Антифризы

Министерство образования  и науки

Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Самарский государственный  аэрокосмический университет

имени академика С.П.Королева»

Факультет двигателей летательных аппаратов

Кафедра теплотехники и тепловых двигателей.

Реферат.

Антифризы.

Студент: Конев Б.М.

Группа  2303

Преподаватель: Толстоногов А.П.

Самара 2012

 

Оглавление

Введение. 3

Состав и свойства антифриза. 3

Требования к антифризам. 5

Области применения антифризов. 6

Разновидности охлаждающих жидкостей. 7

Значение присадок системы охлаждения SCA в антифризе. 8

Антифризы с фосфатными ингибиторами 8

Различия антифризов на основе этиленгликолей и пропиленгликолей 9

Список использованных источников 10

 

 

Введение

 

Антифриз (от англ. «antifreeze» – незамерзающий) – охлаждающая жидкость, используемая в автомобильных системах отвода тепла. Представляет собой жидкость, как правило, произведённую на основе этиленгликоля, предназначенную для поддержания оптимальных температурных режимов работы двигателя. Антифриз имеет температуру замерзания ниже, чем у воды и его применение даёт возможность эксплуатировать автомобиль при температурах ниже 0°С. Точка начала выпадения кристаллической фазы может достигать -75ºС.

 

В системах охлаждения тепловых двигателей, в противопожарных трубопроводах неотапливаемых помещений и в заводских холодильных линиях в качестве рабочих жидкостей используются водные растворы спиртов – этилового, метилового, изопропилового, этиленгликолевого, полипропиленгликолевого, глицерина, а также водные растворы неорганических солей (хлористого кальция и натрия). Также используют в качестве ОЖ узкую керосиновую фракцию с полностью удаленными ароматическими углеводородами и серой. Наилучшими из антифризов являются этиленгликолевые охлаждающие жидкости, в связи с этим подавляющее большинство отечественных и импортных низкозамерзающих жидкостей для автомобильных двигателей изготавливается на основе этиленгликоля. Водно-гликолевая смесь успешно решает следующие задачи:

  • полностью исключает замораживание системы охлаждения автомобиля при длительной стоянке на холоде,
  • обеспечивает устойчивый теплоперенос от нагретых узлов двигателя к радиатору,
  • предотвращает образование паровых пробок, а также поддерживает высокую температуру кипения и низкую испаряемость в процессе эксплуатации,
  • защищает от коррозии, грязевых пробок и отложений, ухудшающих теплоотвод от внутренних полостей,
  • осуществляет смазку подшипников водяного насоса, предотвращает преждевременный износ.

Состав  и свойства антифриза

 

Любой антифриз состоит из основы и комплекса присадок. Основа антифриза — водно-гликолевая смесь, от которой зависит способность антифриза не замерзать при низких температурах, его удельная теплоемкость, вязкость. Наиболее распространены ОЖ на основе этиленгликоля. Однако его водный раствор агрессивен к материалам деталей системы охлаждения (стали, чугуну, алюминию, меди, латуни, припою). Комплекс присадок - это набор противокоррозионных, антивспенивающих, смазывающих, моющих и стабилизирующих компонентов (ингибиторов). Кроме того, в состав ОЖ могут присутствовать красители и ароматизаторы.

Этиленгликоль (моноэтиленгликоль). Представляет собой маслянистую жидкость желтоватого цвета без запаха, имеет плотность1,112-1,113 г/см3 (при 20°С), температуру кипения 197°С  и кристаллизации -11,5°С. Является высокотоксичным веществом, водный раствор которого химически агрессивен и вызывает коррозию металлических деталей системы охлаждения. При нагревании антифриз на этиленгликолевой основе расширяется. Чтобы избежать разрыва подводящих трубок и потери жидкости из системы охлаждения в конструкции предусмотрен расширительный бачок.

Пропиленгликоль . По физическим свойствам аналогичен этиленгликолю, обладает меньшим токсическим воздействием. При охлаждении ниже 0°С антифриз на основе пропиленгликоля становится вязким и прокачивание его через систему охлаждения сопровождается увеличением нагрузки на помпу

Смесь этиленгликоля с водой. Температура кристаллизации смеси зависит от соотношения этиленгликоля и воды. Изменение концентрации составляющих раствора позволяет получить растворы, не замерзающие при минус 75°С. Минимальное значение температуры кристаллизации данной охлаждающей жидкости соответствует содержанию этиленгликоля - 66,7% и воды - 33,3%.

Наиболее часто в технике  применяют антифризы, содержащие 52,6% и 66% этиленгликоля, а так же ряд противокоррозионных присадок. Известны антифризы на основе водно-глицериновых растворов. Так, смесь 70% (по массе) глицерина и 30% воды замерзает при -40°С, однако уступает этиленгликолевым антифризам по вязкости и теплофизическим свойствам. Иногда применяют водные растворы метилового, этилового и изопропилового спиртов; 50%-ный раствор метанола замерзает при -43 °С, имеет малую вязкость, однако легко испаряется. В ряде случаев, напр. в теплообменниках, в качестве антифризов используют водные растворы солей. Недостатки таких антифризов - высокая коррозионная активность и кристаллизация солей при испарении воды.

Свойства воды как теплоносителя (теплопроводность, теплоемкость и  вязкость) существенно лучше, чем  у этиленгликоля, что видно из таблицы сравнения их свойств. Однако использование гликолевых растворов  позволяет существенно понизить температуру замерзания, в чем, собственно и заключается основной смысл  использования антифризов.

 

Таблица 1.1. Сравнительная характеристика физико-химических свойств воды и моноэтиленгликоля.

Показатель

Вода

МЭГ

Молярная масса

18,01

62,07

Плотность при 20°С, кг/м3

998,2

1113

Температура замерзания, °С

0

-12

Температуры кипения при 0,1 МПа, °С

100

197,7

Теплоемкость при 20°С, кДж/(кг*°С)

4,184

2,422

Коэффициент теплопроводности, кДж/(ч*м*°С)

2,179

0,955

Вязкость при 20°С, мм2/с

1,0

19-20

Теплота испарения, кДж/кг

2,258

0,800

Коэффициент объемного расширения (0-100 °С)

0,00046

0,00062


Таблица 1.2 Свойства водных растворов этиленгликоля

Концентрация этиленгликоля, % по массе

Температура замерзания, оС

26,4

-10

36,4

-20

45,6

-30

52,6

-40

58,0

-50

63,1

-60

66,0

-65

66,7

-75

72,1

-60

78,4

-50


Требования  к антифризам

К автомобильным антифризам предъявляются следующие требования:

  1. Высокая теплоемкость и теплопроводность;
  2. Низкая температура замерзания (обеспечение безопасной эксплуатации автомобиля при любых отрицательных температурах охлаждающего воздуха);
  3. Высокая температура кипения (для нормальной работы двигателя в летнее время);
  4. Высокая температура воспламенения (из условий пожарной безопасности);
  5. Малая вязкость, особенно при низких температурах (высокая вязкость препятствует циркуляции);
  6. Малая вспениваемость (с целью предотвращения образование паровых пробок);
  7. Низкая коррозионная активность;
  8. Химическая инертность к шлангам и уплотнителям.

 

Технические требования на различные виды охлаждающих жидкостей для наиболее популярной в средней полосе России жидкости с температурой замерзания -40oС согласно  ГОСТ 28084-89 представлены ниже.

Таблица 1.3.Технические характеристики охлаждающих жидкостей (согласно ГОСТ 28084-89)

показатель

Норма по ГОСТ 28048-89

Внешний вид

Прозрачная однородная окрашенная жидкость без механических примесей

Плотность, г/см3, при 20oС

1,065-1,085

Температура начала кристаллизации, oС, не выше

минус 40

Фракционные данные

  

температура начала перегонки, oС, не ниже

100

массовая доля жидкости, перегоняемой до достижения температуры 150oС, %, не более

50

Коррозионное воздействие  на металлы, г/м2 сутки

медь, латунь, сталь, чугун, алюминий

0,1

припой

0,2

Вспениваемость

объем пены, см3, не более

30

устойчивость пены, с, не более

3

Набухание резин, %, не более

5

Водородный показатель (рН), в пределах

7,5-11,0

Щелочность, см3, не менее

10


 

Области применения антифризов

Антифризы в целом находят  широкое применение в различных  областях машиностроения. Основных направлением использования является жидкостное охлаждение двигателей внутреннего  сгорания. К данному сектору относится  использование охлаждающих жидкостей  в легковых и грузовых автомобилях  с бензиновыми и дизельными двигателями. 

Помимо этого, охлаждающие  жидкости используются в сельскохозяйственной, строительной и др. спецтехнике, а  также в военной технике. В  этих областях представлена преимущественно  техника с дизельными двигателями. 

В двигателях мототехники также используются охлаждающие жидкости, но этот сектор существенно менее емкий. Необходимо отметить, что для мототехники выпускаются специализированные охлаждающие жидкости, которые на данный момент в России не производятся.

Помимо автотранспортных средств, охлаждающие жидкости используются в промышленности для охлаждения дизельных и газовых двигателей электростанций, в добывающей промышленности и пр. в соответствующих климатических  условиях.

Антифризы применяются в  качестве теплоносителя в системах индивидуального теплоснабжения домов, теплиц, коттеджей, пассажирских вагонов  железнодорожного транспорта. Однако ввиду высокой токсичности моноэтиленгликоля, в данном секторе находят все более широкое применение антифризы на основе пропиленгликоля, этилкарбиола и др. нетоксичных веществ.

Разновидности охлаждающих жидкостей

Исторически сложилось, что  в СССР, а затем и в России среди ОЖ наибольшей популярностью  пользуется «Тосол». Данный вид охлаждающей жидкости был разработан в Государственном НИИ органической химии и технологии (ГосНИИОХТ) в 1971 г., чтобы заменить итальянский антифриз «ПАРАФЛЮ», закупаемый оптом за границей и используемый в автомобилях ВАЗ. Первоначально слово «Тосол» означало торговую марку, образованную как аббревиатура от словосочетания "Технология Органического Синтеза" и химического термина "ОЛ" (окончание "ОЛ" химики добавляют к названию вещества, чтобы обозначить спирт, т.к. этиленгликоль относится к классу двухатомных спиртов). С течением времени, слово «Тосол» из торговой марки было превращено автолюбителями Советского Союза в обозначение всех охлаждающих жидкостей для автомобилей.

По составу антикоррозионных присадок антифризы разделяются на 3 группы.

  • Традиционный. Ингибиторы данного вида антифризов представляют собой неорганические вещества: силикаты, бораты, фосфаты и др. К традиционным охлаждающим жидкостям относятся «Тосол» и его модификации, а также все составы с маркировкой «Traditional coolants» или «Conventional coolants».
  • Гибридный. Состав данного антифриза включает как неорганические (силикаты или фосфаты), так и органические ингибиторы, улучшающие адсорбцию с узлами автомобиля.
  • Карбоксилатный. Ингибиторы данных составов относятся к разряду органических (карбоновых) кислот. Формула карбоксилатного антифриза создаёт защитную плёнку только в местах развития коррозии с образованием защитного слоя не более 0,1 микрон. Карбоксилатный состав обозначается маркой «OAT coolants».

Значение  присадок системы охлаждения SCA в  антифризе

Охлаждающие жидкости можно разделить  в зависимости от области применения: автомобильные, для тяжело нагруженного транспорта и универсальные. Основное различие в этих типах хладагентов  состоит в уровне защиты алюминия от коррозии, которую они обеспечивают. В обычных хладагентах защиту обеспечивают добавлением силикатов. Антифриз, разработанный исключительно  для применения в автомобилях, имеет  более высокий уровень силикатов, в отличие от антифризов для оборудования тяжелого режима работы. Универсальный  антифриз отвечает потребностям как условий применения автомобилей, так и условий тяжелого режима работы. Универсальные составы содержат достаточно силикатов, чтобы обеспечить надлежащую защиту алюминия, но сохранить их концентрацию на достаточно низком уровне для тяжелых условий эксплуатации. При использовании в тяжело нагруженном оборудовании универсальные составы требуют добавления присадок системы охлаждения (SCA). SCA обеспечивают повышенную защиту, необходимую для двигателей большой мощности.

В тяжелых условиях поддержание  надлежащего графика добавления SCA не менее важно, чем добавление правильной дозы начальных присадок. Со временем ингибиторы разрушаются и требуют замены для надлежащей защиты системы. Большинство производителей ОЖ рекомендуют проводить техобслуживание SCA каждые 200 часов работы или 20 тыс. км пробега.

Продление срока службы современных  автомобилей требует надлежащего  техобслуживания системы охлаждения. В транспортных средствах тяжелого режима работы надлежащее техобслуживание  начинается с начального заполнения либо полностью разработанного хладагента, либо универсального хладагента и SCA. Надлежащий график техобслуживания SCA будет обеспечивать долгий срок службы системы охлаждения.

Антифризы с фосфатными ингибиторами

Многие американские и  японские производители антифризов, добавляют фосфаты в качестве ингибитора коррозии. Европейские производители  автомобилей не рекомендуют использовать антифризы, содержащие фосфаты.

На американском рынке  фосфатные ингибиторы включают во многие антифризы, чтобы уменьшить ущерб, наносимый системе охлаждения автомобиля. ОЖ такого состава обладают следующими преимуществами:

  • Защиту алюминиевых деталей двигателя за счет снижения кавитационной коррозии при высокой скорости движения;
  • Обеспечение защиты от коррозии черных металлов;
  • Поддержание щелочной реакции среды, что предотвращает образование кислоты, которая может повредить или уничтожить металлические детали двигателя.

Производители европейских  автомобилей/грузовиков считают, что  эти преимущества могут быть достигнуты не только при использовании фосфатных  ингибиторов. Их опасения относительно продуктов, содержащих фосфаты, связаны  с возможным выпадением осадка при смешивании антифриза с жесткой водой, который может образовывать налет на стенках системы охлаждения. Эта обеспокоенность связана с тем, что европейская вода гораздо тяжелее, чем вода в США. Поскольку фосфаты «смягчают» воду, образуя твердые вещества кальция или магния, которые могут выпасть из раствора, есть возможность закупоривания системы охлаждения. Уровень фосфатов в большинстве антифризов США и Японии не создает проблем значительного образования твердых веществ. Кроме того, современные антифризы предназначены для сведения к минимуму образование налета. Небольшое количество образующихся твердых веществ не представляет проблемы для систем охлаждения или уплотнителей водяных насосов.

Различия  антифризов на основе этиленгликолей и пропиленгликолей

На сегодняшний день в промышленности в качестве базы для антифриза  используют этиленгликоль (ЭГ) или пропиленгликоль (ПГ). Они приблизительно одинаковы по большинству параметров. Основным различием между ЭГ и ПГ является токсичность (как острая, так и хроническая).

Наиболее важным параметром для  антифриза является острая токсичность. Острая токсичность ПГ, особенно для  людей, существенно ниже, чем у  ЭГ, особенно при малых дозах. Также  ПГ менее токсичен, и по величине хронической токсичности.

По этой причине антифризы на основе ПГ гораздо безопаснее для  людей и домашних животных в случае случайного проглатывания даже после  использования.

В последнее время всё большее  значение приобретает воздействие  использованного продукта на окружающую среду. В этом вопросе важна способность  продукта к биологическому разложению. Биоразлагаемость ЭГ и ПГ практически идентична. Однако важно правильно утилизировать использованные антифризы, независимо от типа гликоля.

Гликоль является основным ингредиентом во всех антифризах. С появлением продуктов  на основе пропиленгликоля потребители теперь имеют выбор основы антифриза. Для областей применения, где существует возможность проглатывания, плюсы малой токсичности ПГ дают ему явное преимущество.

 

 

Список  использованных источников

  1. СТО СГАУ 02068410-004-2007. Общие требования к учебным текстовым документам: методические указания. – Самара, СГАУ, 2007. – 34 с.
  2. http://dvs-vgsha.ru/pdf/practikum%20po%20EM.pdf
  3. http://www.tosko.ru/index.php?r=tex:freez::::::&s=1
  4. http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=4975
  5. http://www.peakantifreeze.ru/

Антифризы 📙 Реферат → 🆔 27754

Антифризы 📙 Реферат → 🆔 27754

Антифризы