Холодоагент пропіленгліколь

Пропіленгліколь – це сполука органічної природи, ациклічний двоатомний спирт. Традиційна назва утворюється від двох слів: пропілен (вуглеводневий радикал) і гліколь (двоатомний спирт). Синонімічні назви: монопропіленгліколь, 1,2-пропандіол, 1,2-дігідроксипропан, пропан-1,2-діол. Скорочення: ПГ, PG, PGI.

Застосовується в харчовій промисловості, при виготовленні теплоносіїв і гальмівних рідин. Може виступати пластифікатором, дезінфектантом, а також сприяти виконанню низки інших завдань в різних напрямках.

Далі ми детально зупинимося на таких питаннях: які фізичні та хімічні властивості цієї речовини, в яких галузях і з якою метою її задіюють. Також детально розглянемо її роль в якості холодоагенту для молочної промисловості, пивоваріння, систем опалення і т.д.

Фізико-хімічні властивості, отримання і зберігання пропіленгліколю

Пропіленгліколю характерні рідкий стан, в’язка текстура і солодкуватий смак. Колірно-ароматичні параметри, як правило, відсутні, але іноді можливий легкий специфічний запах. Ця сполука гігроскопічна, тобто з легкістю поглинає воду.

Це чудовий розчинник для гідрофільних і гідрофобних речовин. Перші, зокрема солі, цукри і амінокислоти, добре розчиняються у воді, другі в ній майже не розчинні. Так, пропіленгліколь активно задіюється в процесах отримання р-чинів хім. речовин, які одна в іншій не розчиняються.

Молярна маса – 76,09 г/моль, густина – 1,0363 г/см³. Термовластивості: t плавлення – -60 °C, t кипіння – 187,4 °C, t спалаху – 107 °C. Формула: С₃H₈O₂.

ПГ не має токсичної дії. Потрапляючи в організм, не провокує отруєнь. Також не несе небезпеки, якщо його довго вдихати. Вважається безпечним, екологічно чистим продуктом. Всі ці характеристики пояснюють, чому в наш час все частіше надають перевагу саме ефірам пропіленгліколю, а не етиленгліколю – речовини більш шкідливої та токсичної.

Отримання матеріалу, що розглядається, здійснюють з нафтопродуктів під час дистиляції та очищення з подальшою апробацією. Основний спосіб синтезу виглядає так: гідратація окису пропілену при t 160-200 °C і тиску 1,6 МПа. На виході утворюється низка речовин. Основну частину займає пропіленгліколь – 85,5 %. Також з’являються діпропіленгліколь (13 %) і трипропіленгліколь (1,5 %). Виділення гліколів відбувається у вакуумі на ректифікаційному колонному апараті.

Як зберігати пропіленгліколь?

Зберігається технічний продукт 12-60 місяців з дня виробництва, харчовий – близько 2 років. Якщо після тривалого зберігання аналіз якості показав норму, застосування може тривати й надалі. Що стосується зберігання при транспортуванні, то воно повинне здійснюватися в сталевих ємностях з товстим внутрішнім шаром фенольного лаку. Для тривалих періодів підійде тара з алюмінію або нержавіючої сталі.

Якщо говорити про концентрований PG, то він горючий, пожежо- та вибухонебезпечний. Якщо при зберіганні відбудеться загоряння, для гасіння можна використовувати тонкорозпилену воду, пінні та порошкові засоби. У той же час, водні пропіленгліколеві розчини (теплоносії) негорючі. Їх гасити не доведеться.

При роботі варто враховувати той факт, що перегрівання пропіленгліколевмісних р-чинів призводить до розкладання їхніх складників. Це, в свою чергу, є причиною погіршення їх теплофізичних якостей.

Пропіленгліколь: широта застосування

Цей реактив по всьому світу активно використовується в харчопромі, фармацевтиці та косметології. Відомий як добавка до їжі під кодом Е1520. Високочистий пропіленгліколь надає харчовим продуктам необхідних властивостей. Як барвник, ароматизатор або смакова добавка відповідає за потрібний колір/запах/смак. У ролі консерванту подовжує терміни зберігання їжі (має помірні консервуючі та бактерицидні властивості). Крім того, забезпечує необхідну якість і консистенцію. Слугує популярним зволожувачем тютюну. Як розчинник задіюється для розчинення харчових додатків, в екстракції різних натуральних ароматичних матеріалів і синтетичних речовин, необхідних для виготовлення паст, мазей та ін. Може виступати носієм, диспергатором, пом’якшувальним і зволожувальним (вологоутримувальним) агентом у великій кількості косметики, покликаної пом’якшувати й зволожувати шкіру. З його участю сьогодні виробляють безліч доглядових та декоративних косметичних засобів, зокрема: шампуні, лосьйони, креми, помади тощо.

Ось ще деякі процеси, де часто не обходяться без ПГ:

- створення ненасичених поліефірних смол для будівництва та автомобільної сфери, а також еластичних поліуретанів і алкідних смол;

- дезінфекційна обробка приміщень харчових підприємств, шляхом розпилення аерозольного пропіленгліколю в повітряному просторі;

- виробництво целофану і ПВХ-плівок (виступає пластифікатором);

- реалізація візуальних ефектів, за допомогою димомашин, на різних святах, шоу, концертах, при зйомках фільмів і т.д.;

- виготовлення рідин для електронних парогенераторів, сигарет.

Але, все ж, хочемо зупинитися більш детально не на перелічених галузях застосування цієї речовини, а на її ролі при створенні таких продуктів, як теплоносії, антифризи, гальмівні рідини та антиобморожувачі. Тому далі поговоримо саме про це.

Навіщо потрібні промислові теплоносії і якими вони бувають?

Сучасний харчопром далеко не той, який був кілька десятків років тому. Технології постійно вдосконалюються, на зміну вчорашнім, грубо кажучи, досягненням приходять зовсім нові, залишаючи попередні варіанти в історії. Сьогодні будь-яке харчове підприємство складно уявити без холодильних установок. Промисловий холод потрібний і важливий.

Великі пром. підприємства з величезним числом віддалених холодоспоживачів, зокрема молокозаводи, м’ясокомбінати, пивзаводи та ін., супермаркети з централізованим холодопостачанням – всі задіюють системи з проміжним холодоносієм (теплоносієм). Навіщо потрібен проміжний холодоносій? Яка його роль в теплообмінному процесі? Він необхідний для того, щоб забирати тепло від об’єкта, який підлягає охолодженню, і переміщати його до холодильного агрегату, який безпосередньо створює штучний холод, використовуючи холодоагент.

Завдяки проміжному холодоносію реалізуються такі переваги:

- суттєве зменшення обсягу холодоагенту в системі;

- запобігання контакту холодоагенту з їжею;

- локалізація можливих аварійних ситуацій з витоком холодоносія в машинне відділення;

- спрощення регулювання температурного режиму на об’єктах, які охолоджуються;

- забезпечення легкості експлуатації холодильників;

- поетапне введення системи в роботу і нарощування числа споживачів холоду.

Речовини, які можуть використовуватися в ролі проміжного холодоносія:

- вода. Має чимало плюсів: доступність, нетоксичність, визначні теплофізичні параметри, можливість контакту з переважною кількістю харчових продуктів. Але не можна не враховувати і один істотний недолік: обмежений діапазон температур для застосування – не менше ніж 0 °С. Якщо температура буде нижча, вода перетвориться на лід, який, в свою чергу, призведе до внутрішнього тиску, здатного пошкодити обладнання;

- етанол. Характеризується значним випаровуванням і горючістю. Крім того, останнім часом в Україні до нього дещо ускладнений доступ. Так що, загалом, використовуватися може, але надзвичайного поширення в цьому сегменті не отримав;

- розчини неорганічних солей. Задіюються нерідко, позаяк досить економічні. Однак є корозійноактивними, а тому здатні призвести до несправності обладнання. В результаті витрати на ремонт техніки можуть значно перевищити ті суми, які вдається заощадити на покупці холодоносія цієї групи;

- гліцерин. Два ключові параметри: екобезпека і висока в’язкість. З першим все зрозуміло, безпечно, значить добре. Що стосується другого, то варто враховувати, що помірні і низькі температури значно підвищують в’язкість, в результаті чого збільшується навантаження на обладнання, робочі ресурси техніки мінімізуються. Іноді може навіть виникнути необхідність у встановленні додаткового насоса, який допомагає циркуляції холодоносія;

- водні р-чини етилен- і пропіленгліколів. Їм під силу гарантувати надійну роботу обладнання при помірно низькій t протягом довгого періоду.

Етиленгліколь активно застосовується при створенні машинних антифризів. Також рекомендований для теплообмінної техніки (опалювальних, кондиціонуючих систем і т.д.). Але не можна не враховувати той факт, що ця сполука токсична, тому до застосування її в харчопромі слід поставитися з обережністю. Можливо, навіть краще від подібного відмовитися, як це роблять американські, німецькі, французькі та інші підприємства. Розвинені країни не використовують етиленгліколь в побуті і навіть в автомобілях. Нам з вами є над чим замислитися.

Пропіленгліколь в сегменті, що розглядається, набагато яскравіший, ніж етиленгліколь. Він поєднав його переваги з відсутністю недоліків. Тому широко задіюється в фармацевтиці, харчопромі, тютюновому напрямку, при виготовленні косметичних засобів, пластичних мас, поліефірних смол і багатьох інших продуктів.

ПГ – популярний охолоджувач молока, пива, вина та інших рідин. Охолоджує шляхом примусової циркуляції, зазвичай, 30 % водним розчином, що розміщується в змійовиках. Нещільність системи – не біда. Невеликі витоки не страшні, у зв’язку з відсутністю токсичного впливу зазначеної речовини. 0,25 % розчин не змінює смак, 30 % дозволяє довести t охолоджувача до -12,8 °С (для порівняння: вода – лише до t 1,1 °С).

Нюанс, який важливо враховувати, зокрема при охолодженні пива холодоагентом, що розміщується в трубках: охолоджуйте до температури на 3-4 °С нижче, ніж потрібно. Поки він заповнить накопичувач і дійде до ЦКТ, температурна різниця згладиться.

Холодоносії пропіленгліколеві розчини

Що стосується ПГ в ролі холодоносія, то тут важливо розглянути такий параметр, як t замерзання. Теоретично ця речовина замерзає при -60 °С. Але практика показує, що у чистого пропіленгліколю значно підвищуються в’язкість і нерухомість при не таких уже й великих негативних t. Це пояснює, чому холодоносієм найчастіше виступає не сам матеріал, а його водні розчини з t замерзання, що варіюється, залежно від концентрації пропіленгліколю.

Пропіленгліколеві холодоносії мають безліч плюсів, тому останнім часом дуже активно впроваджуються на підприємствах харчової промисловості (молокозаводах, пивоварнях та інших) не тільки в США, Європі, але й в Україні. Оптимальний t діапазон застосування теплоносіїв на основі пропіленгліколю – до -33 °С.

Що важливо для харчових виробництв, так це те, що ПГ – зареєстрована добавка до їжі. Так автоматично вирішується питання про безпеку цього хім. продукту. До того ж, він позбавлений смаку, кольору і запаху, а тому при ненавмисному контакті з харчовими продуктами, ніяк не змінює їх характеристик. Наприклад, морозиво не стане солоним, а мінеральна вода гіркою, якщо в якості холодоносія буде задіяний 1,2-дігідроксипропан.

Також хочемо зазначити підвищену пожежну безпеку на підприємствах, які використовують ПГ. Його розчини у вказаному вище температурному режимі не горючі.

А як щодо корозійної активності? Сама речовина проявляє слабку агресію стосовно металів. Якщо при створенні теплоносія використовувати воду, підготовлену спеціальним чином (дистильовану або позбавлену солей), а також усілякі добавки, які інгібують корозію металів, корозійний вплив можна звести до мінімуму. Ба більше, в ролі ПАР пропіленгліколь здатний розчиняти і вимивати відкладення, які скупчуються всередині, а також змащувати елементи охолоджувальної системи.

І ще. Пропіленгліколеві холодоносії характеризуються досить тривалим періодом експлуатації. Коли закінчиться термін придатності, не знадобиться відразу ж здійснювати заміну. Можна буде періодично контролювати стан речовини і використовувати її до того часу, поки результат контролю не просигналізує про необхідність заміни.

Як бачите, у виробництві теплоносіїв і холодоагентів пропан-1,2-діол займає лідерські позиції. Завдяки йому можна створювати екологічні, пожежо- та вибухобезпечні водні р-чини, теплоносії для молокозаводів, пивоварень та інших підприємств харчопрому. Вміст головного компонента в розчині може відрізнятися, залежно від кліматичних умов застосування: 31-55 % для задіяння при t від -15 до -40 °C.

Залежність t замерзання р-чину від концентрації – важливий теплофізичний фактор ПГ-розчину, якому властивий нелінійний характер. При концентрації 70 % температурний мінімум становить -60 °C. Якщо концентрацію доводити до 98 %, t буде практично постійною – -60 °C. А оскільки від відсотка пропіленгліколю, що входить до складу теплоносія, залежить вартість продукту, зовсім не доцільно створювати робочі матеріали з концентрацією, що перевищує 70 %.

Пропіленгліколь для систем опалення та кондиціонування

Монопропіленгліколь – це у наш час також один з найпопулярніших теплоносіїв для опалювальних і кондиціонуючих систем житлових і нежитлових (у т.ч. складів, де зберігаються харчові продукти) приміщень. Реалізація процесу теплообміну завдяки йому відбувається ефективно та безпечно.

Робочий розчин = до 50 % ПГ + до 50 % вода. Також деякий обсяг може припадати на карбоксилатні присадки (не більше 5 %). Такий склад забезпечує витримування температурного діапазону -40-100 °C, в зв’язку з чим теплоносій вважається одним з найбільш надійних в мінливому кліматі.

Щоб пропіленгліколь для системи опалення потішив якнайбільше, врахуйте його тех. опис, хім. склад і всі інші характеристики. Варто знати, що цей теплоносій більш хім. активний і оперативніше починає реагувати з поверхнями та іншими речовинами. Такий стан речей пояснює необхідність використовувати додаткові компоненти – спец. присадки-нейтралізатори окислення і функціональні добавки (стабілізатори, барвники, протинакипні агенти...).

Зверніть увагу! Пропіленгліколевий р-чин не можна застосовувати в тих системах, де присутні цинкові елементи, інакше може відбутися відшарування матеріалу. Що стосується пластику, текстилю та іншого, то на них 1,2-пропандіол агресивно не реагує.

Переваги ПГ для систем опалення:

- швидке розчинення + чудове змішування з іншими речовинами;

- істотне зниження t замерзання початкового матеріалу;

- добре вологопоглинання з поверхні та з повітряного простору;

- низька t кристалізації;

- нетоксичність і пожежна безпека;

- легке розкладання, відсутність шкідливого впливу на людей і довкілля.

Що ж, тепер можна підсумувати. Пропіленгліколь – це матеріал, що має величезне значення для різних промислових напрямків, особливо для тих, яким важливий якісний, ефективний і безпечний процес охолодження. Сьогодні ця речовина є одним з найпопулярніших холодоносіїв і основним робочим матеріалом для багатьох систем опалення та кондиціонування. Вона має масу унікальних властивостей, про які ми вам детально розповіли, тому її популярність не те, що фіксовано велика, але й постійно збільшується.

Зупинити вибір на холодоагенті пропіленгліколі – 100 % не прогадати!