "Некоторые особенности
применения теплоносителя на основе пропиленглико-ля в холодильном оборудовании"
// Холодильная техника, 2000, № 5, 26-27.
|
