О проблемах применения экосола и некоторых других хладоносителей в пищевой промышленности

Консультация специалиста
по телефону: (495) 966-08-09
самые распространенные, надежные и нетоксичные хладоносители промышленного и бытового применения
необслуживаемые
серия ХНТ
энергоэффективные
серия ХНТ-НВ
сверхнизковязкие
серия ХНТ-СНВ
 

О проблемах применения экосола и некоторых других хладоносителей (охлаждающих жидкостей) в пищевой промышленности

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.

Хладоносители - О проблемах применения экосола и некоторых других хладоносителей

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).

Хладоносители - О проблемах применения экосола и некоторых других хладоносителей

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.




Copyright 2005-2018. ООО "Спектропласт". Все права защищены.